煅燒工藝及設(shè)備比選

朱東旭，曾 勇，史博川，王尚元

（東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），遼寧 沈陽110013）

1 概述

煅燒是預(yù)焙陽極生產(chǎn)的第一道熱處理工序，煅燒目的是生焦在1200～1300℃溫度下，排除揮發(fā)份和水份等，生石油焦體積收縮、導(dǎo)電率提高、強(qiáng)度增加，保證煅后石油焦質(zhì)量是保證陽極質(zhì)量的重要前提。

在煅燒過程中，伴隨揮發(fā)分的排出，高分子芳香族碳?xì)浠衔锇l(fā)生復(fù)雜的分解與縮聚反應(yīng)，分子結(jié)構(gòu)不斷變化，原料本身體積逐漸收縮，從而提高了原料的密度和機(jī)械強(qiáng)度。隨著煅燒溫度的提高，石油焦所含雜質(zhì)逐漸排除，降低了原料的化學(xué)活性。同時(shí)，在煅燒過程中，原料熱解逸出的碳?xì)浠衔镌谠项w粒表面和孔壁沉積一層致密有光澤的熱解炭膜，其化學(xué)性能穩(wěn)定，從而提高了煅后料的抗氧化性能。石油焦在煅燒過程中導(dǎo)電性能的提高也是揮發(fā)分逸出和分子結(jié)構(gòu)重排的綜合結(jié)果。在煅燒過程中，碳原子排列有序，晶格收縮，導(dǎo)電性增強(qiáng)，即電阻率降低。

當(dāng)前、國內(nèi)外用于炭素材料煅燒的爐型主要有回轉(zhuǎn)窯、罐式煅燒爐、回轉(zhuǎn)床煅燒爐、電煅燒爐等。

回轉(zhuǎn)床罐式爐是20實(shí)際70年代才出現(xiàn)的新爐型。目前使用較少，沒有在行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。另外，設(shè)備需要引進(jìn)，造價(jià)高。電煅燒爐由于產(chǎn)能小，生產(chǎn)成本高，一般只用于產(chǎn)能小或生產(chǎn)高質(zhì)量炭塊時(shí)才選用。

目前，國際上就大型石油焦煅燒企業(yè)來說主要采用罐式煅燒爐和回轉(zhuǎn)窯兩種煅燒設(shè)備，現(xiàn)就該兩種爐型進(jìn)行論述。

2 爐型對比

2.1 罐式煅燒爐

罐式煅燒爐為在固定的料罐中實(shí)現(xiàn)對生石油焦的間接加熱，使之完成煅燒過程的加熱設(shè)備。煅燒時(shí)原料由爐頂加入罐內(nèi)，在由上而下的移動(dòng)過程中，逐漸被位于料罐兩側(cè)的火道加熱。其燃料為原料逸出的揮發(fā)分。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。生石油焦在經(jīng)過煅燒帶1250～1350℃的高溫下進(jìn)行煅燒，完成一系列的物理化學(xué)變化后，從料罐底部進(jìn)入冷卻水套迅速冷卻后，經(jīng)排料機(jī)構(gòu)連續(xù)排出爐外。工藝流程圖如下：

罐式煅燒爐工藝流程圖

罐式煅燒爐設(shè)備圖

2.2 回轉(zhuǎn)窯

回轉(zhuǎn)窯為在回轉(zhuǎn)圓筒中完成對生石油焦的高溫?zé)崽幚淼脑O(shè)備。生石油焦在傾斜安裝的圓筒中，受重力作用和回轉(zhuǎn)筒的帶動(dòng)，由窯尾流向低窯頭。外加燃料由窯頭送入窯內(nèi)燃燒，生成的煙氣流向窯尾。煙氣與原料成逆流運(yùn)動(dòng)，在此過程中進(jìn)行熱交換，完成對原料的煅燒?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)設(shè)二、三次風(fēng)以助揮發(fā)分和燃料充分燃燒?；剞D(zhuǎn)窯工藝流程圖如下：

回轉(zhuǎn)窯工藝流程圖

回轉(zhuǎn)窯設(shè)備圖

2.3 罐式煅燒爐和回轉(zhuǎn)窯的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

表1 罐式煅燒爐、回轉(zhuǎn)窯主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

通過上表對比分析可知：

（1）罐式煅燒爐設(shè)備維修率低，年運(yùn)轉(zhuǎn)率高達(dá)98%，明顯高于回轉(zhuǎn)窯的78%~85%。

（2）采用罐式煅燒爐生產(chǎn)的石油焦實(shí)收率為80%，采用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的石油焦實(shí)收率僅為74%。

