摘要:本文针对目前国内氢氧化铝流态化焙烧炉采用的正压流态化闪速焙烧炉、循环流态化焙烧炉及负压的气体悬浮焙烧炉三种炉型。使用的重油、低热值发生炉煤气三种燃料进行了应用分析,结合国内对几种炉型的应用优化,提出了对流态化焙烧炉的一些改进意见及发展方向。
关键词:流态化 焙烧炉 应用 优化
The Application of Internal Alumimum Hydioxide Fluid Calciners
Wangzhiying
Supply Department, Chongqing Branch of CHALCO Nanchuan Chongqing408403
Abstract: In the article,the three types of fluid flash calciners,such as the positive pressure F.F.C,circulating F.F.C and negative pressure F.F.C,which use the heavy oil.Low caloric value generator gas,coke over gas as fuelrespectively
Are analyzed in application.meanwhile,the impove suggestions and the development trend are presented combining wich the calciners application and optimization.
Key words: fluid calciner application optimization
1 前言
八十年代以来,我国先后从国外引进并逐步消化吸收了氢氧化铝流态化焙烧炉,采用了目前所有的三种炉型。包括正压操作的流态化闪速焙烧炉、循环流态化焙烧炉及负压操作的气体悬浮焙烧炉。使用的重油、低热值发生炉煤气、焦炉煤气、天燃气等燃料。
经过十多年的探索、改进使流态化焙烧炉取代了传统的回转窑焙烧氧化铝,并适应了我国氧化铝特点,流态化焙烧炉技术得到了进一步完善和发展。
2 氢氧化铝流态化焙烧炉的优点:
氢氧化铝流态化焙烧炉是一种以稀相为主、稀浓相结合的焙烧装置,是一种结合式冶金炉。一般由物料干燥、脱水预热、主反应炉和成品冷却三大系统组成。干燥脱水预热系统都是以稀相载流换热。主反应炉各有特色,冷却系统大多以稀相载流换热为主(物料冷却、冷风预热),辅以浓相床间壁换热。
2.1 流态化焙烧炉的节能机理:物料与气体逆流换热
大部分结晶水后,气体再去干燥喂入系统的氢氧化铝附着水,从而可以使废气温度下降到最适合于电收尘的水平。焙烧成品的热量用供入系统的助燃空气和水冷却到常温,同时充分预热了助燃空气,从而有利于燃料充分燃烧。焙烧炉的气、固走向及温度变化见图一。燃料的充分燃烧,较少的电除尘设备都大大减少了氢氧化铝流态化焙烧对环境的污染。
2.2 流态化焙烧炉的主要特点:
与传统的焙烧设备--回转窑相比较,流态化焙烧炉主要有以下优点:
(1)投资少:流态化焙烧炉效率高,其机电设备重量不及回转窑的一半,建筑面积仅为回转窑的三分之一,占地少。因此,投资比回转窑系统少40%-60%。
(2)设备简单、使用寿命长、维修费用低。流态化焙烧炉系统除了风机、油泵与给料设备外,没有大型转动设备,内衬使用寿命长达6--10年以上,维修费用仅为回转窑的40%。
(3)有利与环境保护。由于燃烧的过剩空气系数低,燃烧充分,废气量减少,废气中SO2和NOX的生成量均运低于回转窑系统。
(4)热耗低 :与回转窑相比,流态化焙烧炉热耗降低约三分之一,主要是因为燃烧空气的预热温度高,燃料燃烧的过剩空气系数低,燃烧温度提高,废气量减少,系统散热损失仅为回转窑的30%,系统的热效率达85%以上。
(5)产品质量好、运转率高:因为流态化焙烧炉是非转动设备,炉衬与物料的磨损较少,产品中的SiO2的含量比回转窑产品低约0.006%。不同粒级氧化铝煅烧程度均匀。
(6)自动化程度高。由于流态化焙烧炉转动设备少,自动化仪表安装、使用、维护方便。国内流态化焙烧炉均采用了计点机集散控制系统,劳动生产率高,自动化程度高。
3 流态化焙烧炉在我国使用出现的问题:
自山西铝1987年引进我国第一台流态化焙烧炉以来,我国氧化铝厂先后全部或部分引进多台流态化焙烧炉。这些焙烧炉在我国使用过程中或多或少存在一些问题。主要有以下几个方面:
3.1 流态化焙烧炉的达产问题:
我国最早引进的山西铝厂1#焙烧炉是流态化闪速焙烧炉,其达产问题一直是个难题。主要表现在,设计日产1320t/d的炉子长时间实际产能只有设计产能的70%左右。主要原因,一是鼓风机出口风量达不到设计的61000m3/h,试生产期间实际只有49000m3/h。在2001年最终引进一台比利时ABB公司的新风机,这个问题才得以解决。山西铝厂的2#、3#炉以及中州铝厂的1#焙烧炉是我国引进较早的气体悬浮焙烧炉,都存在试生产期间甚至投产几年内达不到设计产能的问题。在经过多次改造后才达到了设计产能。
