回转窑和罐式炉在石油焦煅烧中的应用和比较分析.pdf
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1、中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 114 回转窑和罐式炉在石油焦煅烧中的应用和比较分析 邓 超 贵阳铝镁设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550081 摘要摘要:石油焦煅烧是铝用阳极生产过程中及其重要的一个工段,石油焦煅烧质量的好坏直接影响到阳极在铝电解槽中表现的优劣,进而影响到铝电解槽的稳定性,而回转窑和罐式煅烧炉是国内应用最广的两种石油焦煅烧设备;本文分别介绍了回转窑和罐式煅烧炉的结构特点、工艺特性和优缺点,并介绍了回转窑和罐式煅烧炉在国内的实际应用情况,分析了两种煅烧设备的热量平衡;最后从基建投资、工艺特性、煅后焦质量和对环境的影响等方面对回转窑和罐式煅烧炉进行了综合比较分析,得出罐式
2、煅烧炉更加节能、环保,符合低炭经济的要求,具有广阔的应用前景,且具有巨大的优化空间。关键词关键词:回转窑;罐式煅烧炉;石油焦煅烧;热平衡 中图分类号:中图分类号:TQ116 煅烧是各种固体炭质原料在隔绝空气的条件下进行高温(12001500)的热处理过程。石油焦在煅烧过程中随着温度的提高,水分和挥发分逐渐排除,体积逐渐收缩,提高了煅后焦的密度和机械强度,降低了煅后焦的电阻率;所含杂质也逐渐排除,降低了石油焦的化学活性,提高了煅后焦的抗氧化性能。石油焦通过煅烧提高了各种理化性能,达到了铝用阳极对煅后焦的指标要求,使阳极能够适应铝电解槽的高温环境,从而使铝电解槽能够正常运行。炭质原料煅烧主要设备有
3、回转窑、罐式煅烧炉、水平旋转床煅烧炉和电煅炉,使用比较多的是回转窑和罐式煅烧炉,两者各有优缺点,水平旋转床煅烧炉只有少数工厂使用,电煅炉主要用于煅烧无烟煤或生产石墨焦。通过研究及生产实践发现,罐式炉煅烧系统在提高资源利用率、降低能耗、减少有害物或污染物排放、减少维护费用、提高系统运行的稳定性及确保产品质量方面均比回转窑具有较大优势;但罐式炉与回转窑相比,产能较回转窑低,对挥发分适应性差,劳动生产率低,比较适用于分散的、独立的炭素类生产企业或铝用阳极生产企业建设使用,而回转窑更适合于炼油厂等大型煅烧生产企业建设使用,本文主要对回转窑和罐式炉进行描述和比较分析。1 回转窑 石油焦煅烧回转窑包括煅烧
4、窑和冷却窑。煅烧窑由窑头、筒体和窑尾组成,窑体的大小根据生产需要而定,较小的回转窑内径只有 1m 左右,长 20m 左右;较大的回转窑内径可达 4m,长 6070m。回转窑生产时,生石油焦从煅前仓经过给料机连续地向窑尾加料,由于窑体略呈倾斜 2.5%5%,随着筒体的缓慢移动,石油焦可以向窑头逐渐移动,从窑头喷入燃料,与窑头控制的空气混合燃烧,形成一个长达 510m 的高温煅烧带,煅烧带温度达到 12001350。原料在窑内停留的时间只有 5060min,窑内所产生的烟气则进入沉灰室内沉降粉尘,或进入后燃烧器表 1 国内部分炭素厂使用的回转窑的规格及年产能力 项目 回转窑的规格(直径长度)m 设
