氣體懸浮焙燒爐教材

一、回轉(zhuǎn)窯的描述：氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產(chǎn)工藝中最后一道工序，焙燒的目的是在1000℃自1856—1892年以來，分別由法國薩林德廠和奧地利人K.J拜耳研究創(chuàng)造堿-石灰燒結(jié)法和利用苛性堿溶液直接浸出鋁兔礦生產(chǎn)氧化鋁的拜耳法以來，已有100多年的歷史了，截止到1963年，世界各國氧化鋁廠根本上都采用回轉(zhuǎn)窯焙燒氫氧化鋁來生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程。回轉(zhuǎn)焙燒窯的長度一般都在100米左右，直徑在3米左右，有2%左右的斜度。在開始下料前，首先要點燃安裝在窯前的油槍，把窯內(nèi)的溫度加熱到1000℃根據(jù)物料在窯內(nèi)發(fā)生的物理化學變化，可以將窯從窯尾起劃分為以下四個帶：1、烘干帶：此帶的主要作用是去除附著水，入窯后的濕氫氧化鋁并參和電收塵來的窯灰由30℃左右被加熱到200℃左右，附著水全部被蒸發(fā)，烘干帶的熱氣那么由600℃左右降低到2502、脫水帶：此帶的主要作用是去除結(jié)晶水，氫氧化鋁由200℃左右繼續(xù)被加熱到900℃左右，全部脫除結(jié)晶水變?yōu)楦埋R氧化鋁〔γ—氧化鋁〕，而此帶的溫度由1050℃3、煅燒帶：此帶的主要作用是進行晶型轉(zhuǎn)變，火焰溫度可達1500℃左右，嘎馬氧化鋁〔γ—氧化鋁〕轉(zhuǎn)變?yōu)榘柗ㄑ趸X〔α—氧化鋁〕，焙燒溫度在1100—1200℃左右，物料在窯內(nèi)停留404、冷卻帶：氧化鋁在此帶冷卻到900—800℃用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)氧化鋁有幾大缺點：1、設備投資大；2、占地面積大；3、GJ/t左右；4、設備運轉(zhuǎn)周期短，維修強度大，費用高。5、對環(huán)境污染嚴重；6、產(chǎn)品質(zhì)量不好掌握，波動性較大。焙燒氧化鋁的主要質(zhì)量指標是灼減的控制，必須控制在1.0%以下，——0.4%，如有10毫米—0.3%，質(zhì)量正好的氧化鋁，其顏色應是杏黃色到黃金色之間，勺子斜放時流動較慢，外表出現(xiàn)凹凸不平的痕跡。等級AL2O3＞雜質(zhì)含量〔%〕SiO2Fe2O3Na2O灼減一級0,02二級0.03三級二、新型氧化鋁焙燒窯爐的開展和應用：當今世界各國氧化鋁廠采用的新型焙燒爐主要有三種類型：美國鋁業(yè)公司的流態(tài)化閃速焙燒爐：美國鋁業(yè)公司從1946年開始進行流態(tài)化焙燒的實驗和半工業(yè)化試驗，到1963年第一座300t/d氧化鋁的流態(tài)閃速焙燒爐誕生，用了17年的時間，至今美國鋁業(yè)公司的F．F．C裝置已開展為五種規(guī)格型號，產(chǎn)能最大可到達2400噸以上。德國魯奇公司和聯(lián)合鋁業(yè)公司的循環(huán)流態(tài)焙燒爐，魯奇公司從1958年開始研究氫氧化鋁沸騰焙燒，1963年第一座25t/d的試驗裝置成功。1970年在利泊廠建成一臺500t/d循環(huán)沸騰焙燒爐，從研究到產(chǎn)業(yè)化共用了12年時間，最大設計產(chǎn)能3000t/d。