外加熱旋轉爐的設計與應用

徐培勛

（淄博翔瑞能源設備科技有限公司 山東 淄博 255030）

傳統(tǒng)的陶瓷化工粉料采用的焙燒爐是隧道窯、梭式窯、輥道窯或推板窯等，原料是裝在匣缽或料盤里的，或是壓成預制塊狀，進行焙燒，業(yè)內人士稱為“靜態(tài)焙燒”。其缺點是周期長、能耗大、匣缽或料盤使用壽命短，尤其是產品受熱不均勻，容易出現夾心、燒不透等缺陷。

我公司成功開發(fā)了專門用于焙燒陶瓷化工粉料的“外加熱式旋轉爐”。粉料通過給料器輸送到不銹鋼轉筒里，轉筒采用耐熱不銹鋼板焊接成形，內設刮料板等附屬裝置，通過變頻電機、減速機系統(tǒng)驅動，以1～5r／min的轉速轉動，從而推動料層源源不斷地向出料端移動，實現了連續(xù)化、機械化生產。改變轉筒的傾角和轉速，就可以靈活地調節(jié)產量。轉筒外采用燃煤或者燃氣或者電加熱方式，加熱轉筒外壁，避免了煙氣對產品的污染。通過轉筒壁的傳熱，對產品進行加熱。在刮料板的攪翻作用下，粉料在轉筒內充分翻滾，受熱非常均勻，并能極大地縮短生產周期。下面以筆者為江蘇某公司設計安裝的一座16.0m長的旋轉爐為例做一詳細介紹。

1 主要技術經濟指標

焙燒產品：陶瓷化工粉料、顆粒料、催化劑等；筒體規(guī)格：直徑0.9m，長度16.0m；筒體材質：310S＃不銹鋼板；筒體加熱段長度：12.0m；筒體轉速：1～10r／min（可調）；焙燒溫度：900℃；焙燒周期：1～3h（可調）；燃料：液化石油氣；燒嘴數量：12只；溫度控制區(qū)：4個溫區(qū)；控制方式：溫度壓力自動控制；排煙風機：1臺，不銹鋼耐溫500℃；助燃風機：1臺，9－19系列高壓離心風機；進出料方式：連續(xù)進出料、螺旋給料器（變頻調速）。窯爐配置：轉筒及轉筒內附屬裝置、轉筒傳動裝置、轉筒兩端密封裝置、螺旋給料器及進料料斗、進風裝置、濕氣及廢氣排出管路、窯爐框架、耐火保溫材料砌體、燃燒系統(tǒng)及溫度壓力自動控制系統(tǒng)。

2 設備

該窯爐由窯爐框架、耐火保溫材料砌體、轉筒及轉筒內附屬裝置、轉筒傳動裝置、進料出料系統(tǒng)、排廢氣系統(tǒng)、燃燒排煙系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)等部分組成。具體結構示意圖如圖1所示。

2.1 窯爐框架

窯爐框架由型鋼鋼板焊接而成，鋼板噴漆，結構牢固，維修方便，外形美觀。

2.2 耐火保溫材料砌體

爐體選用蓄散熱量低的耐火保溫材料砌筑而成，該材料具有極好的保溫效果，最大限度地減少了窯爐的散熱量，降低了能耗。

圖1 外加熱旋轉爐結構示意圖

2.3 轉筒及轉筒內附屬裝置

轉筒總長16.0m，其中加熱段長12.0m，用310S＃不銹鋼板卷制；進料段長2.0m，出料段長2.0m。轉筒與水平面成一定角度的傾斜度。

滾筒內壁焊接有刮料板、中心測溫管、防物料逆行結構等，其材質均為310S＃不銹鋼。

在轉筒進料端，布置防物料逆行結構，將進入的物料推向窯尾方向，防止物料逆行。

對于焙燒粉體，在轉筒轉動過程中爐內易產生揚塵現象。為了降低揚塵，該爐在轉筒的防物料逆行結構后面，焊接有刮料板，刮料板與筒體切線成一定角度傾斜，當轉筒轉到一定角度后，刮料板上的物料會以滑動方式落下，不會產生自由落體下落，避免物料產生沖擊，減小揚塵量。

在轉筒出料密封箱后端，設置有配風閥門，可以調節(jié)進入窯內的空氣量。

超細微粉在轉爐內焙燒時，有時容易產生粘壁現象。另外，為了克服這一問題，我們在轉筒上還配有能消除物料粘壁現象的特殊機構。

轉筒進出料兩端設有密封端蓋，端蓋與轉筒的密封措施采用彈性密封，密封效果優(yōu)于傳統(tǒng)密封形式。

2.4 轉筒傳動裝置

轉筒傳動裝置安裝于進料端，傳動形式采用鏈輪鏈條或齒輪嚙合，帶動筒體平穩(wěn)轉動。

傳動電機采用變頻控制，調節(jié)電機的轉速，可以使轉筒轉速發(fā)生變化，從而調節(jié)物料在轉筒的運行時間。轉速調節(jié)范圍為1～10r／min。

在進料端轉筒下方，安裝有槽形支撐托輪，轉筒上的滾圈（也俗稱胎環(huán)）卡在槽形托輪的槽內，可以保證轉筒在進料端不會產生軸向竄動，從而保證傳動系統(tǒng)的嚙合準確。

在出料端轉筒下方，安裝有平型托輪，轉筒上的滾圈與托輪平行接觸，筒體升溫后就會沿著平型托輪的表面，往出料方向自由伸長，不會造成轉筒的變形。

本轉爐還配有人工轉動簡易裝置，當出現突然停電情況時，由人工轉動轉筒，防止轉筒熱彎變形。

2.5 進料、出料系統(tǒng)

