日产1600t／d氧化铝循环流态化焙烧.doc

日产1600td氧化铝循环流态化焙烧摘要 当今世界成功地应用于工业生产的流态化焙烧炉有三种，原西德鲁奇公司的循环流态焙(CFC). 美国铝业公司的流态闪速焙烧炉(FFC)。丹麦史密斯公司的气体悬浮焙烧炉(Gsc)。对于广泛应用于氧化铝工业生产的三种流态化焙烧炉进行了分析和比较，指出了三种炉型各自的特点和不足。流态闪速焙烧炉和循环流态焙烧技术经验成熟，生产稳定性较强，气体悬浮焙烧炉能耗指标先进。并指出了引进应以流态化闪速焙烧炉优先，消化创新以气体悬浮焙烧炉为基础。最后指出我国铝工业应以气体悬浮焙烧炉为基础，在消化吸收流态化焙烧技术的前提下发展创新，形成适合我国氧化铝工业特点的流态化焙烧炉。关键词：闪速流态化焙烧 循环流态化焙烧 焙烧炉 氢氧化铝Cycling fluidiztion calcinations calcinerof producing alumminum oxide 1600t/dAbstract In todays world successfully applied to industrial production for the three fluidized roaster, the company Xideluqi the cycle of flow-baking (CFC). Alcoa pattern flash roaster (FFC). Denmark Smiths suspension of gas roaster (Gsc). In this paper three kinds of fluidization calciners, which have widely used in alumina production , are analyzed and compared . And their characteristics and shortcoming are pointed out .The author thinks that fluidzation flash calciner and circulation fluidization calciner have ripe experience and stable production , but gas suspension calciner has advanced index for energy consumption . The author also puts forward that import should give priority to fluidization flash calciner and innovation should base on gas suspension calciner. Finally, Chinas aluminum industry should be suspended gas roaster based in the digestion and absorption fluidization technology roasting under the premise of the development of innovative form suitable for the characteristics of Chinas alumina industry fluidization roaster.Key words: Flash fluidization calcinations, baking cycle fluidized calcinations, caliner, aluminum hydroxide, 目目录第一章：概述 1-1、流态化焙烧新技术在国内外发展状况 1-2、我国氧化铝焙烧技术和装置现状 1-3、氧化铝循环焙烧炉工艺特性、能耗状况 1-4、氧化铝循环焙烧炉工作原理 第二章：氧化铝循环焙烧炉热工艺性能 2-1、氧化铝循环焙烧炉工艺流程介绍 1622、氢氧化铝的干燥和预热的工艺流程、热工特点16 2-3、氢氧化铝的焙烧的工艺流程、热工特点 172-4、氢氧化铝的冷却的工艺流程、热工特点18 2-5、氧化铝循环焙烧炉工艺特点、热工特点、热效能19 2-6、氧化铝循环焙烧炉工艺性能与气态悬浮焙烧炉工艺性能、热工特点比较(列表格比较)20 