趙振永，溫祖元

（特諾恩技術（天津)有限公司，天津 300192）

安全是所有的設備在設計上都必須重視的問題，尤其對于特殊行業(yè)的設備。

臺車爐是傳統(tǒng)的周期式加熱物料的爐型，用途廣泛，結構簡單。但不同的應用場合，會對臺車爐提出不同的要求。用于炭素焙燒的臺車爐由于所加熱的物料的特點，在結構上就需做特殊考慮。

炭素焙燒包括細顆粒特炭產(chǎn)品和普通炭素產(chǎn)品的焙燒，焙燒前的生坯是由焦炭和瀝青混捏成型的，其中瀝青粘結劑的含量為30%～40%（重量比），瀝青粘結劑在焙燒過程中會釋放出大量揮發(fā)份（大部分揮發(fā)份在350～450℃之間揮發(fā)出來），失重在45%～55%之間。而揮發(fā)份中含有大量的可燃物（如炭粒）以及多種對人體有害的物質（如苯并芘、苯并蒽、咔唑等多種多環(huán)芳烴類物質），因此，在焙燒過程中，整個爐膛處于易爆且有毒氣體的環(huán)境中，需要采取相應的措施來保證爐子的安全運行。

瀝青煙氣有毒、易爆，要防止瀝青煙氣泄漏到爐外，同時也要防止爐外的冷空氣進入爐內，那么，爐子就應該處于良好的密封狀態(tài)，這就對爐子的密封性能提出了較高要求。對于爐子的整體密封而言，主要有兩部分：爐門密封、臺車周邊與爐體及爐門下部的密封。此外，爐子鋼結構均需采用氣密焊接。由于該種焙燒爐有這種危險性，通常將這種爐子建在露天，而不是建在廠房內。該臺車式炭素焙燒爐的外觀見圖1。

圖1 臺車式炭素焙燒爐外觀圖

1 爐門密封

為了保證爐門與爐體之間的良好密封，采取了如下措施：

（1）采用四周通入連續(xù)冷卻水的水冷爐門以及水冷爐門框和過梁，以避免受熱變形。

（2）在爐門與爐門框之間采用蝌蚪式密封帶作為密封材料，見圖2。

圖2 蝌蚪式密封帶結構示意圖

蝌蚪式密封帶是一個直徑為50 mm的球附帶一個長約40 mm的尾巴，用硅酮密封膠和螺栓將其固定在門框表面。該密封帶材質為帶304ss網(wǎng)芯的硅膠涂層玻璃纖維，該密封帶耐溫可達260℃，具有良好的抗熱沖擊性和優(yōu)良的彈性。固定在爐口上的蝌蚪式密封帶是一整根，中間不能斷開。使用中建議在每次加熱周期后對蝌蚪帶密封件進行檢查，對翹起部位重新粘貼或更換。

當爐門被壓緊在爐門框架上的蝌蚪帶上時，爐門與爐子就形成了氣密密封。

（3）在爐門兩側的上、下部位各設置一個機械式壓緊裝置（共4個），見圖3。

圖3 爐門壓緊裝置結構示意圖

該壓緊裝置由位于爐門下部兩側的手動絞盤及曲柄連桿、碟簧及凸輪機構等組成。通過絞盤向下拉連桿，帶動凸輪向下轉動，凸起部分即頂向碟簧裝置，從而實現(xiàn)對爐門的壓緊。

①碟簧裝在鋼制套筒內，給碟簧設置預緊力450 kg；套筒前部設有耳軸，通過耳軸將套筒固定到支架上。這樣，套筒可以繞耳軸轉動。在套筒內穿過碟簧并固定碟簧的桿件如圖4所示，在套筒底部用螺栓與此桿件聯(lián)接固定。

