回转窑煅烧石油焦烧损的主要因素及对策.pdf

第 3 7卷第 4期 2 0 1 5 年 8 月 甘肃冶金 GANS U METAI URGY Vo 1 ． 3 7 NO． 4 Au g ． ， 2 0 1 5 文章 编号 1 6 7 2 - 4 4 6 1 2 0 1 5 0 4 0 0 4 7 0 3 回转 窑煅烧石油焦烧损 的主要 因素及对 策 杨轶林 ， 王军 黄河鑫业有限公 司 ， 青海西宁8 1 1 6 0 1 摘要 本文通过介绍回转窑煅烧石油焦生产中的三种不同工况。论述了炭质烧损的额外增加主要发生在情况 Ⅲ尾部燃烧。阐述了入窑石油焦粒度、 投料量、 窑尺寸长径比、 斜度等对炭质烧损的影响。其中增加窑的长径 比和窑斜 度 ， 对我 国炭素 回转窑减少 炭质烧损 有重要的意义。 关键词 炭素回转窑； 炭质烧损； 粒度； 长径比； 斜度 中图分类号 T Q 1 2 7 ． 1 1 文献标识码 A M a i n Fa c t o r a n d Co u n t e r me a s u r e f o r Ca r b o n Bur n i n g Lo s s 0 f Ki I n． Ca l c i n e d Pe t r o l e u m Co k e YANG Yi l i n， W AN G J u n Hu a n g h e Xi n y e C o ． L t d ． ， X i n i n g 8 1 1 6 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e t e x t e x p l a i n s t h r e e d i s s i mi l a r wo r k i n g c o n d i t i o n o f r o t a r y k i l n b u r n i n g p e t r o l e u m c o k e ，s u g g e s t s t h a t i n c r e a s i n g c a r b o n b u r n i n g l o s s ma i n l y O C C U R S i n t h e t h i r d c a s e -t a i l b u m ，e x p o u n d s t h e e f f e c t o f r a w c o k e g r a i n，o r d e r e d w e i g h t ， k i l n s i z e l e n g t h ／ d i a me t e r r a t i o ，s l o p e ，a n d S O o n ，t o c a r b o n b u r n i n g l o s s ．I n c r e a s i n g l e n g t h ／ d i a me t e r a n d s l o p e o f k i l n h a v e i mp o r t a n t a c t i o n f o r d e c r e ase o f c a r b o n b u r n i n g l o s s o f r o t a r y k i l n ． Ke y Wo r dr o t a r y k i l n ； c a r b o n b u rni n g l o s s ； g r a i n； l e n gth d i a me t e r ； s l o p e 1 引言 用 回转窑煅烧石油焦具有基建费用小 、 产量大 、 控制方便 、 用人少 的优点。与罐式炉相 比回转窑所 产生的烟气比较集 中， 可方便地净化处 理和余热 回 收。