【文章內(nèi)容簡介】 相反方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)窯體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就把物料帶到一定高度，然后在重力的作用下，物料又沿斜面下落。由于窯體有一定的傾斜度，當(dāng)物料升起和落下的時(shí)候，就向窯頭方向前進(jìn)一定距離，直至窯頭，完成由氫氧化鋁變 成氧化鋁的過程。 圖 21 回轉(zhuǎn)窯焙燒工藝設(shè)備連接圖 1— 氫氧化鋁儲(chǔ)倉； 2— 板式飼料機(jī)； 3— 焙燒窯； 4— 冷卻機(jī)； 5— 吹灰機(jī)； 6— 氧化鋁儲(chǔ)倉； 7— 鼓風(fēng)機(jī)； 8— 儲(chǔ)油罐； 9— 油泵； 10— 油槍； 11— 一次旋風(fēng)收塵器；12— 二次旋風(fēng)收塵器； 13— 排風(fēng)機(jī)； 14— 電收塵器； 15— 煙囪； 16— 集灰斗 根據(jù)物料在窯內(nèi)不同溫度區(qū)域發(fā)生的物理化學(xué)變化，可將窯劃分為如下 4 個(gè)區(qū)域。 （ 1）烘干帶：入窯的物料由 40℃左右被加熱到 200℃，濕氫氧化鋁所帶的附著水在此帶全部被蒸發(fā)掉。而窯氣的溫度則由 600℃左右降低到 250~300℃而排出窯外。 （ 2）脫水帶：物料由 200℃繼續(xù)加熱到 900℃，氫氧化鋁的結(jié)晶水在此帶得到脫除而變成 g— Al2O3。窯氣溫度由 1050℃降至 600℃左右。 （ 3）燒成帶：物料溫度由 900℃加熱到 1200℃左右，使 g— Al2O3 轉(zhuǎn)變?yōu)?a— Al2O3。其轉(zhuǎn)變過程決定于溫度、停留時(shí)間以及是否添加礦化劑等條件。此帶的氣流溫度為1050~1400℃。 （ 4）冷卻帶：物料在此帶由 1200℃冷卻到 1000℃左右，然后進(jìn)入冷卻機(jī)繼續(xù)冷卻至 70℃左右排出。 以上各個(gè)區(qū)域的長度不是固定不變的，它隨著焙燒窯規(guī)格的不同 及操作條件的變化而變化，但各帶的溫度基本上是不變的。 [4] （ 1）設(shè)備老化陳舊 ,運(yùn)轉(zhuǎn)率及效率低。一臺(tái)焙燒窯均為 50~60 年代建成 ,平均運(yùn)轉(zhuǎn)率低于 60%,檢修工作量大 ,每年用于搶修和正常檢修的費(fèi)用高達(dá) 800 萬元 ,并經(jīng)常影響生產(chǎn)。 （ 2）能耗高。回轉(zhuǎn)窯直徑小、月同體溫度高 ,散熱面積大 ,窯尾排放廢氣溫度高達(dá) 250302,使能耗上升 ,焙燒油耗達(dá)到 135Kg/tAl2O3。 （ 3）環(huán)保差。焙燒窯電收塵效率低，出口含塵濃度高達(dá) 500mg/m3,每年損失氧化鋁 120t價(jià)值 100 多萬元 ,并 對環(huán)凌造成很大污染。 （ 4）產(chǎn)品質(zhì)量差。由于焙燒窯溫度較高 ,在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中耐火材料易爆裂和松動(dòng)脫落 ,造成氧化鋁產(chǎn)品中混入耐火材料粉塵 ,使產(chǎn)品中二氧化硅含量增加 %以上 ,造成氧化鋁質(zhì)量較差。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展 ,氧化鋁產(chǎn)能不斷提高，公司雖然花費(fèi)了大量的財(cái)力對焙燒窯進(jìn)行技術(shù) 5 改造 ,但其產(chǎn)能仍不能滿足生產(chǎn)需要。只有引進(jìn)的技術(shù)設(shè)備 ,才能從根本上降低焙燒工序能耗、改善氧化鋁質(zhì)量、提高焙燒產(chǎn)能、減少氧化鋁損失及對環(huán)境的污染 ,從而增加氧化鋁生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。 