详解罐式煅烧炉

罐式煅烧炉罐式煅烧炉(retortc alciner)在固定的料罐中实现对炭素材料的间接加热，使之完成煅烧过程的热工设备。罐式煅烧炉是炭素工业中被广泛承受的一种炉型。煅烧时原料由炉顶加料装置参加罐内，在由上而下的移动过程中，渐渐被位于料罐两侧的火道加热。燃料在火道中燃烧产生的热量是通过火道壁间接传给原料的。当原料的温度到达 350600时，其中的挥发分大量释放出来。通过挥发分道集合并送入火道燃烧。挥发分的燃烧是罐式煅烧炉的又一个热量来源。原料经过 12001300以上的高温，完成一系列的物理化学变化后，从料罐底部进入水套冷却，最终由排料装置排出炉外。完成了热交换的废烟气送入余热锅炉，利用其余热生产蒸汽，或送人换热室预热供燃料和挥发分燃烧的空气。根本构造 罐式煅烧炉由炉体(包括料罐、火道、四周大墙，有的还有换热室)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(或重油)管道等几局部组成。(见图)料罐和火道是炉体最重要的组成局部，料罐按纵横方向成双排列，连同它两侧的四条火道构成一组， 一台炉可有 37 组。料罐的水平截面为两端是弧形的扁长形，罐壁垂直或略向外倾斜，后者即所谓斜罐式煅烧炉。对煅烧含挥发分较高的延迟焦，斜罐可以使下降的料层松动，减小结焦造成堵炉的危急。火道在料罐高度上分 68 层，烟气在火道内是一长“之”字形路线。料罐和火道都处于高温，工作条件恶劣，而且还要求罐壁导热性好，气密性高，故承受壁厚为 80mm 的硅质异型砖砌筑。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。煅烧过程中排出的挥发分从罐上部的逸出口流出，由位于炉顶部的集合道把同组中的挥发分集合，然后经大墙中的通道，才能送到燃烧口和需要补充热量的火道进展燃烧。经换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才能送到煤气(或重油)和挥发分的燃烧点供其燃烧。为了掌握挥发分和预热空气的量，特地设有拉板砖进展调整。另外在大墙上还设有很多火道观看孔、测温测压孔， 便于炉子的操作和监控。大墙承受黏土质耐火砖、保温砖和红砖砌筑。在炉后不设余热锅炉的时候，为了利用废烟气的余热，可设换热室。换热室由黏土质的格子砖砌筑， 废烟气和空气按各自的通道穿插流淌进展换热，通过格子砖，废烟气温度由1000降为 500 600，而空气则被预热到 400600。开发预热空气助燃，不但提高煅烧温度，还节约燃料，当改用延迟焦作原料后，大量挥发分的燃烧，不但满足了煅烧温度的要求，而且还大大富有，承受换热室的形式已不能充分利用这局部热量，所以被余热锅炉取代。整个炉体用金属骨架支撑和紧固。冷却水套悬挂在料罐的底部。煅烧好的料通过冷却水套即被冷却到 100以下。加、排料装置分别位于炉顶和冷却水套下面。加排料方式和设备构造形式虽然不同， 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整加、排料量；密闭性能良好，不允许漏进空气造成料的氧化，结实牢靠，便于维护。加、排料装置的构造见煅烧炉用机械设备。分类罐式煅烧炉按其构造特点分类如下：(1) 按料罐数量分，有 6 罐炉、12 罐炉、16 罐炉、20 罐炉、24 罐炉、28 罐炉等。由于炉子以组为单元，而一组有 4 个料罐，所以炉子的料罐数是 4 的倍数。(2) 按料罐的外形分，有直罐炉和斜罐炉。(3) 按火道层数分，有 45 层火道炉、6 层火道炉和 8 层火道炉。(4)按烟气与物料流淌的方向分，有顺流式炉和逆流式炉。(5) 按燃料的种类分，有燃气炉、燃油炉和燃煤炉。