回转窑内的石油焦与烟气是直接接触 ， 如果工 艺条件不当将会使炭质烧损增加。国外先进回转窑 窑尾温度较低 ， 炭质烧损小 于 7 ％。而在 国内， 多数 回转窑 的窑尾温度都偏高 。只有少数回转窑短时炭 质烧损可达 7 ％以下 ， 多年平均炭质烧损约在 8 ％左 右 ， 甚至超过 1 0 ％。以下就如何减少炭质烧损进行 讨论。 2 回转窑煅烧 生石 油焦工艺简介 2 ． 1 煅烧中的三个工作带 回转窑煅烧石油焦时 图 1 ， 原料生石油焦从 高端窑尾进入 ， 石油焦 随着简体 的转动逐渐 向低端 窑头移动， 经高温处理后 ， 成为制品煅后焦从窑头排 出。窑头喷嘴燃烧产生的烟气以及石油焦煅烧 中产 生的烟气 ， 向窑尾流动 ， 直接接触石油焦逆 向加热。 根据窑 内各温度区间的主要作用 ， 窑 内大致可分成 三个工作区， 又称三个温度带。 第一个温度带是位 于窑尾 的干燥 预热带 ， 在这 个工作 区间， 石油焦从室温被加热到接近煅烧温度。 石油焦先排出水分 ， 约 2 5 0 o C时开 始排 出挥发份 ， 5 0 0 ～ 7 0 0 o C排 出量 最大。一部分 挥发份在窑 内燃 烧 ， 另一部分则被吸入燃烧 室内。石油焦在此段完 成了排除水分和排除部分挥发份的工作 。 第二个温度带是高温煅烧带 ， 石油焦煅烧温度 一 般是 1 1 5 0～1 2 5 0 o C。煅烧带 的正常位置 ， 起点 位于喷嘴前端 ， 长度 向窑内延伸 5 ～1 0 m 以上。石 油焦进入煅烧带的前半部位 ， 仍有少量挥发份燃烧 ， 可以利用这个燃烧热来提高煅烧带温度和延长煅烧 带的长度。在无燃料煅烧时的煅烧带长度也可 以向 窑内延伸数米。在多数情况下， 窑头的燃烧器只是 消耗很少的燃料 ， 甚至不用燃料就可 以控制好煅烧 温度。石油焦在煅烧 中排 出了挥发份 ， 并且使石油 焦的结构重新排列， 石油焦的体积得到充分收缩。 霸 嚣 罄 螺 露 4 8 甘肃冶金 第 3 7卷 煅后焦的质量指标是 由煅烧带的温度和长度来控制 的。 ◎ ①生石油焦； ②下料管； ③领圈； ④托轮； ⑤窑体； ⑥注入风； ⑦窑头罩； ⑧一次风； ⑨喷嘴； ⑩蒸汽； ⑩重油；煅后焦 ⑩燃 烧室 余 热锅炉； 姻 气； 图 1 回转窑煅烧石油焦工 艺流程 第三个温度带为冷却带 ， 煅后焦离开煅烧带后 ， 温度下降， 它的正常位置， 起点在喷嘴的前端， 终点 是窑头出料端。如果石油焦在冷却带仍有大量挥发 份逸 出， 则石油焦煅烧 的不充分 ， 质量低下。 3 煅烧过程中的三种情况 在生产中由于生焦投入量等工艺参数的变化， 各温度带的位置 、 长度 以及 烟气和石油焦 的温度也 随之变化 ， 根据窑尾烟气温度 和煅烧带的位置和温 度 ， 窑内温度分布大致可分为三种情况 。 3 ． 1 正常温度分布 窑内正常的温度分布是窑尾烟气温度的下限略 高于烟气的着火点 ， 窑尾烟气 中未燃物的成分主要 有 不完全燃烧产生 的 C O， 生焦在尾部逸 出的油性 挥发份 ， 主要是 C H ， 以及飞扬的粉焦。这些可燃物 的混合物在烟气中的着火温度大约是 6 5 0 6 8 0 oC。 当烟气温度低于着火温度时， 则燃烧不稳定 而引起 负压波动， 甚至发生窑头火焰反扑。上限在 8 0 0 以内 ， 负压稳定 ， 煅烧带的温度和位置正常 ， 煅后焦 质量合格 ， 炭质烧损小。 3 ． 2 头部燃烧 石油焦移到窑头 ， 仍有较多的挥发份逸出， 称作 头部燃烧， 又称为煅烧带前移 移到窑头罩前 。它 的出现是由于某些原因首先使窑尾烟气温度下 降， 煅烧带温度也可暂时上升然后下降。被 向前移的低 温焦层“ 冲垮”， 而使煅烧带缩短和前移 。