目前世界上廣泛使用的氫氧化鋁 流態(tài)化焙燒裝置，主要有美國鋁業(yè)公司的流態(tài)化閃速焙燒爐簡稱閃速爐，德國魯奇公司的循環(huán)流化床焙燒爐簡稱循環(huán)爐和丹麥?zhǔn)访芩构镜臍鈶B(tài)懸浮焙燒爐簡稱懸浮爐三種。 一、美國鋁業(yè)公司（ ALCOA）的流態(tài)化閃速焙燒爐 由于采用了調(diào)節(jié)焙燒溫度和停留保溫槽料位雙重控制方式，產(chǎn)品質(zhì)量能得到可靠的保障； 由于整套裝置設(shè)計(jì)了預(yù)熱爐、流化干燥器、停留保溫槽、流化冷卻器這四個(gè)緩沖容器，整個(gè)焙燒爐運(yùn)行穩(wěn)定可靠，并且承受各種事故的能力強(qiáng) 。 焙燒爐全系統(tǒng)設(shè)計(jì)成熟，焙燒爐年運(yùn)轉(zhuǎn)率可達(dá) 95%左右。 至今，美國鋁業(yè)公司的流態(tài)化閃速焙 燒爐已被廣泛應(yīng)用，日產(chǎn)能自 300 噸發(fā)展到了 2400 噸氧化鋁 [57]。 美鋁流態(tài)閃速焙燒爐也有其自身的不足。此套裝置適應(yīng)低水份的氫氧化鋁物料，若氫氧化鋁附著水較高時(shí)，必須通過增加過量的過?？諝?，使熱量從焙燒段帶入干燥段，以增強(qiáng)干燥能力，相對來說使焙燒氧化鋁的熱耗和電耗增加；整套裝置流化床板多，大小床板共達(dá) 塊，這樣維修時(shí)工作量相對加大；全套裝置的控制回路多，控制軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜，相應(yīng)地對操作人員和計(jì)控人員提出了較高的要求；其四由于系統(tǒng)正壓作業(yè)，整個(gè)焙燒爐體的密封、檢測點(diǎn)的密封及容器間料封系統(tǒng)要求嚴(yán)格 [8]。 圖 22 閃速焙燒爐工藝設(shè)備連接圖 二、德國魯奇公司的循環(huán)流態(tài)化焙燒爐 循環(huán)流態(tài)化焙燒爐（工藝設(shè)備連接如圖 23 所示）是一種設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)比較成熟的裝置，采用正壓作業(yè)濃相流態(tài)化技術(shù)，其爐型有其獨(dú)特之處： 流態(tài)化循環(huán)爐依靠大量的物料循環(huán)，焙燒停留時(shí)間為 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(shí)確保焙燒氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量，此外，大量循環(huán)物料的熱含量可以削弱系統(tǒng)的熱沖擊，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，爐運(yùn)轉(zhuǎn)率可達(dá) 90%～ 94%； 整個(gè)裝置無高壓大型設(shè)備，設(shè)備簡 化，投資節(jié)省，生產(chǎn)控制靈活，事故率降低； 控制回路簡單，流態(tài)循環(huán)焙燒爐自動(dòng)控制回路僅有 6 條 [57]。 循環(huán)流態(tài)焙燒爐也有其自身的缺陷。其一，循環(huán)焙燒爐對顆粒破損率大，究其顆粒破損率大的原因，一是氣體在噴射口、旋風(fēng)筒入口以及彎頭處的流動(dòng)速度大，二是顆粒在循環(huán)爐內(nèi)發(fā)生顆粒和顆粒之間和顆粒和器壁的撞擊與摩擦；盡管魯奇公司對該裝置不斷地進(jìn)行改造與完善，使破損率大幅度降低，但目前焙燒產(chǎn)品 45μ m 粒級的破損率仍高達(dá)3%~6%[8]。 