秦春華

（上海華誼集團(tuán) 丙烯酸有限公司，上海 200137）

回轉(zhuǎn)式燃燒爐由稍作傾斜面轉(zhuǎn)動(dòng)的長(zhǎng)筒所構(gòu)成，傾角一般為1～3℃，此種煅燒爐按其熱供應(yīng)不同分為：煤氣間接加熱煅燒爐:物料所需的熱量由煤氣燃燒經(jīng)轉(zhuǎn)筒外壁間接傳給，一般在筒體的正下面裝有一排煤氣噴嘴，其溫度由調(diào)節(jié)煤氣大小的閥門控制。其加熱位置在煅燒爐正下方，其余方位用保溫材料包裹好，以免熱量損失太大。電加熱回轉(zhuǎn)煅燒爐：物料所需的熱量通過筒外的電加熱獲得，電加熱溫度的控制較煤氣加熱控制方便、穩(wěn)定。由于電加熱絲一般是纏繞在外殼四周，筒體外壁接受的熱比較均勻，因而其徑向溫度也比較均勻。與煤氣作熱源相比，電加熱因其自身特點(diǎn)，而且加熱絲為纏繞式，供熱比較均勻，其徑向溫差更小，控制更簡(jiǎn)單、方便、穩(wěn)定?；剞D(zhuǎn)爐主要運(yùn)用于水泥工業(yè)中煅燒水泥熟料，耐火材料、礦石及陶瓷工業(yè)煅燒粒狀及粉狀物料和在上述工業(yè)中干燥各種原料；也廣泛應(yīng)用于復(fù)合吹煉技術(shù)精煉不銹鋼。在化學(xué)工業(yè)中則廣泛運(yùn)用于干燥、脫水以及焙燒物料。

1 回轉(zhuǎn)爐在催化劑工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

焙燒過程是催化劑制備中的重要步驟，馬弗爐是催化劑在實(shí)驗(yàn)室中普遍采用的的焙燒設(shè)備。某焙燒催化劑的結(jié)束通常被用于評(píng)價(jià)焙燒過程優(yōu)劣、標(biāo)準(zhǔn)。但是在工業(yè)化催化劑的制備過程中，大多采用廂式焙燒爐。網(wǎng)帶式焙燒爐和（推板窯）隧道窯等。由于廂式爐不適合連續(xù)生產(chǎn)，網(wǎng)帶式爐不適合高溫焙燒，所以對(duì)于大批量工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)催化劑往往采用隧道窯（推板窯）和連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐。但這兩類設(shè)備存在較大差異。過去在催化劑制備領(lǐng)域中經(jīng)常使用推板窯、輥道窯、箱式爐等靜態(tài)方式進(jìn)行高溫處理催化劑，隧道泵用的是靜態(tài)焙燒的方式。容易出現(xiàn)窯車下部漏風(fēng)，窯車自身蓄熱等問題。從而引起爐膛的上下、左右空間上的溫度差異。這樣的處理方式容易在催化劑比表面積、孔容、孔徑產(chǎn)生差異，從而導(dǎo)致催化劑的反應(yīng)活性產(chǎn)生差異。

而回轉(zhuǎn)爐泵用的是動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)的方式，爐體自身的旋轉(zhuǎn)能促使物料顆粒之間的相互混合。它的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)特性使得其能夠逐步取代以上設(shè)備成為工業(yè)制造的主要焙燒裝置[1]。隨著催化劑在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越多，對(duì)制作催化劑的工藝要求也不斷提高，特別是對(duì)催化劑的生產(chǎn)過程尤其是催化劑預(yù)處理、催化劑焙燒、催化劑再生中的均勻性要求也更嚴(yán)格，這使得回轉(zhuǎn)爐得以廣泛應(yīng)用。因此，從實(shí)驗(yàn)的馬弗爐，放大到工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)催化劑需要詳細(xì)分析回轉(zhuǎn)爐的主要技術(shù)參數(shù)，從而再進(jìn)一步研究其對(duì)催化劑活性、強(qiáng)度、微觀結(jié)構(gòu)及組成的影響。

