氣態(tài)懸浮焙燒爐的節(jié)能改造

朱 凱 李鵬飛 王曉芳

(內(nèi)蒙古大唐國際再生資源開發(fā)有限公司, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010206)

氣態(tài)懸浮焙燒爐的節(jié)能改造

朱 凱 李鵬飛 王曉芳

(內(nèi)蒙古大唐國際再生資源開發(fā)有限公司, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010206)

氫氧化鋁焙燒中存在氫氧化鋁附水含量較大、燃料煤氣的質(zhì)量較差、系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口易反料、堵料等問題，通過采取一系列措施，到達(dá)了較好的效果。

氫氧化鋁； 氣態(tài)懸浮焙燒爐； 改造效果

氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產(chǎn)的最后一道工序，其原理是利用高溫焙燒脫除氫氧化鋁中的附著水和結(jié)晶水，并完成部分γ-Al2O3向α-Al2O3晶型轉(zhuǎn)變的過程，以生產(chǎn)符合電解生產(chǎn)要求的氧化鋁。因此，氫氧化鋁焙燒工序是為鋁電解生產(chǎn)提供冶金級氧化鋁原料的關(guān)鍵。

1 氫氧化鋁焙燒爐概況

內(nèi)蒙古大唐國際再生資源開發(fā)有限公司作為國家綜合利用粉煤灰生產(chǎn)鋁硅鈦合金示范所屬單位，以大唐國際托克托電廠高鋁粉煤灰為原料，采用預(yù)脫硅—堿石灰燒結(jié)法工藝提取氧化鋁。本項(xiàng)目采用節(jié)能環(huán)保的粉煤灰綜合利用技術(shù)，對治理粉煤灰污染有深遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義，有利于我國資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

該公司現(xiàn)有1臺氣態(tài)懸浮焙燒爐(GSC)，燃料為煤氣。該設(shè)備2010年投產(chǎn)，其氧化鋁設(shè)計(jì)產(chǎn)能800 t/d，單爐排煙量為56 760 Nm3/h。采用兩級凈化，第一級為工藝回收用的旋風(fēng)收塵器，第二級采用電收塵器，除塵效率在99.5%以上?；厥盏难趸X粉塵，全部返回生產(chǎn)系統(tǒng)，凈化后煙氣經(jīng)煙囪排放，煙囪出口粉塵濃度<30 mg/Nm3。由于燃燒煤氣已經(jīng)過脫硫處理，所以焙燒爐煙氣中硫分極少，完全符合國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 焙燒爐系統(tǒng)工藝流程簡介

氫氧化鋁通過焙燒爐爐前小倉下至電子皮帶秤進(jìn)行計(jì)量，再由螺旋輸送機(jī)送入焙燒爐文丘里干燥器(AO2)干燥和預(yù)熱，進(jìn)而除去全部附著水，然后經(jīng)一級預(yù)熱旋風(fēng)筒(P01)分離后進(jìn)入二級預(yù)熱旋風(fēng)筒(P02)內(nèi)除去絕大部分結(jié)晶水，最后被預(yù)熱的物料在焙燒爐(P04)主爐內(nèi)完成焙燒作業(yè)。焙燒后物料經(jīng)冷卻系統(tǒng)的四級旋風(fēng)筒(CO1、C02、C03、C04)冷卻，最終產(chǎn)出的氧化鋁通過濃相輸送系統(tǒng)輸送到電解煙氣凈化系統(tǒng)的氧化鋁儲倉。來自焙燒爐(P04)的高溫廢氣通過二級預(yù)熱旋風(fēng)筒(P02)、一級預(yù)熱旋風(fēng)筒(PO1)、文丘里干燥器(AO2)冷卻后,再由電收塵器(P17)除塵后由煙囪排空。電收塵器所收集到的粉塵將返回焙燒爐系統(tǒng)(C02)冷卻旋風(fēng)筒內(nèi)，其系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 氣態(tài)懸浮焙燒爐流程系統(tǒng)圖

