一种节能环保型罐式煅烧炉生产系统的制作方法

本实用新型属于罐式煅烧炉技术领域，具体涉及一种节能环保型罐式煅烧炉生产系统。

背景技术：

传统罐式煅烧炉技术是上世纪五十年代左右从前苏联传入中国，几十年来随着炉体逐渐加大和罐数逐渐增多，但尚确少对技术实质性的革新。该技术由于煅烧过程中烧损率低，运行过程中不需要外加能源，而且可以广泛用于煅烧电解铝阳极的炭材料。但是它仍旧不是一个足够完善的系统，还存在有很多需要改进的缺陷。

传统罐式煅烧系统存在以下问题：一、能源利用率较低，主要包括以下几点,1、热能过剩，大量热源流失，尾气含氧量高，废气排放大。由于煅烧原料生焦挥发份达到11%左右，尽管罐式煅烧炉热能利用效率很低，这个热值也是远远用不完的，尽管好多炭素厂上了余热锅炉搞余热发电，但这仍然不是最理想的节能方案，因为大概只有10%的余热转换成了电能。罐式煅烧炉的烟道尾气氧含量好多都达到了16%，这说明助燃空气严重过量！这些过量的助燃空气被加热到千度高温以上，随烟道排出造成了极大的能源浪费。2、现在的烟气余热主要用于余热发电，不仅上网电价不高，而且基础投资过大。3、现实中的罐式煅烧炉负压过高，烟气排放过快，大量热能流失；若负压过低，炉体温度会过高，容易损坏炉体。4、燃烧方式不太科学。传统的煅烧炉仅采用一级燃烧，即只在炉体最上层的火道中接入挥发份，由于火道很长并且有多层火道，负压小了不会很快把热量传入下端。负压大了大量的热能会被排出，能源浪费太大。二、脱硫投入和运营成本过高，目前的煅烧炉都是燃烧后脱硫，由于还有大量过剩的空气在里面，处理的气体的量很大。设备投资成本也就很大。三、实现自动控温相对困难，现有的煅烧炉实现自动控温有个难点，就是总挥发份严重过剩，不能够完全充分进行燃烧。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种节能环保型罐式煅烧炉生产系统，本系统通过合理结构优化，煅烧炉外加燃料挥发份引出式设计，运营成本大大降低，余热可以循环利用，节约更多的燃料。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种节能环保型罐式煅烧炉生产系统，包括罐式煅烧炉，所述罐式煅烧炉的前后侧壁分别设置若干挥发份集合道口，挥发份集合道口处连接有挥发份引出系统，所述挥发份引出系统与热交换装置的挥发份进口连接，在罐式煅烧炉的顶部还设置有多个沙封口，所述罐式煅烧炉内每个料罐对应的火道由上至下均设置有两个以上的燃烧器，用于对每个料罐进行两级以上的加热，所述挥发份引出系统包括主引出管、支引出管和膨胀节，在罐式煅烧炉的顶部并行设置有两根主引出管，每个挥发份集合道口和/或每个沙封口通过一根支引出管连接在位于该侧的主引出管上，所述主引出管为多段设置，所述主引出管由进口端向出口端依次斜向下设置，每段之间采用膨胀节相连，所述燃烧器喷头的进气端设置为空腔结构，用于安装燃料管，在燃烧器的出火端的外壳上对应设置有多个小孔。

进一步改进本方案，所述燃烧器设置有3个，所述3个燃烧器依次设置在每个料罐对应火道的最上层、中上层和中下层的位置，用于对每个料罐进行三级加热。

进一步改进本方案，所述燃烧器的进气端连接有多级燃烧自动控温装置，用于分别对供应燃烧器的燃料和助燃空气进行预加热。

进一步改进本方案，罐式煅烧炉的烟气排放口连接有废气催化处理装置，在所述废气催化处理装置的出口端依次通过负压风机、换热器与烟冲连接。

进一步改进本方案，所述换热器包括连通管道和设置在连通管道内的换热盘管，换热盘管的一端为进水端，另一端连接脱硫装置，用于为脱硫装置提供热蒸汽。

进一步改进本方案，所述脱硫装置的气体出口连接氢气提纯分离装置，所述氢气提纯分离装置通过管道分别连接氢气储气罐和燃气源罐，所述燃气源罐与多级燃烧自动控温装置的进气端连接。

