1、前言
炭素原料的煅燒是炭素制品生產(chǎn)工藝中第一次將原料進(jìn)行高溫?zé)崽幚淼墓ば�，而原料煅燒質(zhì)量的好壞直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因此在炭素工藝設(shè)計(jì)中，正確地選擇煅燒設(shè)備是十分重要。
在煅燒設(shè)備的應(yīng)用方面，雖然已有比較先進(jìn)的回轉(zhuǎn)床煅燒設(shè)備，但是，由于投資較大，在國內(nèi)炭素廠還沒有得到普遍的應(yīng)用，只有石油六廠利用其煅燒針狀焦。目前國內(nèi)的煅燒設(shè)備主要有回轉(zhuǎn)窯和罐式爐，罐式爐雖然煅燒質(zhì)量好，但是占地大，一次性投資大，勞動條件差，不易實(shí)現(xiàn)自動化，耗費(fèi)較多的人力資源。國外石油焦煅燒普遍使用大型回轉(zhuǎn)窯作為煅燒石油焦的設(shè)備。國內(nèi)自1958年開始使用中1.4×24m回轉(zhuǎn)窯做煅燒設(shè)備以來，至今已經(jīng)發(fā)展到全國有數(shù)十臺大、中、小型的炭素煅燒回轉(zhuǎn)窯。
根據(jù)國內(nèi)外的生產(chǎn)實(shí)踐，回轉(zhuǎn)窯和罐式爐相比，雖然具有對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)制造簡單，投資省，建設(shè)周期短，自動化程度高，產(chǎn)量大，勞動條件好、節(jié)省人員等優(yōu)點(diǎn)，但還存在著碳質(zhì)燒損大、能耗高、煅燒質(zhì)量稍差、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低等缺點(diǎn)。目前國內(nèi)的延遲石油焦，含有較高的水分(一般在8%～10%)和揮發(fā)分（通常在12%～14%），同時(shí)焦粉含量也較大。
針對國內(nèi)石油焦的特點(diǎn)，為了在回轉(zhuǎn)窯煅燒石油焦過程中減少碳質(zhì)燒損，降低能耗，提高煅燒質(zhì)量，對回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行如下改進(jìn)。
(1)擴(kuò)大窯尾預(yù)熱段的直徑，降低煙氣的流速，減少煙氣帶走的粉塵量，減少碳質(zhì)燒損，加強(qiáng)預(yù)熱段的預(yù)熱效果，提高煅燒質(zhì)量。
(2)合理確定三次風(fēng)的位置、風(fēng)量，即能使揮發(fā)分充分燃燒，增加預(yù)熱效果，又不使煙氣溫度降低，提高煅燒質(zhì)量。
(3)采用U型燃燒室，增加燃燒室的長度，使粉塵在燃燒室內(nèi)充分燃燒。
2、以中2.2×45m回轉(zhuǎn)窯為例進(jìn)行討論
2.1設(shè)計(jì)改進(jìn)型的回轉(zhuǎn)窯
回轉(zhuǎn)窯進(jìn)料端直徑擴(kuò)大，Ø2.2×45m回轉(zhuǎn)窯（Ø內(nèi)1. 74×25m／Ø內(nèi)1.80×20m）（見圖1）改為Ø2.2×25m／中2. 42×20m(Ø內(nèi)1.74×25m／Ø內(nèi)1. 94 x20m)（見圖2）回轉(zhuǎn)窯。將窯尾梢形改為直筒型；窯尾法蘭直徑由<Ø1000mm改為Ø1200mm。
改進(jìn)前后的兩臺45m回轉(zhuǎn)窯的主要參數(shù)及有關(guān)的數(shù)據(jù)見表1。
從表1看出窯尾變徑后產(chǎn)生如下變化：
(1)窯的預(yù)熱帶、加熱帶（變徑部分）的物料填充率由10. 3%降至7.9%。
(2)料層厚度減薄。
(3)物料在預(yù)熱帶的移動速度略有增加。
