CN111486702A - 一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法及装置，属于针状焦煅烧技术领域；现有煅烧技术生产的针状焦存在强度低、粉焦率高，产品质量不高的问题；具体是将针状焦煅烧过程分为串联的两级，对工艺过程进行温度控制，将针状焦生焦煅烧为煅后焦；同时对各级产生的高温烟气通过烟气在系统内循环的方式对热量进行合理利用；本发明与传统针状焦煅烧工艺相比，采用两级串联煅烧及温度控制后的针状焦强度上升，热膨胀系数降低，显著提高了针状焦产品的质量；且工艺设置科学，热量利用合理。
Description
技术领域
本发明涉及针状焦煅烧技术领域，具体涉及一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法及装置。
背景技术
针状焦是一种生产超高功率电极、特种碳素材料、核石墨等高端碳素制品的原料，具有良好的石墨化性能。用针状焦生产的超高功率石墨电极具有电阻率低、体积密度大、机械强度高、热膨胀系数小、抗热震性能好等优点，可满足钢铁工业大容量电弧炉的要求。用针状焦生产的锂电负极材料也具有良好的性能。
针状焦按原料的不同分为油系针状焦和煤系针状焦。油系针状焦的原料为石油重油，煤系针状焦的原料为煤焦油馏份油或煤焦油沥青。近年来随着针状焦用量的增长，针状焦的产量也在逐年增加，但高品质针状焦仍需进口。
针状焦的生产工艺主要为原料预处理、延迟焦化和煅烧。其中原料预处理的目的是得到适合生产针状焦的原料，延迟焦化是为了将预处理后的原料进行焦化得到生焦，煅烧是为了将延迟焦化所制备的生焦进一步高温煅烧，以驱除生焦中的水分和挥发分，提高针状焦的含炭量、密度和强度。
目前用于针状焦煅烧的常规工艺以回转窑工艺为主。工艺如下：针状焦生焦从常温迅速进入到高温回转窑窑体内煅烧到1300-1450℃，随着窑体转动，到达窑头进入与针状物料与冷却介质直接接触的直接冷却设备内冷却得到成品，如专利201120119336.1(一种利用回转窑煅烧针状焦的装置)。然而在目前的煅烧工艺中由于针状焦存在骤热骤冷的问题，导致所煅烧的针状焦成品粉焦率高、强度低，尤其是针状焦的关键指标热膨胀系数(CTE)偏高，使得针状焦不能满足生产高等级碳素材料的需求。因此，有必要开发一种新的煅烧工艺以避免上述问题，从而提高针状焦的产品质量。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法及装置，解决现有煅烧技术生产的针状焦强度低、粉焦率高，产品质量低的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法，包括以下步骤：
1）针状焦进入一级煅烧单元，在一级煅烧单元中升温至400-850℃并停留后进入一级冷却单元；
2）在一级冷却单元中针状焦由400-850℃冷却至低于100℃后进入二级煅烧单元；
3）在二级煅烧单元中针状焦由低于100℃升温至1300-1550℃并停留后进入二级冷却单元；
4）在二级冷却单元中针状焦由1300-1550℃冷却至低于80℃后即得煅后焦成品。
优选的，针状焦进入一级煅烧单元以5-50℃/min的升温速率升至400-850℃后进入恒温段，在恒温段内停留10-120min后进入一级冷却单元。
优选的，针状焦进入一级冷却单元，以5-50℃/min的冷却速率冷却至低于100℃后进入二级煅烧单元。
优选的，针状焦进入二级煅烧单元在升温段内以20-500℃/min的升温速率升至1300-1550℃后进入恒温段，在恒温段内停留5-120min后进入二级冷却单元。
优选的，针状焦进入二级冷却单元中，以5-200℃/min的冷却速率冷却至低于80℃后即得煅后焦成品。
一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环的装置，包括一级煅烧单元、一级冷却单元、二级煅烧单元和二级冷却单元，针状焦物料依次进入一级煅烧单元、一级冷却单元、二级煅烧单元和二级冷却单元进行两级煅烧和冷却；所述二级煅烧单元的高温烟气通过管道输送至一级煅烧单元，通过控制二级煅烧单元的高温烟气向一级煅烧单元的流量控制一级煅烧单元内的温度；二级煅烧单元热量来源于燃烧器，所述燃烧器所需配风部分来自于一级煅烧单元的烟气。
进一步的，所述一级煅烧单元包括一级煅烧回转窑、与一级煅烧回转窑相匹配的热风系统和温控系统；一级煅烧回转窑窑体内包含升温段和恒温段。
进一步的，所述一级冷却单元包含一级冷却设备及相应的冷却介质输送系统和温控系统；一级冷却设备为针状焦物料与冷却介质间接接触的间接冷却设备。
