罐式焙烧炉.doc

罐式焙烧炉(retortcalciner)在固定的料罐中实现对炭素材料的间接加热，使之完成焙烧过程的热工设备。罐式焙烧炉是炭素工业中被广泛选用的一种炉型。焙烧时原料由转炉加料装置加入罐内，在由上而下的联通过程中，渐渐被坐落料罐两边的火道加热。燃料在火道中燃烧形成的糖分是通过火道壁间接传给原料的。当原料的气温达到350～600时，其中的挥发分大量释放下来。通过挥发分道汇集并送入火道燃烧。挥发分的燃烧是罐式焙烧炉的又一个糖分来源。原料经过1200～1300以上的低温，完成一系列的化学物理变化后，从料罐上方踏入水套冷却，最后由排料装置排出炉外。完成了热交换的废烟气送入余热机组，运用其余热生产蒸气，或送人传热室预热供燃料和挥发分燃烧的空气。基本构造罐式焙烧炉由炉体(包括料罐、火道、四周大墙，有的也有传热室)和金属骨架以及附属在炉体上的冷却水套、加排料装置、煤气(或渣油)管线等几部份组成。(见图)料罐和火道是炉体最重要的组成部份燃气蒸汽发生器，料罐按纵横方向成双排列，连同它两边的四条火道构成一组，一台炉可有3～7组。料罐的水平截面为两端是圆形的扁长形，罐壁平行或略向外倾斜，前者即何谓斜罐式焙烧炉。对焙烧含挥发分较高的推迟焦，斜罐可以使增长的料层松动，减少烧蚀造成堵炉的危险。

火道在料罐高度上分6～8层，烟气在火道内是一长“之”字形路线。料罐和火道都处于低温，工作条件恶劣，但是还要求罐壁导热性好，气密性高，故选用壁厚为80mm的硅质异形砖砌墙。炉体的中部是几组料罐和火道，外部四周是大墙。在大墙中设有挥发分和预热空气通道。焙烧过程中排出的挥发分从罐下部的逸出口流出，由坐落炉底部的集合道把同组中的挥发分汇集，于是经大墙中的通道，能够送到燃烧口和须要补充糖分的火道进行燃烧。经传热室或炉底空气预热道预热过的空气，也要通过大墙中的通道能够送到燃气(或轻油)和挥发分的燃烧点供其燃烧。为了控制挥发分和预热空气的量，专门设有拉砖头进行调节。另外在大墙壁还设有这些火佛寺察孔、测温测压孔，以便烤炉的操作和监控。大墙选用粘土质耐火砖、保温砖和青砖砌墙。在炉后不设余热机组的时侯，为了运用废烟气的余热，可设传热室。传热室由粘土质的条纹砖铺砌，废烟气和空气按各自的通道交错流动进行传热，通过条纹砖，废烟气气温由1000降为500～600，而空气则被预热到400～600。开发预热空气助燃，不但减少焙烧体温，还节省燃料，当改用推迟新乡原料后，大量挥发分的燃烧，不但满足了焙烧体温的要求，并且还大大富裕，辅以传热室的方式已不能充分运用这部份糖分，因此被余热机组代替。

整个炉体用金属骨架支撑和紧固。冷却水套悬挂在料罐的顶部。焙烧好的料通过冷却水套即被冷却到100以下。加、排料装置分别坐落炉膛和冷却水套下边。加排料形式和设备结构方式其实不同，但对其总的要求都一样，即连续均匀地加、排料，且在较大范围内能调节加、排料量；密闭功耗良好，不容许漏进空气导致料的氧化，结实靠谱，以便维护。加、排料装置的结构见焙烧炉用机械设备。分类罐式焙烧炉按其结构特征分类如下：罐炉、12罐炉、16罐炉、20罐炉、24罐炉、28罐炉等。由于炉灶以组为单元，而一组有4(4)按烟气与物料流动的方向分，有顺水式炉和逆流式炉。(5)按燃料的种类分，有煤气炉、燃油炉和燃木柴。(6)按结构的复杂程度分，有标准式炉和简易式炉。罐式焙烧炉都是在炉膛加料，在炉底排料。物料是靠自重从上向上联通的。顺水式炉烟气的流动方向与物料一致，是从前面的火道往前面的火道流动。燃料从最下层火道送人，这儿气温最高，而处于相应部位的物料，由于刚加入料罐时气温还很低，在向上联通过程中气温要逐步下降，但这时火道气温却下跌了，这对物料后期的回暖非常不利。只有增加产能，降低物料的下移速率，能够减少物料的体温。美国初期建设的罐式焙烧炉都是顺水式的。

