石油焦煅烧

3 原料的煅烧

肇

3.1 煅烧原理

蚄

炭素煅烧在隔绝空气的条件下进行高温( 1200℃ -1500 ℃)热处理的过程称为煅烧。煅烧是炭 素生产的预处理工序。 各种炭素原材料在煅烧过程中从元素组成到组织结构都发生一系列显着的变 化。 无烟煤、石油焦和延迟沥青焦都含有一定数量的挥发分，需要进行煅烧。冶金焦和焦炉生产 沥青焦的成焦温度比较高( 1000℃以上)，相当于炭素厂的煅烧温度，可以不再煅烧，只需烘干水 分即可。天然石墨为了提高其润滑性， 也可以进行煅烧。 一般来说， 煅后料比较硬、 脆、便于破碎、 磨粉和筛分。

蒁

蝿

3.1.1 煅烧的目的

煅烧的目的是为了排除原料中的水分和挥发分，使炭素原料的体积充分收缩，提高其热稳定 性和物理化学性能。

膇

进厂原料的水分一般在 3％ -10％之间，原料如含有较多的水分，不便于破碎、磨粉和筛分等 作业的进行，并影响原料颗粒对粘结剂的吸附性，难以成型，故一般要求煅后水分不大于 0.3 ％。 如果原料的挥发分过高，则生制品在焙烧过程中，将会发生过大的收缩，以至变形，甚至导 致生制品的断裂，所以必须排除原料中的挥发分。

衿

肄

在煅烧，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。 一般来说，在同样温度 下，煅后料的真密度愈高，则愈容易石墨化。

蒇

炭素原料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。经过同样 温度煅烧后， 石油焦的电阻率最低， 沥青焦的电阻率略高于石油焦， 冶金焦的电阻率又高于沥青焦， 无烟煤的电阻率最高。 无烟煤的电阻率不仅与煅烧程度有关， 而且与其灰分大小有关。 同一种无烟 煤，灰分愈大，煅后电阻率愈高。

芇

随着煅烧温度的提高，炭素原料所含杂质逐渐排除，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粒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。

膁薁

3.1.2 煅烧前后焦炭结构及物理化学能力的变化

芆

煅烧前后焦炭结构的变化

未煅烧石油焦微晶的层面堆积厚度只 Lc 和层面直径 La有几个纳米，，它们随煅烧温度的升高

芇

不断变化，其变化趋势如图 3-1 所示。在 700℃以前， Lc和 La有所缩小。 700℃以上则不断增大。 这种变

化趋势与侧链的断裂和结构重排有关，在接近 700℃时，Lc和 La的缩小说明焦炭内微晶层面 结构在这一温度区间内移动和断裂， 变得更杂乱和细化， 此时挥发分的排出最为剧烈。 图 3-2 表示 了煅烧无烟煤时排出气体总量及其组成。由此可见，在 700℃-750 ℃间气体的排出量最大。 各种炭素原料在煅烧过程中， 先后进行了热分解和热缩聚以及碳结构的重排， 其变化如图 3-3 所示。随着缩合反应的进行， 发生了晶粒互相接近， 导致原料因收缩而致密化。 这种收缩 （致密化） 直到挥发分排尽才结束。

薂

煅烧过程中，加热制度对煅烧料的晶体尺寸也有影响。表 3-1 所示为加热制度对石油焦晶体 尺寸的影响。由表可见，当加热到 700℃保温 1h 后，再升温到 1000℃，将使煅后焦的晶粒小。这 也说明，在 700℃附近，焦炭层面结构正经历断裂和重排。由于断裂，产生大量自由基，在此间内 保温，促使焦炭中交叉键增多，抑制了焦炭层面间的有序排列。

聿

艿

表 3-1 加热制度对石油焦微晶尺寸的影响

莆加热制度 肃焦种 螁 肈 蒆层间距 d002, -6 蒄La,10 ·m 50 ℃ /h ， 加 热 至 1000℃并在 1000℃保 温 1h 艿 袇-6Lc,10 ·m 袅-6 10 · m 羁热裂焦 热解焦 热裂焦 热解焦 薆 51 20 3.46 袀蚆 51 羂 20 蚃3.49 50 ℃ /h ， 加 热 至 700℃并在 700℃保温 1h, 连续升温至 1000℃ 保温 1h 虿 袆

螆莃 32 膀 18 莈 3. 袆 螃 35 袂 19 膆 3.53 煅烧前后焦炭物理化学性质的变化

在煅烧过程中，焦炭的物理化学性质发生了明显的变化。表 3-2 列出了我国各种原料在煅烧 前后的理化性质指标。图 3-4 表示了一种热裂石油焦随煅烧温度提高，其理化性质的变化。

膄

（1）煅烧前后焦炭氢含量的变化表 3-3 表示了热裂焦的真密度、氢含量与煅烧温度的关系， 可以看到在 1000℃-1300 ℃温度范围内，焦炭的氢含量几乎减少了十分之九。

芀

日本角田三尚等人在实验室条件下，对两种石油焦在煅烧阶段（ 950℃-1400 ℃）进行元素分 析，焦炭 A的氮含量为 0.6 ％，焦炭 B的氮含量为 0.4 ％，随热处理温度的提高，没有发现有变化。 焦炭 A煅烧前的氢含量为 3.4 ％，经 1100℃热处理后为 0.3 ％，经 1400℃热处理后为 0.1 ％；焦炭 B煅烧前的氢含量为 3.3 ％，经 1100℃热处理后为 0.2 ％，经 1400℃热处理后为痕量。由此可见， 随热处理的进行， 焦炭发生脱氢反应。 近年来， 世界上一些工业发达国家逐渐以氢含量来判断煅烧 质量。对大部分炭素原料来说，氢含量降低到 0.05 的温度为最佳煅烧温度。

