兖矿集团有限公司科学技术进步奖申报书

附件：兖矿集团有限公司科学技术进步奖申报书一、项目基本情况评审专业电解铝评审编号项目名称中文铝用阴极生产节能工艺研究英文主要完成人张涛、陈晓军、江多虎、潘三红、孙国强、刘祎、米寿杰丁立伟、孙丰勇、杜松年、刘清、周朋、蔡令印主要完成单位山东兖矿炭素制品公司项目可否公布是密级及保密期限3主题词炭素；节能；研究；学科分类名称1石墨,炭素材料代码43060252代码3代码技术水平申报项目的所属领域节能减排任务来源兖矿集团有限公司计划（基金）名称和编号：（08）40项目起止时间起始2008年3月完成2009年12月二、项目简介项目所属科学技术领域、主要研究内容、技术经济指标、促进集团公司科技进步作用及应用推广情况一、项目所属科学技术领域：项目所属节能减排领域。二、主要研究内容：为贯彻落实国务院《节能减排综合性工作方案》的重要精神和集团公司节能减排的任务目标，满足降低炭素产品生产成本的需要，确定了对铝用阴极生产过程中三大耗能设备的节能工艺技术研究内容，包括：1、电煅炉⑴煅前无烟煤粒度配比与煅烧电流的关系研究；⑵电煅煤质量、排料频率（产量）与煅烧电流的关系研究；⑶电煅炉上下电极极距与煅烧电流控制研究。2、焙烧炉⑴焙烧炉焙烧不同阴极炭块最佳运行曲线的研究；⑵焙烧炉保温及密封方式的改进；⑶焙烧炉负压与能耗的变化关系；3、导热油炉⑴导热油运行温度与生产工艺要求温度的最佳匹配关系；⑵燃烧器风门与煤气压力、流量配比关系研究；⑶防止炉堂内导流筒产生裂缝的方法和防止热气流短路的方法。三、技术经济指标：1、电煅煤电耗降低50kwh/t左右。2、铝用阴极产品热值消耗比2007年平均降低1000—1500MJ/T。四、促进集团公司科技进步作用及应用推广情况：《铝用阴极生产节能工艺研究》研究成果的完成，提升了炭素公司技术队伍的科研能力，是落实集团公司创新团队建设的具体体现。《铝用阴极生产节能工艺研究》项目实现的节能减排效果，一方面每年可为炭素公司节约生产成本335.1万元，为企业面对金融危机、实现盈利目标提供了基础保障。焙烧炉短焙烧曲线和不同焙烧曲线转换技术的开发，突破了国内炭素行业对阴极炭素焙烧曲线思维禁锢，既保证了焙烧产品质量和安全，也节省了焙烧工序的能耗。导热油炉烟气余热的利用，属于国内首创，在本项目中是实现最大节能量的工序。该技术的成功开发，形成了炭素公司在导热油炉使用中的核心技术，在国内同行业极具推广价值。（不超过800个字）三、项目详细内容1.立项背景（不超过800个字）根据贵阳铝镁设计研究院的初步设计，炭素公司现有阴极生产线生产1吨铝用阴极底块消耗的焦炉煤气为400m3，电力为1250KWh，折算为每吨焙烧品耗热为8.01GJ。2007年上半年，炭素公司在超负荷生产、剔除生产高石墨产品因素的情况下，铝用阴极底块消耗的焦炉煤气仍为403m3，电力为1100KWh，每吨焙烧品实际能耗在7.69GJ，虽然比设计值低0.32GJ/t，但随着下半年产量的降低，产品能耗将会有所上升。从连续几年的生产情况分析，生产1吨铝用阴极炭块的综合电耗为1050～1100KWh，消耗焦炉煤气约410-450m3。而德国在使用70年代设计的Redhammer焙烧炉焙烧铝用阴极时，1吨焙烧品热耗为5.02～5.9GJ，而目前国内最好水平为每吨焙烧品能耗为6.3～7.9GJ，为国外的1.25～1.57倍。法国Savoie公司电煅无烟煤的生产技术居国际领先水平，每吨电煅无烟煤电耗仅为550KWh，而炭素公司电煅无烟煤的电耗为900KWh/t。排除设计的炉型因素外，与国外同行业相比，炭素公司的产品能耗明显偏高。与国内同行业相比，炭素公司的产品能耗水平处于中等水平，仍然有一定的节能空间。本项目立项的目的是：通过进行铝用阴极生产节能工艺的研究，实现生产工艺控制技术的改进，在保持产品质量稳定的情况下，降低阴极炭块的综合电耗和煤气消耗，提高能源的综合利用效率，降低产品单位成本，增加企业效益和产品市场竞争力。