詳解罐式煅燒爐

1、罐式煅燒爐罐式煅燒爐（retortc alciner）在固定的料罐中實現(xiàn)對炭素材料的間接加熱，使之完成鍛燒過程的熱工設(shè)備。罐式鍛燒爐是炭素工 業(yè)中被廣泛采用的一種爐型。鍛燒時原料由爐頂加料裝置加入罐內(nèi)，在由上而下的移動過程中，逐 漸被位于料罐兩側(cè)的火道加熱。燃料在火道中燃燒產(chǎn)生的熱量是通過火道壁間接傳給原料的。當原 料的溫度達到350600C時，其中的揮發(fā)分大量釋放出來。通過揮發(fā)分道匯集并送入火道燃燒。 揮發(fā)分的燃燒是罐式鍛燒爐的又一個熱量來源。原料經(jīng)過12001300C以上的高溫，完成一系列 的物理化學變化后，從料罐底部進入水套冷卻，最后由排料裝置排出爐外。完成了熱交換的廢煙氣 送入余熱鍋爐

2、，利用其余熱生產(chǎn)蒸汽，或送人換熱室預熱供燃料和揮發(fā)分燃燒的空氣?；緲?gòu)造罐式鍛燒爐由爐體（包括料罐、火道、四周大墻，有的還有換熱室）和金屬骨架以及附屬在爐體上的冷卻水套、加排料裝置、煤氣（或重油）管道等幾部分組成。（見圖）料罐和火道是爐體最重要的組成部分，料罐按縱橫方向成雙排列，連同它兩側(cè)的四條火道構(gòu)成一組， 一臺爐可有37組。料罐的水平截面為兩端是弧形的扁長形，罐壁垂直或略向外傾斜，后者即所 謂斜罐式鍛燒爐。對鍛燒含揮發(fā)分較高的延遲焦，斜罐可以使下降的料層松動，減小結(jié)焦造成堵爐 的危險。火道在料罐高度上分68層，煙氣在火道內(nèi)是一長“之”字形路線。料罐和火道都處于 高溫，工作條件惡劣，而且還要

3、求罐壁導熱性好，氣密性高，故采用壁厚為80mm的硅質(zhì)異型磚砌 筑。爐體的中部是幾組料罐和火道，外部四周是大墻。在大墻中設(shè)有揮發(fā)分和預熱空氣通道。鍛燒過程 中排出的揮發(fā)分從罐上部的逸出口流出，由位于爐頂部的集合道把同組中的揮發(fā)分匯集，然后經(jīng)大 墻中的通道，才能送到燃燒口和需要補充熱量的火道進行燃燒。經(jīng)換熱室或爐底空氣預熱道預熱過 的空氣，也要通過大墻中的通道才能送到煤氣（或重油）和揮發(fā)分的燃燒點供其燃燒。為了控制揮發(fā) 分和預熱空氣的量，專門設(shè)有拉板磚進行調(diào)節(jié)。另外在大墻上還設(shè)有很多火道觀察孔、測溫測壓孔， 便于爐子的操作和監(jiān)控。大墻采用黏土質(zhì)耐火磚、保溫磚和紅磚砌筑。在爐后不設(shè)余熱鍋爐的時候，為

4、了利用廢煙氣的余熱，可設(shè)換熱室。換熱室由黏土質(zhì)的格子磚砌筑， 廢煙氣和空氣按各自的通道交錯流動進行換熱，通過格子磚，廢煙氣溫度由1000C降為500 600C，而空氣則被預熱到400600C。開發(fā)預熱空氣助燃，不但提高鍛燒溫度，還節(jié)約燃料，當 改用延遲焦作原料后，大量揮發(fā)分的燃燒，不但滿足了煅燒溫度的要求，而且還大大富裕，采用換 熱室的形式已不能充分利用這部分熱量，所以被余熱鍋爐取代。整個爐體用金屬骨架支撐和緊固。冷卻水套懸掛在料罐的底部。鍛燒好的料通過冷卻水套即被冷卻 到100C以下。加、排料裝置分別位于爐頂和冷卻水套下面。加排料方式和設(shè)備結(jié)構(gòu)形式雖然不同， 但對其總的要求都一樣，即連續(xù)均勻