当窑尾烟 气温度低于着火点时， 进入燃室烟气中的可燃物不 能充分燃烧 ， 烟 囱将 冒黑烟。头部燃烧严重时 ， 全窑 温度普遍降低 ， 石油焦没“ 烧 ” 好就从窑内冲出“ 跑 黑料 ” 。这时焦层不平整， 呈波状 ， 操作工把这一现 象形象地称为“ 耍龙” 。这 时， 焦床被带起的角度变 小 ， 料层翻动不好 ， 正常地翻动节奏被破坏 产生滑 落 ， 移动加快 。 3 ． 3 尾部燃烧 因负压过大或生焦粒度太小等原因， 高温区移 到窑尾部 ， 如果高标准要求 ， 当窑尾烟气温度超过 8 0 0 E时， 就可称为尾部燃烧。这时会使用正常煅烧 带位置的挥发份分布量减少 ， 有时会 因此不能形成 煅烧带， 而需增加燃烧器的燃烧量来提高煅烧温度。 另外 ， 因煅烧带和冷却带长度的增加 ， 从窑头吸人的 过剩空气与石油焦的接触面积也增加 ， 造成 了烧损 增加。当前， 我国炭素回转窑普遍存在尾部燃烧现 象。严重的尾部燃烧还会使窑尾和燃烧室的温度异 常地高， 而损坏砌体和烧坏下料管。 4 影响尾部燃烧或烧损的主要因素及 对策 造成炭质烧损的主要原因是高温石油焦与空气 的氧以及烟气 中具有氧化能力的气体 C O 、 H 0等 与炭接触生产 C O 或 C O ， 使石油焦氧化。生产中出 现情况 Ⅲ时 ， 窑 内吸入 了大量过剩空气 ， 增加 了炭质 烧损。影响烧损或情况 Ⅲ的主要 因素及对策如下。 4 ． 1 入窑石油焦粒度 石油焦粒度较小 ， 比表面积就越大 ， 与空气接触 的机会也就越多。另外， 小焦块表面上的热量 ， 容易 向内部传导 。小焦块入窑后升温快 ， 造成挥发份在 窑尾逸出量增加 ， 容易发生情况Ⅲ。另外 ， 如果粉焦 过多 ， 在焦床与内衬壁之间， 会有一层粉焦层 ， 使焦 床翻动不好 ， 容易生产滑落现象 ， 造成煅烧温度控制 困难 。所以， 为了减少烧损 ， 生焦在预碎 中应尽量保 持较大的粒度 ， 防止过度粉碎。生焦预碎前要充分 筛分， 把已经符合粒度要求的小块焦筛出， 通过溜槽 直接进入破碎机之后的输送设备 ， 只让大块焦人破 碎机 ， 这对于防止过度粉碎是十分重要 的。最好选 摹 糍霹 第 4期 杨轶林， 等 回转窑煅烧石油焦烧损的主要因素及对策 4 9 用具有分离作用可减轻过度粉碎的单辊破碎或其它 新式破碎机进行预碎 。 4 ． 2 投料量 对于一种规格 的回转窑 ， 对应一个最佳投料量 或投料范围。如果投料量太小 ， 不论如何调节， 烧损 都会增大。例如 小料量生产 中， 如果窑速不减而是 仍然以最佳料量时的窑速运转， 那么料层就会减薄， 窑内对焦床的传热能力增加 ， 物料在窑尾温度上升 变快 ； 如果降低窑转数直至达到最佳料量时的料层 厚度 ， 保持填充率不变 ， 这时 因物料移 动速度减小 ， 挥发份仍然在窑尾大量逸出和燃烧。用以上两种方 法 ， 都会 发生情 况 Ⅲ， 造成烧 损增加。小料量生产 时 ， 用其它方法调整 ， 还会扰乱工艺参 数 ， 效果仍不 理想。 4 ． 3窑的长径比、 斜度 窑的长径 比值 ， 炭素 回转窑应大于氧化铝熟料 窑和其它用途的 回转窑。这主要是 因为 ， 氧化铝熟 料窑所处理的物料本身不 能发热 ， 为了达到窑的发 热能力和传热能力 ， 在窑头设置了燃烧量很大的喷 嘴 ， 需要较大的内径 ， 长径比较小。而炭素回转窑所 处理的石油焦含有 约 1 2 ％的挥发 份。其发热量 可 达 5 7 8 0 0 k J ／ k g 最高发热量 。通过控制负压和窑 体上的注放量等参数 ， 有效利用挥发份的燃烧 ， 可以 提高高温区的温度和延长其长度。所以窑头喷嘴不 需很大的燃烧量就可 以达煅烧温度。内径过大 ， 反 而会稀释挥发份浓度和减小高温 区长度。