2-7、氧化铝循环焙烧炉工艺性能与回转窑工艺性能及热工特点比较(列表格比较)23第三章：氧化铝循环焙烧炉热工计算 3-1、氧化铝循环焙烧炉工艺计算的原始数据及条件24 3-2、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的物料平衡及物料平衡表25 3-3、燃料的燃烧计算及结果表26 3-4、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的热平衡计算28 3-5、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的热平衡计算表 33 3-6、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的热平衡与气态悬浮焙烧炉的热平衡比较33第四章、氧化铝选换焙烧炉设计热耗与实际热耗的效能分析 4-1、计算误差分析37 4-2、氧化铝循环焙烧炉计算中存在的不可避免的因素39 4-3、两种流态化炉型综合性能比较39 结束语40参考资料40 日产1600td氧化铝循环流态化焙烧第一章 概述11 流态化焙烧新技术在国内外发展状况 近四十年以来我国一直采用回转窑炉来焙烧氢氧化铝。由于这种炉子的能耗高，焙烧出的产品(氧化铝)质量低、产能低、设备的运转率低，每年维护费用高达600至800万元。这种“一高三低”的焙烧工艺及装置大大制约了我国氧化铝工业的发展。为改变我国焙烧氧化铝工艺技术现状，增大企业的市场竞争力。我国各大铝业集团公司先后考查并引进了当今世界上先进的流态化焙烧工艺及装置。 当今世界成功地应用于工业生产的流态化焙烧炉有四种：原西德鲁奇公司的循环流态焙(CFC). 美国铝业公司的流态闪速焙烧炉(FFC)。丹麦史密斯公司的气体悬浮焙烧炉(Gsc)。法国弗夫卡乐巴柯克公司的气体悬浮焙烧炉(FCB)。我国自1986年开始，先后引进了KHD公司、FLS公司和LURGI公司的焙烧技术装置。它们在原理和技术特点上虽各有不同，但它们仍有共同点，即可分为干燥预热、焙烧和冷却三大系统。这三大技术已经投用的流态化焙烧炉设计能力为国内焙烧氧化铝总规模的80以上，采用流态化焙烧炉已成为我国氧化铝工业必然的发展趋势。鲁奇公司的循环流态焙(CFC)是一种设计和生产经验比较成熟的装置，采用了正压作业浓相流态化技术，起炉型具有独特之处。其一，流态化循环炉依靠大量的物料循环(约为产量的1230倍)，焙烧停留时间6min左右，这样可降低焙烧温度，有利于降低焙烧氧化铝热耗，同时确保焙烧氧化铝产品质量；此外，大量循环物料的热含量可以削弱系统的热冲击，维持系统的热稳定性，对提高炉内衬的使用寿命极为有利，炉运转露可达90%94%；再则，整个装置无高(电)压大型设备，早期的焙烧炉均有鼓风机、排风机，随着生产时间经验的丰富，系统阻力损失的降低，装置的排风机被取消，鼓风机也化整为零，这样，设备简化，投资节省，生产控制灵活，事故露降低；还有，控制回路简单，流态循环焙烧炉自动控制回路仅有6条。 循环流态化焙烧炉也有其自身的缺陷。其一，循环焙烧炉对颗粒破损率大，究其颗粒破损率大的原因，一是气体在喷射口、旋风筒入口以及弯头处的流动速度，二是颗粒在循环炉内发生颗粒与颗粒之间和颗粒与器壁之间的撞击与摩擦；尽管鲁奇公司对该装置不断地进行改造和完善，使破损率大幅度降低，但目前燃烧产品45粒级的破损率仍高达3%6%。其二，循环焙烧炉有四个流化床，不仅在冷却系统设计有流化床，而且在高温段也设有流化床，增强了维检修量。其三，循环流态焙烧炉与流态闪速焙烧炉一样，亦不可适应高氢氧化铝附着水物料。美铝流态闪速焙烧炉(FF .C.）属正压作业，采用稀相换热和浓相保温相结合的技术，相对另两种炉型有其特点。其一，由于采用了调节焙烧温度和停留保温槽料位(控制反应时间)这一双重控制方式，产品质量能得到可靠的保障，同时，可根据用户的要求，获得不同的灼减，比表面积及aAI：0，含量的焙烧产品，其二，由于整套装置设计了预热炉、流化干燥器、停留保温槽、流化冷却器这四个缓冲容器，若焙烧炉的干燥段、焙烧段和冷却段中任何一段出现短时故障(或因进出料外部系统影响)，另外两段仍能维持运行，整个系统不会产生热工制度的大波动，对焙烧炉的使用寿命及生产的恢复极为有利；因此，整个焙烧炉运行稳定可靠，并且承受各种事故的能力强。