环式焙烧炉

环式焙烧炉 (ring type baking furnace)国内外碳素焙烧炉发展状况环视焙烧炉是生产碳素制品最关键的大型热工炉窑设备，对一个预焙阳极生产厂而言，环式焙烧炉的基建投资占整个碳素厂总投资的50%～60%，而且焙烧炉设计及技术的先进性对产品的质量单位投资的产能、能耗及能源综合利用、炉子寿命、产品生产成本都有很大的影响，焙烧炉火道墙结构的设计，材质的选择和施工工艺是设计焙烧炉最关键的技术。

碳素生产企业环式焙烧炉火道墙采用砖砌结构，由轻质耐火砖、粘土耐火砖、异型耐火砖砌筑而成。

根据焙烧炉火道墙尺寸的不同，每条火道墙重约7～9吨，砖层多打40层。

在生产过程中，依照工艺要求反复地升降温（1250℃～1300℃），降温（20℃～30℃），每次装、出炉时，天车夹具、碳素产品都不可避免地会碰撞到火道墙上，这样火道墙就会发生变形，变形达到一定程度，就必须拆除重砌。

火道墙主要损坏形式：传统工艺采用耐火砖加耐火泥浆砌筑，采用了卧缝打灰、立缝不打灰的砌筑工艺，这样会出现砖缝泥浆脱落，影响了火道墙的整体结构强度。

由于砌砖更多的注重了火道墙的牢固性，但忽视了火焰的流向，不可避免地出现温度死角，对产品的均匀性造成影响。

在生产过程中由于产生不均匀热膨胀以及频繁升降温和装出焙烧品的撞击，造成火道墙变形，继而火焰不走正道→温度死角→温差变大→炉箱变形等恶性循环，能耗增大，降低炉体寿命，出现频繁中小修。

目前国内碳素焙烧炉的设计是50年代从国外引进的技术，火道墙采用砖砌筑结构，经历了半个世纪，并为大多数碳素厂所采用。

随着生产实践的进一步深入，该技术的一些技术问题也逐渐暴露出来。

（1）边火道墙向外突出或整体倾斜，使料箱变窄，装出炉困难；（2）中间火道向内外凹陷，使火道变窄，影响热流气体的流动和燃烧效果；（3）火道墙裂缝严重，导致漏风漏料，影响产品质量，增大热能损耗，破损比较严重的火道墙必须进行中修、大修，由于火道墙是由小块耐火砖砌筑而成，拆除一条火道墙大约需要7～8小时，重新砌筑需24小时左右，拆除并重砌一条火道墙就必须搬运近17吨的材料，这不仅给修炉工作带来困难，而且给车间的正常生产增加难度。

特别是环式焙烧炉是以循环方式作业，留给维修、拆除、重砌火道墙的时间非常紧张，通常在炉温还有80℃～90℃时就必须开始刨修，工作环境极为恶劣，反过来又影响施工质量，形成恶性循环。

我国用在环式焙烧炉上的耐火材料质量与国外同类产品相比，有较大的差距，高温抗蠕变性，荷重软化点，高温热稳定性等理化指标及产品外形尺寸精确度。

加之生产管理，操作等方面的影响，我国碳素焙烧炉火道墙的平均使用寿命为80～100炉次，国外焙烧炉一般达到150炉次。

在市场竞争日趋激烈的今天，各类产品都必须以优质廉价来赢得市场，炭素制品也不例外。

若焙烧炉火道墙变形严重，势必影响产品的质量，特别是影响产量，增加生产成本，不能满足生产需求，难以取得良好的经济效益。

针对砖砌火道墙存在的上述缺陷，国外多家碳素制品生产公司对火道墙结构的设计，材质的采用及砌筑方式等方面作了大量研究的改进，据有关资料报道，美国贝克莱和利德汗姆公司对火道墙的砌筑方式进行了大胆创新，采用异地预砌墙的方法，整体吊运到现场安装。