进一步的，二级煅烧单元包括二级煅烧回转窑、与二级煅烧回转窑相匹配的燃烧器及相应的供风和温控系统；二级煅烧回转窑包含升温段和恒温段。
进一步的，二级冷却单元包括二级冷却设备及相应的冷却介质输送系统和温控系统；二级冷却设备为针状焦物料与冷却介质间接接触的间接冷却设备。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
通过在一级煅烧回转窑内以一定的升温速率使针状焦升至目标温度可保证针状焦中的挥发分以相对较慢的速率释放出来，避免针状焦本体生成较大的气孔影响针状焦的强度。在一级煅烧回转窑内煅烧后的针状焦通过在一级冷却设备内冷却后，可使针状焦在一级煅烧后形成的气孔结构稳定固化，从而使针状焦的内部微晶结构具备吸收一定的热膨胀能力。通过在二级煅烧回转窑内以一定的升温速率使针状焦升至目标温度可使生焦中残留的挥发分通过一级煅烧形成的气孔释放出来，避免生焦本体形成微裂纹从而影响针状焦强度和热膨胀系数。本发明同时通过对回转窑的高温烟气通过部分内循环的方式进行了有效利用，达到了节能的目的。
本发明将针状焦煅烧过程分为串联的两级，对整个工艺过程进行严格的温度控制，将针状焦生焦煅烧为煅后焦。同时对各级产生的高温烟气通过烟气在系统内循环的方式对热量进行合理利用。实践结果表明，与传统针状焦煅烧工艺相比，采用该两级串联煅烧工艺煅烧后的针状焦强度上升，热膨胀系数降低，显著提高了针状焦产品的质量。且工艺设置科学，热量利用合理。
本发明工艺方法技术可行，易于实现产业化生产，为针状焦的煅烧工艺提供了一种新方法。本发明易于控制煅烧条件，可生产高质量的煅后针状焦产品。
下面为以常规针状焦煅烧工艺和本发明工艺对相同的针状焦生焦进行煅烧后的煅后焦指标，见表１。
表１常规工艺和本发明工艺煅烧后的煅后针状焦指标
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
针状焦生焦由斗提、皮带等输送设备转运到一级煅烧回转窑的下料溜槽，进入窑尾的针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以5℃/min的升温速率升至400℃后进入一级回转窑的恒温段，在恒温段内停留120min后，针状焦通过一级回转窑窑头溜槽进入一级冷却设备中。在一级冷却设备中针状焦以5℃/min的冷却速率冷却至80℃后通过输送设备进入二级煅烧回转窑。在二级煅烧回转窑内针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以20℃/min的升温速率升至1400℃后进入二级回转窑的恒温煅烧段进行高温煅烧，在恒温煅烧段内停留60min后进入二级冷却设备。二级冷却设备为间接冷却设备，在二级冷却设备中，以100℃/min的冷却速率冷却至60℃后即得煅后焦成品。
一级煅烧回转窑热量来源于二级煅烧单元的高温烟气，通过控制二级煅烧单元高温烟气向一级煅烧单元的流量以及一级煅烧单元的热风量达到控制一级煅烧回转窑内温度的目的。其中二级煅烧回转窑热量来源于燃烧器燃烧燃料所产生的热量，燃料燃烧所需要的配风部分来自于新鲜空气，部分来自于一级煅烧单元的烟气。一级冷却设备与二级冷却设备均设置有与其相匹配的冷却介质输送系统和温控系统。
实施例2
针状焦生焦由斗提、皮带等输送设备转运到一级煅烧回转窑的下料溜槽，进入窑尾的针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以50℃/min的升温速率升至850℃后进入一级回转窑的恒温段，在恒温段内停留10min后，针状焦通过一级回转窑窑头溜槽进入一级冷却设备中。在一级冷却设备中针状焦以50℃/min的冷却速率冷却至60℃后通过输送设备进入二级煅烧回转窑。在二级煅烧回转窑内针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以200℃/min的升温速率升至1550℃后进入二级回转窑的恒温煅烧段进行高温煅烧，在恒温煅烧段内停留5min后进入二级冷却设备。二级冷却设备为间接冷却设备，在二级冷却设备中，以200℃/min的冷却速率冷却至80℃后即得煅后焦成品。一级煅烧回转窑热量来源于二级煅烧单元的高温烟气，通过控制二级煅烧单元高温烟气向一级煅烧单元的流量以及一级煅烧单元的热风量达到控制一级煅烧回转窑内温度的目的。其中二级煅烧回转窑热量来源于燃烧器燃烧燃料所产生的热量，燃料燃烧所需要的配风部分来自于新鲜空气，部分来自于一级煅烧单元的烟气。一级冷却设备与二级冷却设备均设置有与其相匹配的冷却介质输送系统和温控系统。