其三，焙烧炉全系统设计成熟，主要体现在工艺检测控制及联锁保护系统设计合理，炉内衬及内衬养护(烘炉)过程设计合理，因此，焙烧炉年内运转率可达95左右。美铝流态闪速焙烧炉也有其自身的不足。此套装置适应低水份的氢氧化铝物料(6 8)，若氢氧化铝附着水较高时，必须通过增加过量的过剩空气，使热量从焙烧段带人干燥段，以增强干燥能力，相对来说使焙烧氧化铝的热耗和电耗加； 整套装置流化床板多，大小床板共达7块，这样维修时工作量相对加大；全套装置的控制回路，控制软件设计复杂，相应地对操作人员和计控人员提出了较高的要求；其四由于系统正压作业，整个焙烧炉体密封、检测点的密封及容器间料封系统要求严格。 丹麦气体悬浮焙烧炉(GSc) 是流态化焙烧的后起之秀，整个装置采用负压作业、稀相流态化技术，相对上述两种炉型有其明显的优势。其一，此炉型采用了在干燥段设计热发生器这一新颖措施，当供料氢氧化铝附着水含量增大时，不需象其它炉型那样采取增加过剩空气的方式来增加干燥能力，仅需启动干燥热发生器来增加干燥段热量，避免了废气量大增而大量损失热量，因此，与前两种炉型相比，气体悬浮焙烧炉热耗和电耗要低。其二，整套装置设计简单；简单有三个方面，一时工艺流畅，物料自上而下流动，可避免事故停炉时的炉内积料和计划停炉时的排料；二是设备简单，除流化冷却器外无任何流化床板，没有物料控制阀，方便了设备维检修；三是负压作业对焙烧炉的问题诊断和事故处理有利；这些简单的设计，有利于故障后生产的快速恢复，给生产组织带来方便。其三，控制回路简单，气体悬浮焙烧炉虽有12条自动控制回路，但在产中起主要作用的仅有2条，一条是主燃烧系统的主炉温度控制回路，另一条是0：含量控制回路。气体悬浮焙烧炉是80年代发展起来的流态化焙烧装置，设计和生产经验欠成熟。其一，耐火材料脱落严重，特别是高温段，这一现象不仅在山西分公司的气体悬浮焙烧炉发生，在印度兴达尔阔铝厂、欧洲氧化铝厂及雷诺金属公司的科克氧化铝厂也都出现；造成这种现象的原因有两个方面，一是GSC炉内衬设计不合理，二是供炉制度不完善(K-至有烘炉“死区”，如3号冷却旋风筒、各旋风筒下料管)；耐火材料脱落使料管堵塞，导致生产不稳定，炉运转率降低。其二，由于气体悬浮焙烧炉容器间设计采用下料管料封，生产中不能在低产能下运行，即便在开始下料，也必须迅速提高产量，其目的是避免气流“反窜”(走短路)或焙烧炉系统内料流形成“脉冲”，因此，GSC产能的可调范围窄，一般要求在设计能力的60 100内调节。其三，气体悬浮焙烧炉设计的检修、清理、观察等活动孔太多，设计中GSC每个旋风筒有检修孔3个，清理孔36个，观察孔3 4个，再加上连接烟道，孔数繁多，这些孔不仅增加了散热损失，而且给系统造成了漏风隐患。其四，电收尘收集粉尘输送系统和文丘里烟道降温系统的设计尚未定型。 我国的大多数铝业公司先是引进当今世界先进的流态化焙烧技术然后再消化创新，但这但这两者都必须结合国内氧化铝工业的实情。我国引进流态化焙烧炉的关键是炉型的选择，在技术经济指标差别不大的情况下，应以焙烧炉生产可靠性和稳定性作为重要依据，设计指标是以正常生产为前提，最先进的指标在稳定性差的焙烧炉上难以实现，而且实际生产指标有可能大幅度偏离设计指标，稳定性差的焙烧炉有可能造成较大的经济损失(如氧化铝飞扬损失，影响整个生产损失及检修费用等)。经三种炉型的比较，稳定性较强的属美铝流态闪速焙烧炉和鲁奇循环流态焙烧炉，考虑到我国氢氧化铝性质，选择美铝流态闪速焙烧炉稍佳，修费用等)。经三种炉型的比较，稳定性较强的属美铝流态闪速焙烧炉和鲁奇循环流态焙烧炉，考虑到我国氢氧化铝性质，选择美铝流态闪速焙烧炉稍佳，但引进此炉型必须同步设计平盘过滤机，以降低供料氢氧化铝的附着水含量。我国应在消化流态化焙烧技术的基础上创新，形成有自己特色的焙烧装置，研究发展流态化焙烧装置应以气体悬浮焙烧炉为基础： 国内已经引进了5套大小不同的气体悬浮焙烧炉，并且，在消化吸收方面作了大量的工作。 气体悬浮焙烧炉在设计上有独特之处，其热耗和电耗指标处于世界领先水平。气体悬浮焙烧炉整体结构简单，工艺和控制系统简便，便于消化创新。 消化创新气体悬浮焙烧炉，有利于老厂氧化铝焙烧炉的改造，也有利于有色行业和其它相关行业推广应用该项技术。 流态化焙烧技术与回转焙烧窑相比不仅热耗低，而且产品质量好、投资省、占地面积小，对环境污染轻和设备简单、使用寿命长、维修费用低等明显的优点。我国新建的山西铝厂，中州铝厂和苹果铝厂均采用了世界上先进的流态化焙烧技术。自建成投产运行以来，运行良好，各项技术经济指标先进，取得了良好的节能效果。