焙燒爐自2010年正式投產(chǎn)以來，系統(tǒng)的整體性能逐步接受生產(chǎn)實(shí)踐的考核與檢驗(yàn)。由于粉煤灰提取氧化鋁的生產(chǎn)工藝尚待完善，生產(chǎn)出的氫氧化鋁的粒度偏細(xì)，對焙燒爐的生產(chǎn)控制產(chǎn)生了一定影響，除此之外，焙燒爐仍然存在著一些問題影響著系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

3 焙燒爐運(yùn)行中存在的問題

3.1 氫氧化鋁附水含量較大

由于來自分解工段氫氧化鋁水份不穩(wěn)定(10%～15%)，進(jìn)入焙燒爐后在很短時(shí)間內(nèi)會使文丘里干燥器(A02)及主爐(P04)溫度下降50℃左右，同時(shí)會使文丘里干燥器(A02)下方錐部彎管處產(chǎn)生部分積料，造成系統(tǒng)負(fù)壓風(fēng)量波動(dòng)，從而使煤氣在主爐(P04)中因燃燒風(fēng)量波動(dòng)燃燒不穩(wěn)定，以致被迫減少投料量或加大主爐(P04)主燃燒器V19噴嘴開度來維持系統(tǒng)溫度穩(wěn)定。

此外，由于氫氧化鋁在冬季水份較大，濕料極易凍結(jié)在螺旋給料機(jī)內(nèi)壁上，造成螺旋給料機(jī)阻力負(fù)荷增大，電流增高，從而經(jīng)常造成焙燒爐螺旋給料機(jī)故障停車，嚴(yán)重制約了焙燒爐正常生產(chǎn)運(yùn)行。

3.2 燃料煤氣的質(zhì)量較差

自焙燒爐投入生產(chǎn)以來，燃料煤氣逐漸表現(xiàn)出發(fā)熱值偏低、發(fā)熱值不穩(wěn)定，以及煤氣瞬時(shí)流量在7 000～8 000 Nm3/h波動(dòng)的現(xiàn)象。同時(shí)，煤氣含水量和煤焦油含量均較多，燃燒時(shí)火焰發(fā)黃紅色，燃燒質(zhì)量較差，燃燒效率偏低，并且使主燃燒器(V19)2個(gè)噴嘴管路結(jié)焦，影響入爐煤氣流量，嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞噴嘴。上述問題造成焙燒爐主爐溫度波動(dòng)，系統(tǒng)整體不穩(wěn)定，產(chǎn)量不高，焙燒質(zhì)量無法保證，從而限制焙燒爐提產(chǎn)。

3.3 系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口易反料、堵料

在前期運(yùn)行過程中，當(dāng)焙燒爐的氫氧化鋁投料量在30 t/h左右時(shí)(約為設(shè)計(jì)產(chǎn)能的55%)，焙燒爐系統(tǒng)(A07)進(jìn)風(fēng)口開始出現(xiàn)反料、噴料現(xiàn)象，且經(jīng)常導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)口積料堵塞被迫停爐，影響焙燒爐系統(tǒng)生產(chǎn)工藝穩(wěn)定運(yùn)行，降低生產(chǎn)效率，減少設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

另外，該工藝狀況下引風(fēng)機(jī)頻率已開至95%左右，導(dǎo)致系統(tǒng)風(fēng)量控制偏高，(P01)出口負(fù)壓一般在-6.0 kPa以上。系統(tǒng)氧含量約7%～9%，比設(shè)計(jì)值高出2%以上，導(dǎo)致系統(tǒng)空氣過剩系數(shù)較高，系統(tǒng)大量熱量被抽走，熱能損失較大。焙燒爐各段溫度偏低且不易控制，從而提高了產(chǎn)出氧化鋁的灼減指數(shù),影響了氧化鋁的質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上提產(chǎn)，返料現(xiàn)象加重，同時(shí)，負(fù)壓幾乎沒有可調(diào)節(jié)余量，影響產(chǎn)量的提升。