腿

羆

（2）煅烧前后焦炭硫含量的变化最现实而有效的脱硫方法是高温煅烧，因为高温

芁

表 3-2 我国各种原料煅烧前后的理化指标

羂指标名称 羈石油 焦 蚂石油 焦 螇石油 焦 肃石油 焦 螀石油 焦 蒄沥青 焦 蚀无烟 煤 莅无烟 煤 肅Ⅰ 蒀Ⅱ 膅Ⅲ 膂Ⅳ 芅Ⅴ 蕿Ⅰ 袅Ⅱ 莂灰分， %煅前 蒅 0.11 莈煅后 蝿 0.15 蒅 0.2 薁 0.17 莁 0.14 蚅 0.38 莁 6.47 蒇 5.06 肂 0.35 肆 0.41 蒂 0.35 袅 0. 蕿 0.21 蚄 0.44 羀 莃 9.11 10.04 蒀真密度， g/cm3 煅前 袅 1.61 薀 1.46 薇1.42 蚀 1.37 荿 1.30 螀 1.98 螆1.77 螃 1.85 莁煅后 蒆 2.09 薈 2.09 膅 2.08 罿 2.05 羄 2.08 莀 2.06 袀体积密度， g/cm3 煅前 蒈 0.9 羀 0.82 羆 0.93 羀 0.99 蚈 0.94 莄 0.8 肆 1.35 蒃 1.35 螁煅后 螅 0.97 袇 0.99 薄 1.11 芈 1.13 芃 1.15 虿 0.8 莆1.61 肀 1.59 袈机械强度 ,Mpa 煅前 薃 3.63 肅煅后 蒁 5.13 芆 3.00 袄 4.08 蚃2.24 薈 5.72 羈 6.02 螃 蚃 8.72 罿 7.94 蒅1.14 蚆 16.8 莀 3.19 13.00 蚃 7.63 膇硫分， %煅前 袃 0.51 螀 0.40 蚅 0.17 芃 1.09 羃 0.38 羇 0.27 莇 0.73 羂 0.41 蒄煅后 肃 0.58 莈 0.57 螅0.19 肅 1.26 膂 0.42 蝿 0.25 薇0.84 薆 0.73 羄挥发物， %煅前 羂 2.23 螇 3.23 莅 5.79 肄 莃 11.71 14.95 葿 0.55 莈7.43 膄 6.31 蒀水分， %煅前 膁 0.95 膇 1.97 芄 0.28 袁 0.34 虿 6.5 羆 0.06 莄 0.49 节 0.33 莀 煅后粉末电阻率 , Ω· m× -610蚄 511 蒄 493 蚂 487 袈 480 螇 523 薄 791 衿1074 薀 1022 可促进焦炭结构重排，使 C—S 的化学键断裂。如图 3-5 所示，硫要到 1200℃-1500℃范围内才能 大量排出。在煅烧无烟煤时，含硫量可降低 30-50 ％。

蒆

薄

表 3-3 热裂焦的真密度、氢含量与煅烧温度的关系

芅氢含量， % 蚃煅烧温度，℃ 蚁真密度 ,g/cm 3芀煅烧温度，℃ 羈真密度 ,g/cm 3 蚀氢含量， % 芈 1000 肂 1.956 肇 0.332 蒃 1200 袆 2.096 薀 0.085 螃 1100 膈 2.037 袃 0.188 袀 1300 羃 2.136 莈 0.031 （3）煅烧前后焦炭的收缩和气孔结构的变化煅烧时焦炭的体积收缩是挥发分排出所发生的毛 细管张力以及结构和化学变化，使焦炭物质致密化而引起的。

蚅

图 3-6 是石油焦和沥青煅烧时的线尺寸变化曲线。从图中可见，所有曲线都有两个拐点，第 一拐点相应于焦炭生成时的温度， 显示在该温度下焦炭是受热膨胀的， 第二个拐点相应于焦炭的最 大收缩期。它们收缩量的绝对值视焦炭品种和横向交联发展程度而定。 对于气孔结构来说， 在 700℃ -1200 ℃之间气孔的总体积大幅度增长，它与 700℃时气体的大量析出有关。由于气体的析出产生 了开口气孔。当温度提高到 1200℃以上时，气孔的体积由于焦炭收缩而减小，大部分转变为连通 的开口气孔。

肃

（4）煅烧前后焦炭导电性的变化焦炭导电性的变化与其结构变化相关，它取决于共轭π键的 形成程度。 煤和焦炭的导电性是碳原子网格轭π键体系的离域电子的传导性的反映， 它随六角 网格层面的增大而增大。

图 3-7 表示焦炭的电阻率与热处理温度的关系，曲线可分为四个温度区： 500℃-700 ℃时，焦 炭的

7-2

电阻率最大； 700℃-1200 ℃的范围内，焦炭的电阻率呈直线下降， 从10Ω·cm降到 10Ω·cm； 1200℃-2100 ℃范围内，电阻率变化甚少； 2100℃以上，电阻率随热处理高而进一步降低，这与焦 炭的石墨化有关。 由此可见，在煅烧过程中，焦炭的电阻率随煅烧温度提高而直线下降， 到 1200℃ 后转为平缓。

聿蚈

羁

3.1.3 煅烧温度与煅烧质量指标

衿

煅烧温度对焦炭性能的影响

煅烧温度对煅后焦的性能有十分重要的作用。一般情况下，煅烧温度应高于焙烧温度。

肇

煅烧温度影响到制品焙烧和石墨化时的收缩率。如煅烧温度过低，炭素原料得不到充分收缩， 其热解和聚缩反应不够， 使在焙烧和石墨化时收缩率大， 引起制品的变形或开裂， 影响产品的成本 率；煅烧温度过高（在电煅烧炉中是常见的） ，则生制品在焙烧和石墨化时收缩率小，其收缩仅靠 粘结剂提供，将使制品结构疏松， 制品的体积密度和机械强度低。 为了使煅烧后石油焦收缩更加稳 定和晶体排列整齐，适当提高煅烧温度是有重要意义的。

芃膂

煅烧温度制定的确定

煅烧温度的确定要视生焦的品种及产品的用途而定。真密度可以直接反映原料的煅烧程度。 真密度不合格者，需回炉重新煅烧。根据真密度可以确定煅烧温度。炭素原料的煅烧温度一般为 1250℃-1350℃。但对于不同制品所用煅烧温度是不同的。例如高功率和超高功率电极比普通石墨 电极要求原料焦炭的真密度大，所以煅烧温度高，要达到 1400℃或更高一些。而对于炼铝用阳极 来说，原料焦炭煅烧温度应尽量接近于焙烧温度 1150℃左右，以防止温度过高引起的选择性氧化。

罿

蒈

各种原料煅烧的质量指标

原料的煅烧质量一般用粉末电阻率和真密度两项指标来控制。原料煅烧程度愈高，煅后料的 粉末电阻率愈低，真密度愈大。各种原料质量控制指标列于表 3-4.

羅

羁

表 3-4 原料煅烧质量控制指标

聿原料种类 衿粉末电阻率 , 莃Ω· m× 10-6 肈水分， %不大于 不大于 羄真密度 ,g/cm 3 不小于 肆石油焦 膅 600 螃 2.04 膈 0.3 蒇沥青焦 袇 650 蒂 2.00 芈 0.3 袈冶金焦 芅 900 芁 1.90 莈 0.3 艿无烟煤 肇 1300 芄 1.74 蒈 0.3 莅

3.2 煅烧工艺和设备

焦炭煅烧工艺视所用煅烧设备不同而异，煅烧设备的不同也影响到煅后焦的质量。煅烧设备 的选型要按照工厂的产品品种、年产量、原料质量、能源供应等情况综合决定。

蒄肂

目前，国内外通用的煅烧炉有以下几种： 1）罐式煅烧炉； 2）回转窑； 3）电煅烧炉。

薈

3.2.1 罐式煅烧炉

罐式炉是将炭素原料放在煅烧罐内，耐火砖火墙传出的热量以辐射方式来间接加热炭素原料 的炉子。常用的有顺流式罐式炉和逆流式罐式炉两种。

膆

螆

罐式煅烧炉车间的生产流程如图 3-8 所示。 顺流式罐式煅烧炉的结构和工艺

煅烧物料运动的方向与热气体运动总的流向一致的罐式煅烧炉称为顺流式罐式煅烧炉。

袁

袂

（1）顺流式罐式炉的结构和工作原理顺流式罐式炉由以下几个主要部分组成： 1） 炉体包括罐 式炉的炉膛和加热火道； 2）加料、排料和冷却装置； 3）煤气管道、挥发分集合道和控制阀门； 4） 空气预热室、烟道、排烟机和烟囱。

