內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯焙燒鉬精礦工藝改進(jìn)與生產(chǎn)實踐

李衛(wèi)昌，烏紅緒

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 西安 710077)

1 概述

2008 年某公司鉬焙燒廠自行設(shè)計、安裝2 臺內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯，投產(chǎn)初期收塵系統(tǒng)附屬設(shè)備和煙道內(nèi)粘灰嚴(yán)重，頻繁堵塞，造成焙燒負(fù)壓不足，爐臺產(chǎn)生廢品率較高，雖然進(jìn)行多次改造，但內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量徘徊在7.5 t/臺·天左右，焙燒鉬金屬回收率可達(dá)到98%，生產(chǎn)過程中仍存在工藝操作爐況波動大、能耗高、成本居高不下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)距國內(nèi)同行有較大差距。2012 年該廠對內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯鉬精礦預(yù)處理和供熱系統(tǒng)實施改造，解決了制約生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸問題，首次實現(xiàn)了內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯鉬精礦焙燒系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保和高效生產(chǎn)。

2 生產(chǎn)中存在問題

(1)鉬精礦預(yù)處理系統(tǒng)存在處理粒度較大、處理后原料含水較高。

(2)鉬精礦預(yù)處理系統(tǒng)距離內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯爐臺較遠(yuǎn)，氣力輸送距離長，輸送設(shè)備故障率高，導(dǎo)致向兩臺內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯輸送物料不均勻，影響了入爐鉬精礦的進(jìn)料量、水分含量、粒度大小等指標(biāo)。

(3)原供熱系統(tǒng)采用燃煤燃燒器，存在供熱不穩(wěn)定，造成回轉(zhuǎn)窯爐況波動較大，爐況穩(wěn)定性差，爐況調(diào)整難度大。

(4)燃煤供熱能耗高達(dá)310 kg 標(biāo)煤/噸氧化鉬，內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)出的煙氣中二氧化硫濃度低且配氣制酸效果差。

(5)內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯鉬金屬回收率較低，僅為98.1%。

3 工藝改進(jìn)

2012 年該廠通過對內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯的鉬精礦預(yù)處理和供熱等系統(tǒng)進(jìn)行一系列工藝技術(shù)改進(jìn)，不斷優(yōu)化內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯工藝操作參數(shù)，從而提高了內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯焙燒鉬精礦的產(chǎn)量、回收率，同時降低了生產(chǎn)成本等各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

3.1 鉬精礦預(yù)處理系統(tǒng)改造

3.1.1 預(yù)處理系統(tǒng)存在問題

早期所用原料預(yù)處理系統(tǒng)主要設(shè)備為閃蒸干燥機(jī)，干燥精礦采用氣力輸送。該系統(tǒng)存在向兩臺窯輸送的物料不均以及氣力輸送設(shè)備輸送流程長、故障率高等問題，嚴(yán)重影響了入爐鉬精礦的進(jìn)料量、水分含量、粒度大小等指標(biāo)，因此對內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯原料預(yù)處理系統(tǒng)實施了技術(shù)改造。

3.1.2 鉬精礦預(yù)處理給熱設(shè)計理論計算與論證

將鉬精礦預(yù)處理系統(tǒng)由原料庫移至回轉(zhuǎn)窯窯頭處，可縮短預(yù)處理給熱管道長度，從而提高熱利用效率。根據(jù)冶金傳輸原理，利用直管一維穩(wěn)態(tài)傳熱公式，改造前、后閃蒸給熱管道熱平衡計算如下:

熱平衡方程:q失=q入-q出

設(shè)預(yù)處理給熱管道入口處溫度恒為T，出口管道溫度為110 ℃，ρ空=1.293 kg/m3，Q空=6 762 m3/h，q入=1 400 ×6 232 ×T;q出=1400 ×6232 ×383;q失=(383-298)×3 600/［1 ÷ (2 ×3.14 ×37 ×0.307)×ln(0.34 ÷0.3)］

求解T=130 ℃

為了驗證這一計算結(jié)果，用溫度計對入口、出口溫度進(jìn)行了測試，當(dāng)入口溫度150 ℃時，出口溫度約為123 ℃左右，其結(jié)果和理論計算相符，說明閃蒸干燥機(jī)移位使給熱管道距離縮短起到提高熱效的效果。