圖4 碟簧固定桿結構示意圖

②凸輪并不是直接作用在碟簧上面，而是通過一段連桿（一端壓在碟簧上面，另一端固定在支架上）作用到碟簧上。爐門處于壓緊狀態(tài)時對爐門的壓緊力等于爐膛壓力0.75 kPa時對爐門的作用力；當爐壓超過0.75 kPa時，施加到碟簧上的力將導致碟簧偏轉，從而使爐門從壓緊位置向外移動50 mm的控制距離，這將使爐門脫離開蝌蚪式密封帶，并讓爐內氣體沿爐門邊緣溢出。

爐壓達到3.22 kPa或者更高時，將導致用于固定碟簧裝置的四個螺釘切斷并使爐門離開爐門框自由搖擺。

2 爐車周邊水封槽密封

在爐車的外圍四周配置可升降的水密封槽，采用循環(huán)水作為臺車四周與爐體及爐門下部之間的密封介質。當爐車處于“爐內到位”位置時，水槽被提升起來，這時位于爐車外圍四周以及附在爐墻和爐門上的密封刀就進入到水槽中。當水槽升起到位后，手動打開位于爐子后部供水管上的閥門將水注入水槽。這個閥在爐子的整個焙燒周期中必須一直保持“打開”狀態(tài)，使進入水槽的水總是有溢出的，以維持水槽內的水處于合適的高度，這樣，密封刀就全部進入到水中形成水封。溢出的水被排到爐車下方的一個地面排水溝中，在加熱周期結束時，手動將供水閥切換到“關閉”位置，并且手動打開水槽里的排水塞將水槽內的水徹底排空。然后將水槽降低一個足夠的高度，使水封刀脫離開水槽，以使爐車能夠移出。

水槽通過一系列的滾輪被附在爐車上，爐車上的水槽通過曲柄連桿裝置來實現(xiàn)升降，曲柄連桿裝置位于水槽下方并由安裝在基礎上的鋼架來支撐，如圖5所示。

圖5 臺車四周水封槽及其升降裝置結構示意圖

水密封應與爐門密封協(xié)同工作，來共同防止爐內由于意外爆燃產(chǎn)生的高壓：

爐內壓力超過0.75 kPa，壓緊碟簧偏轉使爐門打開一道縫，可以釋放掉少量揮發(fā)份意外爆燃產(chǎn)生的壓力；爐內壓力超過1.24 kPa，將水封槽內的水吹起，臺車四周水封槽成了泄壓的通道；爐內壓力超過3.22 kPa，將爐門完全吹開。

3 燃燒報警系統(tǒng)

除了要保證爐子的良好密封外，焙燒過程中爐子燃燒系統(tǒng)的安全運行同樣很重要，為此設有燃燒報警系統(tǒng)，由所需的壓力開關、聯(lián)鎖裝置和其他傳感器組成，用于向報警系統(tǒng)提供需要的所有信號。報警系統(tǒng)將采用“首個報警”的順序，也就是在同一時間超過一個點報警則只識別第一個報警。

下面幾點將會引起報警：①燃氣壓力高于設定值；②燃氣壓力低于設定值；③助燃空氣壓力低于設定值；④冷卻水壓力低于設定值；⑤冷卻水溫度高于設定值；⑥冷卻水流量低于設定值；⑦各區(qū)爐溫高于設定值；⑧爐壓高或低于設定值。

此外，燒嘴配有電離火焰監(jiān)測器，用來監(jiān)測主燒嘴和點火燒嘴的火焰燃燒情況。

這是保證正常燃燒的前提條件。此外，還有下列措施來保障爐子的安全運行。

4 爐內氧含量的監(jiān)控

爐內處于易爆環(huán)境中，因此控制爐內氧含量就顯得至關重要。在保證爐子密封性能的前提下，使爐子始終處于微正壓操作，就可避免爐外的空氣進入爐內。這樣，爐內的氧含量僅取決于燒嘴的燃燒供給，通過空燃比的嚴格控制，就可嚴格控制爐內的氧含量。根據(jù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品不同（特炭或普通炭素產(chǎn)品），氧含量通?？刂圃?.1%～1%之間。爐內氧含量的測量采用高性能的激光式氧分析儀，在線測量，連續(xù)現(xiàn)場監(jiān)測。該激光式氧分析儀適用于重度灰塵場合，其氧氣探測極限為0.01%。