膇

罐式煅烧炉的炉体 （见图 3-9 ）是由若干个用耐火砖砌成的相同结构及垂直配置的煅烧罐所组 成。每个罐体高 3-4 m，罐体内宽为 360mm，长 1.7-1.8m ，每四个煅烧罐为一组。根据产量的需要， 每台煅烧炉可配置 3-7 组，大多数罐式炉由 6 个组组成，共有 24 个煅烧罐。在每个煅烧罐两侧设 有加热火道 5-8 层，目前多数为 6 层。现将 6 个组的罐式炉的基本尺寸列于表 3-5。

蚄

袄

表 3-56 个组罐式炉的基本尺寸 羃 羂15760× 9600× 9990mm 肃 炉体尺寸 （长×宽×高 ） 薈蓄热室尺寸 1240× 970×4390mm （ 长×宽×高 ） 膈煅烧罐尺寸 （ 长×宽×荿

高 ） 1780× 360×3400mm 蒅火道尺寸 （ 长×宽×高 ） 火道层数 相邻两蓄热室中心距离 相邻两煅烧罐纵向中心距离 （ 组与组 ） 膄螆 4013× 215× 479mm 羆袄6 螁膃 1200mm 薆螀 1330mm （同一组 ） 蒈 1070mm 2075mm 740mm 羄相邻两煅烧罐横向中心距离 螅 羈煅烧罐两侧火道中心距离 膃 膁 莈 支承底板表面标高 羆

5300mm 罐式炉两侧火道的最高温度可达到 1300℃-1350 ℃。加热燃料由两部分组成， 一部分是原料煅 烧时排出的挥发分， 另一部分是外加煤气。 煤气和挥发分在首层火道燃烧， 炽热的火焰及燃烧后的 高温气流由烟囱及排烟机产生的抽力引导， 从首层火道末端向下迂回进入第二层火道， 又由第二层 火道向下迂回进入第三层火道。 最后，从末层火道进行蓄热室， 在蓄热室通过格子砖的热交换使冷 空气加热到 400℃-500 ℃。预热后的空气上升到第一层火道，与挥发份或煤气混合燃烧。通过蓄热 室的烟气，经总烟道和排烟机由烟囱排入大气。此时，烟气温度还有 500℃-600 ℃，其余热可以继 续利用。原料在煅烧时排出的挥发分， 从煅烧罐上部排出， 进入挥发分集合道及分配道，再向下引 入第一层火道及第二层火道燃烧。

原料通过炉顶的加料机构间断地或连续地加入罐内，接受罐两侧火道间接加热。原料在罐内 经过预热带排出水汽及一部分挥发分，再往下经过煅烧带（相当于加热火道的 1-3 层）。在此处， 火道温度达到 1250℃-1350 ℃。原料在煅烧带继续排出挥发分，同时产生体积收缩，密度、强度不 断提高。最后，原料从煅烧带继续排出挥发分，同时产生体积收缩，密度、强度不断提高。最后， 原料从煅烧罐底部落入带有冷却水套的冷却筒， 使灼热的原料迅速冷却下来， 再经过密封的排料机 构定期或连续排出。原料在罐内停留时间达 18-36h ，每个罐的排料量一般为 60-100kg/h 。

薄芃

原料在煅烧罐内停留时间可用（ 3-1 ）式计算：

芈

公式（ 3-1）

蚇

式中 Z— 停留时间， h；

莂

α —煅烧罐的长度， m；

ｂ —煅烧罐的宽度， m；

莃

蚈

h—煅烧罐的高度， m；

3

膅

γ—原料平均堆积密度， kg/m；

莅

Q—每罐每小时排料量， kg/h 。

由式（ 3-1 ）可知，由于罐体的尺寸是固定的，原料在罐内停留时间，主要受原料的堆积密度 及每小时排料量的影响。当煅烧固定品种时，堆积密度也可视为常数，因此， 停留时间直接与每小 时排料量呈反比关系，排料量愈多，则原料在罐内停留时间愈短。

蒃

（2）顺流式罐式煅烧炉的生产工艺为了保证煅烧物料的挥发分在煅烧过程中能够均匀地逸出， 避免原料在煅烧罐内结焦，对于含挥发分高于 12％的石油焦，要加入低挥发分的原料混合煅烧。

混入焦可用沥青焦或回炉重新煅烧的焦炭， 其加入量视原料焦的挥发分而定。 一般混合焦的平均挥 发分控制在 5％-7 ％，粒度以 50mm为宜。

聿

用加料和排料来控制煅烧质量，这是在煅烧生产中常采用的一种方法。在温度正常的情况下， 加料和排料需按时、适量， 以保证火道内总有一定的挥发分在燃烧。 一般地说，在炉内温度恒定的 情况下， 排料量应不使罐内料面的允许高度有所改变， 并且排出的热料不应有红料为宜。 而在加料 时，供给的原料不应含有过高的水分，而且要加得均匀。

袇

提高罐式煅烧炉产量和质量的关键，是适当提高炉温或延长煅烧带。虽然罐式煅烧炉的火道 温度最高可达 1300℃左右，但由于煅烧物料与火道温度之间存在着温度差（一般相差 100℃ -150 ℃），因此，要保证煅烧的质量，煅烧带（主要是 1-3 层火道）的温度必须控制在 1250℃-1350℃。

膄

实践证明，罐式煅烧炉内火道温度是受许多因素制约的。一般说来影响煅烧炉内火道温度的 主要因素有以下几方面：

薃蒀

1）燃料燃烧的影响。 在正常生产中， 原料在煅烧时所产生的挥发分是热源的主要部分。 因此， 对

挥发分必须充分利用，但又要严格控制。如果挥发分不足，就要用煤气及时进行补充， 否则煅烧 温度就要下降，影响煅烧质量。如果挥发分过多，要关闭煤气阀门，调整挥发分的拉板，控制挥发 分的给入量。否则，挥发分过量，个别火道温度过高，会烧坏炉体。因此，在生产中，为了确保煅 烧炉火道温度的恒定，对原材料的配比，挥发分和煤气的用量都要严格控制，及时进行调整。

芅

2）空气量的影响。 经预热的空气进入量的大小也是保证煅烧炉温度火道恒定和煅烧质量的一 个重要

环节。因为只有空气量调整适当， 燃料才能充分燃烧，煅烧炉的火道才能达到高温，煅烧的 质量才能得到保证。空气量不足时，燃烧不充分，火道的温度下降，同时，还会在进入蓄热室或烟 道以后继续燃烧，以致烧坏设备；空气量过多时，就会把火道内的热量带走，使火道温度降低，燃 烧质量下降。