丹麥史密斯公司的氣體懸浮焙燒爐：丹麥史密斯公司的氣體懸浮焙燒是從水泥窯的氣體懸浮窯處分解裝置移植而來，史密斯公司從1975年立項開始進行氫氧化鋁氣體懸浮焙燒試驗，到1979年進入半工業(yè)化試驗，進行了三個月的試驗比擬成功。1984年在印度的享達爾闊廠設計安裝了一臺850t/d的氣態(tài)懸浮焙燒爐〔G.．S．C〕，1986年投產(chǎn)，從研究到產(chǎn)業(yè)化共用10年時間。法國F．C．B公司的氣體懸浮焙燒爐：在法國，流態(tài)化焙燒爐原先由尤仁辛爾曼公司和西德的K．H．D公司所屬的加丹氧化鋁廠內(nèi)建成一臺30t/d氧化鋁的閃速焙燒爐，進行了6個月的焙燒—鋁電解系統(tǒng)的聯(lián)合試驗，試驗結(jié)果非常好，于是F．C．B公司和希臘鋁業(yè)公司在1981年6月決定在圣．尼古拉斯廠建設一套日產(chǎn)900噸氧化鋁的氣體懸浮焙燒爐，1984年建成投產(chǎn)。三、流態(tài)化焙燒技術及裝置的優(yōu)缺點：目前，世界上四個國家研制開發(fā)的三種類型的焙燒爐雖各有特點和略有優(yōu)劣之別，但均具有共同的技術經(jīng)濟的先進性，與回轉(zhuǎn)焙燒窯相比，流態(tài)化焙燒具有以下顯著優(yōu)點：GJ/T—AL2O3——AL2O3，可節(jié)煤氣約為300m3產(chǎn)品質(zhì)量好：⑴產(chǎn)品中有害雜質(zhì)SiO2根本不受焙燒過程的影響，只取決于它在氫氧化鋁中的含量；⑵流態(tài)化焙燒產(chǎn)品中不同粒級氧化鋁的焙燒程度均勻，相同比外表積的氧化鋁中阿爾法氧化鋁〔α—氧化鋁〕含量低，在鋁電解中溶解速度較快，可提高鋁電解的電流效率；⑶流態(tài)化焙燒的破碎指數(shù)不高；⑷三種類型的流化焙燒爐均能滿足生產(chǎn)砂狀氧化鋁要求。3．投資少：流態(tài)化焙燒的投資比回轉(zhuǎn)窯焙燒的投資少，國外各公司發(fā)表的數(shù)據(jù)為：〔1〕美國F．F．C少50%左右；〔2〕西德G.．S．C少20%左右；〔3〕法國G.．S．C少15-20%左右，國內(nèi)于是1983年，以日產(chǎn)800噸氧化鋁的焙燒裝置為例，根據(jù)實物工作量按當時的國內(nèi)價格計算，流態(tài)化焙燒裝置的投資比回轉(zhuǎn)窯少40—60%左右。4．占地面積?。毫鲬B(tài)化焙燒裝置的占地面積小，以日產(chǎn)800噸氧化鋁的焙燒設備為例，僅是回轉(zhuǎn)窯焙燒裝置的五分之一，而建筑面積約為三分之一至三分之二。5．設備簡單，使用壽命長，維修難度低，費用低流態(tài)化焙燒系統(tǒng)除了引風機、給料設備之外，沒有大型的轉(zhuǎn)動設備。爐襯使用壽命可長達10年左右，因而維修費用低，據(jù)有關廠家提供的數(shù)據(jù)：流態(tài)化焙燒爐的維修費用只是回轉(zhuǎn)窯的35%左右。6．對環(huán)境的污染輕由于流態(tài)化焙燒爐燃燒完全，過?？諝庀禂?shù)低，廢氣中氧的含量低〔1-2%〕，廢氣中的SO3的生成量均要比回轉(zhuǎn)窯低；排入大氣的煙含塵量均小于50mg/nm3，因此對環(huán)境的污染輕。四、流態(tài)化和氣態(tài)化焙燒技術和設備在我國應用的狀況：流態(tài)化焙燒爐和氣態(tài)懸浮焙燒是二十世紀八十年代以來，我國開始引進的具有世界先進水平的氫氧化鋁焙燒技術和設備，該爐型裝置具有熱耗低、投資少、設備簡單、使用壽命長、維修費用低、自動化程度高、有利于環(huán)境保護等特點，截止到2005年，我國已投入使用和正在建設中的流態(tài)化和氣態(tài)懸浮焙燒爐大約有27臺之多，如：山西正在使用的6臺，山東正在使用的2臺，鄭鋁正在使用的3臺，中州鋁正在使用的4臺，平果鋁正在使用的2臺，桂西正在建的2臺，貴鋁正在使用的2臺，重慶正在建的1臺，義馬正在使用的1臺，山東茨平正在建的2臺，東方希望正在使用的一臺，開曼即將建成的一臺。