2 回轉(zhuǎn)爐在催化劑工業(yè)生產(chǎn)中的主要技術(shù)參數(shù)

回轉(zhuǎn)爐在催化劑工業(yè)生產(chǎn)中主要的技術(shù)包括：內(nèi)部溫度控制、物料走向控制、內(nèi)部氣體分布、進(jìn)出料方式的控制，以及尾氣除塵系統(tǒng)等。

2.1 內(nèi)部溫度控制

內(nèi)部溫度控制是回轉(zhuǎn)爐煅燒的最主要技術(shù)參數(shù)之一。不同的焙燒溫度導(dǎo)致催化劑的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、晶相產(chǎn)物、顆粒大小，組成份甚至物理強(qiáng)度都會(huì)產(chǎn)生差異，從而影響催化劑的整體性能，爐溫的均勻性是熱處理爐的主要性能指標(biāo)之一，對(duì)焙燒質(zhì)量有直接重要的影響，測(cè)量回轉(zhuǎn)爐爐膛內(nèi)部溫度是很困難的，特別是在高溫、物料的粘結(jié)、腐蝕性強(qiáng)的場(chǎng)合，問題更為突出。由于溫度儀表只能顯示及控制某一點(diǎn)的性質(zhì)，對(duì)于除此之外的爐膛其他空間則無法顯示、并控制，為了確定爐內(nèi)空間有效工作區(qū)的大小和位置，有必要對(duì)熱處理爐整個(gè)爐膛的溫度進(jìn)行檢測(cè)分析，明確爐膛內(nèi)部空間溫度的三維溫度場(chǎng)。

一般回轉(zhuǎn)爐爐膛內(nèi)溫度較高，可沿長(zhǎng)度方向分為三帶，即加熱帶、還原帶和冷卻帶。通常對(duì)于爐膛內(nèi)部溫度控制采用在爐壁外側(cè)設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)。通過爐膛外側(cè)周圍包裹的電加熱設(shè)備進(jìn)行升溫控制。但是催化劑制備過程中存在催化劑本身的吸熱或放熱過程，要使得催化劑在嚴(yán)格精細(xì)的溫度控制過程中焙燒，光靠爐膛外側(cè)的測(cè)溫點(diǎn)顯然是不夠的。而能觀察到爐膛內(nèi)部變化的測(cè)溫裝置是非常重要的，而這樣的測(cè)溫點(diǎn)不僅要考慮縱向、軸向的溫度梯度，更重要的是在機(jī)械上保持與轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)的一致性。

2.2 進(jìn)出料系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)爐的進(jìn)出料按照焙燒工藝可以分為間歇式進(jìn)出料和連續(xù)式進(jìn)出料。間歇式回轉(zhuǎn)煅燒爐在工作時(shí)，筒體成水平狀態(tài)，裝料時(shí)呈傾斜狀態(tài)。物料裝人轉(zhuǎn)筒后，蓋上上蓋，放置水平后即可轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，點(diǎn)煤氣煅燒，加熱到一定溫度和經(jīng)一定時(shí)間后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，打開出料端，將燒好的物料卸出，而后再裝人待煅燒料。這種結(jié)構(gòu)的爐子在裝料及卸料時(shí)必須轉(zhuǎn)動(dòng)筒體的傾斜度，以便將料裝卸，因此，不宜用電加熱形式。卸料時(shí)，物料溫度較高，熱粉塵飛揚(yáng)嚴(yán)重，操作環(huán)境和勞動(dòng)條件較差。間歇式回轉(zhuǎn)煅燒爐的操作過程為間歇式，一般有升溫期、恒溫期、降溫期，因而其操作時(shí)間較長(zhǎng)，1天僅1～2爐，產(chǎn)量較小。由于裝入的物料較多，物料厚，溫差較大。