旋轉爐的進料裝置由提升設備、料斗、螺旋給料器或星型給料器組成。物料通過機械或人工加到料斗中，經螺旋給料器或星型給料器進入轉筒中。螺旋給料器或星型給料器轉速變頻可調，可以調節(jié)進料量。

根據物料的特性，有些物料不宜采用螺旋給料器或星型給料器，而改用其它進料方式。

出料裝置由套于筒體上的出料密封端蓋下部的收集口流出。

2.6 排廢氣系統(tǒng)

由于物料在焙燒過程中，會產生水氣或廢氣，有的廢氣甚至具有一定的腐蝕性，所以在轉筒材質選擇上要合理。在轉筒進料端設有排廢氣口，物料在加熱過程中產生的水氣和廢氣由排廢氣口進入不銹鋼排廢氣管路，自然排空或經風機送入指定地點進行環(huán)保處理。

轉筒內的壓力通過調節(jié)排廢氣管路閘板或用變頻風機來控制。

2.7 燃燒排煙系統(tǒng)

外加熱旋轉爐的燃料有柴油、煤、煤氣、天然氣、液化石油氣和電，目前采用較多的是煤、天然氣和電。用煤加熱溫度不穩(wěn)定，加之環(huán)保要求越來越嚴，許多廠家改用天然氣或電。用天然氣加熱，由于出窯煙氣溫度較高，能耗也較高。用電加熱，不產生煙氣帶走熱量，故能耗較低。我們做過比較，由于天然氣和電的單價差別較大，能耗成本基本接近，這要根據各個地區(qū)的實際情況來合理選擇加熱能源。

該旋轉爐熱源為液化石油氣。因為用戶所在地區(qū)無管道天然氣供應，電力供應也緊張，經常限電。

燒嘴布置于加熱箱內轉筒下方。選用12只高速燃氣燒嘴，每個燒嘴均配有燃氣閥門和助燃風閥門，可根據產品燒成曲線確定點燃的燒嘴數量和調節(jié)每個燒嘴的燃燒能力，以達到理想的燒成溫度。

助燃風由1臺高壓普通風機供給，液化石油氣由液化氣罐經減壓后供至燒嘴前。每只燒嘴對面設有觀火孔，方便人工觀火。

由于液化石油氣在燃燒過程中產生大量的高溫煙氣，要及時排走，送至指定地點余熱利用，為此，在轉爐箱體靠近進料端部位設有煙氣排出管道，并配有調節(jié)閥，排出的煙氣由1臺不銹鋼高溫風機抽走。

2.8 自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)包括測溫系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)。

1）測溫系統(tǒng)。轉筒外加熱箱體內設置4支熱電偶檢測加熱溫度，轉筒內安裝1支熱電偶用于直接檢測物料溫度。

2）溫度控制。溫度控制分4區(qū)，每區(qū)3個燒嘴。控制原理：每一區(qū)的AI人工智能儀表接收熱電偶的測量溫度信號值，與溫度曲線設定值進行比較，若實測值小于設定值，AI人工智能儀表輸出0～20mA信號，通過電動執(zhí)行器，增大液化氣管閥門的開度，使窯內溫度升高；若實測值大于設定值，AI人工智能儀表則進行反向調節(jié)，以保證窯溫曲線按照設定的燒成曲線進行。

3）壓力控制系統(tǒng)。其分為加熱箱體內壓力控制、轉筒內腔壓力控制和助燃風壓力控制。加熱箱體內壓力控制是通過變頻排煙風機來實現的，即從加熱箱體內測壓點取出窯壓信號，經壓力傳感器將信號送至AI人工智能儀表，與窯壓設定值進行比較，輸出信號，通過變頻排煙風機調節(jié)抽力，使箱體內壓力按照設定的窯壓曲線進行。轉筒內腔壓力控制是通過變頻排廢氣風機來實現的；助燃風壓力控制是通過變頻助燃風機來實現的，其控制原理與加熱箱體內壓力控制相同。

4）安全保護系統(tǒng)由燒嘴控制器和燃氣總電磁閥構成。由于該窯爐燃料為液化石油氣且要求焙燒溫度低，對于使用燃氣的安全性應引起足夠重視。為此我們在每支燒嘴前設有火焰檢測／自動點火裝置，燒嘴一旦有熄火發(fā)生，系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，同時轉入自動點火運行程序。若在規(guī)定的時間內點火失敗，燒嘴前的燃氣電磁閥自動關閉，切斷燃氣供應，并提示人工處理。燃氣總管路上設有高低壓開關和緊急切斷電磁閥，當燃氣壓力過高、過低或遇突然停電時，可立即關閉燃氣供應，確保窯爐安全。

轉筒轉速和給料機進料速度控制采用變頻調速電機手動控制。

所有控制系統(tǒng)由2個控制柜集中控制，并配有觸摸屏處理器。

3 結語

外加熱旋轉爐點火調試一次成功，并投入正常運行，各項技術經濟指標均達到了設計要求。我公司設計的外加熱旋轉爐，具有以下獨到之處：

1）能直接檢測轉筒內物料的溫度；

2）配有消除物料粘壁現象的裝置；

3）轉筒兩端采用彈性壓緊密封；

4）配備適合粉料特點的刮板，既能滿足攪翻物料的作用，又能最大限度地減輕粉料在轉筒內的揚塵現象。