罐式焙烧炉技术现况与发展方向思考

近些年来，国家倡导并推行工业节能降耗新政，随着电解铝行业向小型化、节能、高效方向发展和石油焦质量呈增长趋势，炭素行业的罐式焙烧炉技术以其煅后焦质优稳定、生产营运费用低、无额外燃料消耗等优势已逐步取代回转窑而成为现在国外铝用炭素领域受到关注的技术。

罐式焙烧炉由若干个用耐火材料砌成的相似结构及平行配置的焙烧罐组成，通常每4个焙烧罐为一组，依照配置和产能的要求设置不同的组数以满足生产还要。在每位焙烧罐两边都有加热火道蒸汽发生器，烟气间接加热罐内物料，煅后料经设在焙烧炉顶部的冷却水套冷却后，由排料机构排出。在加热过程中，原料中逸出的挥发分，通过设在炉膛的挥发分汇集通道被送到火道内与助燃空气混和后燃烧，为烤炉提供持续的糖分。因为不须要外加额外燃料，充分展现了罐式焙烧炉的节能特点。

焙烧石油焦主要适于电解铝所用的预焙阳极和阴极，冶金钢铁行业生产用增碳剂、，工业硅、黄磷以及铁合金用炭负极等。所以，无论是电解纸厂、独立炭素厂以及焦化厂都比较关注石油焦焙烧技术的进步与发展。

1国外罐式焙烧炉技术现况

罐式焙烧炉因为具备充足的自给燃料，故其节能工作常常容易遭到忽略，但换个视角考虑，如能在满足自身还要的同时，增加排烟体温，将低温烟气二次利用，作为形成蒸气和发电的热源，则更能减少焙烧炉糖分综合运用率。在很多方面，现在国外焙烧炉早已取得较大进步，但仍然存在不足。

1.1散热损失

散热损失是焙烧炉主要的糖分开支，烤炉外表面水温较高，尤其是一、二层火道区域，表面气温通常在80~100℃，其散热量大大提高，对于在稳定状态下连续运行的烤炉来说，其散热损失是极其可观的。

1.2煅后焦回配

理想的原料焦挥发分浓度要控制在8%~10%之间，但近些年来国外石油焦原料的挥发分浓度通常在12%以上，一般选用生焦混配煅后焦的做法增加挥发分浓度以满足炉灶生产要求。但也增加了煅后焦销量，同时煅后焦的二次加热也耗费了大量糖分，选用过烧石油焦的预焙阳极也不促使电解槽的电物理反应，并且影响熔铸坯料的综合理化指标。

1.3挥发分的运用

挥发分是焙烧炉最重要的热源，有效运用挥发分是焙烧炉的很大优势。挥发分的运用率直接影响烤炉产能、产品指标、寿命等重要参数。因为炉内挥发分成份复杂，灰分较高（约40～44MJ/m3）且富含大量渣油，揭晓后未能直接运用，还要在炉内低温区通过设置挥发分通道将其引进火道内燃烧能够有效运用。但生预产期间适量的挥发分在输送过程中通过各观察孔、清理孔、炉子膨胀缝等通道逸出，污染工厂环境的同时又导致大量热损失。

1.4余热运用

焙烧炉余热包括煅后焦余热和低温烟气余热。

煅后焦余热一部分散失在工厂内，一部份通过循环水带走失失在空气中。低温烟气余热运用方式有限，通常作为余热蒸气机组、余热热媒机组的热源。

但因为余热搜集点距烤炉出口远、管道保温疗效差、阀门密封性差、漏风点多等缘由，沿程糖分和阻力损失过大，致使机组入口烟气气温低，烟气糖分不能被充分运用。

1.5炉体结构

为了增加烤炉单罐产能，多数生产企业加强料箱规格、增加料罐数目，导致炉体膨胀不均而变型量大，操作也愈发复杂，常常得不偿失。按单位产能投资估算，实质上是耗费了大量钢材及耐火材料，同时抢占大量有效空间。另外，因为操作习惯的不同，对挥发分道、空气道、测温测压点的布局和结构要求也不尽相似，引起炉体结构设计不能标准化，生产操作步骤不能规范化。

1.6筑炉耐火材料

随着国外电解铝行业的快速发展，符合生产阳极用的石油焦供不应求，高硫焦在预焙阳极生产中的药量渐渐减小已成为必定趋势[2]。传统焙烧炉罐壁砖采用的是焦炉用硅砖JG-94/LD、LB（GB/T2608—2012）罐流式锅炉，过多的挥发分和硫分在低温下与硅砖成份发生化学反应，物料侧的硅砖工作面短时间内被严重磨蚀，出现砖体变型、烧穿、坍塌的现象，严重影响正常生产操作和炉子寿命。