4 解決措施

4.1 降低入爐氫氧化鋁水份

根據(jù)氫氧化鋁水份含量，對儲庫內(nèi)氫氧化鋁料采取“分期分區(qū)堆放，分期分批搭配使用”的措施，從而使入爐氫氧化鋁水份降到10%以下。入爐氫氧化鋁水份的降低，保證了整個(gè)焙燒爐主爐溫度穩(wěn)定，減少了文丘里干燥器(A02)下方錐部彎管處積料，維持了系統(tǒng)負(fù)壓，穩(wěn)定了煤氣燃燒，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定、提產(chǎn)，減少煤氣消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

同時(shí)，冬季為螺旋給料機(jī)外壁鋪設(shè)伴熱帶及保溫棉，并在螺旋輸送機(jī)出料口通入壓縮空氣助吹，幫助物料進(jìn)入(A02)文丘里干燥器，從而提高螺旋給料機(jī)輸送能力，降低其阻力，延長螺旋給料機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，保證焙燒爐提產(chǎn)需求。

4.2 提高燃料煤氣質(zhì)量

加強(qiáng)與輔助工段煤氣站的溝通，穩(wěn)定煤氣操作，減少煤氣壓力波動(dòng)，提高煤氣發(fā)熱值，保證燃料煤氣的發(fā)熱質(zhì)量及供給流量，實(shí)現(xiàn)焙燒爐系統(tǒng)的節(jié)能降耗。完善制定煤氣巡檢排污制度，對煤氣站與焙燒爐之間煤氣管道的3個(gè)排污口進(jìn)行定時(shí)定點(diǎn)定人排污。在焙燒爐正常計(jì)劃停爐后，及時(shí)清理煤氣管道彎頭及主燃燒器(V19)8支噴嘴內(nèi)煤焦油，保證下次啟爐煤氣管道通暢。

4.3 改善進(jìn)風(fēng)口返料現(xiàn)象

在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，羅茨風(fēng)機(jī)(K02)設(shè)計(jì)風(fēng)量選型偏大且無法調(diào)節(jié)，在滿足流化床使用之余，還有大量過剩風(fēng)量經(jīng)流化床頂部風(fēng)管及進(jìn)風(fēng)口上方管道進(jìn)入焙燒爐系統(tǒng)，從而導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)口氣流不穩(wěn)，間歇性向外返風(fēng)、返料。為改善焙燒爐進(jìn)風(fēng)口返料現(xiàn)象，穩(wěn)定系統(tǒng)各段溫度，實(shí)施了以下3項(xiàng)改造措施：

(1)在原設(shè)計(jì)中，流化床出料口位于流化床出料端的最上方，改造將出料口下端降低20 cm，左右擴(kuò)寬20 cm，在滿足工藝的條件下，縮短產(chǎn)出的氧化鋁物料在流化床內(nèi)停留的時(shí)間。

(2)在羅茨風(fēng)機(jī)(K02)的出口管道上增加排空旁路，將過剩風(fēng)量引致焙燒爐進(jìn)風(fēng)口下方，通過閥門控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)流化床用風(fēng)可控。

(3)在進(jìn)風(fēng)口內(nèi)增加壓縮空氣管，將壓縮空氣與羅茨風(fēng)機(jī)(K02)過剩風(fēng)量配合吹掃進(jìn)風(fēng)口底部積料，使物料處于浮騰狀態(tài)從而易被系統(tǒng)負(fù)壓抽走，避免物料積死堵塞。

5 改進(jìn)效果

5.1 運(yùn)行效果

長期試驗(yàn)運(yùn)行表明，焙燒爐進(jìn)風(fēng)口返料現(xiàn)象明顯改善，此前持續(xù)發(fā)生返料現(xiàn)象不再發(fā)生。同時(shí)，焙燒爐引風(fēng)機(jī)頻率降至79%左右，P01出口負(fù)壓一般在-3.7 kPa即可滿足生產(chǎn)需求，系統(tǒng)氧含量降低至4%～6%，煙囪出口煙氣溫度150 ℃左右，煙氣帶走熱量減小，焙燒爐各段溫度回歸正常，系統(tǒng)產(chǎn)量提升，工藝穩(wěn)定運(yùn)行，熱能損失減小，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益估算

