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M achining and Application
机械加工与应用
朱东旭，曾 勇，史博川，王尚元吸咪头
（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳110013）
摘 要：
煅烧目的是排除生焦中的挥发份和水份等，使生焦体积收缩、导电率提高、强度增加，保证煅后焦质量是保证阳极质量的重要前提。目前，国际上就大型煅烧企业来说主要采用罐式煅烧炉和回转窑两种煅烧设备，本文针对这两种炉型进行分析对比以及罐式煅烧炉技术的横向对比分析，10层罐式炉从投资、产品质量、产能等方面优于其它炉型。 关键词：
煅烧；设备；罐式煅烧炉；回转窑中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：
11-5004（2021）01-0079-2收稿日期：
2021-01作者简介：朱东旭（1986-），男，辽宁朝阳人，本科，中级工程师，研究方向：炭素工程设计及研究。
1 概述
煅烧是预焙阳极生产的第一道热处理工序，煅烧目的是生
焦在1200～1300℃温度下，排除挥发份和水份等，生石油焦体积收缩、导电率提高、强度增加，保证煅后石油焦质量是保证阳极质量的重要前提。 在煅烧过程中，伴随挥发分的排出，高分子芳香族碳氢化合物发生复杂的分解与缩聚反应，分子结构不断变化，原料本身体积逐渐收缩，从而提高了原料的密度和机械强度。随着煅烧温度的提高，石油焦所含杂质逐渐排除，降低了原料的化学活性。同时，在煅烧过程中，原料热解逸出的碳氢化合物在原料颗粒表面和孔壁沉积一层致密有光泽的热解炭膜，其化学性能稳定，从而提高了煅后料的抗氧化性能。石油焦在煅烧过程中导电性能的提高也是挥发分逸出和分子结构重排的综合结果。在煅烧过程中，碳原子排列有序，晶格收缩，导电性增强，即电阻率降低。
当前、国内外用于炭素材料煅烧的炉型主要有回转窑、罐式煅烧炉、回转床煅烧炉、电煅烧炉等。
回转床罐式炉是20实际70年代才出现的新炉型。目前使用较少，没有在行业内得到广泛应用。另外，设备需要引进，造价高。电煅烧炉由于产能小，生产成本高，一般只用于产能小或生产高质量炭块时才选用。
目前，国际上就大型石油焦煅烧企业来说主要采用罐式煅烧炉和回转窑两种煅烧设备，现就该两种炉型进行论述。
2 炉型对比
2.1 罐式煅烧炉
罐式煅烧炉为在固定的料罐中实现对生石油焦的间接加热，使之完成煅烧过程的加热设备。煅烧时原料由炉顶加入罐内，在由上而下的移动过程中，逐渐被位于料罐两侧的火道加热。其燃料为原料逸出的挥发分。燃料在火道中燃烧产生的热量是通过火道壁间接传给原料的。生石油焦在经过煅烧带1250～1350℃的高温下进行煅烧，完成一系列的物理化学变化后，从料罐底部进入冷却水套迅速冷却后，经排料机构连续排出炉外。工艺流程图如下：
罐式煅烧炉工艺流程图
罐式煅烧炉设备图
2.2 回转窑
回转窑为在回转圆筒中完成对生石油焦的高温热处理的设备。生石油焦在倾斜安装的圆筒中，受重力作用和回转筒的带动，由窑尾流向低窑头。外加燃料由窑头送入窑内燃烧，生成的烟气流向窑尾。烟气与原料成逆流运动，在此过程中进行热交换，完成对原料的煅烧。回转窑内设二、三次风以助挥发分和燃料充分燃烧。回转窑工艺流程图如下
：
回转窑工艺流程图
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回转窑设备图
2.3 罐式煅烧炉和回转窑的主要经济指标对比
表1 罐式煅烧炉、回转窑主要经济指标对比
比较项目罐式煅烧炉回转窑
p503设备年运转率98%78~85%
煅烧实收率（干基）80%74%
炭质烧损3~4%8~10%
水耗低高
电耗低高
能耗不外加燃料 1.0~2.0×105kcal/t煅后焦生石油焦单耗，t/t-煅后焦 1.25 1.35
大修周期10年2年
占地相当相当自动化水平低高
维修频率低高
尾气污染物少多
总投资相当相当
运营成本低高通过上表对比分析可知：
（1）罐式煅烧炉设备维修率低，年运转率高达98%，明显高于回转窑的78%~85%。
（2）采用罐式煅烧炉生产的石油焦实收率为80%，采用回转窑生产的石油焦实收率仅为74%。
（3）罐式煅烧炉是间接加热、而回转窑是直接加热会导致石油焦烧损增加，增加石油焦单耗。
（4）采用罐式煅烧炉方案，每吨煅后焦消耗的水和电都小于回转窑方案。.