1.7生产操作

焙烧炉手动化程度普遍较低，基本全凭操作女工经验进行体温和压力的调节，在观测火焰色调判定燃烧状况的过程中，需经常开启观察孔和检修门，造成糖分大量散失，同时冷空气通过操作裂缝踏入火道，导致气温分布不均匀，煅后焦指标不稳定。

2罐式焙烧炉技术发展方向

针对上述焙烧炉的技术现况，应采取相应的举措和方式，以有效填补缺陷，这只是未来国外炭素焙烧炉的发展方向。

2.1新型隔热材料的应用在火堆周墙、底部和底部选用优质高效的新型隔热材料，如超轻度孔隔热保温砖、莫来石轻质材料取代传统的粘土质保温材料，减少烤炉净重的同时减少蓄热损失和散热损失，可以减少揭晓烟气气温，为余热运用提供足够的糖分。周墙空隙内选用5~10mm奈米反射绝热板作为膨胀和密封之用，有效保证低温下火堆结构的稳定性。尤其要留意炉体下部进火口周围的保温层，该区域温差大、负压高，外界空气踏入产生低温燃烧空间，致使保温层变型收缩严重，可选用低温胶泥回填高强莫来石隔热耐火砖（1.0t/m3以上），确保此区域的整体性和密封性要求。

2.2增加罐壁硅砖综合指标高炉用硅砖现在已不能满足高挥发分、高硫焦的焙烧要求，还要与相关耐材研究单位和生产企业联合上去，研发适应当前载荷的焙烧炉专用优质硅砖，以解决硅砖烧蚀、磨损、寿命的问题，同时要兼具经济性和制造的要求。现在研发的高抗蚀涂釉改性复合砖、超致密高导热耐热硅砖等针对焙烧炉的材料还在实验阶段，坚信随着焙烧炉专用硅砖的研发成功，可以极大延长焙烧炉的使用寿命。

2.3构建数值模拟机制选用科学剖析方式，推行数值模拟机制并结合现场生产状况优化炉体结构。通过英语模型剖析炉血淤场和湍流数据，按照水温和负压的分布特性进行炉体结构精准设计。利用物理模型优化空气道、挥发分道结构，增设将挥发分引进汇集烟道的通道，将多余挥发分引进烟道燃烧，将排烟气温增加到1100～1200℃，既避开了多余挥发分对工厂环境的污染，又向余热设备提供更多的糖分，也为取消煅后焦回配环节提供了条件。

2.4余热运用多元化煅后焦的余热运用技术在国外还不成熟，煅后焦从1000℃冷却到100℃释放大量显热，可考虑借鉴化工行业的干熄焦技术通过循环气体回收这部份糖分罐流式锅炉，也可选用气化冷却的方法将饮料混和物在炉膛内完成气液分离，将形成的高压蒸气适于传热或发电。

优化低温烟气运用布局，在厂区的平面布置中将余热搜集点紧靠焙烧工厂，降低低温烟气输送距离，同时对低温烟道采取绝热处理，内衬结构设计要兼具保温、寿命和经济性的要求。球阀、膨胀节法兰连结处采取高效密封举措，避免冷空气适量吸入导致温降和阻力损失。

2.5增加手动化程度焙烧炉现在只有加料、排料实现手动化，炉灶生预产期间基本以自动操作为主，增加手动化程度是未来焙烧炉发展的方向。以合理的火道气温分布曲线为基础，进行气温、压力手动调节，使炉况一直处于稳定的工作状态。手动化程度的增加，不但可以提高操作女工数目，优化人员配置，并且保证炉内糖分分布科学合理，有效提升烤炉热效率，延长烤炉使用寿命。

2.6科学起草烤炉曲线烤炉过程直接影响烤炉的运行指标和使用寿命，应严苛按烤炉曲线控制回暖速率、升温时间、炉体膨胀量等重要参数。烤炉曲线应以硅砖实测膨胀率为基础，按照环境湿度、湿度、泥浆含水量、燃料种类等综合诱因拟定。

2.7操作细则标准化依据焙烧工艺机制科学制定标准化操作细则，对操作人员进行科学规范的生产轮训。高温焙烧新技术的开发应用，提升了火堆产能，缓解了工厂操作环境，具备良好的应用前景，应编制相应的操作指南和轮训文件推广应用。

3结语

国外罐式焙烧炉仍有巨大的技术发展空间，应重点在新型材料应用、开发优质硅砖、多途径回收余热资源、提高手动化程度、科学烤炉与规范操作等方面进行深入的研究，使罐式焙烧炉成为长寿命、高产能、智能环保、经济型工业锅炉。尤其要注重将数值模拟技术与生产实践相结合，科学提高我国罐式焙烧炉的综合技术水平。