而后，郑州铝厂，山东铝厂和贵州铝厂也相继各引进了一套流态化焙烧技术和装置，以代替原有的回转焙烧窑，降低能耗。提高产能和技术经济指标。12 我国氢氧化铝焙烧技术和装置现状氧化铝生产采用流态化焙烧技术的试验研究开始于20世纪40年代，近40年来，流态化焙烧在工业生产中显示出其优质、低耗的强大优势，技术发展十分迅速。目前广泛应用于氧化铝生产的焙烧技术为美国的闪速焙烧、德国的循环焙烧、丹麦的气态悬浮焙烧三种，其中气态悬浮焙烧技术起步最晚，但技术先进，代表着最新流态化焙烧水平，它们对我国氧化铝工业的长足发展起到了巨大的支撑和促进作用。但综观近些年来国内氧化铝工业装备的发展历程，我们也应该十分清醒地认识到，这些有效提升国内氧化铝工业装备水平、具有国际领先水准的关键性大型设备，很大一部分都是从国外引进的，虽然后来在这些设备的基础上进行了消化、吸收、改进、提高等，取得了一些具有自主知识产权的成果。但装备的引进周期显然偏长、整体成本明显偏高，并且取得的成果中，真正具有原创性和划时代变革意义的、拥有完全自主知识产权的技术很少。同时，从氧化铝生产工艺流程需求的角度来看，装备整体的发展还很不均衡，HotTag由于局部设备老化落后等原因而引起的流程中断、指标波动及成本升高的问题相当突出。以上问题的存在，一定程度上影响和阻碍了国内氧化铝工业装备水平的进一步提升，对我国氧化铝工业的又好又快发展产生了极为不利的影响。下面首先以近年来业界公认的、标志着我国氧化铝工业装备水平得以大幅提升的两套关键性大型设备管道化溶出装置和气态悬浮焙烧炉为例，来简要谈一下自主创新问题。管道化溶出装置和气态悬浮焙烧炉，是在上世纪90年代初，由中铝河南分公司（原中国长城铝业公司）从国外引进的，其中管道化溶出装置引自德国Lippe厂，气态悬浮焙烧炉引自丹麦FL史密斯公司。管道化溶出装置与原溶出工艺普遍采用的蒸汽直接加热式压煮器相比，由于采用的是小直径密闭复合套管结构，因此更容易实现高温、高压的溶出环境，无论是在经济性还是工艺性等方面，均具有后者无法比拟的独特优势。该装置引进初期，由于国内一水硬铝石型铝土矿与国外三水铝石型铝土矿在化学组成及矿物组份上的较大差异，其实际应用效果并不理想。后来河南分公司经过长达数年的不懈攻关，先后攻克影响装置安全、高效、稳定运行的上千项难题，才最终使一水硬铝石管道化溶出装置达产达标、成功运行，并在近些年的大幅度提产降耗过程中，发挥出了“主力军”的突出作用。 氢氧化铝煅烧由传统的回转窑改为气态悬浮焙烧炉（或其他流态化焙烧装置），也堪称是氧化铝工业装备史上一项具有划时代意义的重大变革。气态悬浮炉由于结构设计上的精巧先进，因此在热能利用、产品质量、总体投资、运行费用、安全环保等方面均独具优势，是传统回转窑所望尘莫及的。但即使是这样一套技术相对成熟的装置，从引进论证、开工建设到投产试用、不断完善，前前后后历时数年，耗费了不少的精力和时间。 从上面两个实例我们可以看出，如果国内的氧化铝企业及相关科研单位在自主创新方面不能有一个大的跨越和突破，不能够紧跟国际氧化铝工业装备的发展潮流，及时研制开发出真正适合自身需求的装备产品，那么过分依靠国外进口这一途径来提升自身装备水平所付出的代价显然是十分高昂的。并且，这一做法还将直接导致我们总是受制于人、落后于潮流：国外管道化装置在上世纪60年代末已经研制成功，开始大规模生产应用，我们于90年代初引进、中后期才得以正式使用，基本上整整落后了30年！气态悬浮焙烧炉的应用也比国外滞后了大约20年。因此，如何有效调动国内氧化铝生产科研单位自主创新的积极性，不断提高其自主创新的综合实力，是当前国内氧化铝工业提升装备水平必须首先破解的一道难题。其次是均衡发展问题。目前，国内氧化铝生产厂家无论是采用拜尔法、烧结法还是混联法，其装备配置大体上都包括以下几大类：选矿、破碎、磨制、溶出、过滤、沉降、分解、蒸发、烧成、焙烧等。以上几类设备中，近几年来发展最为迅速、实际应用效果最好的，当属溶出工艺的管道化溶出装置和焙烧工艺的气态悬浮焙烧炉等；其次是过滤工艺（包括碳分过滤、种分过滤、成品过滤、蒸发过滤等，不包括赤泥过滤）的各种类型立盘过滤机、平盘过滤机、橡胶带式过滤机，沉降工艺的大直径平底沉降槽、深锥高效沉降槽，蒸发工艺的多效管式降膜强制循环蒸发器等；而发展相对滞后、问题较为突出的则是矿石破碎、矿浆磨制、熟料烧成及赤泥过滤工艺的一些装备（选矿工艺是近几年刚开发成功的一项新技术，其装备应用也处于起步阶段）。