五、三種爐型的優(yōu)劣分析：流態(tài)化焙燒爐雖具有共同的優(yōu)點，但認真分析比擬，無論從技術經(jīng)濟指標，還是爐型的設計成熟性與生產(chǎn)穩(wěn)定性，不同爐型具有各自的特點與缺乏，比擬分析如下：1、美鋁流態(tài)閃速焙燒爐〔F．F．C〕美鋁流態(tài)閃速焙燒爐屬正在作業(yè)，采用稀相換熱和濃相保溫相結(jié)合的技術，相對另兩種爐型有其特點：其一：由于采用了調(diào)節(jié)焙燒溫度和停留保溫槽料位〔控制反響時間〕這一雙重控制方式，產(chǎn)品質(zhì)量能得到可靠的保障，同時可根據(jù)用戶的要求獲得不同灼減、比外表積及α—氧化鋁含量的焙燒產(chǎn)品。其二：由于整套裝置設計了預熱爐、流化枯燥器、停留保溫槽、流化冷卻器這四個緩沖器，假設焙燒爐的枯燥段、焙燒段和冷卻段中任何一段出現(xiàn)短時故障〔或因進出料外部系統(tǒng)影響〕，另外三段仍能維持運行，整個系統(tǒng)不會產(chǎn)生熱工制度的大波動，對焙燒爐的使用壽命及生產(chǎn)的恢復有利，因此整個焙燒爐運行穩(wěn)定可靠，并且承受各種事故的能力強，其三：爐內(nèi)襯及養(yǎng)護〔烘爐〕過程設計合理，因此運轉(zhuǎn)率可達95%左右。美鋁流態(tài)閃速焙燒爐也有其本身的缺乏：一、此套裝置適應低水分的氫氧化鋁物料〔6—8%〕，假設氫氧化鋁附著水較高時，必需通過增加過剩空氣，使熱量從焙燒段帶入枯燥段，以增強枯燥能力，相對來說，使焙燒的熱耗和電耗增加；二、整套裝置流化板多，大小床板等多達7塊，這樣維修時工作量相對增加；三、控制回路多，控制軟件設計復雜，相應對操作人員和計控人員提出了較高的要求；四、由于系統(tǒng)是正壓作業(yè)，整個焙燒爐體的密封檢測點的密封及容器回料封系統(tǒng)要求嚴格。2、魯奇循環(huán)流態(tài)焙燒爐〔C．F．C〕魯奇循環(huán)流態(tài)焙燒爐是采用正壓作業(yè)濃相流態(tài)化技術，其爐型有獨特之處。其一，流態(tài)化循環(huán)爐依靠大量的物料循環(huán)〔為產(chǎn)量的12—30倍〕，焙燒停留時間6分鐘左右，這樣可降低焙燒溫度，有利于降低焙燒氧化鋁的熱耗，同時確保焙燒氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量，此外，大量循環(huán)物料的熱仿量、熱沖擊，維持系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性，對提高爐內(nèi)襯的使用壽命極為有利，爐子運轉(zhuǎn)率可達90—94%；其二，整個裝置無高電壓、大型設備，設備簡單，投資省，生產(chǎn)控制靈活，事故率低；其三，控制回路簡單，流態(tài)懸浮焙燒自動控制回路僅有6條。