本发明涉及一种环形烘烤炉的改造方法,这种炉子由许多分段炉串联在一起,每个分段炉包括许多本行的烘烤室。 对于烘烤在电解还原铝的电解槽中使用的碳精体来说,或是其它电冶金过程中使用的碳精体来说,这种碳精体的热处理(烘烤或煅烧)要使用专用的炉子。
碳精体用碎焦炭或无烟煤和粘合剂,例如包括有煤、焦油和树脂的混合物来制成所需的形状。
在室温下,焦炭和粘合剂的混合物是硬的,但超过120℃左右时就变软,并从中放出低挥发份,当对其进一步加热一段时间,到达1300℃的最大值时,糊状物就变硬,其物理特性,如导电性和抗氧化性也发生变化。
将要烘烤的碳精体通常称之为“生碳精”。这些灰色碳精能有几吨重约2米多长。为了防止这些碳精在通过会使之变软的温度范围时变形,必须采取特殊的措施。生碳精放在由耐火砖砌成的炉内烘烤室中,碳精与烘烤室壁之间的空间填满焦炭,以支承碳精,焦炭粉也用来保护碳精,以防碳精与空气接触而燃烧。
几个烘烤室毗邻砌筑,从而形成了所谓的分段炉。烘烤室之间的壁内有供烟气流动的通道或管路,烟气流过这些管路而给碳精提供热量。烟气由一个分段炉从管路流到相邻的分段炉中。烟气以这种方式流经几个串联地分段炉,即所谓的烘烤区,常用的燃料是油或煤气,烟气孔口和燃烧器集管可以从一个分段炉移动到另一分段炉。
在大型的环形炉中,可以建成两列相互平排的烘烤炉,形成平行的两列,在一个烘烤炉排的端部,烟气管路被连接到与之平行的分段炉排的管路上,这些分段炉以这种方式连接在一起而形成环形,正是由于这个缘故,这种烘烤碳精体的炉子称为环形烘烤炉。
在环形烘烤炉中可以有数个烘烤区,这些烘烤区内的温度根据给定的程序进行调节。每一个烘烤区中的第一分段炉温度低,随后接着温度较高的分段炉,而在一个烘烤区的最后处理段是由冷却碳精的分段段炉组成。
通常的烘烤炉中,每个分段炉顶部都用一分段炉盖盖住,这样当送入碳精时或取出烘烤了的碳精时,分段炉盖就必须打开。
基于碳精体的特殊性质,在烘烤期间需要避免太大的温度梯度,太大的温度梯度会导致碳精体破裂,因而每个分段炉必须遵循准确的时间和温度程序。来自烘烤区最后一部分烟气的热量将烘烤区第一部分加热至600℃,之后,从600℃到所需的最高温度(1200℃~1300℃)的温度范围所需热量必须由上面提到的煤气和油的燃烧来提供。
冷却区中,烘烤室壁由空气冷却,直到碳精取出时不会氧化。采取了一些步骤来尽最大可能地利用冷却空气所吸取的热量,如用这些空气来燃烧。
将油或煤气燃烧器从一个分段炉移至下一个分段炉来移动烘烤区,这种操作的周率叫做加热周期,它决定了烘烤区的能力。
如已提到的那样,必须做到给转变为烘烤区的分段炉连接一烟气排放系统,通常在这个分段炉和与环绕炉子的排气管连接的管子之间安置一风机来达到这个要求。这个排气管叫做烟气环形总管,并用一主风机使之保持负压。
关于炉子的改造,由于热应变和热应力及机械应变和机械应力,常出现裂纹。坏的不大仅通过经常性的常规维修就能解决。然而,一定时间后,损坏程度严重,就必须进行彻底改造。根据炉子的用途及质量,一般在8-10年后就必须进行改造。由于改造炉子要做很多工作,不得不长时间停炉,这又会影响生产,而造成很大的经济损失。
而且,当进行这种彻底改造时,需要数名工人和昂贵的设备来缩短改造周期,但有时这是困难的。
单个分段炉(烘烤室壁、分段炉壁等)的情况决定什么时候进行改造。于是,改造是由所谓的“链条中最弱环节”原理来确定,这意味着炉子是在所有分段炉到达其寿命之前就被完全改造了,因此,整个改造的不足之处是分段炉的平均寿命减少了。
