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罐式煅烧炉罐式煅烧炉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采用的一种炉型。煅烧时原料由炉顶加料装置加入罐内，在由上而下的移动过程中，逐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。当原料的温度达到350～600℃时，其中的挥发分大量释放出来。通过挥发分道汇集并送入火道燃烧。挥发分的燃烧是罐式煅烧炉的又一个热量来源。原料经过1200～1300℃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，最后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。基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)管道等几部分组成。(见图)料罐和火道是炉体最重要的组成部分，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3～7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。料罐和火道都处于高温，工作条件恶劣，而且还要求罐壁导热性好，气密性高，故采用壁厚为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汇集，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行燃烧。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。为了控制挥发分和预热空气的量，专门设有拉板砖进行调节。另外在大墙上还设有很多火道观察孔、测温测压孔，便于炉子的操作和监控。大墙采用黏土质耐火砖、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交错流动进行换热，通过格子砖，废烟气温度由1000℃降为500～600℃，而空气则被预热到400～600℃。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，而且还大大富裕，采用换热室的形式已不能充分利用这部分热量，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。加排料方式和设备结构形式虽然不同，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节加、排料量；密闭性能良好，不允许漏进空气造成料的氧化，牢固可靠，便于维护。加、排料装置的结构见煅烧炉用机械设备。分类罐式煅烧炉按其结构特点分类如下：(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。因为炉子以组为单元，而一组有4个料罐，所以炉子的料罐数是4的倍数。(2)按料罐的形状分，有直罐炉和斜罐炉。(3)按火道层数分，有4～5层火道炉、6层火道炉和8层火道炉。(4)按烟气与物料流动的方向分，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)按结构的复杂程度分，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。顺流式炉烟气的流动方向与物料一致，是从上面的火道往下面的火道流动。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，因为刚加入料罐时温度还很低，在向下移动过程中温度要逐渐升高，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年代才又发展了逆流式炉。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动，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。这种炉子按结构分应为标准炉。简易式炉是在前面着重介绍的标准炉的基础上，既保持炉子功能、热工制度不变，又对炉体结构进行简化，并立足于当地条件的一种炉型。其特点为：(1)炉体几何尺寸小。一台炉一般只有4～6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，当然产能也小一些。(2)罐体与火道采用容易获得的标准型黏土质耐火砖砌筑，结构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，但因为投资少，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汇集，然后按升温需要送到相应的火道层燃烧，并用挥发分拉板进行控制，达到延长煅烧带，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，可以减少燃料的供给，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，挥发分道容易堵塞，火道温度过高甚至被烧塌等不正常情况。为此，生产上常用煅烧混合焦的办法来解决，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，一般可以达到3％～4％。因为是间接加热，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，如果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控制基准。调温的手段灵活，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，保持罐内一定的料面，对煅烧过程的稳定有其重要意义。这一方面是因为料在罐内应有一定的停留时间，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，故操作中应注意尽量减少温度的波动。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部分，也是炉体损坏最严重的部分。硅砖在升温过程中，因为体积变化大，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原因。运行中的炉子，如果温度控制不好，温度太高或波动太大，砖就会被烧坏或造成严重裂纹，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SiO2在长期高温作用下发生的还原反应，使硅砖的结构疏松，移动的物料对罐壁的磨损使砖的破坏逐渐扩展到内部，就是上述各种因素的综合作用造成了硅砖的损坏。燃烧口因为高温，温度波动大，也是炉子最容易损坏的部分，此外，铸铁支承板，冷却水套，加、排料装置也有被烧坏的情况。炉子的工作寿命主要决定于硅砖砌体的损坏情况，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)操作情况。(6)炉子维修情况。在正常情况下炉子可以运行8～10a。烘炉炉子投产前必不可少的由常温转入正常工作温度的工艺操作。包括干燥和烘烤两个阶段，前者是将炉体内部水分尽可能排除，后者是使炉温逐渐达到正常加、排料的温度，为炉子投入正常运行做好准备。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SiO2结晶形态的转化产生较大的体积变化。因此，烘炉需要的时间长(50～60d)，而且要严格控制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行操作的，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，进行线膨胀率的测定，然后根据经验，取每昼夜的线膨胀率为0.03％～0.04％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，再把实际情况(砌筑质量、施工季节、自然干燥时间等)考虑进去，并参考以往烘炉的实际经验，进行调整和修正，才是指导烘炉的实际烘炉曲线。烘炉用的燃料可以根据实际情况定。中国一般采用发生炉煤气当燃料。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。此法的优点是温度容易控制，不易灭火。500℃以后拆除金属小灶，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方面的操作和管理：(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。首层负压应随控制温度的上升而递增。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)温度控制。以首层末端(习惯称二层)温度作为烘炉的控制温度。要做到经常检测，及时调整，按时记录。(3)膨胀控制。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行必要的校正，并利用对螺旋弹簧的调整来控制炉骨架拉杆的受力。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，m；H为料罐的装料高度，m；r为炭素材料的堆积密度，kg/m；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对照核算：32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/N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)。3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19％，余热回收率为36.8％，全炉系统的热效率为41.3％。料的实收率为86.3％，炭质烧损为3.74％。从上例可以看出，挥发分燃烧热在热收人中占有很大比重，这与被煅烧物料的种类有关，当煅烧含挥发分低的冶金焦和沥青焦时，燃料燃烧的热量要占总热量的75％左右，而煅烧普通石油焦只占40％～50％，当煅烧含挥发分量大的延迟焦甚至可以不供燃料，实现无燃料煅烧。展望尽管全世界85％的石油焦是用回转窑煅烧的，但罐式煅烧炉作为炭素材料煅烧的一种重要炉型仍占有一定的地位，特别是煅烧质量好，炭质烧损小，挥发分利用合理而受到青睐，对产能不大的工.厂是合适的，在中国煅烧是分散进行的，而且产能都.不很大，所以受到普遍重视。为了适应延迟焦的广泛应用，某炭素厂针对煅.烧延迟焦所出现的问题，对原有顺流式炉作了重大.改进，研制成功了28罐逆流式斜罐煅烧炉，不但适.应了延迟焦的煅烧，而且炉子的主要技术指标都得.到了提高。普遍推广和进一步完善这种炉型对炭素.工业的发展具有重要意义。