5、地加、排料，且在較大范圍內(nèi)能調(diào)節(jié)加、排料量；密閉性能良 好，不允許漏進空氣造成料的氧化，牢固可靠，便于維護。加、排料裝置的結(jié)構(gòu)見鍛燒爐用機械設(shè) 備。分類罐式鍛燒爐按其結(jié)構(gòu)特點分類如下：蒸城式炭素讖爆爐1一款燒it 口一代道；3換熱室;4一煙道;A燃塊O ；&一前墻口一諼虬瞥$3-啟搪尊腎卻域灌】9-啟堵二次諛拄空氣通謹；It)-撤燃室頂按料罐數(shù)量分，有6罐爐、12罐爐、16罐爐、20罐爐、24罐爐、28罐爐等。因為爐子以組為 單元，而一組有4個料罐，所以爐子的料罐數(shù)是4的倍數(shù)。按料罐的形狀分，有直罐爐和斜罐爐。按火道層數(shù)分，有45層火道爐、6層火道爐和8層火道爐。按煙氣與物料流動的方向分，有順

6、流式爐和逆流式爐。按燃料的種類分，有燃氣爐、燃油爐和燃煤爐。按結(jié)構(gòu)的復雜程度分，有標準式爐和簡易式爐。罐式煅燒爐都是在爐頂加料，在爐底排料。物料是靠自重從上向下移動的。順流式爐煙氣的流動方 向與物料一致，是從上面的火道往下面的火道流動。燃料從最上層火道送人，這里溫度最高，而處 于相應(yīng)部位的物料，因為剛加入料罐時溫度還很低，在向下移動過程中溫度要逐漸升高，但這時火 道溫度卻下降了，這對物料后期的升溫特別不利。只有降低產(chǎn)能，減慢物料的下移速度，才能提高 物料的溫度。中國早期建設(shè)的罐式煅燒爐都是順流式的。到了 20世紀70年代才又發(fā)展了逆流式爐。 逆流式爐的燃料從最下層火道送入，煙氣與物料是逆向運動

7、，即從下面的火道往上面的火道流動， 這樣，火道的高溫區(qū)域也正是物料處于加熱后期最需要提高溫度的部位，因此，對物料的煅燒是有 利的，這就使逆流罐式煅燒爐無論在產(chǎn)品質(zhì)量、爐子產(chǎn)能，熱效率方面都優(yōu)于順流式爐。這種爐子 按結(jié)構(gòu)分應(yīng)為標準爐。簡易式爐是在前面著重介紹的標準爐的基礎(chǔ)上，既保持爐子功能、熱工制度不變，又對爐體結(jié)構(gòu)進 行簡化，并立足于當?shù)貤l件的一種爐型。其特點為：爐體幾何尺寸小。一臺爐一般只有46個料罐，料罐與火道的高度也較矮。所以從占地面積和 廠房高度均小于標準爐，當然產(chǎn)能也小一些。罐體與火道采用容易獲得的標準型黏土質(zhì)耐火磚砌筑，結(jié)構(gòu)強度與嚴密性均較差。以煙煤為燃料，并用人工操作方式為爐子供

8、煤。溫度波動較大，勞動條件不好。不設(shè)余熱利用裝置，熱效率低。簡易式爐雖然產(chǎn)量小，煤耗大，勞動條件差，爐子壽命短，但 因為投資少，建設(shè)投產(chǎn)快，在一些地方小廠仍有使用。熱工特點罐式煅燒的熱工特點如下：間接加熱。熱量的載體與被加熱的物料不直接接觸，火道中的高溫是通過80mm厚的硅磚罐壁把 熱量傳給料罐中的物料的。按煙氣與物料運動的相對關(guān)系，有順流和逆流兩種加熱方式，后者具有較高的傳熱效率。能夠做到對揮發(fā)分充分合理的利用。對同一組料罐中逸出的揮發(fā)分先匯集，然后按升溫需要送 到相應(yīng)的火道層燃燒，并用揮發(fā)分拉板進行控制，達到延長煅燒帶，調(diào)整熱工制度的目的。物料的揮發(fā)分含量對熱工過程有重要影響。揮發(fā)分含量大