袃

3）负压的影响。炉子负压的控制也是极为重要的。以每组炉室顶部负压在 49-98Pa，罐内负

压接近零最为理想。负压过大，火道内空气流量大，热损失大；负压过小，则挥发分难以抽出，预 热空气也将供给不足，燃烧不完全。因此，在煅烧炉生产中，只有很好地掌握煤气、空气和挥发分 的供给量与负压大小的相互关系， 并且严格执行生产技术操作规程， 才能保证恒定的煅烧温度， 提 高原料的煅烧质量。

各炭素厂的罐式煅烧炉，虽然炉体结构大同小异，但煅烧原料种类不一样，对煅烧质量要求 不一样，工艺操作条件也有所差别。现将 6 层火道的罐式煅烧炉的主要工艺操作条件举例如下：

蚂袁

首层火道温度（℃） 1250-1350 二层火道温度（℃） 1250-1350 六层火道温度（℃） ，不大于 1250 排烟机前废气温度（℃） 400-500

羇

蚂

蒈

螄

首层火道负压（ Pa）9.8-14.7 六层火道负压（ Pa）78.4-98 原料在罐内停留时间（ h）34-36 炭质烧损（％） 2-5

排料量（ kg/ 罐· h）少灰混合焦 65-75 无烟煤 70-80

煅烧后少灰混合焦质量指标 真密度（ g/cm），不小于 2.04

3

蒅

蒁

薈

膅

羃

膀

蚈

薆

电阻率（Ω· m×10 ），不大于 650

煅烧炉的密封和煅后料的冷却也是重要环节。如果煅烧炉的密封性能不好，将使煅烧原料烧 损，火道温度降低或者烧坏炉体。 特别是排料装置要有好的密封性， 否则，灼热的煅后料将大量被 氧化，也会把排料设备烧坏。 与此同时，煅后料的冷却装置的冷却效果要好， 使煅后料能迅速冷却。

由于石油化工厂已经将釜式焦化改为延迟焦化， 使顺流式罐式炉在煅烧高挥发分的延迟焦时产 生了不少困难，为此把炉体结构改造为上窄下宽罐体的逆流式罐式炉。

逆流式罐式炉的结构和生产工艺

罐内煅烧物料流向与火道内热气流运动总方向相反的罐式炉叫逆流式罐式炉。

（1）逆流式罐式炉的炉体结构和工作原理逆流式罐式炉的炉体是由煅烧罐、火道和挥发分道 等组成，每四个罐为一组，每座炉可根据产量配置 6-7 组。逆流式罐式炉炉体结构图示于图 3-10 。

逆流式罐式炉在炉体结构上与顺流式罐式炉的区别：

1）逆流式煅烧罐由厚度为 80mm的耐火砖砌筑而成，带有适当的锥度，上部内宽为 260mm，下 部内宽为 360mm。由于截面自上而下逐渐扩大，使原料在下移的过程中容易产生相对位移而松动， 从而为避免结焦和堵塞炉子创造了有利条件。

2）逆流式罐式炉的水平火道增加到八层，其目的在于加长煅烧带，增加原料在罐内的煅烧时 间，以便充分利用挥发分而达到高产优质的目的。

3）逆流式煅烧罐还把挥发分出口设置得高于煅烧料面，并且加大了挥发分出口和分道的截面， 以便于挥发分顺利排出。

4）逆流式煅烧罐取消了蓄热室，采用加热火道所传递的热量和煅后料的余热来加热炉底空气 预热道，从而把冷空气加热，其目的在于简化炉体结构，并利用余热。

煅烧罐的两侧是加热火道， 火道是沿罐体的高度配置的， 每层火道是用硅砖和火道盖板砌筑的。 煅料从第八层火道喷嘴喷入（或从第五层火道喷嘴喷入） ，燃烧后沿火道由下向上迂回流动，最后 经集合烟道到余热锅炉或副烟道排出。由于煅烧料是由上往下移动，而热烟气由下往上迂回流动， 就使物料与烟气在炉内形成了逆流，从而提高了热的利用率。

挥发分总通道是设计在煅烧罐的上部，每两个煅烧罐的挥发分通道互相联通，同时还与边墙的 挥发分垂直道相连。 挥发分从罐内逸出后， 就直接进入挥发分垂直道， 然后通过挥发物的拉板调节 或分别进入第一、第八和第五层火道， 或直接进入余热锅炉。 挥发分垂直道具有清扫容易，减少炉 顶散热和改善操作条件等特点。

第八层火道的下部还有两层空气预热道，冷空气从调节风门进入第十层空气预热道，经十、九 两层预热后就可进入第八层或第五层火道， 与煤气或挥发分混合而燃烧。 预热空气量是由第九层空 气预热道末端的空气拉板来调节的。

蚅

罐式煅烧炉的喷火嘴是用两种形状简单的异形砖砌成的。它的结构特点是：煤气和挥发物分别 进入火道，因而煤气和挥发物就可以在该处同时使用。

炉子的总负压是由烟道闸门、锅炉和副烟道闸门来调节的。而每层火道的负压则是由该层火道 的负压拉板来控制的。

（ 2）逆流式罐式炉的生产工艺逆流式罐式炉在生产工艺上除了与顺流式罐式炉具有相同之处 外，还有以下不同点：

1）在逆流罐式炉的生产过程中，保持低料面操作，可以保证挥发分出口畅通无阻。适当提高 首层火道温度，使延迟焦中的挥发分在短时间内排出，避免结焦堵炉。

2）在逆流罐式炉的生产中，煅烧料料面的高低是由自动探料装置控制的，它能使煅烧料面终 保持在一定高度范围内。 当罐内料面低于控制位置的， 加料装置自动加料； 当料面达到控制位置时， 加料装置停止加料。连续自动加料和连续排料，保证了挥发分均匀排出，使罐内煅烧料不断松动， 可防止结焦。

3）逆流罐式炉进行延迟焦这类高挥发分烧时，在操作上要求较高，对负压和空气量必须严加 控制，要保持一定负压，使挥发分均匀排出和充分燃烧。

4）煅烧混合焦时，沥青焦应破碎到 20mm以下（螺旋加料机的构造） ，并在预碎时要求配 比准确，混合均匀，以避免结焦现象。

罐式炉的优缺点 罐式炉虽然形式较老，却有它的优点：

1）热利用率高。这种炉子可以利用原料煅烧时排出的挥发分。煅烧石油焦的挥发分热值高达

5837kJ/m3，几乎与发生炉煤气的热值相当。如煅前焦的挥发分较高，可以停用煤气。正常生产时， 燃料自给有余，节约燃料费用。

2）煅烧料缓慢地通过炉膛，挥发分在焦炭表面热解，形成热解炭膜，提高了焦炭强度。而且 因煅烧料移动缓慢，耐火砖磨损较小。

3）由于罐式炉煅烧罐是密闭的，在非排料情况下是很少有空气进入，故煅烧料的氧化烧损比 较小，一般在 2％-5 ％。

4）煅烧料在罐内的停留时间可以随时控制，保证煅烧质量均匀。 但是，这种炉型需要较多的异形硅砖， 基建投资较大， 施工时间长； 热烟气不易自动调节平衡， 造成温度高的火道温度愈来愈高，而温度低的火道温度长期偏低。