爐后排煙管道上設有蝶閥式煙閘來控制調節(jié)爐壓，通常爐壓設定在7 mm水柱。

5 氮氣加壓系統(tǒng)和緊急水加壓系統(tǒng)

如前文所述，正常情況下炭素焙燒爐是在低氧氣氛下運行的。但在出現(xiàn)故障的情況下，比如電力故障、燃燒系統(tǒng)故障、控制系統(tǒng)故障或其它故障等，燃燒系統(tǒng)就會自動關閉，爐子就開始冷卻，爐內壓力就會由正壓逐漸下降變?yōu)樨搲?，趨向于吸入空氣。為此爐子裝備有一個氮氣加壓系統(tǒng)和緊急水加壓系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)自動將介質注入爐內，以使爐內保持正壓?？刂葡到y(tǒng)首先從氮氣加壓系統(tǒng)中向爐內注入氮氣。如果氮氣系統(tǒng)不能在爐內產(chǎn)生正壓，則使用緊急噴霧水加壓系統(tǒng)：手動打開位于爐后的水閥，插入爐內的噴嘴就會將霧狀的水噴入爐內，并迅速在高溫爐內形成水蒸氣，從而保持爐內的正壓狀態(tài)。調節(jié)水閥開度，維持爐內正壓，既不要超壓，也不要使爐內產(chǎn)品快速冷卻。在插口旁邊設有斜管壓力計方便操作人員觀測爐膛壓力；緊急水量設計為25 L/h。同時，調節(jié)位于爐后煙道上的煙閘以維持爐內壓力。

在正常焙燒過程中一旦爐內氧含量超過3.0%，控制系統(tǒng)就會發(fā)出“超高氧”報警，同時氮氣閥打開、燒嘴自動關閉，緊急氮氣被注入爐內。通過緊急氮氣來稀釋爐內氧含量，達到控制爐內氧氣含量的目的，操作者可以在HMI屏幕上手動選擇時間的長短。充氮氣期間爐壓保持在15 mm水柱,在氧含量降到3%以下之前,主燒嘴不能點火。

氮氣加壓系統(tǒng)的最大設計流量為每臺爐子100 m3/h。

在現(xiàn)場不具備氮氣資源的情況下，可以直接采用緊急水加壓系統(tǒng)。與采用氮氣加壓系統(tǒng)相比，緊急水加壓系統(tǒng)會使爐溫降溫更快。而爐內氧含量超過設定值后，燒嘴會自動關閉。

6 廢氣焚燒系統(tǒng)

最后，為了處理有毒、易爆的揮發(fā)份（瀝青煙氣），為臺車式焙燒爐配備了焚燒爐，從臺車爐排出的含瀝青煙氣的廢氣通過煙道進入到焚燒爐中，焚燒后的熱廢氣可以通過余熱回收加以利用，然后通過煙囪排到大氣中。

經(jīng)過焚燒處理后的廢煙氣可以達到下列排放值：顆粒/粉塵＜20 mg/m3；以“總碳”表示的有機物＜30 mg/m3；苯＜1 mg/m3；多環(huán)芳烴（PHA）＜0.5 mg/m3；氮氧化物50～150 mg/m3；硫氧化物50～200 mg/m3（硫氧化物的排放量取決于焦炭和瀝青中的含硫量）。

對于未達到國家或地方排放標準的各項，還需采取相應措施進行治理，因其不屬于本文討論的范疇，這里不再贅述。

7 結語

TENOVA CORE已經(jīng)在國內外建造了上百臺套這種臺車式炭素焙燒爐，在該爐型上采取的安全措施也是成熟可靠的，值得我們在類似的設計中借鑒。相比加熱鋼材的臺車爐，臺車式炭素焙燒爐需要考慮的因素更多。這表明結構簡單的臺車爐可以在更復雜的條件下得到應用，傳統(tǒng)的臺車爐仍有很大的應用空間。