炭电极控制系统运用探讨

作者：王金铎 陶国新 杨会东 刘云峰 单位：河北顺天电极有限公司

炭电极焙烧工艺的特点，采用合理技术设计，优化的设备选型，包括：（a）炉面设备及现场控制站适应现场高温、高粉尘和移炉冲击大的运行环境，可靠性好；（b）测温测压架设计成独立的现场控制站，可根据需要测量不同炉室位置的火道工艺数据；（c）排烟架电动蝶阀，采用适当的驱动力矩，适用于可能的结焦工况；（d）测温测压架、燃烧架增加料箱测温点，提供全面的测量数据。

焙烧控制系统应用的控制技术

1边火道控制技术由于边火道侧墙密封问题易造成漏风、温度低和边火道挥发分析出量少的特点，预热区温度不易控制，在控制模块中，提供边火道温度单独设定的方法，通过提高边火道的温度设定，解决预热区边火道温度低的问题。在焙烧实际操作时，如果高温炉室采用远程控制火道设定温度为1200℃，边火道增加30℃偏移值即设定为1230℃，这样可使高温炉室各个料箱的水平温差控制在5℃以内；处于挥发阶段的炉室，边火道加15℃的偏移值时，各料箱的水平温差最小。2料箱温差控制技术制品在焙烧过程中能否均匀升温，直接影响了制品品质、能耗、产能及炉口设备寿命，是焙烧控制的重要目标。公司环式炉料箱深度为6600mm，是国内最深的炉型。缩小前后温差与上下温差是面临的难题。通过优化燃烧器、负压控制、燃烧架上下游功率控制及燃烧架各火道的均衡控制等一系列技术，使得火道及料箱上下、左右、前后温差在要求的范围内。为了缩小火道的上下温差，加强了对各火道负压的调整。通过排烟架的蝶阀控制，各火道负压控制在-100~-130Pa，零压控制在-10~0Pa，现在火道上下温差由以前的50℃缩小到30℃以内，保证温度场均匀分布和产品均匀受热，保证了上层和下层产品的均质性。为了缩小炉室的前后温差，在自动控制时，采取调节上下游功率的方法，根据实际情况，控制好上下游给气量，从而达到缩小前后温差的目的。手动控制时，采用只点下游烧嘴的方法，根据实际温度情况，控制好给气量，掌握好升温速度。通过采取这些措施，目前环式炉的前后温差已经由以前的100℃左右缩小到50℃以内。3火道负压综合控制技术通过系统运行在许可的负压范围内，实现焙烧区和预热区火道温度的自动控制，使其保持跟踪对应区域的温度设定曲线变化，从而保证各炉室实际温度曲线满足焙烧工艺的要求。上述所有控制都与火道负压综合控制相关，彼此互相影响，互相牵制，由于是在同一条火道中，因此必须对负压进行综合控制。在中控室管理机上设置优化控制软件，通过模糊控制，多变量最优控制等先进控制方法，对负压进行综合控制，以达到最优效果。4预热炉室温度控制技术在炭电极焙烧运行过程中，预热炉室只靠高温炉室和挥发炉室的余热，无法满足正常的升温需求，造成焙烧时间长，生产效率低。根据这一问题，利用辅助燃烧架提前加热的方法，提高预热的升温速度。投产时，工艺设定产品温度达到230℃后停止加热，出现了部分废品，因火道局部温度高导致上部保温料过烧氧化严重。根据这些问题，采取逐步降低提前加热温度的方法，经过多次试验，最终降低到180℃的预热温度。目前，挥发前期升温速度得到了有效控制，杜绝了上部保温料氧化现象，而且还降低了天然气消耗。5焙烧炉数学模型技术通过大量的实验及数据分析发现，焙烧炉的升温曲线对于炭电极的质量有着重要的影响，但对于6600mm深的火道来说，燃烧装置仅用少量热电偶来测量温度，不能全面反映温度场分布状况。因此通过对焙烧炉火道温度进行测试，了解火道内其他各点的温度数据，对于保证炭电极的质量、炉体的使用寿命及天然气的能耗有重要的影响。针对不同的电极规格、不同的质量要求进行了认真的摸索与试验，现在已经取得了大量成熟的数据，并建立了焙烧炉温度场、挥发分析出、烟气排放、热平衡及制品焙烧过程等一系列数学模型。

控制系统的节能与质量效果

通过制定合理的工艺制度，采用合适的升温曲线和负压参数，通过采用研发的新型燃烧器，解决了由于燃烧器的原因导致火道上部温度过高，而下部温度过低，炉室热量损失大、热效率低、明显增加燃料消耗等问题；使得强制加热区域升温符合曲线要求，减少炉室水平与上下间温差，提高产品均一性，同时延长火道墙寿命；天然气充分燃烧减少了天然气对中温区域挥发分燃烧的抑制作用，中温区域挥发分燃烧充分，减少烟气中焦油含量，同时挥发分燃烧产生的大部分热量，得到充分利用，有利于节能降耗。通过对炉型的优化设计、最佳升温曲线的制定，使焙烧控制系统获得了最低的能耗，最佳的质量控制效果。经统计，焙烧Φ1146mm电极的天然气平均消耗为107.7m3/t，焙烧制品合格率为99.8%，电阻率为28.1~32.3μΩ•m，平均电阻率30.2μΩ•m，优级品率100%，创造了国内先进水平。