圖 23 循環(huán)流態(tài)化焙燒爐工藝設(shè)備連接圖 062— 給料螺旋； 1 130— 文丘里干燥器； 122— 電收塵器； 13 136— 翻板閘； 063~065— 螺旋輸送機(jī)； 125— 氣力提升泵； 12 13 152— 旋風(fēng)分離器； 1 14143— 循環(huán)流化床焙燒主反應(yīng)爐； 144— 錐形出料閥； 15 156— 流態(tài)化冷卻機(jī) 三、丹麥?zhǔn)访芩构镜臍鈶B(tài)懸浮焙燒爐 丹麥?zhǔn)访芩构镜臍鈶B(tài)懸浮焙燒爐（工藝設(shè)備連接如圖 24 所示）是從水泥窯的氣體懸浮窯外分解裝置移植而來的。該公司從 1975~1987 年，已經(jīng)制造帶有氣體懸浮窯外分解的水泥回轉(zhuǎn)窯裝置 56 套，最大日產(chǎn)能已達(dá)到 5500 噸，該公司在水泥 回轉(zhuǎn)窯氣體懸浮窯外分解技術(shù)方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上于 1976 年立項(xiàng)，對氫氧化鋁氣體懸浮焙燒爐的研究課題，進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究 [1011]。 氣體懸浮焙燒爐是 80 年代發(fā)展起來的流態(tài)化焙燒裝置，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)欠成熟。其一，耐火材料脫落嚴(yán)重，特別是高溫段，這一現(xiàn)象不僅在山西分公司的氣體懸浮焙燒爐發(fā)生，在印度興達(dá)爾闊鋁廠、歐洲氧化鋁廠及雷諾金屬公司的科克氧化鋁廠也都出現(xiàn)；造成這種現(xiàn)象的原因有兩個(gè)方面，一是爐內(nèi)襯設(shè)計(jì)不合理，二是供爐制度不完善（甚至有烘爐“死區(qū)”，如 3 號冷卻旋風(fēng)筒、各旋風(fēng)筒下料管）；耐火材料 脫落使料管堵塞，導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，爐運(yùn)轉(zhuǎn)率降低。其二，由于氣體懸浮焙燒爐容器間設(shè)計(jì)采用下料管料封，生產(chǎn)中不能在低產(chǎn)能下運(yùn)行，即便在開始下料，也必須迅速提高產(chǎn)量，其目的是避免氣流“反竄” 7 （走短路）或焙燒爐系統(tǒng)內(nèi)料流形成“脈沖”，因此， 產(chǎn)能的可調(diào)范圍窄，一般要求在設(shè)計(jì)能力的 60%~100%內(nèi)調(diào)節(jié)。其三，氣體懸浮焙燒爐設(shè)計(jì)的檢修、清理、觀察等活動(dòng)孔太多，設(shè)計(jì)中 每個(gè)旋風(fēng)筒有檢修孔 3 個(gè)，清理孔 3~6 個(gè)，觀察孔 3~4 個(gè)，再加上連接煙道，孔數(shù)繁多，這些孔不僅增加了散熱損失，而且給系統(tǒng)造成了漏風(fēng)隱患。其四 ，電收塵收集粉塵輸送系統(tǒng)和文丘里煙道降溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尚未定型 [8]。 圖 24 氣態(tài)懸浮焙燒爐工藝設(shè)備連接圖 與回轉(zhuǎn)窯工藝相比，流態(tài)化焙燒工藝具有顯著的優(yōu)點(diǎn) [910]。 (1). 熱耗的比較：流態(tài)化焙燒的熱耗約為 ~，每噸氧化鋁可節(jié)省燃油30~45Kg，較傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯熱耗降低 30%以上。 (2). 焙燒程度的比較：流態(tài)化焙燒產(chǎn)品中不同粒徑的氧化鋁的焙燒程度均勻，相同比表面積的 a — Al2O3 含量低，在鋁電解中熔解速度較快，可提高鋁電解的電流效率 ； (3). 