本发明的目的是避免上述的缺点,而提供一种环形烘烤炉的改造方法,用该方法:
-消除或极大地减少产量损失;
-改造所需的设备和人力很少;
-分段炉的平均寿命延长;
-并可能将旧型炉改建成新型的环形分段炉(见后面的部分)
解决本发明的技术方案是炉子的改造或维修工作是根据不间断的程序来完成的,一个或多个分段炉,最好,同时三个分段炉被拆除和重建,而其余的分段炉仍在运行。
可取的是采用两个烘烤区,第一烘烤区和第二烘烤区,这两个烘烤区相互不对称运行,是由延长第一烘烤区的加热周期来达到的,当第一烘烤区的尾部和第二烘烤区的前端之间达到最大距离,而该最大距离是由第一烘烤区前部和第二烘烤区的尾部之间的使炉子能运行的最短距离来限定的,此时,第二烘烤区的加热周期同样延长;炉子的不对称运行的时间这样安排,当第一烘烤区已通过要被改造的分段炉,并当第二烘烤区的加热周期正被延长到与所述第一烘烤区相同时改造工作开始,分段炉的拆除和重建工作在进入第二烘烤区之前完成,在此之后依次缩短两个烘烤区的加热周期,使之回到通常的烘烤运行时间,来使烘烤区的运行返回到通常的不对称运行状态。
下面将参照附图通过实例来进一步描述本发明,其中
图1表明了根据老的环形炉原理的环形烘烤炉中的分段炉的局部剖透视图。
图2表明了根据新的原理的环形烘烤炉中的分段炉的局部剖透视图。
图3表明的是有两个烘烤区的环形烘烤炉的烘烤区示意图。
图4说明了烘烤区中烟气的流动。
图5表明的是有两个烘烤区的环形烘烤炉的简化烘烤区示意图,其中每幅示意图说明了根据本发明方法的不同步骤时烘烤区的状况。
图6表明了有三个烘烤区的环形烘烤炉的简单示意图。
本发明既可应用在旧型环形烘烤炉,即所谓的雷德汉姆(Riedhammer)炉中,也可应用在新型环形烘烤炉中,这种新型环形烘烤炉是由本人申请设计的,并描述在挪威152029号专利说明书中。现在将首先进一步描述这些炉子的结构设计及操作。
图1是早期的有五个烘烤室1的部分局部剖示图,室壁2中有烟气道,烟气从分段炉盖(未示出)下面的空间向下流动,通到烘烤室1底板下面的空间中,从下向上流动的烟气经过燃烧室5。
图2表明的是相同的分段炉,该分段炉中已移去了燃烧室。在烘烤室的底板下面有隔墙6,将烘烤室下面的空间分为两部分。以该种方式,烟气向上流过气体通道3中的一组孔7,向下流气体通道3的另一组孔8。
操作时,一盖板放在分段壁9上,该盖板在图1及图2中均未画出,但其将确保气体流动是通过适当的通道的。
从烘烤室下面的空间有一管道(未画出)连到炉顶上的管子连接点9a上,这些连接点是用来将单独的分段炉与环形烟气总管10相连。
如前所述,烘烤可以几种方式来完成,燃料可以全部或部分送入到每个烘烤室壁的整个空间内。
也可以将不足量的空气送入到燃料喷入的空间内来进行燃烧,而更多量的空气加入到一个或数个空间的下游。在点4处送入空气,也能将加热局限烘烤室的底部而没有燃料碳化。
图3是有两个烘烤区的环形分段炉的俯视图,每个烘烤区中在不同的地点有燃烧室,它指的是将分段炉盖移去了的一个分段炉。吸入的空气通过正处于烘烤的分段炉的一半,在该分段炉中的碳精由空气冷却,空气是由排气风机12吸入的,因而空气在到达燃烧器之前被预热了。13代表一个分段炉,其顶部用盖板封闭,使得来自分段炉11的冷却空气吸入并通过室壁中的通道,向上流过其前一半,然后向下流过后一半通到下一个具有油或煤气燃烧器15的分段炉14。