(4)物料在窯內(nèi)的停留時(shí)間減少2分鐘多。
(5)預(yù)熱帶物料與煙氣的直接接觸的表面積稍有增加。
(6)窯尾加料點(diǎn)的氣流速度降低，能被煙氣帶走的物料的顆粒直徑減小。
(7)窯尾法蘭處的煙氣流速降低。
這些變化，對提高煅燒焦的實(shí)收率，起到了積極的作用。具體論述如下：
①改進(jìn)前的回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱帶的填充率為10. 3%，適用于含水率<3%，揮發(fā)分<8%的石油焦，能夠煅燒出質(zhì)量合格的石油焦，作為陽極生產(chǎn)的原料。
目前國內(nèi)石油焦含水、揮發(fā)分較高，用改進(jìn)前的窯煅燒，煅燒質(zhì)量略有下降（真比重較低），改進(jìn)后，填充率降到7.9%，同時(shí)料層厚度略有減薄，改善了物料間的傳熱條件，物料與煙氣的接觸面積亦有增加，這些都改善了物料在變徑段的烘干、預(yù)熱、加熱條件，提高了窯尾的預(yù)熱能力。物料進(jìn)窯后溫度上升有所加快，揮發(fā)分的逸出速度加快，同時(shí)在恰當(dāng)?shù)奈恢迷黾尤物L(fēng)，將有利于揮發(fā)分的燃燒，注意加入的三次風(fēng)的量，已不使窯內(nèi)煙氣溫度降低為宜。這將有利于石油焦的烘干、預(yù)熱效果，提高煅燒質(zhì)量。
②由于預(yù)熱帶的擴(kuò)大，使物料在該段的移動速度加快1.3 mm/s，從而使物料在整個(gè)窯內(nèi)的停留時(shí)間縮短2分鐘之多，可以說對煅燒質(zhì)量影響微不足道，反而由于提高了物料在預(yù)熱帶移動速度，加快了在窯內(nèi)的相對位移，為煅燒高揮發(fā)分延遲石油焦時(shí)防止窯尾結(jié)圈創(chuàng)造了條件。關(guān)于這類問題早已被國內(nèi)36m回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)實(shí)踐證明。貴鋁一期、青銅峽鋁廠一期分別采用了Ø內(nèi)1.6×36m及Ø內(nèi)1.6/Ø內(nèi)1.9×36回轉(zhuǎn)窯，當(dāng)這兩臺窯都煅燒100%延遲石油焦時(shí)，青銅峽鋁廠的變徑回轉(zhuǎn)窯從未發(fā)生過窯尾結(jié)圈的現(xiàn)象，而不變徑的窯卻需要經(jīng)常進(jìn)行燒結(jié)圈操作，45m不變徑的窯也常出現(xiàn)窯尾結(jié)圈的現(xiàn)象。這些都說明回轉(zhuǎn)窯變徑是非常必要的。
③進(jìn)料端擴(kuò)大、窯尾法蘭直徑加大，能提高煅燒的實(shí)收率。
由于進(jìn)料端的直徑加大，使窯尾加料管處的煙氣流速15. 36m/s降低到11. 01m/s，使下料管處在下料時(shí)能被煙氣帶走的粉料粒度由1. 25 mm降到0. 7mm。而我們目前加料管的安裝方式又為帶走這些小粒焦粉提供了條件。
目前加料管的習(xí)慣安裝位置是根據(jù)窯尾料層厚度H．在適當(dāng)抬高A，便是加料管底面實(shí)際安裝高度，而且是加料管裝在窯斷面縱向中心位置上（即圖3中I的位置），而窯內(nèi)的物料斷面卻是在沿窯的轉(zhuǎn)動方向與水平成一個(gè)該物料靜安息角的位置，所以加料管內(nèi)的物料流出料管落入窯內(nèi)時(shí)，要下落一個(gè)(H+A)的高度，在此下落過程中不同直徑的焦塊、粒、粉都要經(jīng)過一段懸空的過程，這時(shí)，如果煙氣的流速達(dá)到某種粒度料的1. 