(6) 按构造的简单程度分，有标准式炉和简易式炉。罐式煅烧炉都是在炉顶加料，在炉底排料。物料是靠自重从上向下移动的。顺流式炉烟气的流淌方向与物料全都，是从上面的火道往下面的火道流淌。燃料从最上层火道送人，这里温度最高，而处于相应部位的物料，由于刚参加料罐时温度还很低，在向下移动过程中温度要渐渐上升，但这时火道温度却下降了，这对物料后期的升温特别不利。只有降低产能，减慢物料的下移速度，才能提高物料的温度。中国早期建设的罐式煅烧炉都是顺流式的。到了 20 世纪 70 年月才又进展了逆流式炉。逆流式炉的燃料从最下层火道送入，烟气与物料是逆向运动，即从下面的火道往上面的火道流淌， 这样，火道的高温区域也正是物料处于加热后期最需要提高温度的部位，因此，对物料的煅烧是有利的，这就使逆流罐式煅烧炉无论在产品质量、炉子产能，热效率方面都优于顺流式炉。这种炉子按构造分应为标准炉。简易式炉是在前面着重介绍的标准炉的根底上，既保持炉子功能、热工制度不变，又对炉体构造进展简化，并立足于当地条件的一种炉型。其特点为：(1) 炉体几何尺寸小。一台炉一般只有 46 个料罐，料罐与火道的高度也较矮。所以从占地面积和厂房高度均小于标准炉，固然产能也小一些。(2) 罐体与火道承受简洁获得的标准型黏土质耐火砖砌筑，构造强度与严密性均较差。(3)以烟煤为燃料，并用人工操作方式为炉子供煤。温度波动较大，劳动条件不好。(4)不设余热利用装置，热效率低。简易式炉虽然产量小，煤耗大，劳动条件差，炉子寿命短，但由于投资少，建设投产快，在一些地方小厂仍有使用。热工特点罐式煅烧的热工特点如下：(1) 间接加热。热量的载体与被加热的物料不直接接触，火道中的高温是通过 80mm 厚的硅砖罐壁把热量传给料罐中的物料的。(2) 按烟气与物料运动的相对关系，有顺流和逆流两种加热方式，后者具有较高的传热效率。(3) 能够做到对挥发分充分合理的利用。对同一组料罐中逸出的挥发分先集合，然后按升温需要送到相应的火道层燃烧，并用挥发分拉板进展掌握，到达延长煅烧带，调整热工制度的目的。(4) 物料的挥发分含量对热工过程有重要影响。挥发分含量大，可以削减燃料的供给，甚至实现无外加燃料煅烧。但同时也带来罐内结焦、排料困难，挥发分道简洁堵塞，火道温度过高甚至被烧塌等不正常状况。为此，生产上常用煅烧混合焦的方法来解决，中国研制的斜罐式煅烧炉煅烧含挥发分高的延迟焦是完全成功的。(5) 炭质烧损较小，一般可以到达 34。由于是间接加热，烟气中的过剩空气不会造成料的氧化。料罐内，由于挥发分静压力的作用，在上部形成约 10Pa 的正压。空气不会渗入，在下部形成负压，假设罐体不严密就会漏进空气，造成料的氧化。冷却水套和排料装置漏气对炭质烧损也有重要影响。(6) 不直接测量料温，而是以火道温度作为掌握基准。调温的手段敏捷，既可以掌握燃料、挥发分的量，也可以通过负压进展掌握，还可以转变加、排料量进展调整。(7) 余热利用充分。不但设有余热锅炉或换热室，在炉底还设有空气预热道。既冷却了炉底改善了操作环境，又预热了空气。(8) 均匀地加、排料，保持罐内肯定的料面，对煅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肯定的停留时间，才能保证料的煅烧质量；另外逸出挥发分的量要均衡，才能保证热工制度的稳定。筑炉材料及炉子寿命罐体和火道是用异型硅砖砌筑。硅砖具有导热性好、荷重软化温度高、高温机械强度大等特点，适合于间接加热、火道温度高、有物料摩擦和撞击的工作条件。其缺点是抗热震性差，故操作中应留意尽量削减温度的波动。一般把硅砖作成带凸棱和沟槽的异型砖。并且尺寸要求准确，砌筑砖缝要求严格。这不但增加了砌体的气密性，还加强了整体的机械强度。