刘 超，周善红，孙煦寒

(1.沈阳铝镁设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110001；2.抚顺铝业有限公司，辽宁 抚顺 113001)

罐式炉煅烧工序是对石油焦在隔绝空气的条件下进行高温干馏的过程，其核心设备是罐式煅烧炉，也称罐式炉或煅烧炉。罐式煅烧炉的出口烟气温度通常在850～950℃，发热量可达4186～8373 kJ/m3，具有较高的余热回用价值。生产中，煅烧系统通过余热锅炉及导热油炉等设备实现对此高温烟气余热的回收利用[1-4]。

煅烧烟气自罐式煅烧炉烟道出口流出，通过车间外烟道进入煅烧烟气余热回用系统，烟气传输过程中存在的热量损失主要包括烟道对环境的散热损失及系统漏风的热量损失。其中，烟道保温措施的有效实施使得烟道对环境的散热损失有限[5]，而整个烟气输送系统由于漏风所带来的热量损失往往是造成煅烧烟气温度降低的根本原因。余热锅炉的发电能力与入口烟气温度存在正相关[6]，系统漏风造成煅烧烟气余热发电量降低，主要的原因在于两个方面：

(1)系统漏风会造成余热锅炉入口温度大幅降低，降低了传热温差，进而恶化换热过程。此外还会明显降低余热锅炉生产蒸汽的品质，综合降低了锅炉热效率。

(2)系统漏风与否，进入余热锅炉的烟气总热量基本不变。但是由于余热锅炉的排烟温度通常在170～200℃之间，系统发生漏风相当于将掺入的冷空气从环境温度加热至余热锅炉的排烟温度后排出锅炉。即离开余热锅炉的烟气总热量变多，这部分热损失会使得发电量进一步降低。

在实际生产中，经常会遇到余热锅炉用户反馈入口烟气温度低导致发电量不足的现象。为提高煅烧烟气在余热锅炉入口处的温度，就需要对具体的煅烧烟气漏风问题进行分析，结合科学的检测手段，查明煅烧烟气的漏风部位，采取合理的措施减少漏风，进而提高烟气温度，增加煅烧烟气余热的利用价值。

1 煅烧烟气系统漏风分析及测试方法

1.1 煅烧烟气系统漏风分析方法

煅烧烟气系统主要包括烟气输送管道、烟气余热利用用户及烟气处理设备。图1是国内炭素厂罐式炉煅烧烟气系统的一般性工艺配置方案，未考虑烟气处理系统。从图中可以看出，多台罐式煅烧炉生产时产生的高温烟气经炉体集合烟道输送至车间外烟道，后分配至蒸汽锅炉及导热油炉实现余热回用。在整个输送过程中，高温烟气会经过工艺管道、高温闸板及支道阀门等部位。由于闸板及阀门经常动作，当设备运行时间久、缺少日常维护，就会在上述部位漏入冷空气，流入罐式炉煅烧烟气系统内，导致煅烧烟气温度降低。

图1 罐式炉煅烧烟气系统的一般性工艺配置方案

当对煅烧烟气系统漏风情况进行分析时，首先需要依照图1，明确特定企业对应煅烧烟气系统的一般性工艺配置现状，找出可能存在漏风的部位，即全部的集合烟道闸板、车间外烟道闸板、余热用户的分配闸板和烟道支道的阀门等。将全部位置整理并列入漏风部位检测清单，按照漏风部位清单进行漏风检测。根据检测结果，综合分析煅烧烟气系统的漏风情况。

1.2 煅烧烟气系统漏风测试方法

完成具体煅烧烟气系统漏风的分析工作后，可以得到明确的漏风部位清单，采用热电偶、烟气分析仪和皮托管等设备进行测定，获取对应部位的原始数据。

烟气分析仪是利用电化学传感器连续分析测量烟气中成分(O2、CO2、CO、H2O、NOX和SO2等)含量的设备，在煅烧烟气系统漏风检测分析过程中，对于正常使用中的闸板或者阀门处，通过使用烟气分析仪检测其上、下游测口，可以获得烟气流过对应部位时的含氧量变化，以此反推此处的漏风情况。

皮托管流量计是一根弯成直角的双层空心复合管，带有多个取压孔，能同时测量流体总压和静压力，与差压变送器、流量显示仪配套使用。由于流体的总压和静压之差与被测流体的流速有确定的数值关系，因此可以用皮托管测得流体流速从而计算出被测流量的大小[7]。在煅烧烟气系统漏风检测分析过程中，对处在完全关闭状态的闸板下游使用皮托管流量计检测，通过计算得出对应位置的动压大小，可以估计封闭闸板处的漏风情况。

使用热电偶可以测定烟气温度，在全流程分析时，通过烟气的温度变化情况，可以从整体上把握烟气的漏风程度。对上下游温度对比分析时，可以得出某一部位的漏风情况，在采取封堵措施前后，通过同一部位的烟气温度对比，可以反映出实际的封堵效果。