根据“多破少磨”的原则，矿石破碎应该是整个氧化铝生产流程中最为关键的环节之一。但总体上来看，目前国内很多氧化铝企业所采用的破碎设备，仍旧是沿用了几十年的效率式破碎机和圆锥破碎机等，腭低、能耗高、噪音大、污染重。1998年前后，国内的一家设备制造公司曾研制成功一种内通道式破碎机，能耗低、震动小、粉尘少、破碎比高，还获得过国际奖项。但不知什么原因，这种设备至今也没见到大面积的推广应用。矿浆磨制工艺采用的大型格子磨和熟料烧成工艺采用的回转窑，也是沿用了好多年的老式设备，虽然在安全性能、自控系统等方面比以前有了很大的进步，但设备工作原理、运行状态等基本上没有什么大的改变，能耗、噪音、操作、维护等方面的难题一直令人头疼，单纯的小改小革已经不能解决根本性的问题，急需像溶出和焙烧装备那样，有一个划时代意义的重大跨越，以充分适应高产低耗、安全环保的时代潮流。至于赤泥过滤装备，目前采用较多的仍然是外滤面式转鼓真空过滤机。这种过滤机也是沿用了几十年的老式设备，只不过很多厂家都对其卸料方式进行了一些改进，由原来的压缩空气吹脱改为了折带式或辊子卸料式。河南分公司近年来正在试验将橡胶带式真空过滤机用于赤泥过滤工艺，由于物料原因，效果不是十分理想，目前仍处于试验改进阶段。另外该公司几年前曾将“赤泥高效过滤设备”的研制开发作为对外公开招标项目进行过招标，随后与中标单位就离心式高效过滤机的研制开发进行过密切合作。但此次试验最终没有取得成功，不过也积累了不少经验和数据。现在看来，如果能将立盘过滤机等现有成熟、高效的过滤设备进行合理改进，用于赤泥过滤工艺，则不失为一种很好的解决办法。由此看来，我国氧化铝工业装备发展不均衡的问题是确实存在的，并且会随着国内外氧化铝工业的飞速发展而日渐凸显，成为影响和制约国内氧化铝企业自身综合实力进一步增强的一道障碍。有效解决国内氧化铝工业装备自主创新、均衡发展的难题，首先是国家、社会和企业要合力营造鼓励科技人员创新、支持科技人员实现创新的有利条件，大力提倡敢为人先、敢冒风险的精神，大力倡导敢于创新、勇于竞争和宽容失败的精神，尽快建立完善科学合理、多方共赢的各种体制和机制。其次是企业要充分认识到核心竞争力在自然资源、人力资源上的重大配置和调控功能，尽快走出重生产轻研究开发、重引进轻消化吸收、重模仿轻创新、有制造无创造、有产权无知识的认识行动误区，勇敢地扛起技术创新的大旗，使企业真正成为研究开发投入的主体、技术创新活动的主体和创新成果应用的主体，全面提升企业的自主创新能力。第三是产学研三方要进一步紧密结合，努力探求三者之间共促、共进、共赢的有效途径，有效化解科技与经济两张皮的问题。中国石油大学近年来致力于和企业联合培养研究生新模式的探索，先后在多家企业设立了30多个研究生企业工作站，让进站研究生在全面熟悉掌握企业实际情况的基础上，紧紧围绕生产难点做课题，取得了事半功倍的效果，实现了企业、学校和个人多方的互动双赢。中国石油大学的做法，也许对我们如何实现产学研的有机结合，怎样解决氧化铝工业装备自主创新、均衡发展的难题，提供一些有益的借鉴。由于，我国在近10年氧化铝工业的发展中，不断了解、认识、引进、实践当今国际先进的的技术装备，使氧化铝生产的技术装备水平有长足发展。近两年所建厂的技术装备水平已达到当今世界先进水平，其中铝土矿高温溶出的技术装备达到国际领先水平，至2005年底，中国铝业公司氧化铝产能787万吨，电解铝产量210万吨，成为仅次于美铝和加铝的世界第三大铝业公司，中铝公司目前也已形成完整的铝工业布局，氧化铝和电解铝的产能基本平衡。同时，国内经济发展速度快，金属铝消费市场旺盛，迄今为止，国内氧化铝生产的原料、动力和人力仍存在一定的价格优势，因此，境外资源开发和投资建厂有较大发展空间，但是我国铝土矿属高硅一水硬铝石，其处理难度及其能耗比国外高，当然也还具有进一步节能降耗的空间。 13 氧化铝循环焙烧炉工艺性能，能耗状况1.3.1 工艺性能因为对炉村的损耗少，产品中的二氧化硫相对于回转窑的有所降低。和回转窑相比，生产的热量能够充分利用，从而使热效率大大提高，废气量减少，系统散热损失降低。循环焙烧炉效率高，机械设备重量不及回转窑的一半，建筑面积少，投资减少。由于燃烧的空空气系数低，燃烧充分，废气量减少，废气中的二氧化硫，二氧化氮产量大大降低。通过以上可以得出，氧化铝循环焙烧工艺性能的产品质量好、热耗少、投资少，而且还有利环境保护。