循環(huán)流態(tài)化也有焙燒爐對顆粒破損率大，究其原因如下：一、氣體在噴射口、旋風筒入口及彎頭處的流速大；二、顆粒在循環(huán)爐內(nèi)發(fā)生顆粒之間、顆粒與器壁的撞擊與摩擦，盡管魯奇公司對該裝置不斷地進行改造與完善，使破損率大幅度降低，但目前，焙燒產(chǎn)品45μm粒極的破損率仍高達3—6%，其二，循環(huán)焙燒爐有4個流化床，不僅在冷卻系統(tǒng)設計有流化床，而且在高溫段也設有流化床，增加了維修工作量；其三，循環(huán)流態(tài)焙燒爐與流態(tài)閃速焙燒爐一樣，亦不適應氫氧化鋁附著水高的物料。3、丹麥氣體懸浮焙燒爐〔G.．S．C〕丹麥氣體懸浮焙燒爐是流態(tài)化焙燒的后起之秀，整個裝置采用負壓作業(yè)、稀相流態(tài)化技術，相比照，上述兩種爐型具有明顯的優(yōu)勢。其一，此爐型采用了在枯燥段設計安裝了熱發(fā)生器這一新穎措施，當供料氫氧化鋁附水含量增加時，不需象其他爐型那樣，采取增加過剩空氣的方式來增加枯燥能力，而只需啟動枯燥熱發(fā)生器來增加枯燥段的熱量，從而防止了廢氣量大增而大量熱能損失。因此，與前兩種爐型相比，氣體懸浮焙燒爐熱耗和電耗略低一些；其二，整套裝置設計簡單，一是物料自上而下流動，可防止事故停爐時的爐內(nèi)積料和方案停爐時的排料；二是設備簡單，除流化冷卻器外無任何流化床，沒有物料控制閥，方便了設備維修；三是負壓作業(yè)對焙燒爐的問題診斷和事故處理有利。這些都是有利于發(fā)生故障后快速恢復生產(chǎn)，給生產(chǎn)帶來方便。其三，控制回路簡單，氣體懸浮焙燒爐雖有12條自動控制回路，但在生產(chǎn)中起主要作用的僅有2條，一條是主燃燒系統(tǒng)的主爐溫度回路，另一條是氧氣含量控制回路。氣態(tài)懸浮焙燒爐是20世紀80年代開展起來的的氣態(tài)懸浮焙燒裝置，90年代，我國開始引進這一技術，通過近10年來國內(nèi)各氧化鋁廠的消化吸收、改良完善，根本上已經(jīng)定型，目前，它已是國內(nèi)大局部氧化鋁廠焙燒氧化鋁設備的首選。其主要缺點是：一、烘爐設計不太完美，二、由于各懸浮焙燒爐容器部下料管改用了翻板閥，生產(chǎn)中不能低產(chǎn)運行，即便是剛開始下料，也必須迅速提高產(chǎn)量，其目的是防止氣流反竄〔走短路〕或焙燒爐系統(tǒng)內(nèi)料流形成回流現(xiàn)象，因此，G.．S．C產(chǎn)能的可調(diào)范圍窄，一般要求在設計能力的50%以上調(diào)節(jié)。三、氣體懸浮焙燒爐設計的檢修、清理、觀察孔較多，易造成系統(tǒng)漏風隱患，四、電收塵`粉料輸送系統(tǒng)和文丘里煙道降溫系統(tǒng)的設計尚未定型，各氧化鋁廠各有千秋。五、各旋風器下料腿結(jié)構(gòu)簡單，料封性能差，料腿高，因此氣態(tài)懸浮焙燒爐的爐體高，造成投資增大。國外各公司的主要技術經(jīng)濟指標工程名稱美國鋁業(yè)公司流態(tài)閃速焙燒〔F．F．C〕西德魯奇-聯(lián)合鋁業(yè)公司循環(huán)流態(tài)焙燒〔C．F．C〕丹麥史密斯公司氣態(tài)懸浮焙燒〔G.．S．C〕法國費凱貝克公司閃素速焙燒爐〔F．C．B〕流程及設備閃速流化床枯燥脫水，載流預熱，閃速焙燒，流化床保溫，三級載流冷卻加二級流化床冷卻。