同时，也是落实国家的节能政策，承担节能的社会责任，提升企业社会形象的具体行动。2.详细科学技术内容（不超过10页）2.1煅烧炉运行方式改进方案和实施情况2.1.1电煅炉煅烧无烟煤的原理分析电煅烧炉的工作原理是焦耳楞次定律，即Q＝0.24I2Rt，电煅烧炉以被煅烧的物料作为导电介质，当电流通过被煅烧的无烟煤时，无烟煤自身的电阻消耗电能，把电能转换成热能，使煅烧炉膛内温度升高,对被煅烧物料进行加热煅烧，炉膛内的煅烧料在上、中、下的不同位置被煅烧程度不同。因为物料在整个煅烧过程中，必须经过预热微煅烧带、高温煅烧带、冷却带三个阶段。无烟煤在没有煅烧前，导电性能较差，在电煅烧炉煅烧带不能作为导电介质，必须经过预热带的预煅烧降低电阻率来提高其导电性能（预热带内有导电电极将电流引入高温煅烧带），被预热带预煅烧后的无烟煤下移进入高温煅烧带，高温煅烧带的无烟煤通过电流时，把电能转换成热量，释放大量的热量和挥发份，自身得到煅烧，电阻率降低，变为电的良导体。煅烧过程中释放的部分热量在炉内负压的作用下，通过无烟煤颗粒之间空隙上移到预热微煅烧带，预热微煅烧带的无烟煤被上移的热量所预热和微煅烧，无烟煤被微煅烧后电阻率下降到1300～1500Ω.mm2/m，下移到煅烧带时已变作导电介质，在煅烧带被通过电流高温煅烧，煅烧后的无烟煤下移到冷却带被冷却，冷却后的温度降为300℃左右，进而被输送到排料系统，输出炉外，进入煅后料罐贮存起来。2.1.2直流式电煅炉炉芯电阻供电回路总电阻率是由母线电阻Rm，上部电极夹具的接触电阻Rj，上部电极电阻Rs，炉芯电阻R1，下部电极电阻Rx组成。R=Rm+Rj+Rs+R1+Rx1030KVA直流电煅烧炉上部电极采用Ф400mm的石墨电极，下部电极采用自焙烧电极，上部直径为Ф500mm，下部直径为Ф1100mm。根据欧姆定律，在供电电压不变情况下，电阻改变将引起电流改变，无烟煤的电阻是温度的函数R1=f(t),炉温是炉芯长度的函数t=f(s)，在升温过程中，电阻要变小，就会导致电流升高，所以采用降低电压来适应。所以在生产中可根据电流的变化来调整排料量。2.1.3降低电煅炉工艺电耗的改进措施电煅烧炉在煅烧无烟煤的过程中，变化的要素非常多，它是一个非线性、多变量耦合、时变的工业过程。电煅炉内物料自身在通电电流的作用下发生着复杂的物理、化学变化以及各种外界条件及作业环境的干扰，决定了电煅炉煅烧无烟煤的过程中，众多参数在动态条件下是变量和不可变量及不可连续的测定性。为此，在实际生产运行过程中，对电煅炉煅烧无烟煤的工艺原理做了认真分析和研究，抓了以下几个方面的工艺技术研究与应用。2.1.3.1调整上部电极长度，控制炉芯电阻根据生产阴极炭素产品需要，电煅煤粉末电阻率要求控制在550～750Ω.mm2/m，电煅煤产量日产量设计值为17吨，在此前提条件下，上部电极长度控制适宜，对于减少炉芯电阻，增加煅烧带电流，提高煅烧带无烟煤的发热量及炉子的正常操作很有益处。为找出上部电极长度的合理范围，在生产过程中，研究小组进行了系列试验，试验数据如表1：表1：调整上部电极长度试验数据上部电极长度（mm）电煅煤质量状况耗电量（kwh/t）试验11400差950试1300－1400优835验2试验31300差1108在上部电极下放长度的研究中，我们通过多次试验发现，如果上部电极底部距夹持器的长度大于1400mm时，煅烧带下移，电煅煤粉末电阻率较低，但冷却效果不好，电煅煤排出温度500℃以下，易氧化，灰份增加，粉末电阻率的均匀性差；当上部电极底部距夹持器距离小于1300mm时，煅烧带上移电煅煤冷却效果好，排出电煅煤温度280℃以下，与空气接触不氧化，但无烟煤煅烧效果不好，粉末比电阻值高，高温煅烧带加长，炉芯电阻增大，电耗增高。当上部电极底部距夹持器距离为1300～1400mm，特别是控制在1350mm时，电煅煤煅烧均匀，粉末比电阻范围为550～750之间概率为95％以上，冷却效果良好，排出温度为280～350℃之间。