如何优化改进炭素煅烧生产回转窑的结构

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摘 要：该文主要针对碳素煅烧生产中Φ3.0m×60 m回转窑在运行中遇到的问题进行了分析，例如下料管的冷却水套无法通常排水、窑头受热开裂以及由于受到高温作用导致窑头和窑尾的筒体护口脱落、弹簧板的销轴不易安装等；这些都会对回转窑的运行状况造成影响，文章便就这些问题进行了探讨，对如何从结构上对回转窑进行优化和改进提出了合理建议，并通过实际的运行验证，证明其能够有效解决上述问题，提高生产效率、延长设备寿命。

关键词：大齿圈 筒体护口 下料管 回转窑 检修门

中图分类号：TF806.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（c）-0046-02

在电解铝工业中铝用炭素作为辅助行业起到了极其重要的作用，行业是电解铝工业极其重要的辅助行业，而石油焦是铝电解用预焙阳极和电极生产的主要原料，作为预焙阳极首道工序，石油焦煅烧直接决定了预焙阳极的质量，通过提高煅烧工艺对煅后焦质量予以提升。由于使用的煅烧设备不同，工艺上也会有所差异，而煅烧工艺会直接决定煅后焦质量，目前使用的煅烧工艺主要包括：回转窑煅烧、罐式炉煅烧以及回转床煅烧。我国铝用炭素行业中往往使用回转窑煅烧工艺以及罐式炉工艺进行煅烧，其中回转窑煅烧工艺使用较为广泛，主要因为该工艺自动化程度相对较高，且生产力相对较大，设备使用寿命长且原料的适应性较强。正是由于上述优势能够对日益增大的预焙阳极用量需要提供了优质的原料，因而被广泛应用，目前世界石油焦的煅烧约有85%使用了回转窑煅烧的方式。

1 设备现状概述

我国在回转窑煅烧工艺上相对于其他国家来说相对落后，并且目前仍在运行的回转窑最早引进自日本，在碳素煅烧中，该种回转窑技术应用的回转窑产能仅为6 t/h；规格为Φ2.2 m×45 m，但是随着技术的应用以及实践经验的总结，我国的回转窑煅烧技术有了很大的提高，在该工艺的基础上，国内陆续的进行了自主的研发和创造，不同规格的回转窑，是的规格和产能有了很大的提高，Φ2.6 m×50 m回转窑产能能够达到9 t/h，而Φ3.0 m×60 m回转窑的产能则能够达到15 t/h。我国的回转窑技术虽然在自主研发的基础上有了很大的进步，但主要还是依赖于技术引进，近些年国内很多大型的企业陆续从国外引进了较为先进的回转窑技术，例如山西华泽、云南建水源鑫以及惠州石化分别引进了Metso（美国）的新型技术。而某企业以国内回转窑技术发展作为基础，对碳素煅烧的回转窑技术进行了提升，自主设计研发了Φ3.0 m×60 m回转窑，并在青海黄河再生铝业以及青铜峡宁东铝业等项目中予以应用，并于2010年在青海黄河再生铝业的项目中予以应用，于2009年在青铜峡宁东铝业项目中建成投产。根据实际的生产经验以及回转窑的使用状况、运行中遇到的问题，该碳素煅烧回转窑又被进行了多次的优化和改造，目前其不但能够适应大量的产品需求量，同时其煅烧出的石油焦成功出口国外。

2 优化改进回转窑结构

2.1 下料溜管

下料溜管主要被安装于窑尾端的过渡段上，斜插经过度段进入窑筒体中。煅烧原料并非直接进入回转窑，而是需要定量给料，逐步进入回转窑中。生石油焦从煅前仓通过定量给料机输送至下料溜管，在进入下料溜管后经过其输送到回转窑的内部筒体，继而完成高温煅烧。因此回转窑是否能够正常运行、系统整体运行是否安全等都会受到下料溜管的影响，下料管安全可靠，则回转窑能够正常运转，下料溜管若安全性和可靠性较差，那么回转窑无法正常运行。由于煅烧工艺本身便是对生石油焦进行高温处理，从而获得预焙阳极所需材料，因而回转窑的筒体需要承受回转窑内部的高温，但是一般的钢材是无法长期处于1000 ℃高温环境下的，而回转窑中的耐高温材料若用特殊钢材则会提高设备的建造成本，同时回转窑的可靠性也会随之降低。目前国内使用较多的为水冷夹套法，该种制作形式主要利用了水冷夹套的降温作用；另外风冷夹套的方式也是较为有效的制作形式，其原理同水冷夹套相似；另外耐火材料的浇筑也是能够取得良好效果的重要形势，例如Metso便利用了该种方式。

以某企业的回转窑设计为例，该回转窑设计中应用了水冷夹套，将水冷夹套设置在Φ3.0 m×60 m回转窑中，在最初的设计中，安装高度被限定因而受到该因素的限制，其设计的下料管以及水冷夹套如图1下料溜管的结构示意图中图a所示。下料管的上接管同下接管直接并非直接焊接，而是从水冷夹套中穿过，这种焊接状态下，由上接管同下接管的直径相同，相贯面积相对较大，因而冷却水的回水流畅与否将会受到影响。在实际的应用中很容易就会发现，该种结构下冷却水夹套中冷却水回水不畅。回转窑的主要作用便是对石油焦进行煅烧，因而筒体的温度极高，冷却水夹套的主要作用是用来对筒体进行降温，但是，若夹套中的冷却水无法充分循环，那么在回转窑筒体高温作用下，夹套中的冷却水会变为水蒸气，而水蒸气的体积比液态水体积要大，因而夹套内压逐渐升高，若其压力超出夹套所能承受的最大范围，那么这些将会埋下安全隐患，并影响生产的安全性。因此必须对其进行调整改进，如图1中图b对改进后的下料溜管结构予以介绍，通过对下料溜管的结构以及进行调整，对冷却水夹套进行调整，至下料管接管焊接的部位，如此以来不但有效解决了夹套的回流不畅，同时避免了冷却循环水所带来的隐患。并且该种方式能够有效解决上述问题，令冷却水能够正常循环。虽然该种方式能够有效的提高效率，但最主要的还是该种方式更加便捷。通过在现场冷却循环水的回水管路上增加一回水池，现场更能直观的监测到冷却循环水的回流状况及水温状况。

2.2 窑头罩检修门

窑头罩是处于回转窑低端的装置，一般用于安装燃烧器、火焰扫描仪、温度及压力检测装置等。此外窑头罩还起到联接回转窑筒体及冷却机下料溜槽的作用。因此高温物料通过此处传递和辐射了大量的热量。检修门一般安装在窑头罩的中下部，便于回转窑内衬施工及维修时进出材料和人员。正常工作时检修门一直处于关闭状态。由于窑头罩在生产运营中一直处于高温状态，尽管窑头罩的内侧都打有耐高温的浇注料，窑头罩还是会产生变形。在此次设计中把窑头罩的材质改为耐热不锈钢，但使用效果并不明显。在青铜峡宁东铝业公司的回转窑窑头罩检修门处曾发生高温变形撕裂的情况。原检修门结构是最早使用耐火砖时所设计的，现在炭素煅烧回转窑国内基本采用耐火浇注料形式。但原设计结构并未做改变，使得检修门背后结构过于复杂，在长期受高温状况下，检修门变形严重。通过改进检修门只保留了门板、铰链及门锁等结构。由于内衬采用耐火浇注料，去除了原使用耐火砖门板背部的槽型结构，结构变得更加简单。解决了原浇注料和检修门板受热膨胀不一致的问题，热应力减小。门板材料改用普通的Q235-B，更节省了成本。