CN115560593A - 微机自控调温煅烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了微机自控调温煅烧炉，涉及炭素预焙阳极煅烧炉领域,包括炉体，所述炉体在火道最下层的下方设置有呈L形的预热空气道，所述预热空气道的顶部延伸至火道的最上层，所述预热空气道的进气端设置有电控气门，所述炉体正面由下至上依次设置有连通火道内部的八层测温孔、八层调负压孔、五层测温孔、三层测负压孔、二层看火孔、首层测温孔，所述炉体背面由下至上依次设置有连通火道内部的三层测温孔、首层看火孔。本发明对炉体结构的改变，使每条火道的温度控制更容易调节，使炉体底部低温区罐体内的物料热量均匀传导至两侧的预热空气道内，消除了原炉型罐体内两侧物料温度不一的现象，减少了罐体变形率和增加了炉体使用寿命。

Description

微机自控调温煅烧炉

技术领域

本发明涉及炭素预焙阳极煅烧炉领域，具体为微机自控调温煅烧炉。

背景技术

碳素原材料在高温1200-1350℃隔绝空气的条件下进行热处理的过程叫做煅烧，完成这一热处理工艺的设备叫做煅烧设备（或称煅烧炉）。 煅烧的目的是排除原料中的水分和挥发分，使炭素原料的体积充分收缩，提高热稳定性和物理化学性能。在煅烧温度下，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。

煅烧设备根据炉型结构基本上分为：1、罐式煅烧炉；2、回转式煅烧炉；3、电热煅烧炉等。1、罐式煅烧炉由于加热方式不同与使用燃料的不同，又可分为：①顺流式：燃气总的运行方向与材料的运动方向一致；②逆流式：燃气与材料两者运动方向相反。2、回转式煅烧炉只是燃料不同而有所差别，有烧煤气与重油（或柴油等）之别。3、电热煅烧炉一般只是在特殊情况下才使用。例如生产量较小的电碳厂或在现代铝工业中要求煅烧达到约2000℃的高温，使无烟煤达到半石墨化状态的高质量无烟煤时使用。因其产能小、耗能高，生产成本较高，所以用途比较狭窄。4、焦炉因其投资大、结构复杂、建设慢，所以现场已不大采用。5、回转床煅烧炉虽然是新炉型，但其缺乏实践的经验和经济效果，使用率和推广生产效果不佳。

可见，罐式煅烧炉因其结构优势（物料在罐体与两个方向料封隔绝空气而间接加料，并充分利用碳素材料在煅烧时逸出的大量挥发物燃烧，又利用烟气的热量来预热空气，提高热效率）并广泛应用。

罐式煅烧炉的结构与工作原理：罐式煅烧炉是针对炭素制品生产而衍生出来的筒式多层分区加热结构，它是由多个垂直的小罐，以每四个按纵横方向（两纵两横）排列为一组所构成，每组罐体顶部有三个聚集挥发物的通道，借此通道可将挥发物送至组内四条加热火道中进行燃烧。当加热火道内的助燃物含量不满足每层加热火道所需温度时，需通过每条火道带有空气拉板砖的位置调节空气进入量（冷空气自炉体底部预热空气道口进入，在密闭的通道内吸附罐体及加热火道散发的热量对其进行加热，再通过空气拉板砖的开启位置进入相应的加热火道内补充氧气）。

煅烧炉的温度分布大体分为：顶部的中温区（挥发物逸出段）、中间的高温区（挥发物燃烧段）、底部的低温区（挥发物燃烧后）、冷却区，其生产工艺流程为原料（即石油焦）经低温加热再降温的过程，通过此流程可使原料内的成分及微量元素含量达到下一步工序（预焙成型）的参数要求。炭素煅烧炉的运行工艺设定的各分区温度范围：第一层火道温度1250-1300℃；第三层火道温度：1300-1350℃；第五层火道温度：1300-1350℃；第八层火道温度：1200-1250℃；烟道出口负压：98-118pa以及其它测量点。通过工艺操作使以上各段温度及负压在控制范围内以此来实现原料经过此加热结构达到工艺参数需求的目的。

