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    煅燒工藝及設(shè)備比選

    2021-04-05 15:06:44朱東旭史博川王尚元
    中國金屬通報(bào) 2021年1期
    關(guān)鍵詞:爐型罐式石油焦

    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。

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