到了20世纪70年代才又发展了逆流式炉。逆流式炉的燃料从最上层火道送入，烟气与物料是反向运动，即从下边的火道往里面的火道流动，那样，火道的低温区域也正是物料处于加热后期最须要增加体温的部位，因而，对物料的焙烧是有利的，这就使逆流罐式焙烧炉无论在产品品质、炉子产能，热效率方面都优于顺水式炉。这些烤炉按结构分应为标准炉。简易式炉是在上面侧重介绍的标准炉的基础上，既保持烤炉功能、热工体制不变，又对炉体结构进行简化，并立足于当地条件的一种炉型。其特征(1)炉体几何宽度小。一台炉通常只有4～6个料罐，料罐与火道的高度也较矮。因此从占地面积和民房高度均大于标准炉，其实产能也小一些。(2)球罐与火道选用容易荣获的标准型粘土质耐火砖铺砌，结构硬度与严密性均较多。(3)以煤粉为燃料，并用人工操作模式为烤炉供煤。气温波动较大，劳动条件不好。(4)不设余热运用装置，热效率低。简易式炉其实销量小，产率大，劳动条件差，炉灶寿命短，但由于投资少，建设开工快，在一些地方小厂仍有使热工特征罐式焙烧的热工特征如下：(1)间接加热。糖分的载体与被加热的物料不直接接触，火道中的低温是通过80mm厚的硅砖罐壁把糖分传给料罐中的物料的。

(2)按烟气与物料运动的相对关系，有顺水和逆流两种加热方法，前者具备较高的传质效率。(3)才能做到对挥发分充分合理的运用。对同一组料罐中逸出的挥发分先汇集，于是按回暖还要送到相应的火道层燃烧，并用挥发分拉板进行控制，达到延长焙烧带，调整热工机制的目的。(4)物料的挥发分浓度对热工过程有重要影响。挥发分浓度大，可以降低燃料的供给，并且实现无外加燃料焙烧。但同时也带给罐内酸败、排料困难，挥发分道容易堵塞，火道体温过低并且被烧塌等不正常状况。因此，生产上常用焙烧混和焦的方法来解决，美国研发的斜罐式焙烧炉焙烧含挥发分高的推迟焦是完全成功的。(5)炭质损坏较小，通常可以达到3％～4％。由于是间接加热，烟气中的短缺空气不会引起料的氧化。料罐内，因为挥发分静压力的作用，在下部产生约10Pa的正压。空气不会浸入，在上部产生负压，假如球罐不严密都会漏进空气，导致料的氧化。冷却水套和排料装置漏水对炭质损坏还有重要影响。(6)不直接测定料温，而是以火道气温作为控制基准。调温的方式灵活，既可以控制燃料、挥发分的量，也可以通过负压进行控制，还可以改变加、排料量进行调节。(7)余热运用充分。不但设有余热机组或换热器室，在炉底还设有空气预热道。

既冷却了炉底缓解了操作环境，又预热了空气。(8)均匀地加、排料，保持罐内一定的料面，对焙烧过程的稳定有其重要意义。这一方面是由于料在罐内应有一定的逗留时间，就能保证料的焙烧品质；另外逸出挥发分的量要均衡，能够保证热工体制的稳定。筑炉材料及烤炉寿命球罐和火道是用异形硅砖回填。硅砖具备导热性好、荷重软化温度高、高温机械硬度大等优点，适宜于间接加热、火道气温高、有物料磨擦和撞击的工作条件。其劣势是耐旱震性差，故操作中应留意尽量降低体温的波动。通常把硅砖作成带凸棱和沟槽的异形砖。甚至规格要求精确，填筑砖缝要求严苛。这不但降低了砌体的气密性，还强化了整体的机械硬度。除此此外，燃烧口气温高，用高铝砖铺砌，传热室和四周墙壁则用热稳定性较差的粘土质耐火砖以及保温砖和青砖砌墙。球罐和火道是炉灶工作条件最恶劣的部份，只是炉体受损最严重的部份。硅砖在回暖过程中，由于容积变化大，因此对烤炉的要求非常严苛。操作不当，经常导致烤炉初期损毁。因此烤炉品质是影响烤炉寿命的重要诱因。运行中的炉灶，假如水温控制不好，气温太高或波动太大，砖都会被烧毁或导致严重裂痕罐流式锅炉，物料中的酸性尾矿生成的低沸点盐对硅砖会导致侵蚀。固定碳与SiO在常年低温作用下发生的还原反应，使硅砖的结构疏松，联通的物料对罐壁的磨蚀使砖的破坏日益扩充到内部，就是上述各类诱因的综合作用导致了硅砖的毁坏。