现炭素煅烧炉运行工艺操作主要有两大现状：一是通过操作人员根据工作经验对炉体进行现场手动调节使各段温度及负压控制在工艺设定范围内；二是通过在炉体首层安装电动调节翻板使其进入冷空气对使各段温度及负压控制在工艺设定范围内。基于以上两种操作方式，均无法实现各段温度及负压的运行稳定性，其存在的缺点是：第一种操作方式太过原始而且劳动强度大，温度负压调节全靠经验摸索，造成温度和负压的升降幅度变化大，不利于煅烧炉的稳定运行，从而影响产品的微量元素的稳定性及合格率；第二种根据煅烧炉的炉体结构及火焰流向对空气的介入方式及位置进行了变动，但是在首层看火孔直接安装电动调节翻板向火道送入冷空气的方式，在本质上降低了首层的温度和挥发分的燃烧值（既冷空气进入首层先消耗一定的首层温度将冷空气加热至恒定值再和挥发分进行燃烧反应），消耗了大量的挥发分和首层温度，使三层温度相应的降低，炉体负压被迫增大，不利于产品的合格率和降低了产品的产能。

综上所述，现有的煅烧炉在存在过度依赖操作人员用经验论进行手动操作，致使温度和负压的升降幅度过大而造成产品出现微量元素含量的不稳定性且合格率低的现象，同时冷空气进入首层火道后引起的火道升温过慢和能源浪费的现象。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供微机自控调温煅烧炉，以解决现有的煅烧炉在存在过度依赖操作人员用经验论进行手动操作，致使温度和负压的升降幅度过大而造成产品出现微量元素含量的不稳定性且合格率低的现象，同时冷空气进入首层火道后引起的火道升温过慢和能源浪费的现象的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：微机自控调温煅烧炉，包括炉体，所述炉体内包含多个竖直设置的罐体，所述罐体在炉体内每四个为一组，且按两纵两横排列，每组所述罐体中纵向排列的两个罐体的两侧设置有Z形弯折的火道，火道由下至上依次设置有八层火道至首层火道，所述炉体在火道最下层的下方设置有呈L形的预热空气道，所述预热空气道的顶部延伸至火道的最上层，所述预热空气道的进气端设置有电控气门，所述炉体正面由下至上依次设置有连通火道内部的八层测温孔、八层调负压孔、五层测温孔、三层测负压孔、二层看火孔、首层测温孔，所述炉体背面由下至上依次设置有连通火道内部的三层测温孔、首层看火孔。

通过采用上述技术方案，对炉体结构的改变，消除原炉型两条火道在负压不一的情况下一条空气道的预热空气分配不均现象，使每条火道的温度控制更容易调节，使炉体底部低温区罐体内的物料热量均匀传导至两侧的预热空气道内，消除了原炉型罐体内两侧物料温度不一的现象，减少了罐体变形率和增加了炉体使用寿命。