5、计产能 t/h 回转窑台数 现使用情况 中铝连城分公司 2.1X36m 2.5 1 停产 中铝连城分公司 2.84X55m 12 2 停产 中铝兰州分公司 2.2X45m 6.5 2 停产 中铝兰州分公司 2.84X55m 12 2 准备复产 甘肃华鹭铝业 2.2X45m 6.5 2 停产 中铝青海分公司 2.2X45m 6.5 3 停产 中铝青海分公司 2.84X55m 12 1 停产 眉山启明星铝业 2.2X45m 6.5 3 停产 鞍山热能院 2.8X60m 6 1 运行 源鑫炭素厂 4X68m 30 1 运行 中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 115 内燃烧粉尘,最好烟气再经余热利
6、用装置由高温风机和烟囱排入大气。石油焦煅烧回转窑结构简单、生产能力大、自动化程度高、但是由于物料与空气直接接触,炭质氧化烧损大,一般为 10%左右。国内部分炭素厂使用的回转窑的规格及年产能力见表 1。3.5X60m 煅烧回转窑的热平衡见表 2。表 2 回转窑热平衡表 收入平衡项目 MJ(%)支出平衡项目 MJ(%)燃料的化学热 0.99(4.10)煅烧料的热损失 1.07(4.4)燃烧时空气的物理热 0.03(0.1)含尘废气的热损失 12.84(52.9)挥发分的燃烧热 11.6(47.9)炉体散热热损失 2.37(9.8)炭质烧损热 11.57(47.7)冷却窑水冷却的热损失 7.61(3
7、1.4)原料的物理热 0.06(0.2)平衡误差 0.36(1.5)收入小计 24.25(100.0)支出小计 24.25(100.0)2 罐式炉 罐式炉是将石油焦放在煅烧罐内,耐火砖火道传出的热量以辐射方式来间接加热石油焦的炉子。常用的有顺流式罐式炉和逆流式罐式炉两种。煅烧物料运动的方向与热气体运动总的流向一直的罐式煅烧炉称为顺流式罐式煅烧炉。罐内煅烧物料流向与火道内热气流运动总方向相反的罐式炉叫逆流式罐式炉。罐式炉是由若干个相同尺寸的煅烧罐组成,分前后两排布置,每四个罐为一组(前后排各两个罐),国内的罐式炉多由 6-18 个组组成,近几年,随着铝用阳极炭素厂的规模越来越大,石油焦集中煅烧已
8、成为一种趋势,新建罐式炉大多数都在 56 罐之上。罐式炉炉顶设有加料设备,罐体下部连接水冷却夹套和排料机构。每个煅烧罐的两侧都设有 8 或 10 层水平走向的加热火道,火焰不与原料直接接触,原料排除的挥发分汇集在炉子上部的总烟道内,通过挥发分拉板引入到所需的火道内燃烧。一般情况下,生石油焦的挥发分9.5%,则可不用外加燃料,全部利用挥发分燃烧的热量即可满足煅烧炉自身需要。生石油焦通过炉顶的加料小车或其他输送设备连续地加入到煅烧罐内,接收罐两侧火道间接加热。生石油焦在罐内经过预热带排除水汽及一部分挥发分,再向下经过煅烧带。在煅烧带,火道温度可到达 12501350。原料在煅烧带继续排除挥发分,同
9、时产生体积收缩,密度、机械强度不断提高。最后,石油焦从煅烧罐底部落入带有冷却水套的冷却筒内,冷却后的煅后焦经过排料结构间断或连续排出,再经过热惯性振动输送机输送到煅后焦仓内。表 3 是 1 台 54 罐罐式炉的热量平衡,其主要输入条件如下:(1)生石油焦的挥发分 10%;(2)石油焦中水分 10%;(3)炭质烧损 4%;(4)罐式炉单罐排出煅后焦 110kg/h。罐式炉的热平衡计算国内已有多位学者10 11进行了充分研究。通过研究发现,罐式炉煅烧过程中,其热量收入主要来源于生石油焦中所含挥发分的燃烧热、炭质烧损带入热、预热空气带入热及硫燃烧热(其它项)。在这几项热收入中,挥发分的燃烧热为热收入
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