1、前言
炭素原料的煅燒是炭素制品生產工藝中第一次將原料進行高溫熱處理的工序，而原料煅燒質量的好壞直接影響到最終產品的質量。因此在炭素工藝設計中，正確地選擇煅燒設備是十分重要。
在煅燒設備的應用方面，雖然已有比較先進的回轉床煅燒設備，但是，由于投資較大，在國內炭素廠還沒有得到普遍的應用，只有石油六廠利用其煅燒針狀焦。目前國內的煅燒設備主要有回轉窯和罐式爐，罐式爐雖然煅燒質量好，但是占地大，一次性投資大，勞動條件差，不易實現自動化，耗費較多的人力資源。國外石油焦煅燒普遍使用大型回轉窯作為煅燒石油焦的設備。國內自1958年開始使用中1.4×24m回轉窯做煅燒設備以來，至今已經發展到全國有數十臺大、中、小型的炭素煅燒回轉窯。
根據國內外的生產實踐，回轉窯和罐式爐相比，雖然具有對原料的適應性強，設計制造簡單，投資省，建設周期短，自動化程度高，產量大，勞動條件好、節省人員等優點，但還存在著碳質燒損大、能耗高、煅燒質量稍差、設備運轉率低等缺點。目前國內的延遲石油焦，含有較高的水分(一般在8%～10%)和揮發分（通常在12%～14%），同時焦粉含量也較大。
針對國內石油焦的特點，為了在回轉窯煅燒石油焦過程中減少碳質燒損，降低能耗，提高煅燒質量，對回轉窯進行如下改進。
(1)擴大窯尾預熱段的直徑，降低煙氣的流速，減少煙氣帶走的粉塵量，減少碳質燒損，加強預熱段的預熱效果，提高煅燒質量。
(2)合理確定三次風的位置、風量，即能使揮發分充分燃燒，增加預熱效果，又不使煙氣溫度降低，提高煅燒質量。
(3)采用U型燃燒室，增加燃燒室的長度，使粉塵在燃燒室內充分燃燒。
2、以中2.2×45m回轉窯為例進行討論
2.1設計改進型的回轉窯
回轉窯進料端直徑擴大，Ø2.2×45m回轉窯（Ø內1. 74×25m／Ø內1.80×20m）（見圖1）改為Ø2.2×25m／中2. 42×20m(Ø內1.74×25m／Ø內1. 94 x20m)（見圖2）回轉窯。將窯尾梢形改為直筒型；窯尾法蘭直徑由<Ø1000mm改為Ø1200mm。
改進前后的兩臺45m回轉窯的主要參數及有關的數據見表1。
從表1看出窯尾變徑后產生如下變化：
(1)窯的預熱帶、加熱帶（變徑部分）的物料填充率由10. 3%降至7.9%。
(2)料層厚度減薄。
(3)物料在預熱帶的移動速度略有增加。
(4)物料在窯內的停留時間減少2分鐘多。
(5)預熱帶物料與煙氣的直接接觸的表面積稍有增加。
(6)窯尾加料點的氣流速度降低，能被煙氣帶走的物料的顆粒直徑減小。
(7)窯尾法蘭處的煙氣流速降低。
這些變化，對提高煅燒焦的實收率，起到了積極的作用。具體論述如下：
①改進前的回轉窯預熱帶的填充率為10. 3%，適用于含水率<3%，揮發分<8%的石油焦，能夠煅燒出質量合格的石油焦，作為陽極生產的原料。
目前國內石油焦含水、揮發分較高，用改進前的窯煅燒，煅燒質量略有下降（真比重較低），改進后，填充率降到7.9%，同時料層厚度略有減薄，改善了物料間的傳熱條件，物料與煙氣的接觸面積亦有增加，這些都改善了物料在變徑段的烘干、預熱、加熱條件，提高了窯尾的預熱能力。物料進窯后溫度上升有所加快，揮發分的逸出速度加快，同時在恰當的位置增加三次風，將有利于揮發分的燃燒，注意加入的三次風的量，已不使窯內煙氣溫度降低為宜。這將有利于石油焦的烘干、預熱效果，提高煅燒質量。
②由于預熱帶的擴大，使物料在該段的移動速度加快1.3 mm/s，從而使物料在整個窯內的停留時間縮短2分鐘之多，可以說對煅燒質量影響微不足道，反而由于提高了物料在預熱帶移動速度，加快了在窯內的相對位移，為煅燒高揮發分延遲石油焦時防止窯尾結圈創造了條件。關于這類問題早已被國內36m回轉窯的生產實踐證明。貴鋁一期、青銅峽鋁廠一期分別采用了Ø內1.6×36m及Ø內1.6/Ø內1.9×36回轉窯，當這兩臺窯都煅燒100%延遲石油焦時，青銅峽鋁廠的變徑回轉窯從未發生過窯尾結圈的現象，而不變徑的窯卻需要經常進行燒結圈操作，45m不變徑的窯也常出現窯尾結圈的現象。這些都說明回轉窯變徑是非常必要的。