实施例3
针状焦生焦由斗提、皮带等输送设备转运到一级煅烧回转窑的下料溜槽，进入窑尾的针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以10℃/min的升温速率升至600℃后进入一级回转窑的恒温段，在恒温段内停留60min后，针状焦通过一级回转窑窑头溜槽进入一级冷却设备中。在一级冷却设备中针状焦以20℃/min的冷却速率冷却至90℃后通过输送设备进入二级煅烧回转窑。在二级煅烧回转窑内针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以500℃/min的升温速率升至1450℃后进入二级回转窑的恒温煅烧段进行高温煅烧，在恒温煅烧段内停留60min后进入二级冷却设备。二级冷却设备为间接冷却设备，在二级冷却设备中，以50℃/min的冷却速率冷却至70℃后即得煅后焦成品。一级煅烧回转窑热量来源于二级煅烧单元的高温烟气，通过控制二级煅烧单元高温烟气向一级煅烧单元的流量以及一级煅烧单元的热风量达到控制一级煅烧回转窑内温度的目的。其中二级煅烧回转窑热量来源于燃烧器燃烧燃料所产生的热量，燃料燃烧所需要的配风部分来自于新鲜空气，部分来自于一级煅烧单元的烟气。一级冷却设备与二级冷却设备均设置有与其相匹配的冷却介质输送系统和温控系统。
实施例4
针状焦生焦由斗提、皮带等输送设备转运到一级煅烧回转窑的下料溜槽，进入窑尾的针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以20℃/min的升温速率升至700℃后进入一级回转窑的恒温段，在恒温段内停留50min后，针状焦通过一级回转窑窑头溜槽进入一级冷却设备中。在一级冷却设备中针状焦以10℃/min的冷却速率冷却至90℃后通过输送设备进入二级煅烧回转窑。在二级煅烧回转窑内针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以300℃/min的升温速率升至1400℃后进入二级回转窑的恒温煅烧段进行高温煅烧，在恒温煅烧段内停留120min后进入二级冷却设备。二级冷却设备为间接冷却设备，在二级冷却设备中，以5℃/min的冷却速率冷却至70℃后即得煅后焦成品。一级煅烧回转窑热量来源于二级煅烧单元的高温烟气，通过控制二级煅烧单元高温烟气向一级煅烧单元的流量以及一级煅烧单元的热风量达到控制一级煅烧回转窑内温度的目的。其中二级煅烧回转窑热量来源于燃烧器燃烧燃料所产生的热量，燃料燃烧所需要的配风部分来自于新鲜空气，部分来自于一级煅烧单元的烟气。一级冷却设备与二级冷却设备均设置有与其相匹配的冷却介质输送系统和温控系统。
实施例5
针状焦生焦由斗提、皮带等输送设备转运到一级煅烧回转窑的下料溜槽，进入窑尾的针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以40℃/min的升温速率升至800℃后进入一级回转窑的恒温段，在恒温段内停留40min后，针状焦通过一级回转窑窑头溜槽进入一级冷却设备中。在一级冷却设备中针状焦以20℃/min的冷却速率冷却至80℃后通过输送设备进入二级煅烧回转窑。在二级煅烧回转窑内针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以100℃/min的升温速率升至1500℃后进入二级回转窑的恒温煅烧段进行高温煅烧，在恒温煅烧段内停留20min后进入二级冷却设备。二级冷却设备为间接冷却设备，在二级冷却设备中，以150℃/min的冷却速率冷却至70℃后即得煅后焦成品。一级煅烧回转窑热量来源于二级煅烧单元的高温烟气，通过控制二级煅烧单元高温烟气向一级煅烧单元的流量以及一级煅烧单元的热风量达到控制一级煅烧回转窑内温度的目的。其中二级煅烧回转窑热量来源于燃烧器燃烧燃料所产生的热量，燃料燃烧所需要的配风部分来自于新鲜空气，部分来自于一级煅烧单元的烟气。一级冷却设备与二级冷却设备均设置有与其相匹配的冷却介质输送系统和温控系统。
实施例6
