新型回转床式煅烧炉技术
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回转床式煅烧炉运行时,炉床上运动的生石油焦不与炉床的耐火材料接触,因此从卸料台排出的煅后石油焦棱角显而易见。进入冷却器后高温的煅后石油焦直接与冷却器衬层接触,对衬层造成极大磨损,根据设计的基本要求冷却器内的衬层使用5~6年要重新砌筑一次。
两台回转床式煅烧炉年产煅后石油焦量达30万吨,很适合石油焦的集中煅烧,更适合铝电解用阳极厂配套原料工段。
铝电解用阳极和所有的电极制品一样,是用煤沥青和焦炭的混合物生产的,焦炭是混合物的骨料。生产电极的焦炭可以是焦炭沥青焦或石油焦,但由于沥青焦产量少且价格昂贵,没有大范围的使用在生产电极,因此生产电极主要使用的是石油焦。石油焦是石油炼制过程中的重渣油经过焦化而得的产物,不能直接用于预焙阳极的生产,一定要通过煅烧排出生石油焦中的水分和挥发分,收缩物料,使其结构变得致密,形成晶格,提高其导电性能和化学稳定性。鉴于煅烧技术在改善石油焦性能中的及其重要的作用,无论是电解铝厂还是独立碳素厂都很关注石油焦煅烧技术的发展。
与其他煅烧技术相比,新型回转床式煅烧炉技术有着建设维护成本低、节能环保、实收率高、产能大等不少优良特点,该技术目前在国内应用较少,但随着耐火材料生产技术的逐步的提升,将来可能会出现较大的应用前景。
[1] 王平甫、宫振.铝电解炭阳极生产与应用[M],北京:冶金工业出版社,2005.
[2] 温作仁.回转床式煅烧炉煅烧技术及其特点[J].轻金属,1995(6):45-50.
回转床式煅烧炉煅烧生石油焦的过程可分为:破碎和脱水、煅烧和冷却、煅后焦的储存、包装和废热回收四部分。
破碎和脱水后的生石油焦通过皮带输送机进入位于煅烧炉上方的缓冲料仓内,缓冲料仓的储备量大约可以供Hale Waihona Puke Baidu生产2小时的使用量,生石油焦依靠其自身的重力作用通过下料溜管进入煅烧炉内,落入炉床的周边。下料溜管能够上下伸缩,因此能调节下料溜管与炉床的距离。通过调节下料溜管与炉床的距离和炉床的转速,能控制生石油焦进入煅烧炉的速度,调控产量。输送耙子的顶端设置在炉床衬层上面5厘米处,炉床旋转时输送耙子不与炉床耐火材料接触,使炉床表面自然形成5厘米的石油焦层,炉床上运动的生石油焦不与炉床的耐火材料接触,只是克服生石油焦层之间的摩擦力。由于炉床的旋转,落入炉床周边的生石油焦在与径向成一定角度的输送耙子作用下,随着炉床的旋转而形成等容积的同心圆,以环状层形式被移动,最终进入到煅烧炉中心的均热室内。生石油焦在煅烧炉内运动时,定时被搅拌耙子搅拌焦层,从而避免了生石油焦在煅烧炉内剧烈运动所产生的机械磨损,同时使生石油焦不断以新表面来承受炉内的热辐射。在正常操作条件下,生石油焦在煅烧炉内停留大约一个小时。石油焦进入均热室后进一步混合均化,使石油焦达到均匀的温度。煅烧后的石油焦在均热室停留20分钟后进入旋转卸料台,在耙子的作用下排出煅烧炉进入焦炭冷却器。煅后石油焦经过冷却器冷却,在冷却器中停留50分钟后温度降至100℃以下,通过皮带输送机和斗式提升机进入煅后焦储仓。
回转床式煅烧炉是直径为22米的圆形炉,炉体高13.5米,炉体主要由固定炉顶,垂直的圆形炉壁,水平旋转的炉床,与炉床连接在一起的均热室,可旋转的卸料台和炉衬六部分所组成。炉床由两台配置成180°的调速电机驱动而水平旋转。炉顶支撑在固定的支架上,炉顶与炉床之间用水封密闭,这样做才能够使煅烧炉在微负压条件下操作。炉顶上部与垂直烟道、水平烟道联通,烟道中有空气喷嘴通入大气。在炉顶固定有一组输送耙子和两组搅拌耙子。炉壁上安装有十个燃烧器。均热室是一个与炉床中间下料圆孔相连接的上大下小的圆锥形钢结构,随炉床一起旋转。卸料台由一台调速电机驱动水平旋转,里面设有耙子,作为排料机使用。均热室与卸料台密封罩之间也采用水封密闭。耐高温的炉衬由耐火砖,耐火纤维隔热板和耐火浇注料组成。