2012年6月至2013年6月，累計(jì)共入爐氫氧化鋁85 959 t，產(chǎn)出氧化鋁50 073 t，消耗煤氣28 669 359 Nm3。通過不斷摸索將焙燒爐主爐溫度從1 160 ℃降到1 120 ℃，引風(fēng)機(jī)頻率從95%降至79%，灼減控制在1.00%以內(nèi)，生產(chǎn)運(yùn)行各項(xiàng)指標(biāo)均不斷提升，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

(1)節(jié)約電量的經(jīng)濟(jì)效益

通過改善焙燒爐進(jìn)風(fēng)口返料現(xiàn)象，焙燒爐引風(fēng)機(jī)頻率由95%降至79%，引風(fēng)機(jī)電流由35 A降至26 A，降低約9 A，引風(fēng)機(jī)額定電壓10 kV。按電價(jià)0.4元/kW·h估算，按此工藝焙燒爐引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)1年可節(jié)約電費(fèi)：9×10×24×365×0.4=31.5萬元。

(2)節(jié)約煤氣的經(jīng)濟(jì)效益

焙燒爐主爐溫度從1 160 ℃降至1 120 ℃，每產(chǎn)出1 t氧化鋁可節(jié)約煤氣消耗30 Nm3。按煤氣單價(jià)0.3元/ Nm3進(jìn)行估算，1年焙燒爐所產(chǎn)氧化鋁節(jié)約煤氣的經(jīng)濟(jì)效益：50 073×30×0.3=45萬元。

6 結(jié)論

(1)根據(jù)公司自身粉煤灰提取氧化鋁的工藝特點(diǎn)，修訂完善了焙燒工段各項(xiàng)技術(shù)操作規(guī)程，推行了標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行烘爐，避免日常頻繁開停爐，穩(wěn)定了操作條件。該公司還加強(qiáng)員工培訓(xùn)，規(guī)范員工操作水平，提高分析判斷異常的能力，減少人為事故的發(fā)生次數(shù)及處理故障的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

(2)目前，焙燒工段雖然采取了降低入爐氫氧化鋁水份、提高燃料質(zhì)量、改善進(jìn)風(fēng)口返料等節(jié)能降耗措施，但仍有降低主爐溫度進(jìn)行低溫焙燒、降低灼減提高產(chǎn)品質(zhì)量、堵漏風(fēng)口保證系統(tǒng)負(fù)壓及風(fēng)量、強(qiáng)化操作延長內(nèi)襯壽命等多項(xiàng)節(jié)能措施需要繼續(xù)完善。

[1] 王誓學(xué)，姜集進(jìn).加強(qiáng)技術(shù)改造促進(jìn)氣體懸浮焙燒爐達(dá)產(chǎn)[J].輕金屬，2007.

[2] 付保生.提高焙燒爐產(chǎn)能的途徑[J].有色冶金節(jié)能，2010.08.

[3] 代關(guān)鋒.應(yīng)用氣體懸浮焙燒爐降低氧化鋁焙燒溫度的經(jīng)濟(jì)效益[J].有色金屬，2002.

[4] 姬學(xué)良，胡紅霞.提高氫氧化鋁氣態(tài)懸浮焙燒爐產(chǎn)能的措施[J].輕金屬，2001.

[5] 衛(wèi)璜.AL(OH)3.氣態(tài)懸浮焙燒工藝參數(shù)與產(chǎn)能、消耗的關(guān)系[J]. 輕金屬，2003.

[6] 李文超，于斌. 提高氫氧化鋁氣態(tài)懸浮培燒爐產(chǎn)能的幾點(diǎn)看法[J].輕金屬，1997.

Energy Saving Modification of Gas Suspension Roaster

ZHU Kai, LI Peng-fei, WANG Xiao-fang

In the aluminium hydroxide roasting, the moisture contents of aluminium hydroxide, the low quality of fuel gas, the easy-to-reverse air intake and material blocking were existed. In order to solve the above problems, a series of measures were adopted, and better effects were achieved.

aluminium hydroxide; gas suspension roaster; modification; effects

2013-12-09

朱凱(1975—)，男，重慶人，大專，主要從事鋁電解煙氣凈化及氫氧化鋁焙燒生產(chǎn)管理工作。

TF821

B

1008-5122(2014)02-0030-03