对清单部位完成测定及理论计算后，将有漏风问题的部位进行有效堵漏。完成全部漏风的封堵工作后，可以再次使用上述设备对清单部位的漏风情况进行检查，最终通过热电偶的测定温度，综合评估系统的漏风改善情况。

2 煅烧烟气系统漏风分析及测试实例

国内某炭素企业煅烧烟气系统生产运行过程中，罐式煅烧炉出口烟气温度经测定在850～900℃范围内，沿程经过集合烟道、闸板等进入余热蒸汽锅炉，温度降低至500℃左右，最高温度可达到600℃。烟气在输送过程中的温度损失过大，导致余热锅炉产蒸汽的发电量偏低，仅有1000 kWh/h左右，余热利用效果较差。

根据文献[8-9]的理论数据，对于24罐，单罐产量为120 kg/h的罐式煅烧炉，其理论烟气量约为11,000 Nm3/h。该炭素厂处在生产状态的两台罐式煅烧炉为24罐，每罐产量在100 kg/h，根据平衡关系可以估算该煅烧烟气系统在正常生产时的理论烟气量为18,000 Nm3/h。由于系统存在漏风，导致煅烧烟气温度由900℃降低至600℃。根据热平衡可以初步估算出，该炭素厂日常生产中煅烧烟气系统的实际烟气量已达到27,000 Nm3/h。由此可见，系统漏风量达到了9000 Nm3/h。同时，参照文献[9]中余热锅炉发热量的计算过程，可以计算出锅炉入口烟气温度为800℃的理论发电量约为1298 kWh/h，能比现有发电量增加约300℃/h，提高约30%的发电量。因此，该厂煅烧烟气系统漏风问题亟待解决。

为了提高煅烧烟气余热利用效率，增加发电量，本文以该炭素厂为例开展了煅烧烟气系统漏风分析及测试工作。

2.1 煅烧烟气系统漏风分析

通过现场实际调研，按照本文中所述煅烧烟气分析方法，可以获得图2所示的某炭素厂罐式炉煅烧烟气系统的工艺配置情况。由图2可以看出，该厂现有3台罐式煅烧炉，其中1#罐式煅烧炉处在空罐状态，2#及3#罐式煅烧炉处于正常生产状态。每台罐式煅烧炉通过集合烟道与车间外烟道连接，在每台罐式煅烧炉的集合烟道处均设置有烟道闸板，在车间外烟道也设有烟道闸板。此外，煅烧高温烟气主要输送至余热锅炉进行发电或导热油炉加热热媒进行余热回用。在通往余热锅炉的管线上设有控制烟气流量的闸板，进入地下烟道的支道上设有支道闸板。同样的，在通往导热油炉的管线上设有调节闸板，由导热油炉流出的烟气管道上也设有管道闸板。

图2 某炭素厂罐式炉煅烧烟气系统的工艺配置情况

根据现场调研结果及实际的工艺配置情况，可以将某厂煅烧烟气系统可能存在的漏风部位详细列出，表1所示即为某炭素厂煅烧烟气系统漏风检测部位清单。

表1 某炭素厂煅烧烟气系统漏风检测部位清单

根据表中所列全部可能存在漏风的部位，即可采用烟气分析仪、皮托管及热电偶等检测设备按照测试要求开展测试工作。需要特别说明的是：

1#罐式煅烧炉整台炉子全部料罐处于空罐待修状态，集合烟道的两道闸板都处在完全封闭的状态下，如果此处存在漏风，应该是由闸板上游流向闸板下游。因此，在两道闸板的下游测点处采用皮托管流量计检测烟气动压。

2#罐式煅烧炉处在正常生产的状态下，两个集合烟道闸板均只有一个处于打开的状态，另外一个完全封闭。因此，对处在工作状态的闸板的上、下游采用烟气分析仪测量氧气含量，对处在关闭状态的闸板下游测点采用皮托管流量计测量风压。

3#罐式煅烧炉处于正常生产状态，且两个集合烟道闸板都处于打开状态。因此，对两个闸板处的上、下游测点均使用烟气分析仪进行检测。

车间外烟道上的闸板处在工作状态。因此，使用烟气分析仪对此处的上、下游测点进行含氧量测定。

余热锅炉处于工作状态，入口闸板处于打开状态。因此，需要对入口闸板处的上、下游测点使用烟气分析仪进行含氧量测定。由于余热锅炉入口烟道支道上的闸板处于完全关闭状态，且如果此处存在漏风，则是由闸板下游流向闸板上游。因此，需要使用皮托管流量计对对应闸板上游测点进行风压检测。

导热油炉处于停产状态，闸板完全关闭，由导热油炉通向地下烟道的支道上的闸板也处于完全关闭状态，如果此处漏风，应该是由外界向烟道内部漏风。因此，需要对此处闸板的上游使用皮托管流量计对风压进行测试。