16表示烘烤区中的分段炉,从这里烟气由连接管17排出,排到烟气环形总管10中,19表示其一半的气体通道被盖住的分段炉,使得空气不能以与加热过程相反的方向吸入。20代表打开的分段炉,烘炉后的碳精从这里取出,未烘烤的碳精从这里送入。气体除尘器及排气管未示出。
图4以示意图的形式表明了根据本发明的简明实施例,环形烘烤炉的烘烤区中气体通道3的组孔8,向下进入这个分段炉的烘烤室底板下面的空间4内,并被引导通过壁9中的通道下具有盖板22的下一分段炉,盖板22封闭了空间24。这里,烟气通过该分段炉的前一半7中的通道3向上流动,并向下流过另一半8的烘烤室壁中的通道3,然后进入下一个分段炉。
上面描述了旧环形分段炉(图1)和新型环形烘烤炉(图2)是怎样设计,以及炉子是怎样操作的。在前面也描述了这样的炉子在操作一段时间后怎样被完全改造,即停止炉子操作,冷却到室温,将其拆除并重建。
本发明揭示了一种新原理,根据这种原理环形烘烤炉的完全改造工作即使炉子尚在运行也可进行,本发明的特征是环形分段炉的全部维修或改造工作是根据一个连续的维修程序来完成的,这个程序中,在当炉子尚在运行时,一个或多个分段,当需要时最好是三个分段炉被拆除并之后被重建,为了使拆除和重建工作成为可能,烘烤区相互之间必须是不对称运行的,下面将通过实例来进一步描述。
如前所述,本发明可应用在旧型和新型环形烘烤炉上,然而,本发明的方法也可应用来将旧型炉改建为新型环形烘烤炉,实例正涉及这样的重新工作。
实例:
在环形烘烤炉运转几年之后,建造环形烘烤炉的耐火材料上已发现有破裂形式的损坏,并决定对炉子作必要的改造。
如炉子是具有垂直烟气通道的一般雷德汉姆(Riedhammer)型炉,从而同时确定炉子应改建为新型炉。这种改建意味着必须在烘烤室的底下建造分隔墙,盖子装有用于水平烘烤的闸门,去掉燃烧室并在分段炉壁(图2,9a处)中建造通道。作为部分常规维修,所有的烘烤室底板及支柱都要更换,将炉子同时改建为新型炉的原因是提高传导给碳精的热量,无须变更炉子的外部尺寸而空间利用率增加33.3%,此外与旧型炉比较,在较高步调下运转炉子增加了产量。
当选择将炉子分为有三个分段炉的三个单元时,已发现改建应起始于有相邻的分段炉壁的分段炉1、2和3,即分段炉2的分段壁及分段炉1-2和2-3之间的分段炉壁。
现在将参照图5逐步地描述这样的改建工作,然而应该强调的是,所提到的日期是随机选取的,仅用来更清楚地说明本发明。
1.整个炉子由30个分段炉组成,并有两个烘烤区α和β。烘烤区α由分段炉1-5和27-30组成,而烘烤区β由分段炉12-15和16-20组成。
在2月10日下午6点开始,炉子进行不对称运行,,象通常那样使含有的分段炉5在前的烘烤区α进行48小时的加热周期,而烘烤区β加热30小时,见图5。
2,10天后,即2月20日下午6点,烘烤区已运动到图5所示那样,现在烘烤区α包括分段炉5-13,而烘烤区β包括分段炉17-25(烘烤区正以箭头方向运动)。由于加热周期的不同,烘烤区α的前面的分段炉13和烘烤区β的尾部分段炉17之间的距离减至三个分段14-16,这是从烘烤区β(分段炉15)的烘烤室中取出烘烤好的碳精体及将新的生碳精装入烘烤区α(分段炉14)的烘烤室中所需可能的最短距离,而分段炉14现正处于烘烤区α的前面。为了使烘烤区之间的距离保持不变,从现在起烘烤区β必须进行48小时的加热周期。