1.3.2 能耗状况 循环焙烧炉1997年9月投用，节能效果非常明显，1997年8月回转窑焙烧和2000年8月循环焙烧在油耗，电耗，水耗方面的对比如下表所示 循环炉与焙烧窑指标对比表1.1 单位 循环炉 回转窑 差值 油耗 /tAo 82.99 127.68 44.69 电耗 kwh/tAo 20.21 30.74 10.53上水耗 m3/tAo 0.20 1.61 1.41回水耗 m3/tAO 0 8.30 8.30 通过上述循环焙烧和回转窑节能的比较看，循环焙烧大大降低了生产成本，提高了产品质量。有利于环境保护。用循环焙烧炉代替回转窑焙烧是氧化铝焙烧的发展方向。14氧化铝循环焙烧炉工作原理氧化铝循环焙烧炉工作原理就是流态化焙烧的工作原理，下面简要的叙述一下流态化焙烧的原理。1.4.1流态化原理流体以较大流速自上而下穿过颗粒料层（如图1-1）AL(OH)3,由于流体对颗粒的拽力，使颗粒群从静止变成翻动搅混状态，称之为流体床（沸腾床）。流态化是一种利用流动流体流体的作用使固体颗粒群悬浮，从而使固体颗粒床层具有流体的某些表现特征的过程。将散料AL(OH)3搅混过程称为流态化。 流态化可分为散式和聚式，以流体化介质的叫散式，以气体为流化介质称为聚式。流态化技术不仅能强化冶金、化工等领域中某些单元操作及化学反应过程的传质、传热，而且还能快速而经济地输送固体颗粒。因此，它已广泛运用于冶金工程的焙烧、浸出、干燥、吸附、气化等过程。1.4.2 流化床形成机理 1、固定床（如图1-1，A-B段）当气体流速较低时，气体对物料产生拽力（反压力，支撑力），此物料本身重量小，颗粒的相对位置不发生变化，仍处于固定状况，称为固定床。当固定床阶段，当表观流速逐渐增大时，固体颗粒的湃列方式略有调整，有趋于松动的倾向，但床层高度没有变化，具有固定的上界面，床层孔隙率为一常数图11 特点：重力=浮力+托力（分布棚）+拽引力 静止时：重力=托力+浮力 拽引力空气与颗粒表面摩擦所产生的向上力。（1） P拽引力G放料；（2） U直增大P（床层阻力）减小；（3） 床层高度Hb=Const；（4） 实际速度与截面速度（U直，鼓风速度）成直线关系。2、膨胀床（如图1-1，B-C段） 当速度达到顶点：P拽引力=G散料 料层的稳定性有发生变化的倾向，处于“失重”状态，一旦速度B点，料层的稳定性就被破坏，料层开始松动；但仍能保持最大接触，既颗粒向上的净 速度0，称为膨胀床。（1） P拽引力=G放料；（2） U直增大P（床层阻力）减小；（3） 床层高度HbConst，比固定床提高10%15%。3、沸腾床（如图1-1，C-D段） 当鼓入气流速度一旦超过C点，这时颗粒将失去接触机会；每个颗粒被气流悬浮起来，整个容器内颗粒强烈翻动，床层称之为沸腾床。（1） P拽引力G放料；（2） U直增大P（床层阻力）=Const;；（3） 床层高度HbConst，比固定床提高10%15%。（4） 实际速度与截面速度（U直，鼓风速度）成直线关系。4、悬浮床（如图1-1，D-E段） 气流速度P拽引力G散料，颗粒上升速度远大于自身流降速度；颗粒将离开料层被气流带走。沸腾床消失，称为气力输送。（1） P拽引力G放料；（2） U直增大P（床层阻力）减小；（3） 床层高度HbConst；（4） 实际速度与截面速度（U直，鼓风速度）成直线关系。1.4.3流化范围与操作速度的确定从临界速度umfuout(流化层消失)建立稳定流化条件： UmfU操作Uout U操作=Kumf K流化指数，衡量料层搅动程度的指示1.4.4焙烧焙烧就是在适当的气氛中，将物料加热到一定的温度（熔点），使其发生物理化学反映，从而改变成分以适应下一步的要求。第二章 氧化铝循环焙烧炉热工性能2、1 氧化铝循环焙烧炉工艺流程介绍氧化铝循环焙烧是以稀相为主，稀浓相结合的焙烧装置，是一种结合式冶金炉，一般由物料干燥脱水预热，主反应炉和成品冷却三大系统组成。循环炉工艺流程可简述为一级文丘干燥脱水加一段载流预热，循环流化床焙烧，一级载流冷却加流花床冷却。氧化铝生产的焙烧技术为美国的闪速焙烧、德国的循环焙烧、丹麦的气态悬浮焙烧三种，其中气态悬浮焙烧技术起步最晚，但技术先进，代表着最新流态化焙烧水平，然而，因其在工业生产中应用较晚，实际运行中，仍然存在许多问题，若能很好地解决，进一步完善其工艺，则气态悬浮焙烧技术无疑是氧化铝生产的最佳选择工艺流程包括三个部分：（1）氢氧化铝的干燥和预热（2）氢氧化铝的焙烧（3）氧化铝的焙烧2、2 氢氧化铝的干燥和预热的工艺流程、热工特点图2.