罐式炉的烘炉

（1）烘炉的理论依据烘炉就是将砌筑好的炉体由低温状态加热到高温状态的过程。由于罐式 炉是一个复杂的砖砌体， 各种材料有不同的特性， 所以要保证炉体的完整和密封， 必须制定出合理 的烘炉曲线和操作制度。

罐式炉炉体的主要砌筑材料是硅砖， 因此烘炉曲线的制定与硅砖的性质以及它在不同温度下的 膨胀特性密切相关。硅砖具有导热性好，高温下荷重软化点高（硅砖的耐火度可达 1700-1750℃， 在 0.2Mpa 的荷重下，软化点可达 10℃和抗煅烧物料磨损等优点，但其耐急冷急热性能差，剧烈 的温度波动，将会使它发生破损。

硅砖是由含模糊石英（ SiO2）很高的硅石制成。 SiO2能以多种结晶形态存在。它们是α - 石英、 β-石英；α -方石英，β -方石英；α -鳞石英、β -鳞石英、γ -鳞石英。 SiO2的不同结晶形态只要 达到晶体转化温度，就在发生晶型转变， 从而造成硅砖体积的急剧膨胀和收缩。 SiO2 晶型体积随温 度变化曲线示于图 3-11 。由图可见，在加热时，方石英的体积变化最大，其次是石英，而鳞石英 则较为缓和。

罐式炉的烘炉曲线就是根据不同温度区间硅砖的膨胀特性而制定的。 一方面要考虑硅砖本身受 热后体积膨胀，另一方面也要尽量保持炉体各部位温度均匀性。

（2）烘炉升温制度烘炉的全过程可以分为两个阶段，即干燥期和升温期。干燥期的目的是排 出砌体的水分（主要是灰浆中的水分） ，水分排出太快会影响灰缝的严密性，一般情况下，低温干 燥需 3-6 天。升温期是使炉体逐渐升高到正常生产的高温（ 1300℃左右）。烘炉的关键是控制炉体 的膨胀量。根据实践经验，全炉每天最大膨胀量不应大于 0.03-0.05 ％。现将一台六层火道罐式炉 烘炉时升温制度举例示于表 3-6 。按该表升温制度烘炉时，烘炉全过程为 41 天。烘炉时，在炉体 的高度、长度及宽度方向均应设置标尺，定时观察炉体膨胀量，并进行记录。如出现异常膨胀，应 立即查明原因及采取相应措施。当炉温升高到 1300-1350℃时即可转入正常生产。

温度范围，℃ 50~135 135~235 235~335 1 335~475 1.5 475~575 1 575℃保温 3 天 575~600 1 600~735 1.9 735~885 2.0 885℃保温 3 天 885~1300 4.6 （ 3）烘炉用燃料烘炉所用燃料可以是固体（如焦炭、煤、木柴） 、液体（重油、柴油）和气体 （煤

表 3-6 罐式炉烘炉温度制度

保温时间 升温制度，℃ /h 1 135℃保温 3 天 1 235℃保温 3 天 气）。罐式炉烘炉多采用气体燃料。

3.2.2 回转窑

目前世界上大约有 85％的煅后焦是用回转窑生产的。 用回转窑煅烧炭素原料， 与罐式炉不同的 是：罐式炉的煅烧物料是间接受热的，而回转窑中煅烧物料是受火焰直接加热的。

回转窑的结构 煅烧回转窑包括煅烧窑（大窑）和冷却窑（小窑） 。大窑由窑头、筒体和窑尾三部分组成，窑 体的大小根据生产需要而定，较小的回转窑内径只有 1m左右，长 20m左右；较大的回转窑内径可 达 2.5m-3.5m，长 60m-70m。回转窑炉体结构如图 3-12 所示。为了使物料能在窑内移动，窑体要倾 斜安装，其倾斜度一般为窑体总长的 2.5 ％-5％。

（1）筒体筒体是一个纵长的，由厚钢板卷成圆筒并焊接或铆接而成，内衬耐火砖。筒体借助 轮缘在托辊上回转。 为了防止筒体从托辊上滑下， 在每个轮缘的两侧还要安装挡辊。 筒体的传动装 置是由一组齿轮构成的。 电动机经减速机带动齿轮， 使筒体转动。 直接装在筒体外壳上的大齿轮称 为冕状齿轮。冕状齿轮是用弹簧（或键子）固定在筒体的外壳上，当外壳受热时可以自由地膨胀。 冕状齿轮应以整个齿面和传动齿轮互相啮合， 两者之间的啮合必须平稳而协调。 大窑筒体的转速可 用变速电动机的转数变化来调节，一般不超过 2.5r/min 。

（2）窑头排出煅烧料及喷入燃料的一端称为窑头。窑头有固定式和可移动式两种。窑头内衬 耐火砖并安装有燃料喷嘴和观测孔。 煅烧好的物料从窑头底部的下料孔落入冷却窑。 在窑头和筒体 结合部位装有密封圈，以防止外部空气进入窑内。

（3）窑尾加入原料及排出废气的一端称为窑尾。窑尾经常做成可移动的，里面也砌有内衬。 通过电磁振动给料机从窑尾上方连续加料。 窑尾与烟囱的烟道相通。 窑尾下部还与沉灰室相连。 在 窑尾与筒体的结合部位也装有密封圈。

（4）冷却窑冷却窑是一个钢制圆筒，其倾斜方向与大窑倾斜方向相反。它的支撑装置及传动 装置与筒体相似。 在冷却窑外部设有淋水装置， 以冷却煅后窑。 在冷却圆筒内还装有一定量的提料 板。在排料端安装有密封装置。

除一般回转窑外，还有不同规格的变径窑（即回转窑的全长分为直径略有不同的两段）专用于 煅烧延迟焦。现将几种不同规格的回转窑及其产能列于表 3-7 。

表 3-7 回转窑的规格与生产能力

窑体内径， m 窑体长度， m 生产能力， t/h 1.4 1.5 2.1 变径 1.3/1.5 变径 1.6/1.7 变径 3.05/2.44 24 27 36 28 36 57 2.0~2.5 2.5 3.5 14 2.5~3.5 5.0 回转窑的生产工艺

回转窑的生产工艺流程图示于图 3-13

回转窑生产时，原料从贮料仓经过给料机连续向大窑窑尾加料，由于窑体略呈倾斜，所以随着 筒体的缓慢转动， 原料就逐渐向窑头移动。 从窑头喷嘴喷入煤气或重油， 与窑头控制的空气混合燃 烧，形成一个长达 5-10m 的高温煅烧带，煅烧带达到 1200-1350℃。原料在窑内停留的时间只有 50-60min，窑内所产生的废气则借助排烟机和烟囱的抽力排入大气。