在烘烤区的另一端,分段炉25是烘烤区β的前部分段炉,分段炉5是烘烤区α的尾部分段炉,其距离相应加长,即性?个分段炉的距离(分段炉1-4和26-30)。
由于烘烤区α已运动过分段炉1,2,3和4,烘烤好的碳精体已从这些分段炉的烘烤室中取出,有邻近的分段壁的分段炉1-3的拆除工作可以开始了(仍是2月20日)
分段炉砌有大量耐火材料,而由于冷却时间短,开始拆除时,温度仍很高,因而就使用机械装置来进行这次工作,这里就不进一步描述了。
3.在拆除工作开始一天后,即2月21日,分段炉1的改建工作开始。改建是消耗时间的,而在3月3日之前,即分段炉1开始拆除后的12天之内,分段炉1还没有包括在烘烤区β的前部分段炉内。
4.在3月5日,当分段炉2进入烘烤区β时,改造工作必须完成,此时烘烤区的关系显示在图5C中,烘烤区β包括了分段段炉1-2和24-30,而烘烤区α包括分段炉12-20。现在是3月5日下午6点,以分段炉2为其前部的烘烤区β设置42小时的加热周期,另一烘烤区α以同样的48小时加热周期运行,现在烘烤区开始再次以通常的操作运行。
为简明起见,这再次运行表示在下面的表中,该表表明了各个分段炉进入烘烤区的日子和时间,以及加热周期的变更。
进入烘烤区α的分段炉:
日期 时间 分段炉 加热周期(小时)
3月5日 18∶00 20 48
3月7日 18∶00 21
3月9日 18∶00 22
3月11日 18∶00 23
3月13日 18∶00 24 42
3月15日 12∶00 25
3月17日 06∶00 26
3月18日 24∶00 27 37
3月20日 12∶00 28
3月21日 24∶00 29
3月23日 12∶00 30
3月24日 24∶00 01
3月26日 12∶00 02 30
进入烘烤区β的分段炉
日期 时间 分段 加热周期(小时)
3月5日 18∶00 02 42
3月7日 12∶00 03
3月9日 06∶00 04
3月10日 24∶00 05 36
3月12日 12∶00 06
3月13日 24∶00 07 30
3月15日 06∶00 08
3月16日 12∶00 09
3月17日 18∶00 10
3月18日 24∶00 11
3月20日 06∶00 12
3月21日 12∶00 13
3月22日 18∶00 14
3月23日 24∶00 15
3月25日 06∶00 16
3月26日 12∶00 17
5.如上表指出的那样,加热周期逐渐回到常规运行状态。对于烘烤区β,在3月13日加热周期返回到通常的操作状态,即30个小时的加热周期。3月26日,烘烤区α也返回到通常操作状态,区与区之间的距离在两端是相同的,即如图5D中表明的那样,区与区之间有打开盖的6个分段。
上面的实例中,本发明的方法应用在包括有两个烘烤区,30个分段炉的环形分段炉上,然而,该方法明显也能应用在有不止两个烘烤区和更少或更多分段炉的环形分段炉上,例如有48个分段炉和三个烘烤区。
参照图6表明的最后实例,本发明的方法可以两种方式来完成,
a)烘烤区可不对称地运行,可以如图6A中显示的那样在最后一个烘烤区的分段炉已通过分段炉1,2,3和4之后,来完成改造工作,或
b)两个烘烤区以具有三个分段的距离不对称地运行,从而改造工作可在炉子的两个地方来进行,即单个的烘烤区(分段炉5,6和7)之后以及烘烤区(分段炉23,24和25)之后来进行,见图6B。以相同的方式,在有更多的分段炉和更多的烘烤区的环形分段炉上能成功地进行改造工作。