一級載流枯燥脫水，一級文丘里預熱，循環(huán)流化床焙燒，一級載流冷卻加六級流化床冷卻一級載流枯燥脫水，一級載流預熱，氣態(tài)懸浮焙燒，四級載流冷卻加流化床冷卻一級載流枯燥脫水，一級載流預熱，氣態(tài)懸浮焙燒，三級載流冷卻加流化床冷卻焙燒過程的流動狀態(tài)稀相載流焙燒加濃相流化床保溫快速流態(tài)化焙燒稀相載流焙燒稀相載流焙燒焙燒溫度950~10501101150~13001050~1250焙燒時間15~30分鐘20~30分鐘秒鐘6秒鐘系統(tǒng)阻力損失17651~20593帕29419帕7845~8825帕7845~8825帕燃料熱耗公斤/氧化鋁公斤/氧化鋁公斤/氧化鋁公斤/氧化鋁焙燒系統(tǒng)電耗25(包括氫氧化鋁過濾及洗滌)~22KW.h/噸-氧化鋁12年運轉(zhuǎn)率%89~9392~9490以上85~90產(chǎn)品規(guī)格砂狀各種類型各種類型各種類型從國外各公司的主要技術經(jīng)濟指標和近年來國內(nèi)各氧化鋁廠的使用情況來看，一致認為，丹麥的氣體懸浮焙燒爐〔G、S、C〕有以下明顯的優(yōu)勢：①運轉(zhuǎn)率高；②熱耗低；③電耗低；④維修方便；⑤生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生條件好；⑥提產(chǎn)幅度大等優(yōu)勢已被國內(nèi)外氧化鋁廠認可。氣體懸浮焙燒爐的爐型，是其它二種爐型的佼佼者。六、氣態(tài)懸浮焙燒爐工藝過程描述目前國內(nèi)使用的氣態(tài)懸浮焙燒爐的規(guī)格有：1850T/D、1400T/D、1300T/D、1200T/D、850T/D幾種規(guī)格，但都有相當大的提產(chǎn)幅度，焙燒爐的熱能所需燃料有：一是重油，二是煤氣，三是天然氣；氫氧化鋁的焙燒過程是一種固體顆粒與熱氣流直接混合接觸并均勻分布于其中，強化了傳質(zhì)、傳熱的過程，其熱效利用率可達80%，回轉(zhuǎn)窯熱利用率在40%左右，氣態(tài)懸浮焙燒爐熱效利用率比回轉(zhuǎn)焙燒窯提高了35%以上，它采用的是一級載流枯燥脫水，一級載流預熱，氣態(tài)懸浮焙燒，四級載流冷卻以及流態(tài)化床冷卻等技術，屬于稀相載流焙燒工藝。其固體氫氧化鋁顆粒在爐內(nèi)始終處于懸浮運動狀態(tài)，在懸浮運動過程中與載流熱氣進行傳質(zhì)、傳熱，完成枯燥脫水和晶型轉(zhuǎn)變等一系列物理化學演變過程，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、產(chǎn)能大、熱耗低、焙燒時間短〔約1.5秒左右〕、系統(tǒng)阻力小和運轉(zhuǎn)率高等優(yōu)點。一級載流枯燥脫水是在AO2文丘里枯燥器內(nèi)完成的，由螺旋給料機把濕氫氧化鋁〔含水率10%以下〕送至AO2文丘里枯燥器內(nèi)，和來自預熱旋風筒PO2的熱氣流〔約320—400℃一級載流預熱是在PO2預熱旋風筒內(nèi)完成的，來自別離旋風筒的氫氧化鋁和來自PO3別離旋風筒的熱氣流〔約1000—1150℃左右〕在PO2旋風筒內(nèi)進行載流預熱，將氫氧化鋁加熱到300氣態(tài)懸浮焙燒是在PO4主爐內(nèi)完成的，來自PO2的物料和來自V19主燃燒器所產(chǎn)生的1100℃左右的高溫氣流相混合，最終在PO4、PO3筒體內(nèi)脫除結(jié)晶水和完成晶型轉(zhuǎn)變的全過程，生產(chǎn)出一種由α—氧化鋁和γ—四級載流冷卻是在四個串聯(lián)的旋風筒〔CO1、CO2、CO3、CO4〕組成的載流冷卻裝置內(nèi)完成的。