9、，可以減少燃料的供給，甚至實現(xiàn)無 外加燃料煅燒。但同時也帶來罐內(nèi)結(jié)焦、排料困難，揮發(fā)分道容易堵塞，火道溫度過高甚至被燒塌 等不正常情況。為此，生產(chǎn)上常用煅燒混合焦的辦法來解決，中國研制的斜罐式煅燒爐煅燒含揮發(fā) 分高的延遲焦是完全成功的。炭質(zhì)燒損較小，一般可以達到3%4%。因為是間接加熱，煙氣中的過?？諝獠粫斐闪系难?化。料罐內(nèi)，由于揮發(fā)分靜壓力的作用，在上部形成約10Pa的正壓?？諝獠粫B入，在下部形成 負壓，如果罐體不嚴密就會漏進空氣，造成料的氧化。冷卻水套和排料裝置漏氣對炭質(zhì)燒損也有重 要影響。不直接測量料溫，而是以火道溫度作為控制基準。調(diào)溫的手段靈活，既可以控制燃料、揮發(fā)分 的量，也可

10、以通過負壓進行控制，還可以改變加、排料量進行調(diào)節(jié)。余熱利用充分。不但設(shè)有余熱鍋爐或換熱室，在爐底還設(shè)有空氣預熱道。既冷卻了爐底改善了 操作環(huán)境，又預熱了空氣。均勻地加、排料，保持罐內(nèi)一定的料面，對煅燒過程的穩(wěn)定有其重要意義。這一方面是因為料 在罐內(nèi)應(yīng)有一定的停留時間，才能保證料的煅燒質(zhì)量；另外逸出揮發(fā)分的量要均衡，才能保證熱工 制度的穩(wěn)定。筑爐材料及爐子壽命罐體和火道是用異型硅磚砌筑。硅磚具有導熱性好、荷重軟化溫度高、高溫機械強度大等特點，適合于間接加熱、火道溫度高、有物料摩擦和撞擊的工作條件。其缺點是 抗熱震性差，故操作中應(yīng)注意盡量減少溫度的波動。一般把硅磚作成帶凸棱和溝槽的異型磚。并且 尺

11、寸要求準確，砌筑磚縫要求嚴格。這不但增加了砌體的氣密性，還加強了整體的機械強度。除此 之外，燃燒口溫度高，用高鋁磚砌筑，換熱室和四周外墻則用熱穩(wěn)定性較好的黏土質(zhì)耐火磚以及保 溫磚和紅磚砌筑。罐體和火道是爐子工作條件最惡劣的部分，也是爐體損壞最嚴重的部分。硅磚在升溫過程中，因為 體積變化大，所以對烘爐的要求特別嚴格。操作不當，常常造成爐子早期破損。所以烘爐質(zhì)量是影 響爐子壽命的重要原因。運行中的爐子，如果溫度控制不好，溫度太高或波動太大，磚就會被燒壞 或造成嚴重裂紋，物料中的堿性灰渣生成的低熔點鹽對硅磚會造成侵蝕。固定碳與SiO在長期高 溫作用下發(fā)生的還原反應(yīng)，使硅磚的結(jié)構(gòu)疏松，移動的物料對罐壁

12、的磨損使磚的破壞逐漸擴展到內(nèi) 部，就是上述各種因素的綜合作用造成了硅磚的損壞。燃燒口因為高溫，溫度波動大，也是爐子最 容易損壞的部分，此外，鑄鐵支承板，冷卻水套，加、排料裝置也有被燒壞的情況。爐子的工作壽命主要決定于硅磚砌體的損壞情況，其影響因素有：（1）磚的質(zhì)量。（2）砌筑質(zhì)量。（3）烘爐質(zhì)量。（4）煅燒物料的種類。（5）操作情況。（6）爐子維修情況。 在正常情況下爐子可以運行810a。烘爐爐子投產(chǎn)前必不可少的由常溫轉(zhuǎn)入正常工作溫度的工藝操作。包括干燥和烘烤兩個階段，前者是將爐體內(nèi)部水分盡可能排除，后者是使爐溫逐漸達到正常加、排料的溫度，為爐子投入 正常運行做好準備。作為爐子主要耐火材料的硅