进一步改进本方案，所述主引出管的出口端与热交换装置的挥发份进口连接，热交换装置的挥发份出口依次通过预脱焦油装置、风机连接脱硫装置，热交换装置的底部与焦油池连接。

进一步改进本方案，所述热交换装置的蒸汽出口分别连接脱硫装置和氢气提纯分离装置，用于提供热蒸汽。

进一步改进本方案，主引出管设置在罐式煅烧炉的炉顶两侧或安装在炉顶调压弹簧支架上。

进一步改进本方案，主引出管和支引出管外部加装有保温层。

有益效果

本实用新型的生产系统，通过合理结构优化，煅烧炉外加燃料挥发份引出式设计，运营成本大大降低，余热可以循环利用，节约更多的燃料，具体分析如下：

其一、煅烧炉的挥发份引出口能够从前、后挥发份集合道口通过支引出管引出，也能够从炉顶通过沙封口引出，然后通过支引出管连接到主引出管。炉体前后各放一条引出管路，考虑受热膨胀，主引出管加膨胀节分段连接而成。主引出管铺设位置可以放炉顶两侧或放在炉顶调压弹簧支架上，主引出管在铺设过程中可以增加一个斜度，让出口端稍低，便于管内液态物质流出。

其二、煅烧炉中每个料罐对应的火道均采用外加天然气经过两级以上加热，燃气喷嘴插入燃烧器内，每个料罐对应的燃烧火道至少在炉体的上层和中层火道都加一个燃烧器，通过自动控制装置，按一定的空燃比燃烧。让火道中的高温气体流动非常缓慢，增大料罐对热量的吸收率，热能利用效率会大大提升，燃料会大量节省，为了让热能利用率更高，采用多级燃烧法，如在每个料罐对应火道的最上层、中上层和中下层各加一个燃烧器，这样可以把烟道口负压设置的很低，让排烟非常缓慢，而火道内的高温气体也流动极为缓慢，这样可以提高料罐对热量的吸收率，大大的提高热能利用效率。

其三、燃料管插入燃烧器内，燃烧器由耐高温材料制成，前段有许多小孔，这样有利于燃烧更为充分。

其四、在烟气经过废气催化处理装置后，进入烟冲外排前加换热器，这个换热器给脱硫设备提供热蒸汽用。

附图说明

图1为本实用新型罐式煅烧炉生产系统的结构示意图；

图2为本实用新型中罐式煅烧炉的侧视图；

图3为本实用新型中罐式煅烧炉的俯视图；

图4为本实用新型中燃烧器喷头的结构示意图；

图5为本实用新型中换热器的内部结构示意图；

图中标记：1、罐式煅烧炉，1-1、挥发份集合道口，1-2、沙封口，1-3、调压弹簧支架，2、挥发份引出系统，2-1、主引出管，2-2、支引出管，2-3、膨胀节，3、废气催化处理装置，4、热交换装置，5、燃烧器，5-1、燃料管，5-2、小孔，6、多级燃烧自动控温装置，7、负压风机，8、烟冲，9、换热器，10、脱硫装置，11、氢气提纯分离装置，12、氢气储气罐，13、燃气源罐，14、预脱焦油装置，15、风机，16、焦油池，17、硫成品回收站。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图所示：本实施例提供一种节能环保型罐式煅烧炉生产系统，包括罐式煅烧炉1，所述罐式煅烧炉1的前后侧壁分别设置若干挥发份集合道口1-1，挥发份集合道口1-1处连接有挥发份引出系统2，所述挥发份引出系统2与热交换装置4的挥发份进口连接，在罐式煅烧炉1的顶部还设置有多个沙封口1-2，所述罐式煅烧炉1内每个料罐对应的火道由上至下均设置有两个以上的燃烧器5，用于对每个料罐进行至少两级以上的加热，所述挥发份引出系统2包括主引出管2-1、支引出管2-2和膨胀节2-3，在罐式煅烧炉1的顶部并行设置有两根主引出管2-1，每个挥发份集合道口1-1和/或每个沙封口1-2通过一根支引出管2-2连接在位于该侧的主引出管2-1上，所述主引出管2-1为多段设置，所述主引出管2-1由进口端向出口端依次斜向下设置，每段之间采用膨胀节2-3相连，主引出管2-1设置在罐式煅烧炉1的炉顶两侧或安装在炉顶调压弹簧支架1-3上。主引出管2-1和支引出管2-2外部加装有保温层。所述燃烧器5喷头的进气端设置有空腔结构，用于安装燃料管5-1，在燃烧器5的出火端的外壳上对应设置有多个小孔5-2。此种方式中，助燃空气可采用内循环加热供应。燃料管5-1插入燃烧器5内，燃烧器5由耐高温材料制成，前段有许多小孔5-2，这样有利于燃烧更为充分。优选地，每个料罐对应燃烧器5设置有3个，所述3个燃烧器5依次设置在每个料罐对应火道的最上层、中上层和中下层的位置，用于对每个料罐进行三级加热。所述燃烧器5的进气端连接有多级燃烧自动控温装置6，用于对供应燃烧器5的燃料进行预加热。