本发明进一步设置为，所述预热空气道包括竖直部分与水平部分，水平部分设置在火道最下层的下方，而竖直部分与多组火道正交，且延伸至火道的最上层。

通过采用上述技术方案，使空气经过水平部分预热后，再经过竖直部分上升从预热空气道的出口流出，减少了首层火道内热量的损耗。

本发明进一步设置为，所述八层测温孔与八层调负压孔皆设置在八层火道的一端，且与八层火道相连通。

通过采用上述技术方案，通过八层测温孔监测八层火道的温度，同时通过八层调负压孔调节火道内的压力。

本发明进一步设置为，所述五层测温孔设置在五层火道的一端，且与五层火道相连通。

通过采用上述技术方案，通过五层测温孔对五层火道测温，监测炉体内高温区的温度。

本发明进一步设置为，所述三层测负压孔设置在三层火道的一端，且与三层火道相连通。

通过采用上述技术方案，通过三层测负压孔监测炉体内的压力。

本发明进一步设置为，所述二层看火孔设置在二层火道的一端，且与二层火道相连通。

通过采用上述技术方案，通过二层看火孔观察二层火道内的燃烧情况。

本发明进一步设置为，所述三层测温孔设置在三层火道的一端，且与三层火道相连通。

通过采用上述技术方案，通过三层测温孔监测三层火道的温度。

本发明进一步设置为，所述首层看火孔与首层测温孔分别设置在首层火道的两端，且皆与首层火道相连通。

通过采用上述技术方案，通过首层测温孔监测首层火道的温度，同时通过首层看火孔观察首层火道内的燃烧情况。

综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

1、本发明通过对炉体结构的改变，消除原炉型两条火道在负压不一的情况下一条空气道的预热空气分配不均现象，使每条火道的温度控制更容易调节；

2、本发明通过对炉体结构的改变，使炉体底部低温区罐体内的物料热量均匀传导至两侧的预热空气道内，消除了原炉型罐体内两侧物料温度不一的现象，减少了罐体变形率和增加了炉体使用寿命；

3、本发明通过依照微机控制的理念自行研发了一套微机控制系统，与DCS控制测温系统对接，有效实现了自动调温和监测升温的结合，通过在微机操作界面中对调节装置参数的设置来改变调节装置的开闭大小，在不影响炉体总负压的同时可更直观的观察每个火道温度的升降，更便于人员操作和生产运行的自动化实现，并且使炉体温度升降波动更加平缓，延长煅烧炉的使用寿命。

附图说明

图1为现技术中煅烧炉的立体图；

图2为现技术中煅烧炉的正视图；

图3为现技术中煅烧炉的图2中A1-A1截面图；

图4为现技术中煅烧炉的后视图；

图5为现技术中煅烧炉的图4中A2-A2截面图；

图6为现技术中煅烧炉的侧视图；

图7为现技术中煅烧炉的预热空气道阶梯剖视图；

图8为现技术中煅烧炉的图7中B-B截面图；

图9为现技术中煅烧炉的图7中C-C截面图；

图10为本发明的预热空气道阶梯剖视图；

图11为本发明的预热空气道结构示意图；

图12为本发明的控制点剖视图；

图13为本发明的首层预热空气道及加热火道剖视图；

图14为本发明的空气流向及调节示意图。

图中：1、炉体；2、罐体；3、预热空气道；301、风道入口；302、风道出口；4、首层看火孔；5、首层测温孔；6、二层看火孔；7、三层测负压孔；8、三层测温孔；9、五层测温孔；10、八层调负压孔；11、八层测温孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

微机自控调温煅烧炉，如图1-14所示，包括炉体1，炉体1内包含多个竖直设置的罐体2，罐体2在炉体1内每四个为一组，且按两纵两横排列，每组罐体2中纵向排列的两个罐体2的两侧设置有Z形弯折的火道，火道由下至上依次设置有八层火道至首层火道，炉体1在火道最下层的下方设置有呈L形的预热空气道3，预热空气道3的顶部延伸至火道的最上层，预热空气道3的进气端设置有电控气门，炉体1正面由下至上依次设置有连通火道内部的八层测温孔11、八层调负压孔10、五层测温孔9、三层测负压孔7、二层看火孔6、首层测温孔5，炉体1背面由下至上依次设置有连通火道内部的三层测温孔8、首层看火孔4。

在上述结构的基础上，本实施例中，预热空气道3包括竖直部分与水平部分，水平部分设置在火道最下层的下方，水平部分的一端设置有风道入口301，竖直部分的顶端设置有风道出口302，而竖直部分与多组火道正交，且延伸至火道的最上层，使空气经过水平部分预热后，再经过竖直部分上升从预热空气道3的出口流出，减少了首层火道内热量的损耗。

其中八层测温孔11与八层调负压孔10皆设置在八层火道的一端，且与八层火道相连通，具体的，八层测温孔11与八层调负压孔10皆设置在八层火道靠近炉体1正面的一端，通过八层测温孔11监测八层火道的温度，同时通过八层调负压孔10调节火道内的压力。