循环流化床焙烧炉工艺流程图 过滤工序来的氢氧化铝经皮带进入焙烧工序氢铝仓110，然后通过喂料螺喂入第一级文丘里干燥器120。在此氢氧化铝与来自第二级载流预热段的废气相混。废气中的热量用来蒸发氢氧化铝的附着水。脱除附着水的氢氧化铝，随废气一同进入两级电收层122，此时废气固含为8001000g/Nm3。在第一级机械收层器，约有70%的氢氧化铝被收集下来，余下的部分随废气进入静电收尘器，在此废气被净化至60mg/Nm3后排空。收集下的氢氧化铝汇集到一起，通过螺旋喂入空气斜槽，然后进入空气提升机125。电收尘收集下的一部分细粉，也可通过回转阀和螺旋直接喂入流化床冷却机，在冷却机内余热完成焙烧过程。 空气提升机125将氢氧化铝输送到喂料旋风筒127，在此完成气固分离，氢氧化铝进入第二级载流预热段，输入风入二次旋筒152。在第二级载流预热器130中，氢氧化铝与来自再循环风筒142的废气相混合，部分脱除结晶水并预焙烧，然后进入二级预热旋风筒132，再一次进行气固分离。预热烧的氢氧化铝通过喂料管被送进流化床焙烧140，喂料管上的翻板阀135提供炉内正压密封。二级预热的废气进入第一级文丘里干燥120中，脱除氢氧化铝的附着水。一旦出现喂料故障，通过控制系统自动向第一级文丘里干燥器120和管道内喷应急冷却水，以控制废气的温度，确保电收尘的安全。2、3、氢氧化铝的焙烧的工艺流程、热工特点2.3.1 氢氧化铝的焙烧的工艺流程 焙烧的主炉为PO4。焙烧过程是在焙烧炉140和在循环旋风筒142中完成的，重油通过4支喷枪直接喷入焙烧炉嘴格栅的上方。助燃用的一次风通过喷嘴格栅导入焙烧炉。一次风来自流化床冷却机155内，通过管束与炽热的氧化铝间接换热而被预热。另一部分助燃的二次风直接导入喷嘴格栅上部的炉壁。二次风来自冷却机155和156的流化风，通过二次旋风筒152净化后导入焙烧炉。燃烧后的热风携带着氧化铝进入再循环旋风筒142，在此完成气固分离。热废气去地二级预热器130预热氢氧化铝。氧化铝通过卸料密封阀143，部分返回炉内在循环，部分排入氧化铝冷却系统。排料量是通过压差控制的，以保护内压差恒定。2.3.2 氢氧化铝的焙烧的热工特点全部脱除物料中的结晶水和进行一系列的相转变过程，从而生产出一种由 -Al2O3和-Al2O3混合物构成的氧化铝产品。2、4 氢氧化铝的冷却的工艺流程、热工特点2.4.1氢氧化铝的冷却的工艺流程氢氧化铝的冷却设备为旋风分离器CO1。在二次旋风筒152和流花床冷却机155及156中，氧化铝被冷却至80。C左右。其所携带的热量被一次风和二次风分别通过间接和直接的方式回收。一次风通过罗茨鼓风机送入155三个室的套管内，预热后进入焙烧炉。二次风通过罗茨鼓风机直接送入冷却机155、156的六个室中，作为流化风直接换热，然后经管道进入二次风旋风筒152中，完成气固分离后，被导入焙烧炉。8台供风的罗茨鼓风机通过母管连接在一起互为备用，即使某几台发生故障，系统仍可以在低负荷下安全运行。在冷却机156内，不管经济回收的氧化铝中的余热，通过冷却水带走。冷却至80。C的氧化铝经皮带送至氧化铝仓。2.4.2氢氧化铝的冷却的热工特点运用稀相载流热交换原原理，使焙烧好的产品降温减荷，同时，使被加热的助燃空气热焓增大，以强化燃烧反应。2、5 氧化铝循环焙烧炉工艺特点，热工特点，热效能 循环炉的核心部分是由反应器和旋风筒组成的再循环系统。燃料从反应器的下部喷入燃烧提供热量。焙烧产品带出的热量，在流化床冷却机内由一次风和二次风将其冷却回收，旋风筒废气所带出的热量，用于两级预热干燥段的氢氧化铝预热干燥及部分物料结晶脱水，从而回收热量，降低热耗。 整个系统为正压操作，无主排风机，供风采用罗茨风机。该风机的优点是供风量几乎不随系统的压力波动而变化，即使炉内出现短暂异常波动，供风量也可保持稳定，通过增，减氢氧化铝的下料量或重油的喷入量为调节焙烧温度，生产所需质量的氧化铝。循环炉的调节范围大，可在间调节。当产量调低时，助燃空气量随之调低，仍保持较小的空气过剩系数，因此热耗仍保持在较低水平。 由于大量的固体物料在不断地循环，携带着大量的蓄热，因而焙烧温度均匀，即使在供料或干供油出现短暂波动的情况，也能保持反应器和旋风筒中的温度均匀稳定。物料循环的同时增加了在焙烧炉内的停留时间，从而可以降低氢氧化铝的焙烧温度。通常炉温控制在左右。 循环炉配置紧凑，可有效地利用空间，占地面积较回转窑减少，钢机构框架较其他炉型轻巧，单位投资较回转窑低。