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钛白生产中先进节能技术应用的探讨钛白生产中先进节能技术应用的探讨- l- l+ k8 d8 TZ* q; X! Y$ d2 4 B8 D9 s( G3 e1热泵技术7 d; F4 O9 M2 s; x+ P 热泵技术是利用外来蒸汽通过蒸汽喷射泵时，抽吸黑钛液蒸发加热器之分离器的二次蒸汽，一起进入蒸发加热器的管间，作为管内黑钛液的热泵源之用，可以节省原蒸汽用量。同时，由于原蒸汽通过蒸汽喷射泵，造成整个蒸发系统的负压，故不需用电力真空泵，可达到节电的目的。以1 t钛白所需黑钛液5.7 m3计，TiO2质量浓度从175 g/L浓缩至230g/L，需要蒸发水量1 400kg，热泵浓缩耗用蒸汽量为1.1 t。热泵浓缩与薄膜浓缩相比，节省蒸汽0.51t，节电5kWh，换算节省标煤75kg。$ l , G2 y9 |9 D+ v: 2外加晶种水解技术6 |/ _8 Y! J, o2 V) h2 |8 H# V! , c! L 20世纪90年代初，欧洲出现了新的外加晶种水解技术，取代了原有自生晶种水解技术。山东某厂从欧洲引进了新的外加晶种水解技术，其特点：1)晶种单独制备，确保制备晶种的质量；2)制备好的晶种放入水解罐内，水解过程自动控制，解除人为因素等；3)具有显著的节能效果。1 t钛白所需黑钛液5.7m3，质量浓度175 g/L，自生晶种需浓缩至230g/L，而外加晶种只需浓缩至195 g/L。两者之差，外加晶种水解技术少蒸出水0.8 t，可节省蒸汽用量0.92t，换算成节省标煤为123 kg。; n9 |8 R% b$ T# i. T# z, |( g% y. V5 f; d) z3转窑煅烧节能技术6 m$ P- $ D5 g8 Z- c* v ( f1 A2 M3 i2 A5 j2 Z6 煅烧是钛白生产中能耗最大的工序，占钛白能耗约20%。20世纪80年代前后，曾对以叶滤机脱水的偏钛酸进1 600 mm的转窑进行测定，其1 t钛白的能耗约为1 423.6kJ。现采用压滤机脱水在原1 600mm转窑测定数据的基础上，进行换算和调整，其数据见表1。m. 7 J Q; l8 Q( I1 N8 q; V 2 n表1, S( T1 qK5 C! s6 |2 B+ v转窑热量平衡表(以1t锐钛矿型钛白计) 5 : B1 K% h) H1 J) m* z项目 输入热量/kJ 所占比例 %w/ - q2 I) k 1 7 k0 Z: F柴油煅烧热 11668482 99.80$ c8 _* M! T; % E$ r0 H偏钛酸带人显热 25331 0.18# g# i( + C- ! C V柴油带入显热 2730 0.029 d9 7 _/ x0 E5 E7 合计 11696543 100.00 $ m* q* a1 a1 p9 X9 9 m5 c! W项目 输出热量/kJ 所占比例 %/ g( k1 Y1 g% 偏钛酸水分蒸发耗热 3607222 30.846 r, _& y) h/ D8 p( 窑体散热 4624487 39.53k e4 e4 z+ R$ L% g% S( 3 Z烟气带走热 2624872 22.44 H1 u% AKW4 J成品带走热 811977 6.94+ Q1 X- ia0 t T! 粉尘 16698 0.14u/ U1 p1 L4 p烟气 11287 0.114 j) U1 , B; z 合计 11696543 100.00% O5 B! m0 hG( g# ) b, j5 ?7 |! K P+ x6 j! f3.1偏钛酸脱水# u2 F( X6 R# 2 Q1 r) E - T8 i0 1 Y - E& _4 y7 X/ : v0 Y进转窑的偏钛酸脱水当分别采用叶滤机、真空转鼓过滤机和压滤机时，其偏钛酸含固量(质量分数，下同)分别为30%-32%，40%-42%，50%-60%。由于偏钛酸含固量增加，含水量减少，在转窑中蒸发水量用的热量就发生变化。