通过上述试验，上部电极长度控制在1300～1400mm为最佳。在实际生产过程中，测量并控制上部电极长度在最佳控制范围内已经形成制度化，做到24小时测量上部电极一次并及时调整上部电极，保证严格控制在1300～1400mm之间。2.1.3.2调整烟道闸板，控制烟道温度电煅烧炉在正常运行过程中，烟道温度的控制是影响电煅炉煅烧无烟煤工艺电耗的一个重要因素。烟道温度控制适宜，对提高电煅炉的预热带温度及炉子的正常操作，保证电煅炉煅烧无烟煤质量，降低电煅无烟煤电耗提供一个工艺技术保证。如果烟道温度过高，说明炉内负压过大，挥发份在负压的作用下，在排出炉内的过程中带走的热量就多，热量损失过大，使预热带的温度偏低，无烟煤在预热带预热煅烧不充分，下移进入煅烧带后，在煅烧过程中电耗增高。如果烟道温度过低，炉内负压过小，热量损失虽可减少，电耗降低，但易造成挥发份从烟道抽不走，部分挥发份从炉面排出时着火。将产生两方面的后果：一方面造成炉内火苗烘烤夹持器，夹持器易被火苗烧坏，夹持器内冷却循环水泄漏，发生大的火灾及人身伤害事故；另一方面造成炉面无烟煤氧化，灰分增加，增加无烟煤的消耗，生产成本增加，电煅无烟煤产品质量降低，最终影响到铝用阴极炭素产品质量。对烟道温度的控制，是通过调整烟道闸板来进行的。表2中列示了科研小组进行的试验中烟道温度与电煅煤质量、耗电量关系。表2：烟道温度与电煅无烟煤质量、耗电量关系烟道温度（℃）电煅无烟煤质量状况二次电流（KA）耗电量(kwh/t)试验1550～600差12～13900试验2600～650优12～13850试验3650～700差12～13950从试验数据得出的结论是，保证炉面不着火，又使电煅煤电耗较低的烟道温度为600～650℃。在后续生产中按此要求对烟道温度进行了严格控制，电煅无烟煤质量稳定符合要求，耗电量在850kwh/t。2.1.3.3改造电煅无烟煤煅前上料系统通风除尘灰的排放流向电煅炉的加热方式与回转窑，罐式炉的加热方式不同，因而对煅烧料的粒度必须有严格要求。无烟煤粒度的选择及其大小颗粒的分布状态对产品的煅烧质量及炉子的操作都产生影响，也影响到电煅煤的电耗。特别是-0.075mm以下的通风粉子料进入电煅炉内煅烧时，产生的挥发份不易通过颗粒间隙排出，随着炉内煅烧温度的升高，压力的增加，可诱发电煅烧炉放炮喷料的事故，另一方面造成粉子料与颗粒料的局部混合，进入炉内颗粒料的局部颗粒偏析，透热率不均，为保证电煅煤的质量，需通过加大送电量的办法来提高煅烧质量，这样就产生了电煅炉工艺电耗的增加。由于原工艺设计的不合理性，造成了煅前上料系统的通风除尘灰返回电煅炉。在实际生产过程对这一不合理的工艺设计进行了相应的改造，改变无烟煤通风除尘粉的流向，使电煅无烟煤煅前上料系统产生通风除尘粉不再返回电煅炉，而是单独排放、收集，另作它用。这样既避免了事故的发生，保证电煅无烟煤质量的稳定性，又节约了电能。2.1.3.4改进煅前无烟煤粒度配比煅前无烟煤粒度有多种,根据炭素行业多年的生产经验,电煅炉普遍使用的无烟煤基本粒度控制在10～30mm,而且100%使用10～30mm的无烟煤。但从太西集团无烟煤生产来看,粒度10～30mm的无烟煤生产量少、质量不稳定。根据10～30mm的无烟煤和20～40mm的无烟煤的粒度和空隙率，为合理控制煅烧无烟煤的电阻和排除挥发份的途径，科研小组选择10～30mm无烟煤和20～40mm无烟煤的体积配比为1：1、1：2、1：2.5、1：3进行试验生产。表3：10～30mm无烟煤和20～40mm无烟煤的体积配比煅烧试验10～30mm无烟煤和20～40mm无烟煤的体积配比电煅煤电阻率波动二次电流稳定范围（KA）耗电量(kwh/t)试验11：1492～68011～12.5885试验21：2570～71011～12.5830试验31：2.5594～74012～13913试验41：3580～77012～13930从试验数据看，在10～30mm无烟煤和20～40mm无烟煤的体积配比为1：2情况下电煅煤