破碎指數(shù)的比較：流態(tài)化焙燒的破碎指數(shù)不高，產(chǎn)品中 45μm 的部分增加 14%，但 15μm 的部分沒有顯著增加； (4). 投資的比較：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：美國 少 5070%；西德 少 20%；法國 少 15~20%。國內(nèi)流態(tài)化焙燒裝置的投資比回轉(zhuǎn)窯少 40~60%； (5). 占地面積的比較：流態(tài)化焙燒裝置的占地面積小，以日產(chǎn) 800t 的焙燒裝置為例，僅是回轉(zhuǎn)窯焙燒裝置的五分之一，建筑面積僅為三分之一至三分之二； (6). 設(shè)備情況的比較：流態(tài)化焙燒爐設(shè)備簡單，壽命長，維修費(fèi)用低。流態(tài)化焙燒系統(tǒng)除了風(fēng)機(jī)、油泵、給料設(shè)備之外，沒有大型的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。爐襯使用壽命長，可達(dá) 10 年以上。西德第一臺(tái)焙燒爐使用 13 年也沒有更換，因此它的維修費(fèi)用比較低，據(jù)西德提供的 焙燒爐的維修費(fèi)用只是回轉(zhuǎn)窯的 35%； (7). 對環(huán)境污染的比較：流態(tài)化焙燒爐對環(huán)境的污染輕。由于流態(tài)化焙燒爐燃燒完全，過剩空氣系數(shù)低，廢氣中氧氣的含量低（ 1~2%），廢氣中 SO2 和 NOx 的生成量均要比回 轉(zhuǎn)窯焙燒低，排入大氣的煙氣含塵量均小于 100mg/Nm3； (8). 自動(dòng)化水平的比較：流態(tài)化焙燒爐的自動(dòng)化水平較高。流態(tài)化焙燒爐較回轉(zhuǎn)窯易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。集中分散計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可完成全套裝置的起動(dòng)、生產(chǎn)控制、設(shè)備保護(hù)、停車，可保障設(shè)備的安全運(yùn)行和生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定進(jìn)行。 表 21 三種類型的流態(tài)化焙燒爐的主要指標(biāo) 主要指標(biāo) 爐型 產(chǎn)能（ t/日） 1300 1300 1300 熱耗（ kal/ KgAO） 740 735 715 焙燒溫度（ ℃） 1050~1100 950~1000 1150~1200 電耗（ kWh/tAO） 20 20 14 比表面積（ m2/g） 40~45 80~85 80 運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備（臺(tái)） 4 23 16 流化床數(shù)（臺(tái)） 7 4 1 控制回路（條） 22 6 12 圖 22循環(huán)流態(tài)化焙燒與回轉(zhuǎn)窯焙燒綜合比較 項(xiàng)目 單 位 流化爐焙燒 回轉(zhuǎn)窯焙燒 年節(jié)約 ( 萬元 ) 燃 油 燃 油 kg/ t Ao 80~ 85 135 2 500 電 耗 kWh/ t Ao 21 38~ 45 136~ 192 水 耗 m3/ t Ao 0. 26 3. 92 175. 68 氧化鋁損失 t / a 39. 7 479. 5 90 維修維護(hù)費(fèi) 萬元 / a 200 420 220 合 計(jì) 3121. 08~ 3177. 