來自PO3的1050℃左右的物料和來自冷風進口和流化床冷卻器的空氣進行載流熱交換，物料被空氣冷卻到達250℃左右，而空氣被預熱到700℃流化床冷卻器KO1、KO2是氧化鋁物料的最終冷卻器，來自CO4錐體下局部料閥的物料，在流化床內(nèi)被來自羅茨鼓風機的空氣流態(tài)化，流化床內(nèi)裝有管道冷卻器，管內(nèi)是流動的冷卻水，流態(tài)化的物料通過管壁進行熱交換，物料從250℃左右被冷卻到80氣態(tài)懸浮焙燒爐內(nèi)的氣體流動的動力來自爐子尾部的排風機，整個爐子處于負壓下狀態(tài)下工作，排風機前面還裝有控制風量的可調(diào)的電動風門和凈化焙燒爐尾氣的電收塵，PO1預熱旋風筒出來的含塵煙氣在電收塵器內(nèi)進行除塵，除塵后的氣體含塵量要求在50mg/NM3以下，除塵后的氣體通過煙囪排入大氣。整個氣態(tài)懸浮焙燒爐錯落布置，結(jié)構(gòu)緊湊，形成一個完整的統(tǒng)一體。氣體懸浮焙燒爐的主要工作參數(shù)：主爐溫度PO4T11020—1060CO%＜0.6%O2控制在1.0%—2.0%文丘里出口溫度：140電收塵入口溫度P11T1：140流化床出水溫度：≤55冷卻水進口溫度：≤35流化床出料溫度：≤80入爐水份：＜10%三、主要設備及構(gòu)造1、主要設備及構(gòu)造：⑴喂料螺旋：φ630×3200mm減速電機：YTC-280⑵文丘里閃速枯燥器AO2φ3750mm材質(zhì)：δ=6⑶旋風筒PO1：φ3950×9625mm材質(zhì)：δ=6⑷旋風筒PO2：φ4800×11161mm材質(zhì)：δ=6⑸旋風筒PO3：φ5700×14223mm材質(zhì)：δ=6⑹旋風筒PO4：φ5750×17020mm材質(zhì)：δ=6⑺旋風冷卻器CO1：φ4200×9666mm材質(zhì)：δ=6⑻旋風冷卻器CO2：φ3450×8307mm材質(zhì)：δ=6⑼旋風筒CO3：φ3000×7094mm材質(zhì)：δ=6⑽旋風筒CO4：φ2250×5523mm材質(zhì)：δ=6⑾流化床冷卻器：1900×1900×10300mm⑿ID風機2150S1BB50流量：Q=240000M3電機：YPTQ500-4P=900KWIP44690V⒀啟動燃燒器T12：SO-1000-GO正常燃油：400kg/h進口壓力：8—25×105Pa附風機：MT50S電機：P=15KW⒁燃燒器V19：流量25000Nm3/h⒂點火燃燒器：PG-100作用：內(nèi)襯養(yǎng)護和焙燒爐主燃燒器點火流量：1000Nm3/h進口壓力：250mba電機：KQF-40/44-N風量：15—42M壓差：350mba電機：SCLB-4.0KW-2-50n=2980rpm⒃枯燥器加熱器：HG-G-63作用：控制枯燥器出口溫度流量：0—5000Nm3/h風機：MT-50SQ=130M3/min氣體懸浮焙燒爐的工藝流程介紹工藝流程圖〔見附圖〕。①氫氧化鋁給料系統(tǒng)由平盤過濾機生產(chǎn)的氫氧化鋁濾餅經(jīng)皮帶運至皮帶稱FO1上的氫氧化鋁小倉中，從皮帶秤下來的物料經(jīng)AH小皮帶FO3送至螺旋給料機AO1，螺旋給料機把物料送入文丘里閃速枯燥器。②文丘里閃速枯燥器A02含自由水分≤10%的濕氫氧化鋁通過螺旋輸送機AO1，以50℃溫度進入閃速枯燥器。在枯燥器中枯燥了的物料由煙氣及水蒸氣的氣流帶入上部預熱旋風筒。閃速枯燥器出口的溫度大約為135③枯燥熱發(fā)生器T11枯燥器AO2出口的溫度維持在135℃④預熱旋風系統(tǒng)煙氣和干氫氧化鋁的混合物在枯燥器之后的預熱旋風筒P01中得以別離?？菰锏臍溲趸X卸入第二級預熱旋風筒PO2的上升管，在此與熱旋風筒來的1050℃左右的熱氣體混合。氫氧化鋁在上升管中同時得以預熱和分解。物料與氣體之間的溫度實際上已