该技术大大缩短了施工时间，改善了施工环境，减轻了劳动强度，提高了焙烧炉的产量及砖砌火道墙的质量。

鉴于我国耐火砖型尺寸的精确度及各类碳素厂起重设备受限，实现异地整体预砌、整体吊装难以实现。

我国环形焙烧炉技术共经历两个发展阶段。

第一阶段50～70年代环式焙烧炉基本上未跳出苏联援建时的炉型框架，只在局部结构上有所改进，总体上看来，基本上环式炉技术落后。

第二阶段，从80年代开始至今是我国环式炉向新环式炉转变时期。

80年代初期贵铝从日本引进了新的环式技术，此后，沈阳、贵阳铝镁设计院又为我国铝用碳素厂设计了一批具有“日轻炉”或“里德哈默炉”技术特点的新环式炉，并已相继投产。

新一代环式焙烧炉虽从炉室容积、燃烧方式、炉盖内衬材料等方面有很大改进，使环式焙烧炉的技术经济指标得以明显改变，但是火道墙仍是采用小块砖砌筑的砖砌技术，火道墙存在的使用寿命短，大、中修时间长等困扰产量，产品质量问题依然存在。

20年来，我国在环式炉火道墙的研究、创新方面做的工作比较少。

目前，我国环式焙烧炉火道墙凹陷、变形、使用周期短是影响炉子产能得知要因素；砖砌火道墙的裂缝、漏风、炉子上下温差大对产品质量有较大的影响；大修时间长、施工环境恶劣是生产管理上的难题。

因此说，炭素行业急需研制、开发使用新型耐火材料，结构新颖、科学、便于施工、维修的火道墙新技术。

使用性能优异的耐火材料，使焙烧炉火道墙的使用周期延长，使炉室内温度分布更均匀，有利于提高产品质量，设计出科学、合理、高效、简便的施工工艺，缩短大修火道墙的时间，尽可能提高焙烧炉的产能，降低生产成本。

炭素焙烧炉火道墙组合预制件作为现阶段的一项新技术，该项成果是在于它改变了历史沿用已久的砖砌结构技术，创新了碳素焙烧炉火道墙组合预制件组装、设计、研制、生产的一整套新的实用技术，此项技术的优点在于：1、采用子扣式大块预制件组合，提高焙烧炉整体结构强度，避免因装出物料碰撞造成的炉墙变形；2、提高预制件的高温性能及体积稳定性，耐急冷急热性及机械强度，能显著延长焙烧炉寿命；3、组合预制件增大火道空腔，使焰气流向趋于合理，消灭温度死角，解决炭素炉受热不均，改进产品质量；4、施工吊装组合，省力省时，降耗增产，提高经济效益；5、预制件，合理分布挥发份逸出孔，将挥发份引入火道燃烧，既增加火道温度，又避免沥青积存引起烟道着火的危害。

一种由若干个结构相同的炉室呈双排布置，按移动的火焰系统运转，对压型生制品进行焙烧热处理的热工设备。

概况组成环式焙烧炉炉子的各炉室之间既可连通，也可切断。

生产时，把几个炉室串连起来组成一个火焰系统。

(见彩图插页第l5页)其运行情况见图1。

燃料从l3号炉室给入并燃烧，这里成为温度最高的炉室，完成对生制品焙烧后，高温废烟气并不立即排人烟道，而是在负压抽力的作用下依次流经14、15、16、1、2号炉室，利用其余热对生制品进行焙烧前的预热，在这一过程中，烟气温度逐渐降低，从2号炉室流出后，已无再利用的价值，便经连通罩排入烟道。

于是从l3号至2号炉室便构成一个火焰系统。

l3号炉室是加热室，l4号至2号炉室是预热室。

7号至l2号炉室是焙烧完的制品通行冷却的炉室，冷却制品的空气或者是靠12号炉室的负压从大气中吸进，或者是靠鼓风机强制鼓人。

冷却用空气在流经7号至l2号炉室时，与进入冷却温度高达1000℃的制品发生热交换，既冷却了制品，又加热了自身(一般可达800℃以上)。

然后进入13号炉室供烧料燃烧。

起到提高热利用率和焙烧温度的目的。

6号至3号炉室则分别处于出炉、修炉、装炉，待加热作业阶段，是预备炉室。

炉子运行一定的间隔时间后，l3号炉室的制品焙烧结束，停止向其供热，将燃烧装置移至14号炉室，l3号炉室进入冷却阶段，l4号炉室变成加热室，由于火焰系统少了一个炉室需要增加一个炉室，所以在移动燃烧装置的同时将连通烟道的连通罩从2号炉室移至3号炉室，使3号炉室进入火焰系统，形成15号至3号炉室为预热室，8号至l3号炉室为冷却室，其余4号至7号炉室则为预备室，环式炉的运行就是火焰系统按一定的作业周期这样周而复始的循环。