3.1.3 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)控制裝置原理及分級環(huán)設(shè)計與應(yīng)用

如圖1 所示旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)控制裝置，其原理:熱空氣由入口管以適宜的運(yùn)動速度從干燥機(jī)底部進(jìn)入攪拌粉碎干燥室，對物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切、碰撞、摩擦而被微?；?，強(qiáng)化了傳質(zhì)傳熱在干燥機(jī)底部，較大較濕的顆粒團(tuán)在攪拌器的作用下被機(jī)械破碎，水份、油份含量較低、顆粒度較小的顆粒被旋轉(zhuǎn)氣流夾帶上升，在上升過程中進(jìn)一步干燥。由于氣固兩相作旋轉(zhuǎn)流動，固相慣性大于氣相，固氣兩相間的相對速度較大，強(qiáng)化兩相間的傳質(zhì)傳熱，所以該機(jī)生產(chǎn)強(qiáng)度較高［1］。所選用的粒度控制裝置為圓環(huán)狀，其內(nèi)徑應(yīng)根據(jù)顆粒在氣流中的受力分析計算所得，具體計算如下:

鉬精礦顆粒在流體中的受力可簡化為:∑F=Fd+mv2/r

∑F-合力;Fd-顆粒徑向所受的曳力分量;m-顆粒質(zhì)量;v-顆粒切向速度;r-顆粒旋轉(zhuǎn)半徑。

Fd=3.14Cdds3VP2/8

Cd-曵力系數(shù);ds-顆粒直徑;VP-氣力與靜止顆粒的最大徑向速度差。

VP=Q/S1

Q-氣體流量;S1-環(huán)系面積。

V=Q/S2

Q-氣體流量;S2-集風(fēng)室面積。

Cd可根據(jù)球形顆粒曵力系數(shù)的計算所得，具體如下:

當(dāng)2.04 ×10-6≤A≤2.4;Cd=576/A;

當(dāng)2.4≤A≤1.68 ×106;Cd=6.447-1.151lnA+3.865 ×10-2×ln2A-9.764 ×10-3×ln3A;

當(dāng)1.68 ×106≤A≤1.68 ×1010;Cd=19.31-3.375lnA+0.1845 ×ln2A-3.293 ×10-3×ln3A。

其中A=4gds3ρ(ρs-ρ)/3u2(ρs-顆粒密度;ρ-氣流密度;u-粘度)

根據(jù)不同的物料特性，通過理論計算確定分級器直徑，可以避免調(diào)試過程中的不必要拆裝，同時，最大限度地發(fā)揮干燥機(jī)的潛在能力，使其處于最佳的操作狀態(tài)下。由于鉬精礦在上浮被粒度控制裝置擋住的過程中，易造成對設(shè)備內(nèi)壁有較大磨損，因此，為了進(jìn)一步細(xì)化鉬精礦顆粒，通過理論分析和計算論證，在閃蒸干燥機(jī)頂部增加分級環(huán)，分級環(huán)選用材質(zhì)為鋼耐磨材料［2］。

圖1 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)控制裝置示意圖

3.1.4 鉬精礦預(yù)處理改進(jìn)方案的實施

為提高閃蒸干燥機(jī)細(xì)化原料粒度的能力，新增原料預(yù)處理系統(tǒng)一套，并將原來原料預(yù)處理系統(tǒng)由原料庫移至窯頭。由螺旋輸送機(jī)輸送閃蒸干燥機(jī)進(jìn)行精礦干燥、粉碎，布袋收塵器安置于窯頭處料倉的上部，閃蒸干燥機(jī)處理好的鉬精礦經(jīng)布袋收塵實現(xiàn)固氣分離后，囤入布袋收塵器底部料倉，料倉內(nèi)的鉬精礦再經(jīng)過螺旋輸送機(jī)輸送至窯內(nèi)進(jìn)行焙燒。窯頭罩換熱產(chǎn)生的熱空氣作為閃蒸干燥機(jī)的主要熱源。具體配置流程圖見圖2。新系統(tǒng)中取消氣力發(fā)送，對系統(tǒng)漏點進(jìn)行了修復(fù)，減少了物料飛揚(yáng)，使鉬金屬回收率得到提高。