連續(xù)式回轉(zhuǎn)煅燒爐進(jìn)料、出料都連續(xù)進(jìn)行，筒體一般較長(zhǎng)，為6～12m。物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的停留時(shí)間由轉(zhuǎn)筒的傾斜角度及轉(zhuǎn)動(dòng)的速度決定。傾斜角度在設(shè)計(jì)安裝時(shí)已定，轉(zhuǎn)動(dòng)速度可在操作中變動(dòng)。連續(xù)式回轉(zhuǎn)煅燒爐具有操作穩(wěn)定，進(jìn)出料皆由機(jī)械輸送等特點(diǎn)，因而勞動(dòng)條件及勞動(dòng)強(qiáng)度較前者優(yōu)越，特別當(dāng)配上電加熱后，操作更為穩(wěn)妥、可靠、方便。連續(xù)式回轉(zhuǎn)煅燒爐筒體的前部為物料預(yù)熱干燥段，溫度緩慢上升，中部為煅燒段，溫度基本恒定，后部為冷卻段，溫度逐漸下降。經(jīng)干燥的物料由加料器連續(xù)均衡地加入轉(zhuǎn)筒內(nèi)，經(jīng)預(yù)熱干燥段后，進(jìn)入緞燒段，最后經(jīng)冷卻段，從尾部出料至下一工序。經(jīng)煅燒釋放出的濕氣和分解產(chǎn)生的氣體由頭部煙囪自然拔風(fēng)排出。

間歇式進(jìn)出料系統(tǒng)一般通過螺旋擋板正旋進(jìn)料、反旋出料的方式進(jìn)行進(jìn)出料，也有采用焙燒時(shí)水平旋轉(zhuǎn)，進(jìn)出料時(shí)調(diào)整筒體傾斜角度的方式進(jìn)出料。這樣的方式可以有利于精確控制物料在爐膛內(nèi)焙燒時(shí)間，但是這樣的進(jìn)出料生產(chǎn)量受限于爐膛內(nèi)的有效焙燒體積，而連續(xù)式進(jìn)料是通過轉(zhuǎn)管的轉(zhuǎn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)以及轉(zhuǎn)管與地面的傾角來調(diào)節(jié)，一般為1～3℃，這種方式對(duì)于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)較有利。但是這種方式的溫度控制由于爐管內(nèi)存在軸向的溫度梯度而不宜精確控制，且卸料時(shí)高溫物料的揚(yáng)塵也非常嚴(yán)重。還有一個(gè)影響進(jìn)料的因素是進(jìn)料初期存在物料易破碎的問題，尤其是顆粒狀物料的進(jìn)料，因此，一般會(huì)在轉(zhuǎn)爐和爐頭處設(shè)置進(jìn)料裝置，使物料能夠被平穩(wěn)送入爐膛。

2.3 爐膛內(nèi)部的物料走向控制

被燒物料均勻性的是窯爐關(guān)鍵工藝技術(shù)之一，物料在通過進(jìn)料系統(tǒng)后，進(jìn)入爐膛內(nèi)部以旋轉(zhuǎn)向前的方式在爐膛內(nèi)運(yùn)行，不同的物料，由于其物料大小，顆粒分布，流動(dòng)性的不同在爐膛內(nèi)會(huì)置關(guān)不同的物料走向。這些不同的特性使得物料在縱向旋轉(zhuǎn)的速度不一，使得其熱量的爐壁接觸時(shí)間不一，即而導(dǎo)致物料的受熱均勻不一致，流動(dòng)性好的物料在設(shè)定區(qū)域停留時(shí)間不夠，而流動(dòng)性差的物料則停留時(shí)間過長(zhǎng)，這都會(huì)對(duì)催化劑的活性產(chǎn)生影響。

而就回轉(zhuǎn)爐本身而言堆積面積和轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)物料走向影響更大，物料的堆積面積，即在軸向上物料所占爐管截面積的比例，這個(gè)比例的大小直接影響到物料翻滾的均勻性，如果比例過大則雖然爐管在轉(zhuǎn)動(dòng)，但物料中必定有部分沒有得到翻轉(zhuǎn)，而導(dǎo)致受熱不均勻。而轉(zhuǎn)動(dòng)速度的快慢會(huì)直接影響物料走出爐膛的速度，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度也影響著物料的翻滾程度即直接接觸熱源的時(shí)間，不同的接觸時(shí)間對(duì)催化劑的性能影響也是巨大的，為此，在回轉(zhuǎn)爐的爐膛內(nèi)一般會(huì)放置擋板。物料在爐膛內(nèi)的走向以旋轉(zhuǎn)向前為主，爐膛內(nèi)設(shè)置抄板可以提高催化劑在爐膛內(nèi)的混合程度，它主要解決了焙燒物料不均勻的問題。物料由于本身的流動(dòng)性造成爐管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)物料的轉(zhuǎn)動(dòng)存在差異，設(shè)置抄板可以使物料通過間歇性停頓而使整體停留時(shí)間保持均勻。而抄板的高度及數(shù)量則要根據(jù)被燒物料的焙燒時(shí)間工藝而決定。當(dāng)然有些特殊的催化劑為了使停留時(shí)間加長(zhǎng)而專門在爐膛內(nèi)設(shè)置多組翅片等。