火焰系统一个一个炉室地沿环形路线移动，所包含的炉室号逐渐在变换。

对于火焰系统中的每一个炉室都依次经历烟气预热、焙烧和冷却阶段，然后进行预备作业。

由上可见，对于环式焙烧炉的火焰系统而言是连续作业，而对于单个炉室来说则是间断式周期性作业。

一个火焰系统所辖的炉室数可按生产的具体情况加以调整，一台炉可有一个或几个火焰系统，根据炉子的产能决定。

几个火焰系统同时运行，焙烧的作业周期应协调一致。

带盖炉在加热期间(包括加热和焙烧)以及冷却阶段初期要用炉盖把炉室盖严，使炉室密闭。

无盖炉则没有盖，炉室在运行期间都是敞开的。

带盖炉炉盖和炉室之间的空间是走烟气的通道，有时燃料也在这里燃烧。

所以不盖上炉盖，炉子就无法运行，而无盖炉燃料燃烧和烟气流动都在密闭的火道内进行，所以炉子在运行时不加盖，是敞开的。

带盖炉还可分有火井式和无火井式两种。

火井是燃料的燃烧室和烟气的通道。

无火井炉没有火井，燃料是在炉盖下面的空间燃烧，而以中间隔墙内的上升火道来替代火井的通道作用。

带盖炉装备在炭素厂或铝厂里，既可焙烧电极，又可焙烧铝用阳极和阴极，适用多品种、多规格产品的生产。

无盖炉则主要装备在铝厂，生产铝用阳极，而且要求阳极规格单一。

带盖炉中国的带盖炉由l～2个火焰系统组成。

一个火焰系统的炉子有l6～20个炉室，两个火焰系统的则有30～36个炉室。

其他国家有更大型的炉子，含3～5个火焰系统。

有火井和无火井的带盖炉其结构示于图2、图3。

加热时炉室都盖上炉盖。

对有火井炉燃料在火井内燃烧，对燃烧后的高温烟气流至炉盖下的空间，而无火井炉燃料直接在已充分利用了热量并且温度降至l50℃左右的烟气经中间隔墙内的斜坡烟道进入侧部烟道，炉子排出的烟气在净化系统中除去粉尘和焦油后，最后经排烟机从烟囱排人大气。

有的炉子还设置旁通烟道，以便在排烟机和净化系统出现故障以及焚烧烟道时，烟气直接经旁通烟道进入烟囱。

下面对炉子的主要构造及组成分别做介绍。

炉底及大墙位于炉室的底部及四周，直接砌筑于炉子混凝土基础上，按炉体所处的位置有地下式和地上式两种结构。

一般为方便操作和减少散热，采用地下式结构，把整个炉子砌在深达5m多的地下。

但当地下水位较高时，为防水则采用地上式结构。

要求炉子基础下面的土壤必须坚实而质地均匀。

炉底和大墙中设保温层，以减少散热损失并保护基础。

炉盖下的空间燃烧，之后烟气通过格子砖孔垂直向下到达炉底，经砖墩再流至下一个串联的炉室，在这里炉气经火井或上升火道又到达炉盖下面，然后再经格子砖，炉底流至第三个炉室，依次烟气流经串联在一起的每一个炉室，完成对生制品的焙烧作业。

料箱及火道用格子砖墙把炉室分隔成4～8个等面积的长方形或长条形料箱，料箱内装制品及填充料，格子砖墙上的孔即为火道。

料箱和火道的底部是坑面砖。

坑面砖靠砖墩支撑，砖墩之间的间隙可以走烟气。

热烟气就是在这一流动过程中完成对料箱中的制品的热交换。

火井及中间隔墙火井位于炉室的前端。

只有火井式炉才有火井。

送入炉内的燃料，先在火井中与预热空气混合进行燃烧，生成的热烟气再进入炉室，达到温度均匀的目的。

无火井式炉，燃料直接在炉盖下面的空间燃烧。

中间隔墙位于相邻两个炉室之间，内中有连通两个炉室的烟道，从前一个炉室炉底流来的烟气，对有火井式炉要经过火井才能到达炉室上部；对无火井式炉，是通过中间隔墙中的上升火道直接到达炉室上部。

当烟气不需引入下一个炉室时，还可通过中间隔墙中的斜坡烟道与侧部烟道接通。