回转窑的燃料为煤气或重油，还有煅烧物料所排出的挥发分。当煅烧挥发分低的炭素原料（如 沥青焦或无烟煤）时，燃料喷嘴连续工作；当煅烧挥发分大于 5％的原料时，喷嘴仅在大窑升温时 工作，在升温以后，为了调整燃烧带才偶尔进行工作。在正常情况下，很少用外加燃料，主要靠煅 烧料排出的挥发分燃烧来维持窑内高温。

回转窑的工艺参数主要包括：装料容量，物料在窑内移动速度，温度制度和压力制度。 （1）装料容量筒体内的装料体积决定于筒体工作段的尺寸，其填充率大致波动在 6％-15 ％范 围内。筒体内径愈大，填充率愈小。例如内径为 1m或小于 1m的窑内，填充率为 15％；而直径为 2.5-3m 的仅为 6％。但美国很多大型回转窑，直径在 3m以上，但填充率仍维持在 11％左右，生产 效率高。我国现有回转窑的填充率只有 3.4-6 ％。为此，有必要改进回转窑的设计和工艺制度。

（2）物料在窑内的移动速度和停留时间物料在窑内的移动速度对回转窑的煅烧质量和生产能 力影响很大。如果物料在窑内停留时间过短，那么物料得不到充分的热处理，煅烧质量变差； 如果 物料在窑内停留时间过长，将使烧损增加，煅后料灰分增加，产量减低。 前苏联规定物料在窑内停 留时间不少于 30min；我国为 50-60min，美国为 60-90min 。

物料在窑内的移动速度与窑体的倾斜角、转数、窑体内径等参数成正比，还与窑内料层断面对 窑中心的圆心角等有关。郝道劳夫曾导出一个公式，可作参考：

公式（ 3-2）

式中υ -- 在整个料层断面上物料顺窑中心线方向线方向运动的平均移动速度， m/s；

D—窑的内径， m；

ｎ— 窑的回转数， r/min ；

φ— 窑内料层断面对窑中心的圆心角， （o）； α—窑体的倾斜角，（o）；

β— 物料在窑内的的最大静止角， （o）（一般为 40o-50o ）； Κ— 校正系数（由实验求出，在 1.5-1.7 之间）。 在窑长为 L（ m）时，物料的停留时间 T（s）为：

T=L/ ｖ（ 3-3 ）

当已知窑的填充率（φ） ，物料的堆积密度（ r ）和物料的移动速度（ｖ）就可按下式算出窑的 产量 Q，t/h ：

Q=

焦炭在煅烧带的停留时间，在一定程度上可用改变温度的办法来调整。

（3）窑内传热与温度在回转窑的物料，随窑体不断旋转，由窑尾向窑头缓慢运动，在运动过 程中受到火焰高温而被煅烧。 上层物料由高温热气流的辐射和对流而加热。 料层下部的物料则由窑 内衬传导而加热，而料层中部的物料则是靠物料本身的热传导而加热。 物料因窑体转动而不停翻动， 物料交替受热，所以，可以认为在同一断面上，物料的温度是均匀的。

煅烧窑的温度可以分为三个区间（带） 。第一段是物料干燥和预热带。该带位于从窑尾开始的 一段较长区域内。 物料在此脱水并排出挥发分， 应尽可能利用热烟气的热与挥发分煅烧热。 其温度 在高温端 800-1100℃，加料端为 500-600 ℃。筒体愈短，排出烟气温度就愈高。第二段是煅烧带， 它的起点位于距煤气喷嘴 2m左右的地方。该带温度最高达 1300℃，物料在此被加热到 1200℃左右。 煅烧带的长度取决于燃料燃烧火焰的长度。例如Ф 2.2 ×45m的窑煅烧长度一般为 8-10m.如果被煅 烧的物料中含有较高的挥发分，煅烧带的长度可扩大到 12m。第三段为冷却带，它位于窑头端，这 一带长度为 1.5-2m ，具体长度要根据喷嘴安装位置而定。

回转窑在正常生产时，其煅烧带的温度控制在 1300-1350℃，由于稳定煅烧带的高温是提高回 转窑的产量和质量的关键， 所以，在回转窑煅烧工艺中， 对于影响煅烧温度的主要因素必须严加控 制。

1）煅烧带的长度和位置对于煅烧作业有很重要的意义，因为它与物料的烧损有关，也与保护 窑头与煅

烧的最高温度有关。 煅烧带应处在保证窑头不被烧损的最近距离。 若离窑头过远， 物料的 烧损将急剧增加， 因为在这种情况下， 送入窑内燃烧挥发分所需的空气过剩， 过剩的空气通过已煅 烧好的温度达 1100-1200℃的料层时，就使煅烧料燃烧。若煅烧带过长将出现空气量不足，一方面 使挥发分不能充分燃烧而降低其热效率； 另一方面， 未完全燃烧的挥发分可能在空气尾处与随物料 带入的空气一起燃烧，而使窑尾烟气温度急剧升高。因此，在回转窑的燃烧生产中， 煅烧带的加长 应在煅烧的长度方向都能保持最高温度才是有益的。

2）燃料量和空气量的合理配比是保证回转窑煅烧温度的关键。一般来讲，燃料完全燃烧所需 要的空气量要比理论空气量大一些， 而实际空气需要量要比理论需要量大多少， 可用空气系数来表 示：

公式（ 3-5） 式中α m—空气系数；

3

Va—实际空气供给量， m；

a

V6a—理论空气需要量， m。

回转窑煅烧过程中，若空气系数合适，燃料燃烧完全，窑内温度较高，目测火焰呈深蓝色；如 果空气系数过大，空气量过多，窑内产生废气量增大，废气带走热量，使窑内温度降低，目测火焰 呈浅蓝色；如果空气系数过小，空气量不足，燃料燃烧不完全，窑内温度低，目测火焰呈浅蓝色； 如果空气系数过小，空气量不足，燃料燃烧不完全，窑内温度低，目测火焰呈褐色。正常情况下， 空气系数以 1.05-1.10 为宜。

3）给料量均匀、稳定和连续才能保证煅烧质量。如果给料少，且不均匀，会使物料烧损大而 降低实收率，回转窑的生产能力也将受到影响；如果给料量过多，则料层太厚，物料煅烧不透，影 响煅烧质量。回转窑的生产能力也将受到影响；如果给料量过多，则料层太厚，物料煅烧不透，影 响煅烧质量。回转窑的生产能力也将受到影响；如果给料量过多，则料层太厚，物料煅烧不透，影 响煅烧质量。回转窑给料量取决于窑体内径，一般规定窑内料层厚度以 200-300mm为宜。