另外 ， 内 径增大 ， 粉焦被不平整的衬表面和缝隙带起后飘落 的距离也增大 ， 与空气接触的机会也会增加 ， 所以炭 素窑应是细而长的窑体 。如果挡轮设置在窑尾最后 一 组托轮上将更有利于下料管的布置 。 5 加强 操作 过程 控 制 ， 严 格 实行 四稳 操作 制度 ， 减 少操作失误 由于投料量对炭素 回转窑热工平衡具有极大的 影响， 因此 ， 应 当积极的实施 回转窑 自动恒定给料控 制技术 ， 同时提高负压、 温度测量 的准确性 ， 设置温 度高低报警， 必要时对高温段筒体温度采取 自动扫 描、 检测装置。提高煅烧过程控制的自动化水平。 生产实践证 明， 回转窑内衬温度变化对内衬使 用寿命带来 的影响有时候 比高温带来 的影响还要 大。因此， 在生产条件许可 的情 况下 ， 应 当推行 以 “ 给料量稳定 、 风压稳定、 窑速稳定 、 温度稳定” 为核 心的四稳操作制度 。所谓 给料量稳定 ， 就是指以设 计投料量为基准， 找到适合于具体的某台窑的投料 量； 所谓风压稳定是指窑头、 窑尾的负压差的波动不 要太剧烈， 这就要求在调整二、 三次风风量时应当考 虑引风机的开度是否与匹配 ， 而在调整引风机开度 时也要考虑鼓风量是否合理 ； 所谓窑速稳定 即回转 窑在生产过程 中尽量保持一定的转速 ， 不要忽高忽 低 ； 所谓温度稳定就是 指窑内衬的温度除了能使石 油的温度保持在 1 2 0 0 1 2 5 0 c C之间外 ， 还应 当保 持在最小 的波动范围内， 温度稳定是前面三个稳定 的结果 ， 也是生产过程 中追求 的 目标 。要实现 “ 四 个稳定” ， 在生产过程 中就必须要坚持“ 勤观察、 微 调整” ， 坚决杜绝“ 大开大合 、 急刹车” 。 6 结语 为了减少炭素 回转窑 的炭质烧损 ， 对于窑尾温 度一直偏高的窑 ， 在扩建新窑或大修时 ， 应增大长径 比或斜度。在生产 中， 控制好生焦人窑粒度等工艺 条件， 避免小料量生产， 防止情况Ⅲ的发生。 参考文献 [ 1 ] 王平甫， 宫振． 铝电解炭阳极技术[ M] ． 北京 冶金 出版社 。 2 0 0 2 ． [ 2 ] 张文起．回转窑炭质烧损的分析[ J ] ． 轻金属， 2 0 0 4 4 4 3 4 5 ． 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 ． 3 0 作者简 介 杨轶林 1 9 6 8 一 ， 男 ， 高级技师。 上接第 4 4页 通过对以上 因素的严格控制 ， 使得铸坯常见 的 表面缺陷大大地 降低 了， 实现 了铸坯收得 率 9 9 ． 9 ％ 以上 ， 铸坯合格率 9 9 ． 9 5 ％以上的 目标 。 参考文献 [ 1 ] 蔡开科． 连铸坯质量控制[ M] ． 北京 冶金工业出版社 ， 2 0 1 0 ． 5 1 8 7 ． [ 2 ] 卢盛意． 连铸坯质量研究[ M] ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 1 1 ． 2 ． 9 4 ． [ 3 ] 许英强， 等． 连铸保护渣技术问答[ M] ． 北京 冶金工业 出版社 。 2 0 1 3 ． 1 2 7 2 8 ． [ 4 ] 张志强， 张炯明． 连铸坯表面振痕形成机理的研究 [ J ] ． 钢铁研究， 2 0 0 8 2 ． [ 5 ] 卢盛意， 连铸坯质量 [ M] ． 北京 冶金工业出版社． 20 0 0． 1 2 1 68 ／／6 7． [ 6 ] 李广田， 等． 钢铁冶金辅助材料[ M] ． 北京 化学工业出 版社， 2 0 0 9 ． 1 2 1 5 3 1 5 5 ． 收稿 13期 2 0 1 5 ． 0 4 ． 1 6