（3）罐式煅燒爐是間接加熱、而回轉(zhuǎn)窯是直接加熱會導(dǎo)致石油焦燒損增加，增加石油焦單耗。

新文人流派是最早崛起的現(xiàn)代粉彩人物流派，其主要承襲于新粉彩人物瓷畫，這個(gè)流派長期占據(jù)現(xiàn)代粉彩人物流派的主流地位。這批流派的領(lǐng)軍人物正是“珠山八友”王大凡的后人王錫良，中國工藝美術(shù)大師張松茂以及徐慶庚等老一輩的藝術(shù)家，他們創(chuàng)作的作品風(fēng)格于新粉彩人物瓷畫風(fēng)格類似，且在他們創(chuàng)作的作品中葉融入了很多現(xiàn)代的風(fēng)格。但主要的審美情趣還是以傳統(tǒng)文人畫氣息為主，因此有不少人會把新文人粉彩瓷畫當(dāng)作傳統(tǒng)粉彩人物瓷畫的代表。但實(shí)際上，在二十世紀(jì)80年代之后興起的“新文人畫”運(yùn)動(dòng)影響下，無論從意境還是審美造詣早已脫離了純文人式的審美追求，尤其是在人物五官、構(gòu)圖以及設(shè)色等方面都更加貼合現(xiàn)代審美情趣。

（4）采用罐式煅燒爐方案，每噸煅后焦消耗的水和電都小于回轉(zhuǎn)窯方案。.

（5）罐式爐雖然單臺產(chǎn)能低于回轉(zhuǎn)窯，但同等產(chǎn)能占地仍然小于回轉(zhuǎn)窯。

（6）罐式煅燒爐的大修周期大于10年，而回轉(zhuǎn)窯的大修一般在2年左右。

（7）傳統(tǒng)罐式煅燒爐自動(dòng)化程度低，但隨著近幾年控制算法的改進(jìn)，自動(dòng)調(diào)溫正不斷應(yīng)用到罐式煅燒爐，整體自動(dòng)化水平有著明顯提高。

（8）罐式煅燒爐故障率低，因此維修頻率低，維修成本低于回轉(zhuǎn)窯。

（9）罐式煅燒爐的熱源來自自身揮發(fā)分，再保證熱平衡的前提下，揮發(fā)分會完全燃燒，因此整體尾氣的污染物少。

2.4 罐式煅燒爐和回轉(zhuǎn)窯的主要技術(shù)指標(biāo)對比

表2 罐式煅燒爐、回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝主要技術(shù)指標(biāo)對比

表3 罐式爐與回轉(zhuǎn)窯石油焦煅燒石油焦主要質(zhì)量對比情況

通過上表對比分析可知：

（1）石油焦在罐式煅燒爐內(nèi)煅燒時(shí)間長，煅后焦的真密度高。

（2）石油焦煅燒質(zhì)量對鋁用陽極質(zhì)量影響很大，尤其是關(guān)系到陽極在電解槽消耗的電阻率、CO2反應(yīng)性、空氣反應(yīng)性等幾個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，罐式煅燒爐要優(yōu)于回轉(zhuǎn)窯。

（3）回轉(zhuǎn)窯由于物料氧化燒損大，加之窯體轉(zhuǎn)動(dòng)使窯內(nèi)襯材料磨損與脫落，會致使煅后焦的灰分含量增加，造成煅燒焦質(zhì)量的下降，進(jìn)而影響最終陽極質(zhì)量。

（4）罐式煅燒爐是利用石油焦自身揮發(fā)分提供熱源加熱石油焦，而回轉(zhuǎn)窯需要外加燃料，增加石油焦能耗。

表2為中國某廠罐式煅燒爐與回轉(zhuǎn)窯煅燒石油焦質(zhì)量情況，可以看出，罐式煅燒爐煅燒質(zhì)量方面優(yōu)于回轉(zhuǎn)窯。

2.5 小結(jié)

通過罐式煅燒爐與回轉(zhuǎn)窯的技術(shù)對比及經(jīng)濟(jì)對比，本設(shè)計(jì)推薦采用罐式煅燒爐爐型。

3 罐式煅燒爐橫向?qū)Ρ?/h2>

罐式煅燒爐作為中國炭素廠煅燒石油焦的主體設(shè)備，在絕大部分企業(yè)被廣泛使用，罐式煅燒爐技術(shù)自引進(jìn)后在中國得到飛速發(fā)展，各大研究院及高校也在不斷進(jìn)行理論研究與分析。下面對各罐式爐技術(shù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

表4 罐式煅燒爐橫向?qū)Ρ?/p>

通過以上對比分析可知：

（1）10層罐式煅燒爐單罐產(chǎn)量高；余熱回收利用率高，且供熱穩(wěn)定；

（2）相對比與8層加高罐式爐及傳統(tǒng)8層罐式爐，10層火道在高溫區(qū)層高低，因此結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，且火焰流速場更均勻，有利于罐式爐整體傳熱，產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量更優(yōu)；

（3）同等產(chǎn)能的情況下基建投資降低約20%。

4 結(jié)束語

根據(jù)上述煅燒方案的分析比選，以及罐式煅燒爐的橫向?qū)Ρ龋?0層罐式煅燒爐優(yōu)勢明顯，是作為石油焦煅燒設(shè)備首選爐型。