4）回转窑正常生产时，窑内始终保持负压，负压过大或过小对窑内温度控制和煅烧质量不利。 负压过大，造成窑内抽力增大， 料粉被吸走而导致实收率下降， 窑内火焰会被拉长，相应地使燃烧 带的热力强度和温度降低； 为了保证煅烧质量不得不增大燃料用量， 挥发分燃烧不完全而被吸入烟 道燃烧，导致废气温度过高，不仅热量损失，而且容易烧坏排烟装置；窑尾温度过高，造成刚进入 窑尾的物料产生不均匀收缩，挥发分急剧逸出，导致煅后粉料增多。如果负压过小， 造成窑内外压 差小，使窑头、窑尾冒烟，恶化操作环境；燃烧火焰不稳定，窑头有引起火焰反扑的危险；煅烧带 由于火焰不长而变短，直接影响煅烧质量和产量，窑内烟气流动差，造成窑内混浊不清， 难以观察 煅烧温度。 回转窑的负压通常用调节窑尾余热锅炉的引风机抽力来控制的。 当煅烧带移向窑头， 则 增加窑尾负压。反之，则降低窑尾负压。由于煅烧物料不同，要求负压的大小不同，一般窑头负压 控制在 19.6-49.0Pa 水柱以上。

回转窑的优缺点 与罐式炉和电煅烧炉相比，回转窑有以下优点： 1）结构简单，材料单一，造价低，修建速度 快；2）生产，中等规格的回转窑生产能力为 2.5-3.5t/h ；3）原料更换方便，对原料适应性强； 4） 便于实现机械化和自动化； 5）燃料消耗少，燃烧高挥发分延迟焦时，主要靠自身挥发分的燃烧来 维持窑内高温； 6）使用寿命长，一般可用 20-30 年。

回转窑的缺点是： 1）物料氧化烧损大， 一般为 10％左右， 从而使灰分增加； 2）由于窑体旋转， 煅烧物料在窑内转动，造成内衬耐火材料的磨损和脱落，使煅烧料灰分增加和检修频繁。

提高回转窑产量和质量、降低消耗的途径 随着炭素工业的扩大生产，罐式炉的生产能力已不能满足需要，故逐渐转向回转窑。但我国回 转窑的产量与质量和世界先进水平相比， 还存在较大差距， 主要表现在生产能力、 炭质烧损率等几 项主要指标。 窑单位体积生产能力方面， 世界先进水平为国内水平的三倍， 而炭质烧损率则国内比 世界先进水平高 1.4-3 倍，特别是煅烧焦质量明显低于先进水平。 提高产量和改进质量可以从以下 途径着手。

（ 1）提高回转窑的生产能力国际上趋向于集中煅烧石油焦，采用大型回转窑。我国目前 30m 以下的回转窑，热效率和生产效率低， 物料在炉内停留时间短， 煅烧质量差，故也可采取根据地区 条件，由煅烧设备好，生产能力大的炭素厂集中煅烧石油焦的措施。

我国回转窑，物料停留时间短， 为 30-50min 。同时由于内衬质量差，只能把煅烧温度维持在下 限。由于传热速度的影响，使煅烧料的升温滞后于烟气 100-150℃，当停留时间短时，更为严重。 因此，在设计新回转窑时应调整工艺参数。如填充率可由 3.4 ％-5 ％提高到 6％-8 ％；回转窑倾斜 角从 2.5o 降至

2o；回转窑的转速用无级调速，控制在 0.75-2.5r/min 。调慢转速、减薄料层对于 改善煅烧质量和提高生

产能力有重要意义。

（2）降低回转窑炭质烧损的途径为了降低回转窑炭质烧损可采取以下措施：窑头严格密封， 由迷宫式改为重锤填料密封或重锤端面密封； 尽量减少一次空气量， 增设二次和三次空气喷射装置， 严格控制风量，以减少物料在冷却带的氧化烧损；生延迟焦先进行筛分，小于 50mm的筛下料不经 粗碎直接进窑，减少进窑的粉料量；力争少用或不用燃料操作，可使炭质烧损率降低 1％左右；在 冷却筒的进料端设置水管，直接喷淋灼热的煅后料，快速冷却，可减少煅后料在冷却筒中的氧化； 在维持正常煅烧的条件下， 尽量减少窑尾排烟机的总排烟量， 降低窑尾烟气流速和温度， 窑尾负压 不要太大， 使粉尘抽走量减少； 将窑尾进料端用高铝耐热混凝土浇注成收口形， 加料溜管底部的端 口要正对着窑筒壁，而不要对着气流方向；回转窑的温度、空气量和燃料实现自动测定和调节。

3.2.3 电煅烧炉

电煅烧炉的结构 电煅烧炉是一种结构比较简单的立式电阻炉，通过安装在炉筒两端的电极，利用物料本身的电 阻构成通路， 使电能转变成热能， 把炭素原料加热到高温 （1300℃-1400℃），从而达到煅烧的目的。

电煅烧炉根据供电方式不同可分为单相电煅烧炉和三相电煅烧炉两种。 单相电煅烧炉的结构如 图 3-14 所示，它的炉膛为一个圆筒，内衬耐火砖，在外壳和耐火砖之间有石棉绝热层，炉膛下部 以炭块（或用糊料捣固）作为导电的另一极，炉底有带冷却水套的排料管。

单相电煅烧炉用低电压大电流单相变压器供电，变压器的容量视炉膛的大小，按照操作经验确 定。炉

2

膛横断面上的最大电流密度为 0.18-0.25A/cm 。变压器的最高电压视炉膛高度和材料的电阻 率而定，一般采用每米 30-35V（由电极的端面到炉底） 。例如炉膛内径为 110mm的电煅烧炉，当其 外径为

2058mm，炉膛内有效高度为 2800mm，炉膛上部悬挂的石墨电极直径为 250mm，所配单相交 流变压器的容量为 150kVA，电压为 60V 时，通过炉膛的电流可以达到 2000-2500A，炉膛内煅烧温 度可达 1250-1350℃，每小时可排料 130-150kg ，每吨煅烧料耗电为 800-1000kWh。

三相电煅烧炉的炉体与单相电煅烧炉类似，但是导电电极直接砌在炉体中，为了使炉膛内温度 比较均匀，在炉体上部及中部各砌三根截面为 350×350mm的石墨电极，三对电极在同一水平线按 120o 等分砌入，分别用母线与供电变压器相联。一台 150kVA的三相交流变压器可配置一台炉膛内 径 800mm，高 3m 的炉子，产量与电耗和上述单相电煅烧炉相似。三种大小不同电煅烧炉的工作参 数列于表 3-8 。

由于这种炉子的结构，不能直接测量煅烧区域的温度，它的操作规范要按电气仪表的读数 来制订。

电煅烧炉的工艺操作

煅烧原料经破碎、筛分，取 10-30mm的颗粒，因为粒度的恒定对于保持炉内的电阻和其它电气 参数的正常极为重要。

表 3-8 三种电煅烧炉的工作参数

工作参数 炉膛内径， m 炉膛高度， m 变压器容量， kVA 一 二 三 1.86 2.50 250 1.00 1.50 80 0.8 2.45 100 2000 50 100（三相） 0.95 800~1000 变压器最大电流， A 电压级数， V 44,48,52,56,60, 石墨电极直径， mm 500（ 单相） 产量， t/d 5 沥青焦 400~500 电能消耗， kWh/t 石油焦 650~750 4800（48~52V时） 2000（48~52V时） 44,48,52,56,60, 200（单相） 2.5 沥青焦 650~750 石油焦 900~1000 开始进行煅烧时，因为生料的电阻很大，需在炉底加入已煅烧过的料约 1/3 ，然后，生料从位