由于焙烧温度较回转窑低，内村热冲击小，使用寿命长达年，维修费用约为回转窑的。2、6 氧化铝循环焙烧炉工艺性能与气态悬浮焙烧炉工艺性能、热工特点比较 两种流态化焙烧炉都是目前 国际上最先进的节能型氧化铝焙烧炉，与回转窑相比，热耗降低20-30%，焙烧出的氧化铝质量达到冶金级标准，破损率小，比表面积大，比回转窑焙烧的三氧化二铝质量提高很多。 两种焙烧产品质量比较表2.1 炉型 德国LURGI公司循环 丹麦FLS公司气态比较项目 流态化焙烧炉 悬浮焙烧炉焙烧温度 9501150 11501250比表面积（BET)/g 7055 8065减（LOI)%(3001000) 0.60.5 0.8破损率（45）% 36 56.8Al203% 510 6 两种焙烧炉综合性能比较表2.2 炉型 德国LURGI公司循环 丹麦FLS公司比较项目 流态化焙烧炉 悬浮焙烧炉工艺特点及操作参数：焙烧温度 9501150 11501250工艺特点 循环流态化焙烧炉 希相换热气态悬浮焙烧系统压力状况 鼓风流程正压操作 鼓风、排风相结合、负 压操作经济技术指标:月产能力 t/d 1300 1300 单位热耗Mj/t-Ao 3472 4346单位电耗Kwh/t-Ao 20.3 16年运转率% 9294 8090热效率 % 7480 7280 循环流态化焙烧炉与悬浮焙烧炉热工比较 某铝厂氢氧化铝循环流态化焙烧炉热平衡表2.3热收入项目 数据 热支出项目 数据 Mj/t-Ao % Mj/t-Ao % 重油燃烧热 3099 89.26 三氧化二铝带出热 170.47 4.910重油带入的 29.7 0.855 12%的湿氢氧化铝蒸 468.7 13.50 物理量 发耗热 12%的氢氧 158.5 4.567 氢氧化铝分解热耗 1884 54.263化铝附着水冷却水带 14.93 4.30 出炉废气带走热 495.4 14.271入物理量 空气带入 35.79 1.030 未回收的氧化铝粉 53.36 1.537 物理热 尘带走热 焙烧炉体散热 327.2 9.426 72.8 2.O98合计 3472 100 合计 3472 100 某铝厂气态悬浮焙烧炉热平衡表2.4 热收入项目 数据 热支出项目 数据 Mj/t-Ao % Mj/t-Ao % 煤气燃烧热 4137 95.2 产品氧化铝带出热 202 4.64煤气物理热 32.523 0.748 10%氢氧化铝附水蒸发吸热 493.955 11.4010%氢氧化铝附水热 29.245 0.676 反应耗热 2362.001 54.30干氢氧化铝物理热 77.684 1.787 粉尘热损失 68.003 1.564入炉空气物理热 51.934 1.194 烟气带走热 566.486 13.10返回物料带入热 17.157 0.394 炉体表面散热 515.383 11.90 差值 138.810 3.10合计 4346.457 100 合计 4346.457 1002、7 氧化铝循环焙烧炉工艺性能回转窑工艺性能,热工特点比较表2.4 氧化铝循环焙烧炉与回转窑工艺性能,热工特点比较表： 炉型 流态化循环培烧炉 回转窑培烧比较项目培烧温度OC 9501150 130-1350 热耗MJ/t-40 3.2 5.0245.495电耗KWH/t-AO 20 30水耗m3/t-AO 0.184 1.4 含附水12%的AH热MJ/Kg-AO 158.5 2.45烟气排放浓度mg/Nm3-AO 60 400工艺特点 循环流态化培烧 高温辐射对流旋转焙烧系统压力状况 鼓风流程正压操作 高温气流正压操作 燃料带入物理热MJ/t 29.7 41.4燃料燃烧MJ/t-AO 3099 4701炉/窑散热量MJ/t-AO 327.2 555.7年运转率% 9294 60第三章氧化铝循环焙烧炉热工计算3、1 氧化铝循环焙烧炉工艺计算的原始数据及条件一、 设计日产1600吨氧化铝流态化焙烧炉0.804换算成标准状态下蒸汽的密度（18/22.4），已知氢氧化铝的含水率为12%，（占重量）则1公斤Al2O3析出：1.530.120.88=0.208 公斤附着水或 0.2080.804=0.259 米3/公斤Ao若培烧炉的产能为1600t/d，则为66.66吨/时氧化铝将有：（0.66+0.259）66.66103 =61260.54m3/n的蒸汽进入气相，因此必须向培烧炉中加入湿氢氧化铝（1+