在本方案中，罐式煅烧炉1的烟气排放口连接有废气催化处理装置3，在所述废气催化处理装置3的出口端依次通过负压风机7、换热器9与烟冲8连接。所述换热器9包括连通管道9-1和设置在连通管道9-1内的加热盘管9-2，加热盘管9-2的一端为进水端，另一端连接脱硫装置10，用于为脱硫装置10提供热蒸汽。本方案中在汇总烟道加一个废气催化处理装置3，可以消除尾气中的一氧化碳和碳氢化合物。由于以天然气做燃料尾气氮氧化合物含量极低。三元催化装置的结构是：一些多孔陶瓷材料，安装在特制的装置当中。称它是载体，是因为它本身并不参加催化反应，而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属和稀土涂层。这些金属涂层起到催化剂的作用，能激活甲烷、一氧化碳等物质的活性，让它们通过化学反应变成无害物质。本方案中的三元催化装置可以选用市场上现有的产品安装使用。

废气催化处理装置3的工作原理是：当炉子内燃烧后高温的烟气通过净化装置时，废气催化器中的净化剂将增强一氧化碳和碳氢化合物两种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中一氧化碳在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；碳氢化合物在高温下氧化成水和二氧化碳。两种有害气体变成无害气体，使烟气得以净化。

本方案中，氢气提纯分离装置11可以采用常规的工业提纯方法，主要有膜法和变压吸附法两种。各有优缺点，可以根据情况来选择具体采用哪种方法。氢气提纯后剩余的气体主要成分是甲烷，和天然气成分几乎是一值的，按理论计算这部分气体煅烧炉还用不完，可以出售或用于需要大量天燃气的焙烧炉。

在本方案中，脱硫装置10的气体出口连接氢气提纯分离装置11，所述氢气提纯分离装置11通过管道分别连接氢气储气罐12和燃气源罐13，所述燃气源罐13与多级燃烧自动控温装置6的进气端连接。此处的氢气提纯分离装置11也可以根据实际需要设置在脱硫前边。

主引出管2-1的出口端与热交换装置4的挥发份进口连接，热交换装置4的挥发份出口依次通过预脱焦油装置14、风机15连接脱硫装置10，热交换装置4的底部与焦油池16连接。脱硫装置10得到的硫磺输送至硫成品回收站17。在热交换装置4内设置有加热盘管，加热盘管的进口端通入水，经过加热盘管的加热作用，吸收挥发分的热量，在加热盘管的出口可以产生一定量的蒸汽，所述热交换装置4的蒸汽出口连接脱硫装置10和氢气提纯分离装置11，用于提供热蒸汽。通过热交换装置4的气体然后再通过冷凝装置把挥发份冷却至脱硫和硫回收需要的温度；冷却后的挥发份经过脱焦油、硫回收工艺以及除尘、除杂质等燃气预处理流程后，变成含氢75%-90%左右的气体，其余物质为甲烷和一氧化碳以及极少量其它杂质。这样的气体，进一步经过氢气提纯工艺进行分离提纯成更高纯度的氢气，而剩余物质则是以甲烷为主的可燃性气体，成分和天然气非常接近，可补充到天然气源中循环使用；采用硫回收工艺，可以得到纯度99%以上的硫产品，并且让燃气硫含量达到国家标准。这个过程包括硫回收、除尘、脱焦油、分离水中焦油、干燥等过程。整个流程行业称为：燃气预处理。挥发份脱硫和烟气脱硫的区别是：烟气脱的是二氧化硫，挥发份脱的是硫化氢和有机硫，脱硫的方法很多，这个根据具体情况来选择现有的脱硫设备。

