噴霧干燥塔的氧化鋁熟料回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)新工藝

1、 氧化鋁熟料燒結(jié)半干法新工藝的探討 由于國(guó)內(nèi)鋁土礦的缺陷，我國(guó)大部分氧化鋁廠生產(chǎn)采用的都是燒結(jié)法或混聯(lián)法，回轉(zhuǎn)窯是這些工藝中最重要的設(shè)備。而在傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯工藝中，都是將液態(tài)料漿通過(guò)噴嘴噴入回轉(zhuǎn)窯中，再通過(guò)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行烘干與燒結(jié)。在非正常運(yùn)行情況下，往往會(huì)存在一些問(wèn)題：當(dāng)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱交換不完全時(shí)，處理濕生料的熱效率低，物料在窯內(nèi)停留時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，從而導(dǎo)致窯身要變長(zhǎng)，窯的單位生產(chǎn)能力較低。 在水泥行業(yè)，窯外干燥技術(shù)在國(guó)外早有研究，20世紀(jì)50年代西德Humboldt公司創(chuàng)造所謂“窯外”旋渦熱交換器，利用窯廢氣和懸浮態(tài)細(xì)粉進(jìn)行熱交換，許多前蘇聯(lián)公司和國(guó)外其他公司創(chuàng)造了一些用于水泥工業(yè)的旋渦熱交換器，并取得了

2、一定效果。我國(guó)在水泥回轉(zhuǎn)窯外干燥技術(shù)上也取得了一定成果并獲得一些推廣。然而，在氧化鋁熟料燒結(jié)回轉(zhuǎn)窯中窯外干燥技術(shù)卻鮮有報(bào)道。近年來(lái)，噴霧干燥技術(shù)由于其干燥速度快、工藝流程簡(jiǎn)單、熱效率較高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于化學(xué)、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域，成為料漿造粒的最優(yōu)方法之一。 1 窯外噴霧干燥燒結(jié)生產(chǎn)工藝 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)工藝是將生料漿以霧狀液滴噴入回轉(zhuǎn)窯中，在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)過(guò)烘干帶、預(yù)熱帶，再進(jìn)入燒結(jié)帶進(jìn)行燒結(jié)。其流程如圖1(略)所示。 然而，該工藝還存在一定的缺陷，如：在傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯中，當(dāng)熱交換不完全時(shí)，處理濕生料的熱效率會(huì)較低；氣流與物料間的熱交換會(huì)不完全，物料在窯內(nèi)停留時(shí)間變長(zhǎng)，從而導(dǎo)致窯身變長(zhǎng)，窯的單位產(chǎn)能較

3、低，會(huì)損失更多的熱量。本文采用了一種窯外干燥的回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)流程，如圖2(略)所示。 圖2所示工藝中，調(diào)配好的合格生料漿經(jīng)回轉(zhuǎn)篩后用高壓泵經(jīng)設(shè)在干燥塔上的噴槍進(jìn)入干燥塔。生料漿在干燥塔中采用噴霧干燥，熱風(fēng)由回轉(zhuǎn)窯的尾氣或熱風(fēng)爐提供，本文介紹的系統(tǒng)采用1窯2塔、1爐1塔的方案。其中熱風(fēng)爐熱風(fēng)能和所有干燥塔中相并連，每條回轉(zhuǎn)窯只與2個(gè)塔相連。生料漿經(jīng)干燥后得到干生料，采用輸送機(jī)、提升機(jī)經(jīng)回轉(zhuǎn)窯喂料系統(tǒng)進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，或者用輸送機(jī)、提升機(jī)進(jìn)入干生料庫(kù)。干生料庫(kù)中的干生料用輸送機(jī)和提升機(jī)經(jīng)圓盤喂料系統(tǒng)進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。從干燥塔出來(lái)的廢氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)收塵、電收塵或濕法除塵后經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪。旋風(fēng)收集的粉塵也進(jìn)入上述干生料

4、的輸送機(jī)，經(jīng)提升機(jī)進(jìn)入干生料庫(kù)或入窯飼料系統(tǒng)，其主要設(shè)備及設(shè)備流程圖如圖3(略)所示。 窯外噴霧干燥燒結(jié)工藝改變了回轉(zhuǎn)窯的加料方式，將生料漿在干燥塔中進(jìn)行噴霧干燥，形成固態(tài)顆粒狀生料，再使用圓盤給料機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯的加料，取代了傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的生料漿噴霧加料方式。其最大特征在于將生料漿利用噴霧干燥進(jìn)行烘干，并存儲(chǔ)于生料倉(cāng)中，因此回轉(zhuǎn)窯中的物料噴霧干燥帶將可以省去，只需將干燥顆粒經(jīng)過(guò)預(yù)熱便可以進(jìn)行燒結(jié)，故可以避免在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行噴霧干燥所帶來(lái)的一些弊端，縮短回轉(zhuǎn)窯的長(zhǎng)度，減少回轉(zhuǎn)窯輻射散熱，并可以充分利用尾氣中的熱量。 在窯外噴霧燒結(jié)法中，干燥塔的作用是將料漿干燥成細(xì)小顆粒。氧化鋁料漿在27條件下，以1