在上述结构的基础上，本实施例中，三层测温孔8设置在三层火道的一端，且与三层火道相连通，具体的，三层测温孔8设置在三层火道靠近炉体1背面的一端，通过三层测温孔8监测三层火道的温度，五层测温孔9设置在五层火道的一端，且与五层火道相连通，具体的，五层测温孔9设置在五层火道靠近炉体1正面的一端，通过五层测温孔9对五层火道测温，监测炉体内高温区的温度。

在上述结构的基础上，本实施例中，三层测负压孔7设置在三层火道的一端，且与三层火道相连通，具体的，三层测负压孔7设置在三层火道靠近炉体1正面的一端，通过三层测负压孔7监测炉体内的压力。

在上述结构的基础上，本实施例中，二层看火孔6设置在二层火道的一端，且与二层火道相连通，具体的，二层看火孔6设置在二层火道靠近炉体1正面一端，通过二层看火孔6观察二层火道内的燃烧情况。

在上述结构的基础上，本实施例中，首层看火孔4与首层测温孔5分别设置在首层火道的两端，且皆与首层火道相连通，具体的，首层看火孔4设置在首层火道靠近炉体1背面的一端，通过首层测温孔5监测首层火道的温度，具体的，首层测温孔5设置在首层火道靠近炉体1正面的一端，同时通过首层看火孔4观察首层火道内的燃烧情况。

根据原有炉型预热空气道截面积及空气拉板砖的开口尺寸的截面积，求出新炉型预热空气道口的的截面尺寸是否符合运行要求。原炉型的预热空气道口截面积为：190mm（长）*132mm（宽）=25080mm²，生产运行中空气拉板砖孔洞最大开度截面积为：80mm（长）*150mm（宽）=12000mm²。

以上数据得出结论：一个空气道入口的截面积满足两个空气拉板砖的开度截面积，但是因为每条加热火道的负压值不同，造成每条空气拉板砖的开口截面进入火道的气体流速出现差别，无法精密的控制每条火道的空气需求量。

本发明炉体结构为改变运行现状和存在的不足，对原有炉型结构进行两部分改变：

其一，去除首层、二层及四层的空气和挥发分的控制拉板及外墙铸铁件，不再由二层、四层进入预热空气和挥发分，使物料的挥发分由首层火道进入与预热空气接触燃烧后随负压带动流入二至八层火道，最后进入汇集烟道。此调节结构的改造一是减少了操作人员对每段温度的频繁调节而造成工作量加大，二是通过将以上调节点去除后减少了炉膛内的热量损失，增加了墙体的密闭性和炉体的使用寿命，在近三年的生产过程中已论证，由预热空气只进入首层与挥发分产生化学反应完全满足炭素煅烧炉的运行工艺设定的各分区温度范围。

其二，改变现有炉型中每两条火道共用一条预热空气道的现状，将通往首层火道的空气道进行计算后，去掉首层加热火道的预热空气拉板砖，将一个预热空气道改为两个预热空气道，使其依附在底部低温区罐体长方向两侧各砌筑一条密闭通道，再将此通道砌至罐体短方向并向上砌至首层罐体火道位置，以此实现一条空气道的预热空气导入一条火道，并且在每个炉墙外侧预热空气道的起始段安装一件气动插板阀，利用气动插板阀的调节使每条火道的预热空气需求量实现独立补给。计算数据如下：

根据以上已计算的数据原炉型的预热空气道口截面积为：25080mm²，生产运行中空气拉板砖孔洞最大开度截面积为：12000mm²。新炉型每个加热火道对应的预热空气道口截面积：190mm（长）*132mm（宽）=25080mm²，其在罐体短方向垂直向上的孔洞截面积为：232mm（长）*137mm（宽）=31784mm²。以上数据得出改造后的预热空气道截面积大于原炉型预热空气道截面积一倍，其预热空气供给量完全满足首层加热火道的空气需求量。