本方案设计的理论基础如下：罐式煅烧炉1生产熟焦的过程中，采用的原材料是石化行业炼油后的石油焦，我们叫它生焦，经过高温煅烧后的焦我们叫它熟焦或煅后焦。它是重油经过加热500-550℃的高温分离出各种油品后剩余的固体产物，挥发份含量一般在3%-16%，铝用炭材一般采用11%左右的石油焦。煅烧炉煅烧过程中火道的温度是1100-1300℃左右，料罐内的温度在1000℃左右，在这个温度下几乎所有的烃类及其他有机物都会分解或碳化，甲烷的分解温度为927℃，所以甲烷在这个温度下也会分解，它们绝大部分都变成了碳和氢。在这个温度下硫也开始了大量析出。所以挥发份成分相对于石油裂解和煤焦化的气体要简单的多，最主要成分是氢气80%左右和硫10%左右，也含少量的甲烷、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氮气、焦油和炭黑等其他物质，煅烧后的熟焦挥发份小于1%。

本方案采用外加燃料挥发份引出式设计方案。这种方案的特点是：用外部燃料当煅烧炉燃料来加热煅烧炉取代挥发份，把挥发份引出来，经过脱硫硫回收及预处理后，这种处理后的挥发份氢的含量可以达到80%-90%左右，可以把它作为燃料烧掉，也可以当做粗氢气来出售，比如卖给石油裂解行业，更好的办法是可以进一步把它提纯到99%以上变成高纯氢，更能提升产品的附加值和企业效益。因为按吨算氢气的价格数倍于天然气价格。这样做有四大优点：1、石油生焦在煅烧过程中，挥发份经过硫回收、氢气提纯分离工段后，高纯度氢气当化工原料来出售，其余成分和天燃气很接近，当做炉体燃料，这样经济效益会大大提高数倍；2、增加脱硫装置，生产硫磺的同时，还能让焦炉气达到环保标准。也就是让脱硫变得更容易，脱硫设备简单，运营成本低，脱出的大量硫磺产品也是一项经济收益；3自动控温更容易，可采用多级燃烧的方法，对燃料和助燃空气都进行控制，使它们达到合理的燃烧比。这很容易实现无人值守和对炉体每个料罐火道温度的控制；4、尾气处理采用创新思路，由于燃料采用天然气为原料，含硫量极低，符合国家燃气标准，空燃比控制的过小，尾气会含少量的甲烷、一氧化碳，通过选用现有尾气化学催化还原装置的来处理这些物质，这样的装置不用专人管理，运营成本大大降低。5、余热可以循环利用，节约更多的燃料。

为了达到更好的燃烧效果，本方案中的自动化控温燃烧系统，使系统的烟气氧含量符合国家燃气锅炉标准，烟气氧含量<3%。为了达到这个目标，必须对气体燃料和助燃空气的燃烧比严格控制。通过本方案中的自动化系统，用温度传感器控制温度，用氧含量传感器控制燃烧比。当温度不够时增大燃气的量，当含氧量不够时增加预热空气量。反之，则减少。

本方案中节能效率理论上可达75%，并且把节约的能源转化成具有经济价值的产品：氢气。氢气是被广泛应用的化工原料，价值很高。它的经济效益价值远远优于余热发电。投入成本也远远小于余热发电。另外，环保问题得到彻底解决，处理的烟气量大为减少，基本可做到无三废排放，环保设备的投入也大大减少。

利用本方案的生产系统，可以得到三种产品：煅后焦、99%纯度的氢气、99%纯度的硫磺，极大的提升了经济效益；大大有利于实现精准自动控温，可以把温度精准控制在最有利于产品质量、合理最大生产率、不损坏炉窑的温度，还可以减少人员操作问题造成的炉窑损害。大大节约了碳排放指标，符合国家的环保政策。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。