于炉顶的漏斗装入， 直到装满， 电极端部应埋入物料达 300-500mm深，以免电极与高温区域的原料 被氧化。当物料尚未加热时，电阻大，应调高电压，使有一定的电流通过，随着物料的温度上升， 电阻逐步降低，电流上升。此时，根据规定的电流调整电压（最适当的电压、电流值及排料时间和 数量，应根据多次试烧确定） ，当电流达到规定值时，表示炉内物料的温度已达到要求的温度，即 可排料。新料进入，电流又降低。排料的数量及时间间隔视材料的真密度而定，一般是每隔 20min 排料一次。

电压、电流、排料时间和排料数量四者之间是相互制约的。在生产控制上主要是调节电流和掌 握排料时间。 除了调整电压来使电流升降外， 还可以调整电极的悬挂高度来控制炉内的电阻。 这种 调整方法一般是在改变原料品种和粒度时实行。

电煅烧炉的改进措施 电煅烧炉结构简单紧凑，操作连续方便，自动化程度高，特别适用于无烟煤的煅烧。它的缺点 是煅烧过程中煅烧料逸出的挥发分不能充分利用而被排放， 炉子电容量和生产能力较小， 耗费电能， 物料氧化烧损较大，煅烧质量不均匀。

为了克服电煅烧炉高能耗和温度不均匀的特点，法国和日本开发了一项新生产技术（ SAVOLE 炉）。该炉的主要特点是综合常规的使电流通过物料的方法和将不起反应的循环气体的热量传送给 物料。既利用了煅烧过程中排出的挥发分，又使温度均匀性有明显改进，从而使电耗降低了 50％， 回收的挥发分相当于煅烧每吨无烟煤节约 80kg 燃料油。从加热到煅烧过程逸出的挥发分分析可知， 挥发分能否作为热循环气体，关键在于掌握以含氢量为主的循环气体技术。

图 3-15 为 SAVOLE炉的剖面图。物料从炉顶装有两个阀的闭锁料斗送入炉内，底部出焦也经由 装有两个阀的闭锁料斗排出， 启闭阀按规定的周期运行。 两根石墨电极使电流输入， 电压按煅烧无 烟煤的性质及粒度予以调整。 用一台抽风机将炉内的气体抽出， 经冷却和洗涤后再从炉底返回炉内。 冷却气体通过已煅烧的无烟煤，经热交换使出炉无烟煤冷却到 200℃或更低一些。

当气体在炉内上升时， 因含氢量高， 很容易扩散，在中心热区和四周冷区间增加了径向热传导， 提高了温度分布的均匀性。 当气体达到煅烧炉上部时， 进入炉内的生无烟煤被气体干燥和预热， 仔 细地调节循环气体的流量会降低能量损失和煅烧所需电能。

SAVOLE炉与传统电煅烧炉的热平衡列于表 3-9.

表 3-9 传统炉与 SAVOIE炉的热平衡

SAVOIE炉 项目 传统炉 横向损失， kWh/t 电气损耗及夹持器冷却， kWh/t 气体在燃烧前损失， kWh/t 吸热反应， kWh/t 无烟煤冷却， kWh/t 134 138 42 836 165 68 80 35 202 输入功率， kWh/t 1150 550 3.3 煅烧地位的变化与二步煅烧

3.3.1 煅烧地位的变化 延迟焦化已成为石油焦、沥青焦和针状焦的生产方法，由于焦化温度仅为 500℃

左右，焦炭挥

发分高达 10-18 ％。美国、日本均在延迟焦化后， 建有回转窑煅烧工序， 这样，既减少了无效运输， 又增加了焦炭的附加产值和收益。我国大庆、宝钢等也采用了这种联合工艺。根据这种趋势， 炭素 厂可以直接购入煅后焦， 煅烧在炭素厂的地位将会明显下降， 新建炭素厂和已有炭素厂的改造中应 充分注意这种变化。

3.3.2 回转床与二步煅烧

回转床煅烧炉是开发早而又是新型的煅烧设备。 1962 年第一台回转床在美国建成，到 70 年代 末，全世界已建成十余套，主要用于煅烧石油焦。

回转床煅烧炉的示意图列于图 3-16 。回转床煅烧炉的基本结构包括内衬耐火砖的固定炉顶， 垂 直的圆形侧墙，衬耐火材料的回转炉床和水冷式搅拌耙。炉顶边沿至中心，依次设有焦炭加料口、 烧嘴和烟囱。 炉床有水平和向中心倾斜两种型式。 炉床中心为均热室和卸焦口。 由于搅拌耙的导向 作用，回转床边缘的生焦随着回转床的旋转作螺旋线运动， 不断翻动并逐渐向回转床中心， 经由低 温到高温，完成煅烧过程。

回转床煅烧炉的性能指标举例如下： 直径 13.8m，周边高 1.8m； 转速 6-20r/min ； 进料粒度 0-50mm；

料层高 50-200mm(平均 125mm)；

辅助燃料重油； 煅烧料温度～ 1230℃； 冷却机型式回转式冷却筒 煅烧实收率 75.38 ％ 烧损率 6％

3

煅后焦真密度≥ 2.06g/cm ； 生产能力 88500t/ 年。 回转床煅烧炉的主要优点是占地少，生产能力大，收率高，煅后焦质量稳定，易于自动控制， 烟气含尘量小，但也存在结构复杂，材质要求高，水冷耙维修量较大等不足之处。此外，回转床煅 烧时，生焦受到激烈热震，易碎成小颗粒。

业已发现，通过二步煅烧，可以有效减轻热震对焦炭的影响。所谓二步煅烧，就是使焦炭在回 转床煅烧之前，先将焦炭在一定加热速率下(≤ 40℃/min )加热至 800℃进行预煅烧。

荷兰一焦化厂采用的二步煅烧工艺为在回转床前增加了一个小型回转窑作预煅烧炉， 并增加了 一套型号与最终冷却筒相同的中间冷却筒， 使这套系统具有进行一步煅烧、 带中间冷却的二步煅烧 及不带中间冷却的二步煅烧。 二步煅烧使煅后焦脆性降低， 粗颗粒含量增加， 带中间冷却的二步煅 烧还使焦炭的热膨胀系数降低 20％左右。

复习思考题

1、焦炭的煅烧与最终生成的炭素制品质量之间有何关系？ 2、煅烧过程中，焦炭发生了哪些变化？如何判断煅烧的质量？

3、煅烧设备有哪几种？试比较它们的优缺点及对不同原料的适用性。 4、试比较两种罐式炉中气体的流动及温度分布。

5、如何确定物料在回转窑内的停留时间、填充率和产量？ 6、试述煅烧工艺的发展方向。