圖2 改造后原料預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程圖

3.2 供熱系統(tǒng)改造

3.2.1 內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯供熱理論計算

根據(jù)爐臺原煤每小時耗煤量為175 kg，已知標(biāo)煤燃燒值23 027.4 kJ/kg，天然氣燃燒值33 494.9 kJ/Nm3，即折合天然氣耗量為120 m3，過剩系數(shù)設(shè)置為1.3，則天然氣設(shè)計最大耗量為156 m3，故滿足供熱要求［3］。

3.2.2 供熱系統(tǒng)改造的實施

拆除原煤燃燒器凈化室，將天然氣燃燒室直接與窯頭罩配置連接在一起。

3.3 內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯焙燒鉬精礦預(yù)處理及焙燒工藝試驗

3.3.1 內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯焙燒鉬精礦預(yù)處理試驗

準(zhǔn)確了解改造前閃蒸的處理能力，特對改造前原料預(yù)處理系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果見表1。由表1 可知，改造前閃蒸存在熱源不穩(wěn)定，最高溫度可達(dá)160 ℃左右，最低可達(dá)120 ℃左右，處理后水分波動也較大從1.0%～3.1%，且存在小顆粒，入爐后易形成包裹夾生，影響焙燒反應(yīng)的充分進(jìn)行。

表1 閃蒸干燥機(jī)預(yù)處理系統(tǒng)改造前工藝參數(shù)統(tǒng)計表

表2 閃蒸干燥機(jī)預(yù)處理系統(tǒng)改造后工藝參數(shù)統(tǒng)計表

通過以上可以看出，閃蒸改造后干燥溫度提高，使鉬精礦入爐水分下降至1%以下，有利于提高焙燒效果，減少廢品的產(chǎn)生。

3.3.2 焙燒工藝試驗

3.3.2.1 改造前后焙燒工藝數(shù)據(jù)對比分析

為了更深入地搞清楚回轉(zhuǎn)窯焙燒鉬精礦工藝參數(shù)之間的關(guān)系，更好地指導(dǎo)新系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試的進(jìn)行。對影響焙燒產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素——料溫和負(fù)壓(改造前用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速代替)進(jìn)行研究。表3 為內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯改造前工藝統(tǒng)計原始數(shù)據(jù)。

表3 內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯改造前生產(chǎn)工藝參數(shù)統(tǒng)計表

表4 內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯改造后生產(chǎn)工藝參數(shù)統(tǒng)計表

3.3.2.2 焙燒試驗結(jié)果分析與討論

(1)料溫、負(fù)壓對產(chǎn)品含硫的影響。

設(shè)產(chǎn)品含硫為S，料溫為T料，負(fù)壓為P。采用MT 軟件擬合得到:

(2)單位小時加料量、熱風(fēng)爐溫度、負(fù)壓對料溫的影響。

設(shè)單位小時加料量為M，熱風(fēng)爐溫度為T爐，負(fù)壓為P，料溫為T料。采用MT 軟件擬合得:

對(1)、(2)進(jìn)行誤差分析，其偏差很小，可用作工業(yè)問題分析的依據(jù)［4］。

3.3.2.3 焙燒試驗工藝參數(shù)的確定

(1)根據(jù)(1)式可知，在目前生產(chǎn)狀況下，先確定料溫為平均料溫780 ℃左右，要使產(chǎn)品含硫低于0.08%，負(fù)壓值應(yīng)大于35.5 Hz，大負(fù)壓易造成熱損耗和煙灰量大，因此建議負(fù)壓值為控制在35.5 Hz。

(2)根據(jù)(2)式可知，在料溫為780 ℃、負(fù)壓值在35.5 Hz 的條件下，單位小時加料量與熱風(fēng)溫度之間有制約關(guān)系:313.2611=0.4216M+0.24T爐。