同时对全部测点使用热电偶进行温度检测。

2.2 某炭素厂煅烧烟气系统漏风测试

依据某煅烧烟气系统漏风检测部位清单，对某炭素厂煅烧烟气系统进行漏风测试工作。对清单中所列部位的上、下游测点分别进行测试，具体测试结果见表2。

表2 某炭素厂煅烧烟气漏风测试结果

由测试结果，可以发现以下几方面问题：

(1)罐式煅烧炉在正常生产时，集合烟道处的烟气含氧量通常在7%～9%的水平，而测试结果反应出3#闸板、5#闸板及6#闸板上游测点的含氧量均大于9%，在10.5%～11.0%之间，说明该炭素厂罐式煅烧炉本身生产工艺存在氧气过量的情况。

(2)处于完全关闭状态的集合烟道闸板(1#闸板、2#闸板和4#闸板)处，使用皮托管流量计测得其下游的气流动压较小，说明对应闸板处虽然有空气漏入，但是流入的空气量相对较少；对处于工作状态的集合烟道闸板(3#闸板、5#闸板和6#闸板)的测试结果可以看出，烟气中的含氧量在经过闸板前后的变化为0.5%左右，对应漏风量在5%左右。

(3)7#闸板上游烟气的含氧量达到12.5%，下游烟气的含氧量达到14.1%，可计算出此处漏风量达到23%左右，从对应热电偶测得的温度变化幅度也最大，说明此处闸板是整个系统中漏风最严重的部位。

(4)9#闸板上、下游含氧量的变化幅度为0.4%，说明此处有少量空气漏入。

(5)8#闸板、10#闸板和11#闸板处于完全关闭的状态，测试结果显示8#闸板和11#闸板处的气流动压较小，说明漏入空气量较少。而10#闸板处动压达到78 Pa，说明此闸板处外部空气倒灌现象严重。

(6)从测点11和测点13的温度数据上可以看出，除上述闸板位置存在漏风外，烟道自身也存在对环境的散热损失。

2.3 某炭素厂煅烧烟气系统漏风解决措施

根据测试结果发现的漏风及散热问题，对该炭素厂提出了以下的解决措施：

(1)优化煅烧生产工艺，减少空气兑入量，降低集合烟道出口处氧气含量。

(2)该炭素厂每台罐式煅烧炉有两个集合烟道，均采用“一用一备”生产模式，将其中暂时不用的闸板采用四周钢板固定后，然后向缝隙中塞纤维棉，最后采用耐火泥抹平密封处理，对使用的烟道闸板也要进行密封处理。

(3)工艺操作上，确定7#闸板的大致位置后应停止对其频繁操作，使用5#闸板或6#闸板调节3#罐式煅烧炉的火道负压，要对7#闸板进行重点堵漏，对缝隙填塞纤维棉，然后采用耐火泥抹平密封处理。

(4)对8#闸板、10#闸板和11#闸板进行密封，对缝隙填塞纤维棉，然后采用耐火泥抹平密封处理。

(5)对车间外烟道的保温措施定期进行维护，降低烟道表面对环境的散热损失。

2.4 某炭素厂煅烧烟气系统漏风优化结果

国内某炭素厂在实际生产过程中，罐式煅烧炉烟气出口处的温度为850～900℃，输送至余热锅炉入口处的温度最低降至500℃，导致余热锅炉的发电量仅有1000 kWh/h，存在明显的漏风问题。

依据该炭素厂煅烧烟气系统漏风问题分析与测试结果，文中提出了漏风问题的解决措施。该炭素厂煅烧烟气系统按照合理化的改善建议整改后，使用热电偶测得进入余热锅炉入口处的烟气温度从537℃提升至820℃，达到了正常水平，发电量提升至1330 kWh/h，约提高了30%的发电能力。

3 结 语

本文提出了罐式炉煅烧烟气系统漏风问题的分析及测试方法，并以国内某炭素厂煅烧烟气系统漏风问题为案例开展了分析及测试工作，对存在漏风问题的煅烧烟气系统进行理论分析，明确可能存在漏风情况的部位清单。

根据清单，开展测试工作，结论如下：

(1)对于正常使用中的闸板或者阀门处，通过使用烟气分析仪检测其上、下游测口，可以获得烟气流过对应部位时的含氧量变化，以此反推此处的漏风情况。

(2)对处在完全关闭状态的闸板下游使用皮托管流量计检测，通过计算得出对应位置的动压大小，可以估计封闭闸板处的漏风情况。

(3)在全流程分析时，采用热电偶测定流通烟气的温度变化，从整体上把握烟气的漏风程度，通过对比分析上下游温度，判断某一部位的漏风情况。

最后，根据测试结果对漏风位置进行整改，整改后再次测量漏风位置上下游的温度情况，对堵漏效果进行分析。

通过开展上述分析及检测工作，可以有效解决煅烧烟气系统漏风问题，提高余热用户的入口烟气温度，最终实现煅烧烟气余热利用价值的提高。