控制好物料在爐膛內(nèi)的走向是保證催化劑走到焙燒結(jié)果的關(guān)鍵。因此，不同的物料尤其是對(duì)制備要求較高的催化劑，有焙燒之前做好物料停留時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，對(duì)保證焙燒質(zhì)量是必不可少的過程，甚至一些更重要的催化劑，建議提前能做冷模實(shí)驗(yàn)。

2.4 爐膛內(nèi)部氣體分布

催化劑在焙燒過程中由于工藝條件不同，所需的被燒環(huán)境也不同，尤其是一些催化劑需要控制焙燒過程中氧含量或者需要加入特殊氣體的要求，還有一些催化劑需要在微負(fù)壓的環(huán)境下進(jìn)行焙燒，則回轉(zhuǎn)爐在設(shè)計(jì)時(shí)，尤其是進(jìn)出料部份存在氣體流動(dòng)的地方，需要特殊設(shè)計(jì)。尤其對(duì)于需要?dú)夥湛刂频拇呋瘎┍簾浅Ｖ匾?，一段催化劑的制作過程就是一個(gè)小型的化學(xué)反應(yīng)過程，因此內(nèi)部氣氛控制的本質(zhì)就是控制這個(gè)小型反應(yīng)發(fā)生的條件。

爐膛內(nèi)氣體分布的關(guān)鍵是回轉(zhuǎn)爐的密封系統(tǒng)，保證產(chǎn)品質(zhì)量需要好的密封性能，同時(shí)又能適應(yīng)筒體的形狀誤差（圓度、偏心等）及運(yùn)轉(zhuǎn)中軸向的反復(fù)竄動(dòng)，磨損輕，維護(hù)檢修方便，且結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單。其中的關(guān)鍵點(diǎn)主要為爐管進(jìn)出料部分的密封，因?yàn)檫M(jìn)出料是唯一可以與外界空氣直接接觸進(jìn)行交換的地方，因此，保證這兩個(gè)部分的密封是保持爐膛內(nèi)氣氛的基本條件。特別是出料端密封的好壞是回轉(zhuǎn)爐能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。為此,設(shè)計(jì)可靠、合理的密封結(jié)構(gòu)至關(guān)重要?；剞D(zhuǎn)爐直徑一般較大,長(zhǎng)度大約15～90m,其制造精度就很難保證。若回轉(zhuǎn)精度差,進(jìn)出料箱體與爐體回轉(zhuǎn)部位的跳動(dòng)比較大,造成回轉(zhuǎn)部位與靜止部件的間隙不均勻,泄漏嚴(yán)重,通常的密封方式有：填料密封、迷宮密封及魚鱗片密封。其次則是進(jìn)出氣的通氣方式，一般采用在出料口進(jìn)氣，進(jìn)料口出氣的方式，這樣可以充分利用高溫段的溫度。還有就是進(jìn)氣量，氣體量的控制即要不使?fàn)t膛的物料呈流態(tài)化，如在爐膛內(nèi)增加氣體分布器或整流板等，又要充分的與物料接觸[2]。