3.2 设计过程中存在的问题:
我国最初引进的流态化焙烧炉均由国外设计,以后国内设计院逐渐消化并进行自行设计。问题主要表现在:气体悬浮焙烧炉预热旋风筒分离效率低,造成电收尘进口含尘量升高,电收尘负荷加重;二是采用下料管锁气阀锁气工艺,易造成气流反窜短路,一方面破坏了旋风筒内气流走向,影响了分离效率和热交换效率;另一方面造成系统漏风严重,热效率下降;三是PO2下降烟道与AO2烟道的强度及伸缩补偿不合理造成PO2下降烟道吸扁,破裂漏风,AO5部位落料严重;四是电收尘仓卸料及返灰系统极不成熟,严重影响了焙烧炉的正常运转;五是冷风进口AO7处冒料严重。
流态化闪速焙烧炉主要存在的问题:一是三级逆流冷却换热效率低,造成进入冷却器的物料温度太高,给冷却器水冷造成较大困难,一方面降低了流化床的使用寿命;另一方面造成大量热量无谓散失,严重时造成焙烧炉出料温度太高甚至烧坏输送皮带;二是燃烧系统不完善,油枪雾化系统效果差,导致重油燃烧速度慢、不彻底,严重时造停留槽温度比主炉温度高,甚至出黑(灰)料,现改为焦炉煤气这个问题得以解决。
3.3 选用设备、材料达不到设计性能要求:
我国目前使用的氢氧化铝流态化焙烧炉不同程度的存在着选用设备及材料达不到设计性能要求的情况。如山西2#焙烧炉耐火内衬脱落频繁;多台焙烧炉的喂料螺旋断轴、烧电机;电收尘卸灰螺旋等设备及材料达不到设计性能要求,成为制约焙烧炉达标达产及稳定运行的主要因素。
3.4 炉体尺寸与物料不匹配
我国引进的流态化焙烧炉几乎都存在与物料不匹配问题,造成一方面分离及热交换效率低、电收尘进口含尘量升高,负荷增大,给返灰系统及质量指标控制造成困难;另一方面造成物料散落严重,如A05处积料等。
4 对流态化焙烧炉应用初期问题的优化改进:
对流态化焙烧炉应用初期问题,各个厂家均进行了优化改进;如山西铝厂流态化闪速焙烧炉风机风量严重不足的问题,重新引进了一台比利时ABB公司的达到设计参数的鼓风机;中州铝厂1#气体悬浮焙烧炉除原排风机外,在冷风进口处增加了一台鼓风机,形成前拉后推提供动力;山西铝厂4#焙烧炉在设计风机时,特别注意风机留有一定余量,为日后生产及超产创造条件;对于预热段旋风筒分离及热交换效率低的问题,各家采用了如增加中心管长度、改进进风口尺寸、改造锥部锁气料封翻板等方法,都取得了较好的效果;对于气体悬浮焙烧炉PO2下降烟道吸扁,伸缩补偿不合理的问题,采用了一方面核准伸缩量,重新配置膨胀节;另一方面增加烟道加强圈,山西铝厂4#焙烧炉还考虑增加了烟道材料强度,增加了加强圈;电收尘仓卸料问题,山西铝厂2#、3#炉及中州铝厂1#炉改卸料螺旋为灰斗锥底卸料,吹灰器返灰;郑铝及中铝2#炉、山西4#炉采用改造卸料螺旋吊瓦至仓外的做法,也解决了卸料螺旋无法长周期运行的问题;对于燃烧系统的问题,中州两台炉均加大了主燃烧器的尺寸及数量,郑州及山西1#炉对重油雾化系统进行了改进及优化,山西4#炉则采用了高热值的焦炉煤气;对系统漏风及AO5落料问题,一方面,采用系统堵漏;改造薄弱点,减少系统漏风;另一方面,强化操作,确保系统负压,保证AO5处不落料,AO7处不冒料。对于耐火内衬方面的问题,经过不断摸索、试验,总结出一套在施工中控制内衬质量的方法,新试验了一种适合气体悬浮炉使用的系列耐火内衬(DN系列)。通过一系列改造,国内流态化焙烧炉中的各项性能指标都接近或达到设计指标,还有些指标优于设计指标,如:中州1#、2#炉及郑州焙烧炉的产能等。
5 流态化焙烧炉在我国的发展方向:
5.1 流态化焙烧炉设备朝国产化方向发展
随着流态化焙烧炉在我国使用过程中的应用优化和国内机械的发展,流态化焙烧炉逐渐朝国产化方向发展。如九十年代中期以后尤其是二十世纪引进的炉子,除几处关键部位外基本实现了设计及大部分设备、材料的国产化,燃烧设备、计算机控制系统、大型变频调速、风门调节等由于国产设备不过关,仍采用引进设施。
5.2 流态化焙烧炉燃料由液体燃料朝高热值气体燃料发展
最近几年,随着石油化学工业的快速发展,焙烧炉的燃料由液体燃料逐渐朝气体燃料方向发展,由低热值气体燃料朝高热值气体燃料发展。如随着西部大开发的不断深入,西气东输使天燃气成为现实。郑州铝厂、山东铝厂、中州铝厂都可以采用高热值的天然气燃料取代目前使用的重油及低热值发生炉煤气。山西铝厂由于其独特的地理优势,4#焙烧炉采用了高热值的焦炉煤气;正压操作的流态化闪速炉也改烧重油为焦炉煤气。新投产的氧化铝厂基本上都采用了新型燃料。
参考文献:
[1]《有色冶金炉设计手册》
[2]路军 1850t/d氢气态悬浮焙烧炉性能考核与设计问题分析.《轻金属》,1998.9.
[3]路裕园、气态悬浮焙烧炉的改进和性能优化.《轻金属》,1998.9.
个人简介:王志英,工程师,1998年7月毕业于中南工业大学,一直从事氧化铝设备管理工作。