除此之外，燃烧口温度高，用高铝砖砌筑，换热室和四周外墙则用热稳定性较好的黏土质耐火砖以及保温砖和红砖砌筑。罐体和火道是炉子工作条件最恶劣的局部，也是炉体损坏最严峻的局部。硅砖在升温过程中，由于体积变化大，所以对烘炉的要求特别严格。操作不当，常常造成炉子早期破损。所以烘炉质量是影响炉子寿命的重要缘由。运行中的炉子，假设温度掌握不好，温度太高或波动太大，砖就会被烧坏或造成严峻裂纹，物料中的碱性灰渣生成的低熔点盐对硅砖会造成侵蚀。固定碳与 SiO 在长期高2温作用下发生的复原反响，使硅砖的构造疏松，移动的物料对罐壁的磨损使砖的破坏渐渐扩展到内部，就是上述各种因素的综合作用造成了硅砖的损坏。燃烧口由于高温，温度波动大，也是炉子最简洁损坏的局部，此外，铸铁支承板，冷却水套，加、排料装置也有被烧坏的状况。炉子的工作寿命主要打算于硅砖砌体的损坏状况，其影响因素有：(1)砖的质量。(2)砌筑质量。(3)烘炉质量。(4)煅烧物料的种类。(5)操作状况。(6)炉子修理状况。在正常状况下炉子可以运行 810a。烘炉 炉子投产前必不行少的由常温转入正常工作温度的工艺操作。包括枯燥和烘烤两个阶段，前者是将炉体内部水分尽可能排解，后者是使炉温渐渐到达正常加、排料的温度，为炉子投入正常运行做好预备。作为炉子主要耐火材料的硅砖，在加热和冷却过程中不仅会发生热胀冷缩，还伴随 SiO 结晶形态2的转化产生较大的体积变化。因此，烘炉需要的时间长(5060d)，而且要严格掌握升温速度和温度的均匀性。烘炉是遵照预先制定的烘炉规程进展操作的，烘炉规程的核心是烘炉曲线。烘炉曲线规定了升温速度、保温时间、烘炉期限和烘炉终了温度。制定烘炉曲线先要采集有代表性的砖样，进展线膨胀率的测定，然后依据阅历，取每昼夜的线膨胀率为 0.030.04以确保砌体的安全。这样就可以通过计算得到理论上的烘炉曲线，再把实际状况(砌筑质量、施工季节、自然枯燥时间等)考虑进去， 并参考以往烘炉的实际阅历，进展调整和修正，才是指导烘炉的实际烘炉曲线。烘炉用的燃料可以依据实际状况定。中国一般承受发生炉煤气当燃料。在低温阶段煤气是先在炉外的金属小灶中燃烧，然后再引入火道。此法的优点是温度简洁掌握，不易灭火。500以后撤除金属小灶，利用炉上原有的烧嘴直接对火道加热。在烘炉中为保证严格按烘炉曲线升温，维持炉体完好，需加强以下 3 方面的操作和治理：(1) 负压的调整，特别是首层(对顺流式炉而言，下同)负压的调整至关重要。首层负压应随掌握温度的上升而递增。为保持炉体纵长方向温度的均匀性，边火道除适当多供煤气外，负压应比中间火道提 3Pa 左右。(2) 温度掌握。以首层末端(习惯称二层)温度作为烘炉的掌握温度。要做到常常检测，准时调整， 按时记录。(3) 膨胀掌握。随时准确监测炉体各个方向的膨胀，按测得的数据对烘炉曲线进展必要的校正，并利用对螺旋弹簧的调整来掌握炉骨架拉杆的受力。产能计算每个料罐的产能按下式计算：式中 g 为一个料罐一小时的煅后焦产量，kg/h；F 为料罐的断面积，m2；H 为料罐的装料高度，m； r 为炭素材料的积存密度，kg/m3；t 为物料在料罐内的停留时间，h。炉子的实际产能也可按下式比照核算：式中 G7 为一台炉一天的实际煅后焦产量，kg/d；g为加料机每小时平均加料量，kg/h；t为加料机一天实际工作小时数，h/d；a 为挥发分、水分及炭质烧损的百分数。热平衡及热效率 以某厂顺流式罐式煅烧炉的热平衡测试为例，该炉以低发热量为 5700kJ/N3 的煤气为燃料，生焦含挥发分 7.68，含水分 4。以 1kg 煅后焦为基准，环境温度为 20的热平衡(见表)。以煅烧温度下含热量，加上水分蒸发热和挥发分分解热为煅后焦的有效热，计算得到的炉子本体热效率为 1