[其他]在分室炉中烘焙碳块的优化燃烧装置和方法

说明书

本发明涉及一种在带有开式室的炉中烘焙碳块的优化燃烧装置和方法，所述碳块特别地但又不仅仅用于在采用霍尔-赫罗尔特电解法生产铝时作为电解槽，该碳块通常还用于电冶金。

“碳块”一词在下文指由碳糊成型并经过烘焙后用于电冶金炉的任何产品。

例如，在电解溶于熔融的冰晶石中的氧化铝生产铝时，用于这种生产的电解槽就是在大约120～200℃把沥青和碎焦炭混合成碳糊，经成型而制得的。成型以后，阳极在大约1100～1200℃温度下焙烧或烘焙大约一百小时。其它类型的碳块也用同样的方法制成。

虽然有一些在隧道式烘炉中连续烘焙的方法，但全世界目前所使用的烘焙设备大部分是称为“回转燃烧”（环形炉）或“前进燃烧”的“分室炉”，这些炉子分为两类，即封闭炉和具有“开式室”的炉子，它们的应用非常广泛，第2699931号美国专利专门描述了这种炉子。本发明特别地适用于开室炉。这种类型的炉子包括两个平行排，其全长约可达到一百米以上。

各排包括一系列的室，各室由横向壁分隔，室的上部敞开，以便能装入原料块和卸下烘焙过的冷却的碳块。各室包括：平行于炉子的主轴线设置的、带有薄壁的空心隔墙组件，起烘焙作用的热气体在空心隔墙组件中流通，隔墙与分隔间相间，欲烘焙的碳块就堆放在分隔间中，没入碳粉（碎焦炭、无烟煤或碳渣或任何其它粉末填料）中。举例说，每一室可相间排列有六个分隔间和七道隔墙。

空心隔墙的上部有可封闭的开口，称作“孔”，空心隔墙还包括用于增加燃烧气体的长度和使其流量分布更为均匀的挡板。

炉子由长度等于室的宽度的燃烧器排加热，燃烧器的喷嘴设置在上述室的开口孔上。燃烧器的上游（相对于燃烧的前进方向，有一根燃烧空气吹管，而下游有一根用于抽出已燃气体的管子。加热作用由两个方面产生，即喷射的燃料（气或燃油）的燃烧和碳块在烘焙时放出的沥青蒸气的燃烧。

在烘焙过程中，由燃烧空气吹管、燃烧器和已燃气体吸管组成的组件24小时运行，例如，各室依次装入原料块、自然预热（借助已燃气）、在1100～1200℃（全燃烧区中）强制预热和烘焙、碳块的冷却（和燃烧气体的预热）、已烘焙的碳块的卸下，在需要时的维修作业和新的循环的开始。

碳块的质量（阳极、阴极或侧衬）是关系到霍尔-赫罗尔特电解炼铝法的生产过程和经济性的一个主要因素，必须优选烘焙条件，以便达到理想的质量水平并降低能量消耗水平，即阳极每吨750～800therms（约870～930度/吨）。

合理控制燃烧过程可在各室造成循序浙进的烘焙温度，避免生成烟气，保持最经济的状态（隔墙的耐火材料强度高，使用寿命长，燃料消耗最少）。

人们把使碳块的温度随一定的曲线升高，从而符合烘焙作业的各个阶段作为既定的目的。

该曲线确定了在全燃烧条件下室的隔墙中的气体温度的理论曲线，该曲线考虑到挥发性材料所提供的热。该曲线大致包括约1200℃以内的线性部分，然后是保持在该温度的平直部分。

例如，阳极烘焙的最终温度（1100～1200℃）取决于原料的性质，对该温度进行调节，以使阳极具有最佳特性。

气或油在强制预热和全燃烧区的燃烧靠自动装置实现，该自动装置根据对隔墙内温度的测量结果伺服控制燃烧器。

另一方面，在很大程度上取决于通风的控制的自然预热常常保留为人工控制。

隔墙的通风通常调节为炉中的真空度在各时期保持不变。炉子的操作者依据对隔墙的如下检测的观察结果调校真空度的基准值，使其增大或减小：

一排隔墙的加热比其它排延迟或提前，

出现烟气，

排气条件，

燃烧事故（称作“骤燃”）。

如果隔墙的真空度过低，则低压区不能从碳氢化合物（燃油或气或来自沥青的挥发性材料）充分抽出烟气。如果真空度过高，则由于渗透作用，低压区会吸入过多的空气。在这两种情况下，炉子的热平衡表受到严重破坏，在这两种情况下，还会由未燃烧的材料生成烟气（由于前一种情况下的空气不足和由于在第二种情况下燃烧区过分地朝冷区扩展）。

因此用于优化炉子性能的通风调校关系到综合因素，这取决于炉子操作者的经验和频繁的观察。

为了避免阳极温度升高到预热操作值的任何延迟（补偿这种延迟是困难和昂贵的），操作者往往采用明显超过必需值的真空度。另一方面，由于燃料供给是周期性的（挥发性材料的放出和燃油或气体的输送），这使燃烧所需要的空气发生变化，应当调节流量和真空度值，但实际上这是不可能以最佳和可重复的方式由人工方法实现的。