燃烧口由于低温，气温波动大，只是炉灶最容易受损的部份，因此，不锈钢支承板，冷却水套，加、排料装置还有被烧毁的状况。烤炉的工作寿命主要决定于硅砖砌体的受损状况，其影响诱因有：(1)砖的品质。(2)回填品质。(3)烤炉品质。(4)焙烧物料的种类。(5)操作状况。(6)烤炉修理状况。在正常状况下火堆可以运行8～10a。烤炉烤炉开工前必不可少的由室温转到正常工作体温的工艺操作。包括烘干和烘干两个阶段罐流式锅炉，后者是将炉体内部水份尽或许排除，前者是使炉温逐步达到正常加、排料的气温，为烤炉投入正常运行做好打算。作为炉具主要耐火材料的硅砖，在加热和冷却过程中除了会发生热胀冷缩，还伴随SiO结晶型态的转换形成较大的容积变化。为此，烤炉还要的时间长(50～60d)，并且要严苛控制回暖速率和湿度的均匀性。烤炉是依照预先拟定的烤炉细则进行操作的，烤炉细则的核心是烤炉曲线。烤炉曲线规定了回暖速率、保温时间、烘炉时限和烤炉终了盐度。起草烤炉曲线先要采集有代表性的砖样，进行线膨胀率的测量，于是按照经验，取每昼夜的线膨胀率为0.03％～0.04％以确保砌体的安全。那样就可以通过计算得到理论上的烤炉曲线，再把实际状况(回填品质、施工秋天、自然烘干时间等)考虑出来，并参考先前烤炉的实际经验，进行调整和修正，才是指导烘炉的实际烤炉曲线。

烤炉用的燃料可以按照实际状况定。美国通常选用发生炉燃气当燃料。在高温阶段燃气是先在炉外的金属小灶中燃烧，于是再引进火道。此法的优点是气温容易控制，不易灭火。500之后撤除金属小灶，运用炉上原有的烧嘴直接对火道加热。在烤炉中为保证严苛按烤炉曲线回暖，维持炉体完好，需强化以下3方面的操作和管理：(1)负压的调整，非常是首层(对顺水式炉而言，下同)负压的调整至关重要。首层负压应随控制体温的上升而递增。为保持炉体纵长方向水温的均匀性，边火道除适当多供燃气外，负压应比后边火道提3Pa左右。(2)气温控制。以首层末端(习惯称二层)气温作为烤炉的控制体温。要做到一直测试，及时调整，按量记录。(3)膨胀控制。随时精确检测炉体各个方向的膨胀，按测得的数据对烤炉曲线进行必要的校准，并借助对螺旋弹簧的调整来控制炉骨架拉杆的受力。产能估算每位料罐的产能按下式估算：为一个料罐一小时的煅后焦销量，kg/h；F为料罐的断面积，m为料罐的装料高度，m；r为炭素材料的堆积密度，kg/m为物料在料罐内的逗留时间，h。烤炉的实际产能也可按下式对照核算：式中G7为一台炉每天的实际煅后焦销量，kg/d；g′为加料机每小时平均加料量，kg/h；t′为加料机每天实际工作小时数，h/d；a为挥发分、水分及炭质损坏的百分率。

热平衡及热效率以某厂顺水式罐式焙烧炉的热平衡检测为例，该炉以低咽痛量为5700kJ/N的燃气为燃料，生焦含挥发分7.68％，含水份4％。以1kg煅后焦为基准，环境湿度为20的热平衡(见表)。以焙烧气温下含糖分，加上水分蒸发热和挥发分分解热为煅后焦的有效热，估算得到的烤炉本体热效率为19％，余热回产率为36.8％，全炉系统的热效率为41.3％。料的实产率为86.3％，炭质损坏为3.74％。从上例可以看出，挥发分燃烧热在热收人中占有巨大比重，这与被焙烧物料的种类有关，当焙烧含挥发分低的冶金焦和沥青焦时，燃料燃烧的糖分要占总糖分的75％左右，而焙烧普通石油焦只占40％～50％，当焙烧含挥发份量大的推迟焦并且可以不供燃料，实现无燃料焙烧。展望虽然全世界85％的石油焦是用回转窑焙烧的，但罐式焙烧炉作为炭素材料焙烧的一种重要炉型仍占有一定的地位，非常是焙烧品质好，炭质损坏小，挥发分运用合理而遭到垂青，对产能不大的工.厂是合适的，在美国焙烧是分散进行的，但是产能都.不巨大，因而遭到普遍注重。为了适应推迟焦的广泛应用，某炭素厂针对煅.烧推迟焦所出现的问题，对原有顺水式炉作了重大.改进，研发成功了28罐逆流式斜罐焙烧炉，不但适.应了推迟焦的焙烧，但是烤炉的主要技术指标都得.到了增强。普遍推广和逐步建立这些炉型对炭素.工业的发展具备重要意义。