2.5 尾氣除塵系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)爐焙燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣和粉塵，溫度較高，是造成環(huán)境污染和能源浪費(fèi)的主要因素之一。轉(zhuǎn)爐尾氣除塵方法目前對(duì)轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)除塵主要是借助于除塵器實(shí)現(xiàn)除塵，具體來說有以下幾種方式：重力除塵：就是利用重力作用將塵粒沉淀并分離捕捉的一種除塵器。重力除塵具有設(shè)備投資小，操作簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但是除塵效果一般，無法適用于除塵要求較高的場(chǎng)合；電除塵：是利用電極放電原理，將灰塵顆粒電離帶電，從而在電場(chǎng)的作用下吸附于集塵電極上，再依靠振打裝置將吸附在集塵電極上的灰塵抖落至集塵器中。這種除塵方式效率高，且除塵效果好，但是設(shè)備投資大，且后期維護(hù)管理成本高；濕式除塵：是依靠塵粒與水或者水滴碰撞凝聚，從而將塵粒從氣流中分離出來，也是一種操作簡(jiǎn)單的除塵方法，但是由于水進(jìn)入了除塵循環(huán)中，會(huì)產(chǎn)生二次污染，因而應(yīng)用有一定限制；袋式除塵：是依靠有機(jī)纖維或無機(jī)纖維過濾布將氣體中的塵粒過濾而實(shí)現(xiàn)除塵的，這種除塵方式適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用前景廣闊，后期維護(hù)中需要定期對(duì)除塵袋進(jìn)行清洗或者更換。

催化劑在回轉(zhuǎn)爐焙燒時(shí)，由于轉(zhuǎn)爐工作的間歇性、周期性，產(chǎn)生的尾氣也是間歇性的，且在一個(gè)周期內(nèi)溫度變化較大。若不進(jìn)行噴水冷卻，則溫度變化范圍非常大，若進(jìn)行噴水冷卻，則含濕量卻非常大，低溫下極易結(jié)露，且考慮到不同催化劑自身的物理特性，因此，采用布袋、塑燒板均極易出現(xiàn)糊袋、堵塞現(xiàn)象。能用于400℃及以上除塵的高溫濾料的市場(chǎng)品種主要有：多孔金屬材料如不銹鋼或FeCrAl金屬纖維氈或金屬粉末、多孔陶瓷材料、玄武纖維等，其主要要求：耐高溫、抗腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好，強(qiáng)韌、抗熱震、過濾效果好，阻力低、氣體滲透好，壽命長(zhǎng)等[3]。

3 回轉(zhuǎn)爐技術(shù)在催化劑制備工業(yè)運(yùn)用的發(fā)展

回轉(zhuǎn)爐技術(shù)，目前在我國(guó)的發(fā)展主要以實(shí)驗(yàn)室以及中試放大為主，在催化劑的工業(yè)化運(yùn)用也較少，但由于其動(dòng)態(tài)焙燒的優(yōu)越性，有利于催化劑這類焙燒要求較高的制備過程，因此，回轉(zhuǎn)爐勢(shì)必成為以后在催化劑制備領(lǐng)域的主流設(shè)備，前景非常廣泛。但是目前國(guó)內(nèi)催化劑回轉(zhuǎn)爐焙燒發(fā)展較慢的主要原因在于，其在精確的溫度控制、物料的撤熱方式、物料的加料方式、氣氛條件的控制等方面還需要進(jìn)一步研究。而對(duì)于我們催化劑研發(fā)人員而言，要使小試成果能夠成功在工業(yè)化運(yùn)用需要全面掌握設(shè)備的工藝特性，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)制備工藝，合理利用其優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)自身工藝的需要適當(dāng)改變?cè)O(shè)備的零部件，來達(dá)到最佳效果使得催化劑在工業(yè)化生產(chǎn)過程中能夠保證連續(xù)、穩(wěn)定的質(zhì)量和產(chǎn)能。

[1]楊倩，曾令可.我國(guó)回轉(zhuǎn)爐技術(shù)現(xiàn)狀及特點(diǎn)[J].陶瓷，2010,（2）:44-48.

[2] 王海船,羅曉燕.新型氮?dú)獗Ｗo(hù)回轉(zhuǎn)電爐的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工業(yè)加熱，2010,39（6）:61-64.

[3] 申國(guó)強(qiáng).轉(zhuǎn)爐煙氣除塵污水處理工藝探索[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012,（4）:143-144.