针状焦生焦由斗提、皮带等输送设备转运到一级煅烧回转窑的下料溜槽，进入窑尾的针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以50℃/min的升温速率升至900℃后进入一级回转窑的恒温段，在恒温段内停留50min后，针状焦通过一级回转窑窑头溜槽进入一级冷却设备中。在一级冷却设备中针状焦以30℃/min的冷却速率冷却至80℃后通过输送设备进入二级煅烧回转窑。在二级煅烧回转窑内针状焦在由窑尾向窑头的移动过程中以300℃/min的升温速率升至1450℃后进入二级回转窑的恒温煅烧段进行高温煅烧，在恒温煅烧段内停留60min后进入二级冷却设备。二级冷却设备为间接冷却设备，在二级冷却设备中，以90℃/min的冷却速率冷却至低于80℃后即得煅后焦成品。一级煅烧回转窑热量来源于二级煅烧单元的高温烟气，通过控制二级煅烧单元高温烟气向一级煅烧单元的流量以及一级煅烧单元的热风量达到控制一级煅烧回转窑内温度的目的。其中二级煅烧回转窑热量来源于燃烧器燃烧燃料所产生的热量，燃料燃烧所需要的配风部分来自于新鲜空气，部分来自于一级煅烧单元的烟气。一级冷却设备与二级冷却设备均设置有与其相匹配的冷却介质输送系统和温控系统。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (10)
1.一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）针状焦进入一级煅烧单元，在一级煅烧单元中升温至400-850℃并停留后进入一级冷却单元；
2）在一级冷却单元中针状焦由400-850℃冷却至低于100℃后进入二级煅烧单元；
3）在二级煅烧单元中针状焦由低于100℃升温至1300-1550℃并停留后进入二级冷却单元；
4）在二级冷却单元中针状焦由1300-1550℃冷却至低于80℃后即得煅后焦成品。
2.根据权利要求1所述的一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法，其特征在于，针状焦进入一级煅烧单元以5-50℃/min的升温速率升至400-850℃后进入恒温段，在恒温段内停留10-120min后进入一级冷却单元。
3.根据权利要求1所述的一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法，其特征在于，针状焦进入一级冷却单元，以5-50℃/min的冷却速率冷却至低于100℃后进入二级煅烧单元。
4.根据权利要求1所述的一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法，其特征在于，针状焦进入二级煅烧单元在升温段内以20-500℃/min的升温速率升至1300-1550℃后进入恒温段，在恒温段内停留5-120min后进入二级冷却单元。
5.根据权利要求1所述的一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法，其特征在于，针状焦进入二级冷却单元中，以5-200℃/min的冷却速率冷却至低于80℃后即得煅后焦成品。
6.如权利要求1所述一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环方法的装置，其特征在于，包括一级煅烧单元、一级冷却单元、二级煅烧单元和二级冷却单元，针状焦物料依次进入一级煅烧单元、一级冷却单元、二级煅烧单元和二级冷却单元进行两级煅烧和冷却；所述二级煅烧单元的高温烟气通过管道输送至一级煅烧单元，通过控制二级煅烧单元的高温烟气向一级煅烧单元的流量控制一级煅烧单元内的温度；二级煅烧单元热量来源于燃烧器，所述燃烧器所需配风部分来自于一级煅烧单元的烟气。
7.根据权利要求6所述一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环的装置，其特征在于，所述一级煅烧单元包括一级煅烧回转窑、与一级煅烧回转窑相匹配的热风系统和温控系统；一级煅烧回转窑窑体内包含升温段和恒温段。
8.根据权利要求6所述一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环的装置，其特征在于，所述一级冷却单元包含一级冷却设备及相应的冷却介质输送系统和温控系统；一级冷却设备为针状焦物料与冷却介质间接接触的间接冷却设备。
9.根据权利要求6所述一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环的装置，其特征在于，二级煅烧单元包括二级煅烧回转窑、与二级煅烧回转窑相匹配的燃烧器及相应的供风和温控系统；二级煅烧回转窑包含升温段和恒温段。
10.根据权利要求6所述一种针状焦两级煅烧耦合烟气内循环的装置，其特征在于，二级冷却单元包括二级冷却设备及相应的冷却介质输送系统和温控系统；二级冷却设备为针状焦物料与冷却介质间接接触的间接冷却设备。
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