作为铝电解用阳极的主要生产材料,煅后石油焦的生产能够正常的使用不同的煅烧技术,本文介绍了新型回转床式煅烧炉技术,并着重介绍了新型回转式煅烧炉的结构、该技术的生产的基本工艺及其特点。
由于回转床式煅烧炉煅烧过程的热量来源于生石油焦释放出的挥发分,天然气仅作为辅助能源使用,极大的节约了能源。回转床式煅烧炉的烟道空间巨大,并有助燃空气通入,废烟气在烟道中气流速度很低,排出的挥发分和石油焦粉尘可以在烟道中充分燃烧,因此回转床式煅烧炉排出的废气中可燃气体及粉尘的含量极低。
新型回转床式煅烧炉结构紧密相连,占地面积小,两台年产15万吨的煅烧炉占地面积仅为505平方米,使用耐火材料少,极大的节约了建设成本。回转床式煅烧炉对衬层耐火材料在高温条件下的强度性能要求很高。由于我国缺乏高温条件下检测耐火材料强度的测试技术,使我们国家生产的耐火材料在高温条件下的强度性能远落后于欧美发达工业国家。为满足设计的基本要求,中国有色金属建设股份有限公司引进法国Morgan Advanced Materials公司的耐火材料并聘请意大利Set linings公司的筑炉专家到现场指导筑炉和烘炉工作,使煅烧炉衬层完全满足设计的基本要求。前文介绍过,生产的全部过程中回转床式煅烧炉炉床衬层表面从始至终保持一层5厘米厚的石油焦,这层石油焦很好的保护了炉床衬层,减少衬层磨损,按照设计的基本要求维护人员每年仅需对煅烧炉衬层进行小量修补即可,没有大修,极大地节约了维护成本。回转床式煅烧炉运行时,耙子和炉顶都处于静止状态,仅炉床和侧壁慢速运行,因此整个运行控制就简单可靠并且成本低廉。
回转床式煅烧炉的密封形式为水密封,水密封的水位能保持不变,因此,密闭性能非常好,不易漏气,因此固定碳氧化损失低。煅烧普通石油焦时,固定碳回收率可达97%,煅烧针状石油焦时,固定碳回收率可达96%。生产时,废烟气在烟道中的气流速度很低,仅为1~2m/s,烟气含尘量仅为120~600mg/ Nm3,所以从废烟气中损失的物料很少。
生石油焦在炉床的衬层上被煅烧,炉壁上的燃烧器作为引燃装置和补充热源使用,煅烧过程的热量来源于生石油焦释放出的挥发分进行燃烧。如果生石油焦的挥发分含量低,挥发分燃烧所释放出的热量不能够满足煅烧温度的要求时,使用天然气作为辅助燃料提高煅烧炉内温度。助燃空气经过同流换热器预热(400~500℃)从炉壁上的边门和燃烧器进入炉室,经过控制进入煅烧炉内空气量及其分布能控制煅烧炉内的温度,燃烧后的烟气通过炉顶中心排烟口排出炉膛进入烟道,经废热锅炉和同流换热器将余热利用后由烟囱将废烟气排入大气。
目前,包括石油焦在内的炭质原料煅烧技术主要有四种:罐式煅烧炉技术、回转窑技术、电煅烧炉技术、回转床煅烧炉技术。全球范围内应用比较多的是回转窑技术和罐式煅烧炉技术,电煅烧炉技术大多数都用在煅烧无烟煤或小规模煅后石油焦的电炭厂,而回转床煅烧炉技术,由于其对衬层耐火材料在高温条件下的强度性能要求很高,因此使用较少,只在美国、希腊、法国、挪威、加拿大、埃及、荷兰、俄罗斯等国家建有少量回转床式煅烧炉用于煅烧研究或生产,其中美国是世界上使用这种技术最为成熟的国家。
回转床式煅烧技术最初是由德国Marathon石油公司和Wise煤公司在20世纪50年代末期共同研制开发的,被称为M-W技术,最初用于无烟煤的煅烧。1976年德国科隆建成直径达22.86米的大型回转床煅烧炉。
美国Tenova Core窑炉公司在引进M-W技术的基础上结合生产运用的经验对回转床式煅烧炉进行改良,使其在结构不出现重大改变的基础上,大幅度提升了自动化程度,产量和产品质量。中国有色金属建设股份有限公司于2011年引进美国Tenova Core窑炉公司的新型回转床式煅烧炉技术和设备,由东北大学设计研究院作总体工程设计,在埃及苏伊士SIDC工业园建成两台年产15万吨煅后石油焦回转床式煅烧炉。本文主要是针对Tenova Core窑炉公司设计的新型回转床式煅烧炉进行介绍。
[3] 韩文生.回转床煅烧炉煅烧针状石油焦[J].轻金属,2008(9):50-52.
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