如叶滤机脱水用热量603104kJ(1 tTiO2计，下同)，压滤机脱水用热量360 104kJ。压滤机比叶滤机脱水节能243104kJ，相当于1 t钛白节省标煤82.8 kg。同时，由于压滤机脱水，偏钛酸含水量低，转窑内脱水段的长度也可减少，相对提高了转窑的生产能力。如2 400mm38 000mm的转窑，日产可以达到35t。新的工程设计，可适当考虑缩短转窑内脱水段的长度。1 K D) | |3 O* g4 M9 / | y2 % f$ c! ; 7 Y3.2窑体散热- G1 O6 H; t& n! : E I& | a: ow+ F 为了有效地减少转窑散热的热能消耗，四川某钛白企业采用二层砖，如2 800mm53 000mm的转窑，钛白生产能力20 kt/a。原有耐火砖厚度200mm，现仍保持原耐火砖的厚度，但改为一层耐火砖厚150 mm，一层保温砖厚度45 mm，两层间灰缝5 mm，经生产运行测定1 t钛白能耗921 104-1 046.8104kJ。同样2 800mm53 000mm的转窑内衬单层厚度200mm耐火砖，生产能力20 kt/a，1 t钛白的能耗1 208.4104kJ。从两者比较可以看出，前者内衬二层砖的转窑，因减少散热损失，体现钛白能耗低，具有一定的节能效果。7 h f1 Q3 # G7 ?4 K k8 y I6 Z F& 6 d2 ?1 W3 Y据资料介绍，德国Ti-Cons公司有转窑先进工艺，即在转窑内耐火砖与窑体之间加衬一层轻质保温砖，保温砖厚152 mm，耐火砖厚152mm，总厚度304mm。以直径3 200mm55 000 mm转窑为例，可减少转窑散热损失126104kJ，相当于减少转窑热损的25%，1 t钛白节省标煤43 kg。! z: d8 b f6 xQ- Q$ g) b9 u; o; c7 p6 : - y/ F; d$ m& Z3.3转窑尾气热能的利用$ : i: ?6 . l! B+ ) J * R6 6 D( k2 1 t钛白转窑尾气带出热量约260104kJ，这部分热量可用于进窑偏钛酸脱水或废酸浓缩。经比较后认为，用于废酸浓缩工艺流程较顺，设备材质易解决。转窑尾气热能综合利用工艺示意图见图1(略)。) , ) n/ xO; tw/ K9 _ % ( w3 k5 K- H8 N6 c. p: a上述工艺流程示意图设有高温静电除尘器，目的是为了除去转窑尾气所夹带的TiO2粉末。除尘后的转窑尾气有2个用途，一是以天然气为燃料时，约有50%的转窑尾气可返回窑头，当二次风利用，1t钛白节能133.2 104kJ，相当于节省标煤45.4kg；二是把转窑尾气用于废酸预浓缩。由于转窑尾气已经过高温静电除尘，除去了尾气所夹带的TiO2，确保废酸预浓缩时废酸中不夹带TiO2，为废酸进一步浓缩时减少设备和管道被堵塞创造有利条件。废酸预浓缩的浓度，要视窑尾气利用情况确定。若转窑尾气不循环利用时，可把废酸从20%-23%浓缩至23%-26%，使1 t钛白节省标煤约100kg；若尾气部分循环利用，用于废酸初浓缩的窑尾气量就会减少，要视尾气循环利用的情况，来看窑尾气废酸预浓缩的效益。6 W8 a) L) r : x6 v, Z 5 v- m( x+ R9 F6 |3 h3.4成品带走热量的收回1 Y3 T* aR0 a / Q* l$ G; V2 r8 I . 出转窑的高温粗TiO2，用空气冷却器回收它的余热，可使空气温度升至92.5，去燃烧器作为燃料的一次空气之用。经计算，用空气回收出转窑的TiO2的余热有限，以天然气作为燃料者只收回38%，以煤气作燃料者只收回54%。今后工程设计或原装置技术改造，应该重视粗TiO2热量回收系统的设计，可采用空气和水回收相结合。空气回收热量供转窑燃烧器作为一次空气之用，水回收热量可供水洗之用。提高粗TiO2热量回收率，还可以改善窑头的生产环境。0 b2 p9 n1 k x1 K* h/ c. 5 a- ) D2 9 Y2 ) k: q, b4隔膜压滤机节能效果& - E7 L* I J# s% % r+ f+ u% Z# I3 t9 U0 M 从总体来看，隔膜压滤机应用于一、三次水洗，窑前脱水和干燥前脱水是得到肯定的。