（5）罐式炉虽然单台产能低于回转窑，但同等产能占地仍然小于回转窑。
（6）罐式煅烧炉的大修周期大于10年，而回转窑的大修一般在2年左右。
（7）传统罐式煅烧炉自动化程度低，但随着近几年控制算法的改进，自动调温正不断应用到罐式煅烧炉，整体自动化水平有着明显提高。
（8）罐式煅烧炉故障率低，因此维修频率低，维修成本低于回转窑。
（9）罐式煅烧炉的热源来自自身挥发分，再保证热平衡的前提下，挥发分会完全燃烧，因此整体尾气的污染物少。
2.4 罐式煅烧炉和回转窑的主要技术指标对比
表2 罐式煅烧炉、回转窑煅烧工艺主要技术指标对比
比较项目罐式煅烧炉回转窑
水泥灌浆料加热方式间接直接料流与气流关系顺流逆流
物料在炉内停留时间24~36h60~80min 煅后焦冷却间接水冷却间接水冷却或间接+直接水冷
却
火焰最高温度1250℃~1350℃1200℃~1350℃燃料无外加燃料加燃料挥发分利用情况充分在炉内燃烧
大部分在窑内燃烧，少量进入沉
降室
表3 罐式炉与回转窑石油焦煅烧石油焦主要质量对比情况比较项目罐式炉回转窑
真密度，g/cm3 2.05~2.12 2.02~2.10
电阻率，μΩ••m450~500480~580
CO2反应性，%19~3122~45
空气反应性，%/min0.04~0.200.20~0.60
灰分0.15~0.250.2~0.4通过上表对比分析可知：
（1）石油焦在罐式煅烧炉内煅烧时间长，煅后焦的真密度高。
车联网天线（2）石油焦煅烧质量对铝用阳极质量影响很大，尤其是关系到阳极在电解槽消耗的电阻率、CO2反应性、空气反应性等几个关键质量指标，罐式煅烧炉要优于回转窑。
（3）回转窑由于物料氧化烧损大，加之窑体转动使窑内衬材料磨损与脱落，会致使煅后焦的灰分含量增加，造成煅烧焦质量的下降，进而影响最终阳极质量。
（4）罐式煅烧炉是利用石油焦自身挥发分提供热源加热石油焦，而回转窑需要外加燃料，增加石油焦能耗。
表2为中国某厂罐式煅烧炉与回转窑煅烧石油焦质量情况，可以看出，罐式煅烧炉煅烧质量方面优于回转窑。
2.5 小结仿形切割机
通过罐式煅烧炉与回转窑的技术对比及经济对比，本设计推荐采用罐式煅烧炉炉型。
3 罐式煅烧炉横向对比
罐式煅烧炉作为中国炭素厂煅烧石油焦的主体设备，在绝大部分企业被广泛使用，罐式煅烧炉技术自引进后在中国得到飞速发展，各大研究院及高校也在不断进行理论研究与分析。下面对各罐式炉技术进行横向对比。
表4 罐式煅烧炉横向对比
序号项目10层火道罐式
炉
8层加高火道罐
式炉
传统8层火道罐
式炉
1结构特点10层火道，顺流
式
8层火道，顺流
式
8层火道，顺流
式
2罐体尺寸长×宽：
2180×360mm
长×宽：
2180×360mm
长×宽：
1660×360mm
3火道尺寸高×宽：
476×250mm
高×宽：水焊机
544×215mm
高×宽：
476×215mm
4产量（全寿命
周期内平均）120~125kg/h·罐110~115kg/h·罐80~90kg/h·罐, 5运转率98%以上98%以上95%以上
6煅烧带数量5层3层3层
7火道最高温
度1300~1350℃1250~1300℃1250~1300℃
8煅后焦真比
重(g/m3) 2.06~2.10 2.06~2.10 2.06~2.10 9耐火材料量268t/组264t/组221t/组
通过以上对比分析可知：
（1）10层罐式煅烧炉单罐产量高；余热回收利用率高，且供热稳定；
（2）相对比与8层加高罐式炉及传统8层罐式炉，10层火道在高温区层高低，因此结构更加稳定，且火焰流速场更均匀，有利于罐式炉整体传热，产品质量及产量更优；
（3）同等产能的情况下基建投资降低约20%。
4 结束语
根据上述煅烧方案的分析比选，以及罐式煅烧炉的横向对比，10层罐式煅烧炉优势明显，是作为石油焦煅烧设备首选炉型。
参考文献
[1]黄启震.等.中国冶金百科全书．炭素材辩卷[M】．北京：冶金工业出版社．
1992.64—69
80
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