13、磚，在加熱和冷卻過程中不僅會發(fā)生熱脹冷縮，還伴隨SiO結(jié)晶形態(tài) 的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生較大的體積變化。因此，烘爐需要的時間長（5060d），而且要嚴格控制升溫速度和溫 度的均勻性。烘爐是遵照預先制定的烘爐規(guī)程進行操作的，烘爐規(guī)程的核心是烘爐曲線。烘爐曲線規(guī)定了升溫速 度、保溫時間、烘爐期限和烘爐終了溫度。制定烘爐曲線先要采集有代表性的磚樣，進行線膨脹率 的測定，然后根據(jù)經(jīng)驗，取每晝夜的線膨脹率為0.03%0.04%以確保砌體的安全。這樣就可以 通過計算得到理論上的烘爐曲線，再把實際情況（砌筑質(zhì)量、施工季節(jié)、自然干燥時間等）考慮進去， 并參考以往烘爐的實際經(jīng)驗，進行調(diào)整和修正，才是指導烘爐的實際烘爐曲線。烘

14、爐用的燃料可以根據(jù)實際情況定。中國一般采用發(fā)生爐煤氣當燃料。在低溫階段煤氣是先在爐外 的金屬小灶中燃燒，然后再引入火道。此法的優(yōu)點是溫度容易控制，不易滅火。500C以后拆除金 屬小灶，利用爐上原有的燒嘴直接對火道加熱。在烘爐中為保證嚴格按烘爐曲線升溫，維持爐體完 好，需加強以下3方面的操作和管理：（1）負壓的調(diào)整，特別是首層（對順流式爐而言，下同）負壓的調(diào)整至關(guān)重要。首層負壓應(yīng)隨控制溫 度的上升而遞增。為保持爐體縱長方向溫度的均勻性，邊火道除適當多供煤氣外，負壓應(yīng)比中間火 道提3Pa左右。（2）溫度控制。以首層末端（習慣稱二層）溫度作為烘爐的控制溫度。要做到經(jīng)常檢測，及時調(diào)整， 按時記錄。（3

15、）膨脹控制。隨時準確監(jiān)測爐體各個方向的膨脹，按測得的數(shù)據(jù)對烘爐曲線進行必要的校正，并 利用對螺旋彈簧的調(diào)整來控制爐骨架拉桿的受力。產(chǎn)能計算每個料罐的產(chǎn)能按下式計算：|_ F-Hr式中g(shù)為一個料罐一小時的煅后焦產(chǎn)量，kg/h； F為料罐的斷面積，m2； H為料罐的裝料高度，m；r為炭素材料的堆積密度，kg/m3； t為物料在料罐內(nèi)的停留時間，h。爐子的實際產(chǎn)能也可按下式對照核算：G = g/（iooq式中G7為一臺爐一天的實際煅后焦產(chǎn)量，kg/d； g為加料機每小時平均加料量，kg/h； t為加 料機一天實際工作小時數(shù)，h/d； a為揮發(fā)分、水分及炭質(zhì)燒損的百分數(shù)。熱平衡及熱效率以某廠順流式罐式

16、煅燒爐的熱平衡測試為例，該爐以低發(fā)熱量為5700kJ/N3的煤氣為燃料，生焦含揮發(fā)分7.68%，含水分4%。以1kg煅后焦為基準，環(huán)境溫度為20C的熱 平衡（見表）。t式燃燒爐熱平衡表熱收入熱支出項目數(shù)量/ kJ,kgT所占比例役項目數(shù)量/所占比例煤氣燃燒熱6140.44532域后焦帶走熱292.92.16揮發(fā)分燃燒熱6137.545.30冷卻水帶走熱3256.124.03炭質(zhì) 燒損熱1270.19.38煤氣 帶走熱8199.560.52揮發(fā)分徹熱22.0.16:爐體散熱669.94.94:水容蒸發(fā)熱23841.26其他869.56.42合計13548100合計13548100以煅燒溫度下含熱量，加上水分蒸發(fā)熱和揮發(fā)分分解熱為煅后焦的有效熱，計算得到的爐子本體熱 效率為19%，余熱回收率為36.8%，全爐系統(tǒng)的熱效率為41.3%。料的實收率為86.3%,炭質(zhì)燒 損為3.74%。從上例可以看出，揮發(fā)分燃燒熱在熱收人中占有很大比重，這與被煅燒物料的種類有關(guān)，當煅燒含 揮發(fā)分低的冶金焦和瀝青焦時，燃料燃燒的熱量要占總熱量的75%左右，而煅燒普通石油焦只占 40%50%，當煅燒含揮發(fā)分量大的延遲焦甚至可以不供燃料，實現(xiàn)