更进一步的，增加微机控制：

根据改造后的炉体进行安装测温仪表、调节装置及控制系统，实现自动化PID调节。PID控制规律：PID控制是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差：e(t)=r(t)-c(t)。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对受控对象进行控制。其控制规律如下：

比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小误差。当偏差e=0时，控制作用也为0。因此，比例控制是基于偏差进行调节的，即有差调节。

积分环节：能对误差进行记忆，主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。

微分环节：能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

从时间的角度讲，比例作用是针对系统当前误差进行控制，积分作用则针对系统误差的历史，而微分作用则反映了系统误差的变化趋势。

本申请依照微机控制的理念自行研发了一套微机控制系统，与DCS控制测温系统对接，有效实现了自动调温和监测升温的结合，通过在微机操作界面中对调节装置参数的设置来改变调节装置的开闭大小，在不影响炉体总负压的同时可更直观的观察每个火道温度的升降，更便于人员操作和生产运行的自动化实现，并且使炉体温度升降波动更加平缓，延长煅烧炉的使用寿命。

本发明创造性的改变炉体结构,避免了现有的煅烧炉在存在过度依赖操作人员用经验论进行手动操作，致使温度和负压的升降幅度过大而造成产品出现微量元素含量的不稳定性且合格率低的现象，同时冷空气进入首层火道后引起的火道升温过慢和能源浪费的现象的缺点；本方案中，通过对炉体结构的改变，消除原炉型两条火道在负压不一的情况下一条空气道的预热空气分配不均现象，使每条火道的温度控制更容易调节，使炉体底部低温区罐体内的物料热量均匀传导至两侧的预热空气道内，消除了原炉型罐体内两侧物料温度不一的现象，减少了罐体变形率和增加了炉体使用寿命。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.微机自控调温煅烧炉，包括炉体（1），所述炉体（1）内包含多个竖直设置的罐体（2），所述罐体（2）在炉体（1）内每四个为一组，且按两纵两横排列，每组所述罐体（2）中纵向排列的两个罐体（2）的两侧设置有Z形弯折的火道，火道由下至上依次设置有八层火道至首层火道，其特征在于：所述炉体（1）在火道最下层的下方设置有呈L形的预热空气道（3），所述预热空气道（3）的顶部延伸至火道的最上层，所述预热空气道（3）的进气端设置有电控气门，所述炉体（1）正面由下至上依次设置有连通火道内部的八层测温孔（11）、八层调负压孔（10）、五层测温孔（9）、三层测负压孔（7）、二层看火孔（6）、首层测温孔（5），所述炉体（1）背面由下至上依次设置有连通火道内部的三层测温孔（8）、首层看火孔（4）。

2.根据权利要求1所述的微机自控调温煅烧炉，其特征在于：所述预热空气道（3）包括竖直部分与水平部分，水平部分设置在火道最下层的下方，而竖直部分与多组火道正交，且延伸至火道的最上层。

3.根据权利要求1所述的微机自控调温煅烧炉，其特征在于：所述八层测温孔（11）与八层调负压孔（10）皆设置在八层火道的一端，且与八层火道相连通。

4.根据权利要求1所述的微机自控调温煅烧炉，其特征在于：所述五层测温孔（9）设置在五层火道的一端，且与五层火道相连通。

5.根据权利要求1所述的微机自控调温煅烧炉，其特征在于：所述三层测负压孔（7）设置在三层火道的一端，且与三层火道相连通。

6.根据权利要求1所述的微机自控调温煅烧炉，其特征在于：所述二层看火孔（6）设置在二层火道的一端，且与二层火道相连通。

7.根据权利要求1所述的微机自控调温煅烧炉，其特征在于：所述三层测温孔（8）设置在三层火道的一端，且与三层火道相连通。

8.根据权利要求1所述的微机自控调温煅烧炉，其特征在于：所述首层看火孔（4）与首层测温孔（5）分别设置在首层火道的两端，且皆与首层火道相连通。

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