①若加料量為A1kg/h，原料平均含水按照平均含水6%計算，配料平均品位48%，則熱風(fēng)爐溫度應(yīng)控制在908 ℃為宜，配料平均品位47%，則熱風(fēng)爐溫度應(yīng)控制在918 ℃為宜，配料平均品位46%，則熱風(fēng)爐溫度應(yīng)控制在925 ℃為宜，配料平均品位45%，則熱風(fēng)爐溫度應(yīng)控制在934 ℃為宜。

②若加料量為A2kg/h，原料平均含水量按照6%計算，配料平均品位48%，則熱風(fēng)爐溫度應(yīng)控制在949 ℃為宜，配料平均品位47%，則熱風(fēng)爐溫度應(yīng)控制在956 ℃為宜，配料平均品位46%，則熱風(fēng)爐溫度應(yīng)控制在964 ℃為宜，配料平均品位45%，則熱風(fēng)爐溫度應(yīng)控制在971 ℃為宜。

(3)為推行低溫操作，根據(jù)(1)式可知，確定料溫為760 ℃左右，要使產(chǎn)品含硫低于0.08%，負(fù)壓值應(yīng)大于33.625 Hz，大負(fù)壓易造成熱損耗和煙灰量大，因此建議負(fù)壓值為33.625 Hz;根據(jù)(2)式可知，在料溫為760 ℃、負(fù)壓值在33.625 的條件下，單位小時加料量與熱風(fēng)溫度之間有制約關(guān)系:0.421 6 M+0.24T爐=296.694 225。

新改造系統(tǒng)下的焙燒法最高點料溫在700 ℃左右，固化區(qū)長度由原來的2 m 左右拉長為3.5 m 左右。料溫較改造前有所降低，能夠減少高溫鉬升華損失，加上新焙燒法煙灰返量由原來的25%降低到15%，能夠減少鉬遷移過程中的機(jī)械損失。綜上所述，新系統(tǒng)下的新焙燒法對于提高鉬金屬回收率具有諸多益處。

4 改進(jìn)效果及發(fā)展趨勢

(1)以天然氣代替原煤作為熱源，實現(xiàn)供熱穩(wěn)定快捷，有效保證了整個工藝穩(wěn)定控制，爐況分布合理。

(2)首次在鉬焙燒領(lǐng)域所用閃蒸干燥機(jī)上安裝分級環(huán)，可減少鉬精礦的團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象，為焙燒創(chuàng)造有利條件，實用性高。

(3)產(chǎn)量由前期的8.89 增加為9.66 t/天·臺，預(yù)計兩臺窯月增產(chǎn)46.2 t，能耗由改造前期的310kg標(biāo)煤/t 氧化鉬下降為145 m3天然氣(熱值折合標(biāo)煤209 kg)/t 氧化鉬，每噸氧化鉬節(jié)約標(biāo)煤101 kg，同時提高了熱利用率;回收率由2011 年的98.02%增加到98.3%，全年多回收16.281 t 氧化鉬實物量。

(4)由于采用天然氣作為供熱熱源，其在焙燒方法上與原熱風(fēng)爐有些不同，因此需要探索最佳的工藝操作方法。

(5)另外為了減少對熱源的依賴，同行業(yè)利用鉬精礦焙燒時的自身反應(yīng)熱，同時對內(nèi)熱式結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，已經(jīng)形成了無碳焙燒節(jié)能工業(yè)應(yīng)用并取得一定的進(jìn)展，節(jié)能降耗效果明顯，值得進(jìn)一步研究應(yīng)用，這也成為鉬精礦焙燒方法今后發(fā)展的趨勢。

［1］張繼宇，王文昌.旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥與氣流干燥技術(shù)手冊［M］.沈陽:東北大學(xué)出版社，2005:36-38.

［2］蔣 斌，柴本銀.旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的設(shè)計［J］.干燥技術(shù)與設(shè)備，2007，(3):146-149.

［3］譚 剛.內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯焙燒鉬精礦的生產(chǎn)實踐［J］.中國鉬業(yè)，2009，33(3):23-26.

［4］李東風(fēng)，鄭忠國.最優(yōu)線性回歸的計算方法［J］.數(shù)理統(tǒng)計與管理，2008，(1):88-90.