二次水洗存有争议，问题主要反映在二次水洗时存在死角，造成偏钛酸中Fe含量偏高。从实际运行效果来看，只要操作妥当，问题能得到解决。笔者以20kt/a钛白生产装置为例，一洗、二洗、三洗采用叶滤机，窑前脱水和干燥前脱水用真空转鼓过滤机，经计算全年用电量395.4万kWh，而上述5个工序全部用隔膜压滤机，全年总用电量210.25万kWh，两者相差185.15万kWh。即隔膜压滤机每吨钛白节电92.5kWh，换算成每吨钛白节省标煤11.4 kg。隔膜压滤机还具有节省厂房建筑面积、节省基建费用和改善操作环境等优点。- l- C z4 1 - z* T/ L- X# ) G5其他节能技术7 T% Ve8 / j d& E; A G 2 ( U0 I. w; 0 T1)采用大型球磨机-风扫磨系统，代替雷蒙磨用于钛铁矿的粉碎，易于调整、控制矿粉的细度，产量高，维修少，每吨钛白节电5-10kWh。 _$ 2 v# N# N: J ; _3 i( o! . h+ P3 r4 I7 q2)以酸溶性钛渣代替钛铁矿用于钛白生产。由于钛渣TiO2含量高，铁含量低，其他杂质大幅度下降。以重庆某厂实际操作为例，硫酸单耗降低30%，每吨钛白节电30%，节约天然气约35%，节水25%，节约蒸汽约50%，综合能耗约下降800 kg标煤，1 t钛白制造成本约降低5%。1 i! N3 d7 E- t1 B& - q& d ! f+ i. I5 s, i . S3)真空结晶采用两级蒸汽喷射器加水环泵系统，比用单级喷射器加水环泵系统可降低蒸汽消耗量和循环冷却水量。某厂采用两级喷射器，每个生产周期的蒸汽消耗为1 900kg/次；而某厂采用单级蒸汽喷射器，每个生产周期的蒸汽消耗量为2 330kg/次。无论单级或两级蒸汽喷射器的尾气真空泵都是22kW，两者相比，采用两级蒸汽喷射器的1 t钛白节省蒸汽333 kg，换算节省标煤为42.8kg。2 M( _! t5 M8 ?1 P8 T; P# R ! H: U - Y1 L$ u5 4)轮压磨节能效果。轮压磨在中国已应用2a，以轮压磨代替中间粉碎用的雷蒙磨，具有降低造价、降低能耗等优点，两者比较见表2。从表2可见，轮压磨比雷蒙磨节省215 kW，换算1 t钛白节电53.75kWh，相当于节省标煤6.5 kg。- A% R8 b: q6 Z8 A4 C( o6 Q/ F( f u U3 s7 _表28 N: L6 r3 n- w% w/ x轮压磨与雷蒙磨的比较+ a3 a; w4 # ) n6 D项目 磨机产量/th-1 引进费用 装机容量/kW 建筑面积/m2) ? o+ l Z$ ZPMl2雷蒙磨 4.0-4.5 95.5万美元 280 918 ?0 4 |% V& k/ W2 I! t轮压磨 4.0-5.0 46.0万欧元(报价) 65 72& k# U) 2 ?+ f: i, Z& 注：雷蒙磨价是指引进研磨机和分级器等主机件，不包括国内配套的袋器和风机等的价格。0 e: J% ?) R5 c6 t; G; a1 d, G 5)闪蒸干燥技术。后处理干燥工序有带式、喷雾和闪蒸等3种干燥方法，带式、喷雾干燥适用于进干燥器的物料含水量约60%，闪蒸干燥适用于含水量40%。由于进干燥器的物料含水量不同，加上产品最终含水量的不同，带式干燥产品含水量1%，喷雾和闪蒸干燥产品含水量0.5%。综合上述两个方面的因素，经计算和比较，带式干燥的基准态能耗定为1.0，喷雾干燥为1.21，闪蒸干燥为0.43。在生产装置的配置上，带式和喷雾干燥物料脱水配置真空转鼓过滤机，闪蒸干燥的物料脱水配置隔膜压滤机。闪蒸干燥比带式、喷雾干燥器具有明显的节能效果。一般金红石钛白生产装置采用压滤机配闪蒸干燥器的生产工艺，但对于生产化纤钛白的生产厂家，需选用真空转鼓过滤机配喷雾干燥的生产工艺。5 X$ Q! S0 A. I1 5 m: v f* c6 w4 Y1 A/