③進料端擴大、窯尾法蘭直徑加大，能提高煅燒的實收率。
由于進料端的直徑加大，使窯尾加料管處的煙氣流速15. 36m/s降低到11. 01m/s，使下料管處在下料時能被煙氣帶走的粉料粒度由1. 25 mm降到0. 7mm。而我們目前加料管的安裝方式又為帶走這些小粒焦粉提供了條件。
目前加料管的習慣安裝位置是根據窯尾料層厚度H．在適當抬高A，便是加料管底面實際安裝高度，而且是加料管裝在窯斷面縱向中心位置上（即圖3中I的位置），而窯內的物料斷面卻是在沿窯的轉動方向與水平成一個該物料靜安息角的位置，所以加料管內的物料流出料管落入窯內時，要下落一個(H+A)的高度，在此下落過程中不同直徑的焦塊、粒、粉都要經過一段懸空的過程，這時，如果煙氣的流速達到某種粒度料的1. 38倍，能被煙氣的氣流帶走，當煙氣行至窯尾法蘭收口處時，由于斷面面積減小而煙氣的流速增大，就能很快將夾帶的物料，（包括滾到法蘭口上較大塊的料）帶進燃燒室，由于窯尾及沉降室密封不嚴漏風（內部呈負壓），一些細焦粉連同在窯內沒有完全燃燒的揮發分在沉降室（或燃燒室）內繼續燃燒，這樣固然可以提高煙氣的溫度，增加余熱鍋爐的產氣量，但必須要多燒掉一部分石油焦，即增加了碳質燒損，又降低了實收率，所以，窯尾直徑擴大，降低了煙氣流速，合理地安裝下料管（如圖3中Ⅱ的位置）對降低碳質燒損，提高煅燒實收率是有益的。
將窯尾的梢形改為直筒型，即可增大窯尾法蘭的直徑，降低煙氣流速，又能加大下料點的料面與窯尾法蘭口的高度差，防止物料直接反入沉降室（或燃燒室）。
從圖3的安裝尺寸便可以看出在改進前窯尾處的結構及安裝尺寸的不合理。因而造成一些物料從窯尾法蘭滾入燃燒室（實測發現燃燒室內有較多20—30mm，甚至40一50mm的焦塊），根據國內長期使用的經驗，改進后會收到很好的效果。
2.2合理確定三次風的位置
三次風的位置應設在不加三次風時，回轉窯內煙塵最濃密處，此處揮發分揮發的最劇烈，三次風應采用變頻控制，根據投料量的多少，確定風量的多少，引入的三次風風量過大，反而造成引入處的溫度下降的很多，對煅燒起了反作用，如果不加三次風在排出揮發分溫度范圍內，窯內焦炭床的升溫速度明顯降低，影響焦炭的煅燒質量。因此適量地加入三次風，可以使揮發分燃燒，提高焦炭的加熱速度，改善煅燒焦炭的質量。
2.3燃燒室的改進
改進前的燃燒室為平底落地式的燃燒室，設計的意圖是將煙氣帶入燃燒室的細焦粒、粉在補充一定的空氣條件下完全燒掉，實際設計的燃燒條件不夠，只補充了空氣，而燃燒時間不夠，較粗的焦粒、粉在短暫的懸浮過程中被完全燒掉，這些沒有燒掉的焦炭在燃燒室內沉積，形成表面一層能接觸空氣，中間和底部料無空氣助燃，無法繼續燃燒，原設計并不成功。
改進后的燃燒室，采用U型，長度比改進前增加4倍以上，保證含粉塵的煙氣在燃燒室內處于不穩定的狀態，充分與空氣混合，提供足夠的氧氣，同時加長燃燒室，保證了燃燒時間，使炭粉在燃燒室內充分燃燒，窯尾直徑擴大，降低了煙氣帶走的焦粒的直徑，還起到了降低燃燒室長度的作用。
3、結論
將Ø2.2 x 45m回轉窯改為Ø1.74／Ø內1. 94×45m回轉窯的結構形式，調整三次風，將筒形燃燒室改為U型燃燒室，能夠改善回轉窯的煅燒石油焦的質量，還能夠在降低碳質燒損、提高實收率等方面有所提高。對以后的回轉窯的設計提供借鑒。
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