38倍，能被煙氣的氣流帶走，當(dāng)煙氣行至窯尾法蘭收口處時(shí)，由于斷面面積減小而煙氣的流速增大，就能很快將夾帶的物料，（包括滾到法蘭口上較大塊的料）帶進(jìn)燃燒室，由于窯尾及沉降室密封不嚴(yán)漏風(fēng)（內(nèi)部呈負(fù)壓），一些細(xì)焦粉連同在窯內(nèi)沒有完全燃燒的揮發(fā)分在沉降室（或燃燒室）內(nèi)繼續(xù)燃燒，這樣固然可以提高煙氣的溫度，增加余熱鍋爐的產(chǎn)氣量，但必須要多燒掉一部分石油焦，即增加了碳質(zhì)燒損，又降低了實(shí)收率，所以，窯尾直徑擴(kuò)大，降低了煙氣流速，合理地安裝下料管（如圖3中Ⅱ的位置）對降低碳質(zhì)燒損，提高煅燒實(shí)收率是有益的。
將窯尾的梢形改為直筒型，即可增大窯尾法蘭的直徑，降低煙氣流速，又能加大下料點(diǎn)的料面與窯尾法蘭口的高度差，防止物料直接反入沉降室（或燃燒室）。
從圖3的安裝尺寸便可以看出在改進(jìn)前窯尾處的結(jié)構(gòu)及安裝尺寸的不合理。因而造成一些物料從窯尾法蘭滾入燃燒室（實(shí)測發(fā)現(xiàn)燃燒室內(nèi)有較多20—30mm，甚至40一50mm的焦塊），根據(jù)國內(nèi)長期使用的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)后會收到很好的效果。
2.2合理確定三次風(fēng)的位置
三次風(fēng)的位置應(yīng)設(shè)在不加三次風(fēng)時(shí)，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煙塵最濃密處，此處揮發(fā)分揮發(fā)的最劇烈，三次風(fēng)應(yīng)采用變頻控制，根據(jù)投料量的多少，確定風(fēng)量的多少，引入的三次風(fēng)風(fēng)量過大，反而造成引入處的溫度下降的很多，對煅燒起了反作用，如果不加三次風(fēng)在排出揮發(fā)分溫度范圍內(nèi)，窯內(nèi)焦炭床的升溫速度明顯降低，影響焦炭的煅燒質(zhì)量。因此適量地加入三次風(fēng)，可以使揮發(fā)分燃燒，提高焦炭的加熱速度，改善煅燒焦炭的質(zhì)量。
2.3燃燒室的改進(jìn)
改進(jìn)前的燃燒室為平底落地式的燃燒室，設(shè)計(jì)的意圖是將煙氣帶入燃燒室的細(xì)焦粒、粉在補(bǔ)充一定的空氣條件下完全燒掉，實(shí)際設(shè)計(jì)的燃燒條件不夠，只補(bǔ)充了空氣，而燃燒時(shí)間不夠，較粗的焦粒、粉在短暫的懸浮過程中被完全燒掉，這些沒有燒掉的焦炭在燃燒室內(nèi)沉積，形成表面一層能接觸空氣，中間和底部料無空氣助燃，無法繼續(xù)燃燒，原設(shè)計(jì)并不成功。
改進(jìn)后的燃燒室，采用U型，長度比改進(jìn)前增加4倍以上，保證含粉塵的煙氣在燃燒室內(nèi)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，充分與空氣混合，提供足夠的氧氣，同時(shí)加長燃燒室，保證了燃燒時(shí)間，使炭粉在燃燒室內(nèi)充分燃燒，窯尾直徑擴(kuò)大，降低了煙氣帶走的焦粒的直徑，還起到了降低燃燒室長度的作用。
3、結(jié)論
將Ø2.2 x 45m回轉(zhuǎn)窯改為Ø1.74／Ø內(nèi)1. 94×45m回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)形式，調(diào)整三次風(fēng)，將筒形燃燒室改為U型燃燒室，能夠改善回轉(zhuǎn)窯的煅燒石油焦的質(zhì)量，還能夠在降低碳質(zhì)燒損、提高實(shí)收率等方面有所提高。對以后的回轉(zhuǎn)窯的設(shè)計(jì)提供借鑒。
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