68 因此，流態(tài)化焙燒被氧化鋁廠廣泛應(yīng)用，回轉(zhuǎn)窯焙燒逐漸被淘汰（回轉(zhuǎn)窯焙燒爐與循環(huán)流態(tài)化焙燒爐比較如圖 22[11]）。而三種流態(tài)化焙燒爐雖具有共同的優(yōu)點(diǎn)，但細(xì)微分析 ，無論從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，還是爐型的設(shè)計(jì)成熟性與穩(wěn)定性，不同爐型具有各自的特點(diǎn)與不足，見表 21[8]。 我國引進(jìn)流態(tài)化焙燒爐的關(guān)鍵是爐型的選擇，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差別不大的情況下，應(yīng)以焙燒爐生產(chǎn)可靠性和穩(wěn)定性作為重要依據(jù)，經(jīng)三種爐型的比較，穩(wěn)定性較強(qiáng)的屬美鋁流態(tài)閃速焙燒爐和魯奇循環(huán)流態(tài)焙燒爐，綜合考慮焙燒爐的其它指 標(biāo)，選擇魯奇循環(huán)流態(tài)焙燒爐稍佳。所以，本設(shè)計(jì)氧化鋁生產(chǎn)選擇循環(huán)流態(tài)化焙燒爐。 循環(huán)流態(tài)化焙燒系統(tǒng)簡介 氧化鋁循環(huán)流化焙燒系統(tǒng)主要包括文丘里型干燥器、旋風(fēng)分離器、焙燒主爐、返料器、二級流化床冷卻器 、除塵和返塵系統(tǒng)等設(shè)備，工藝流程包括三個(gè)部分：氫氧化鋁的干燥和預(yù)熱、氫氧化鋁的焙燒、氧化鋁的冷卻與一次風(fēng)，二次風(fēng)的預(yù)熱。 9 氫氧化鋁的干燥和預(yù)熱 （ 1）一級干燥 來自分解車間的濕氫氧化鋁約 20℃，由皮帶輸送機(jī)送到焙燒爐氫氧化鋁小倉，再由螺旋喂料機(jī) 062 將物料喂入文丘里一級干燥器 120。在此，物料與二級旋風(fēng)分離器來的熱廢氣（氣速達(dá) 30~40m/s，溫度 350~400℃）混合，蒸發(fā)掉濕氫氧化鋁的附著水。 120 出來的熱廢氣攜帶已被干燥的干氫氧化鋁與廢氣組成含塵廢氣流，進(jìn)入兩級靜電收塵器 122。在第一級機(jī)械收 塵，夾帶的大部分固體物料被收下，剩余的含塵廢氣進(jìn)入第二級靜電收塵器，用靜電除塵方法將廢氣（約 140℃）進(jìn)行凈化，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。由電收塵器收下的固體物料，通過螺旋輸送機(jī)送入空氣提升機(jī) 125。然后，被壓縮風(fēng)吹送起來，到旋風(fēng)收塵器 127，經(jīng) 127 收下的大部分物料，通過喂料密封槽被送入文丘里二級干燥器 130 的下部。經(jīng) 127 凈化的空氣，通過管道進(jìn)入二次風(fēng)旋風(fēng)收塵器 152，最終做為二次風(fēng)。 （ 2）二級干燥和預(yù)熱 進(jìn)入二級文丘里干燥器 130 的干氫氧化鋁與來自循環(huán)旋風(fēng)收塵器 142 的熱廢（溫度約 950℃）相 混合，并被部分脫水和預(yù)焙燒。氣體和物料將再一次在 130 后面的旋風(fēng)收塵器 132 中進(jìn)行分離。經(jīng) 132 分離出來的預(yù)焙燒氧化鋁，通過下料管，進(jìn)入流化床焙燒爐140。下料管上的翻板閥 13 136 保證了焙燒爐的壓力密封，防止熱廢氣反竄。出 132 的廢氣經(jīng)管道進(jìn)入一級干燥器 120。 氫氧化鋁的焙燒 經(jīng)預(yù)熱和部分脫水的氫氧化鋁從 132 進(jìn)入流化焙燒爐 140 中進(jìn)行最終焙燒（焙燒溫度約 950℃），主要是脫除一個(gè)水分子形成 g 氧化鋁，以及實(shí)現(xiàn)從 g 氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)?a