5、.5-2.0MPa的壓力經(jīng)過(guò)噴嘴并霧化成細(xì)小液滴，液滴再以高速進(jìn)入干燥塔中，在干燥塔頂部，熱空氣(約400)以16m/s左右的速度進(jìn)入干燥塔，二者在干燥過(guò)程中相遇，液滴經(jīng)過(guò)高溫氣體的加入，達(dá)到沸點(diǎn)，里面的水分不斷被蒸發(fā)，最終被干燥成固態(tài)顆粒，由干燥塔底部排出。 本文所介紹的干燥塔的物理模型基本參數(shù)為：干燥塔整體高度為16.60m；干燥塔中部圓柱體直徑為8.mm；熱空氣設(shè)備入口直徑為2.00m；廢氣出口設(shè)備直徑為1.25m；固體出口直徑為0.50m。2 工業(yè)應(yīng)用結(jié)果討論 自2005年以來(lái)，該工藝已在2個(gè)氧化鋁廠成功應(yīng)用，目前生產(chǎn)穩(wěn)定。任選其中的1個(gè)作為分析對(duì)象，現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和燒結(jié)過(guò)程的主要工藝

6、數(shù)據(jù)以及主要的物流量如表1和表2所示，任取2天干燥塔的工藝檢測(cè)數(shù)據(jù)列于表3。 表1 窯外干燥燒成系統(tǒng)主要工藝條件項(xiàng)目工藝條件干生料水分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%5煤粉水分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%2熟料堿比(摩爾比)0.92-0.97熟料鈣比(摩爾比)1.5-1.8出口煙氣含塵質(zhì)量濃度/噸m-3150燒成煤耗/kgt-1150.02 表2 燒成過(guò)程主要物料流量表物料噸氧化鋁單耗量/t流量/th-1平均流量最大流量干生料4.9528.2337.17熟料量3.6720.9527.11燒成煤0.553.144.07生料煤0.221.261.63 注：生產(chǎn)1t氧化鋁生料漿耗量5 m3，氧化鋁平均流量為28.52m3/h。

7、 表3 干燥塔的2天生產(chǎn)數(shù)據(jù)班次水分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%體積密度/gcm-3廢氣溫度/甲4.110.81106乙3.810.79106丙1.030.87127甲4.050.80112乙3.910.80111丙1.770.76132平均值3.110.81116 注：舊稱容重(容積重量)，計(jì)算公式為Db=m1D1/(m3-m2)，式中m1、m3分別表示干燥試樣的質(zhì)量和飽和試樣在空氣中的質(zhì)量；m2表示飽和試樣的質(zhì)量(g)；D1指實(shí)驗(yàn)溫度下浸漬液體的密度(g/cm3)。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，每噸熟料生料加煤60.01 kg，發(fā)熱值為28.00MJ/kg，熟料燒成煤150.02kg，發(fā)熱值為27.82MJ/kg，

8、則其能耗為5853.8 MJ/t(熟料)。以某傳統(tǒng)鋁廠4.5m110m的回轉(zhuǎn)窯作為比較對(duì)象，主要的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表4。 表4 噴霧干燥燒結(jié)法與傳統(tǒng)工藝的主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比名稱傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯工藝噴霧干燥燒結(jié)工藝窯規(guī)格/m4.51103.272窯產(chǎn)能/th-150.322.0單位熱耗/MJt-16235.75853.8單位煤耗/kgt-1240.0220廢氣溫度/200153從表3可以看出，經(jīng)過(guò)干燥后的物料的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值約為3%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最高值也小于5%，這說(shuō)明干燥塔能起到較好的干燥效果；干料的密度平均值為0.808 g/cm3，且密度的波動(dòng)在0.8g/cm3左右，說(shuō)明干料的內(nèi)部顆粒結(jié)構(gòu)較合

9、理；干燥塔的尾氣溫度平均為115.5，說(shuō)明了干燥塔能較好地利用熱空氣的熱量，其熱效應(yīng)較高。 表4中的數(shù)據(jù)則表明：與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)工藝相比，本文所提出的新工藝節(jié)約能耗381.9MJ/t，能耗降幅達(dá)6.124%。按每年工程正常運(yùn)行300天計(jì)算，則對(duì)于1個(gè)傳統(tǒng)的氧化鋁回轉(zhuǎn)窯，可節(jié)約煤約4975t/a，減少煤耗費(fèi)用約250萬(wàn)元/a。 實(shí)際應(yīng)用效果表明：由于窯長(zhǎng)度縮短，干燥塔的造價(jià)較低，回轉(zhuǎn)窯總體建設(shè)成本相對(duì)于同等產(chǎn)能的傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯有了下降；由于去掉了干燥段，回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行故障率得到大幅降低；回轉(zhuǎn)窯的熱效率得到提高，這一點(diǎn)可以從窯尾廢氣溫度得到體現(xiàn)(所提出方法的廢氣溫度為153，低于傳統(tǒng)工藝的200)。由此可見，本文所提出的短窯干法燒結(jié)法能克服濕法大窯的一些缺陷，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。 然而，由于現(xiàn)場(chǎng)各種因素的影響，霧滴在干燥過(guò)程中易聚集成團(tuán)，造成出料口堵塞，或顆粒未完全干燥而附在塔壁上形成“結(jié)疤”現(xiàn)象，影響干燥塔正常運(yùn)行。這些方面需從設(shè)計(jì)和操作條件等進(jìn)行改進(jìn)，這將是下一步工作的重點(diǎn)。3 結(jié)論 介