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2012年03月 电解车间氢氧化铝焙烧生产工艺及主体设备简介 1 焙烧工序及流程简介 焙烧车间是氧化铝生产的最后一个车间主要将分解车间送过来的料浆经平盘过滤得到的合格氢氧化铝 之后经悬浮焙烧炉高温焙烧成氧化铝 将焙烧过的氧化铝经冷却流化床 风动溜槽 浓相输送把AO送至电解区域供电解使用 2 3 氢氧化铝焙烧 一 焙烧原理焙烧是将氢氧化铝置于高温环境中脱除其附着水和结晶水 并完成部分 AL2O3向 AL2O3转变 生成物理和化学性质符合电解要求的氧化铝 电解用的氧化铝要求氧化铝在电解质中溶解度大 溶解速度快 流动性好 粉尘量小 具有较好的表面活性 能够有效吸附HF气体 这些性能的好坏主要决定于焙烧条件 焙烧装置采用的是气态旋风焙烧炉 运用流态化技术完成干燥 预热和预焙烧 焙烧以及冷却等工艺过程 具有气固传热效率高 热耗低等许多优点 4 110 120 2Al OH 3 附水 Al2O3 3H2O H2O 200 250 失去两个结晶水转变为一水原铝石 Al2O3 3H2O Al2O3 H2O 2H2O 550 左右 一水铝石转变为无水 Al2O3 H2O Al2O3 H2O 900 以上转变为不吸湿的 Al2O3 Al2O3 二 反应过程 5 三 工艺流程及设备1 流程的简述进系统的AH首先进入给料仓L01中 再由电子定量给料秤F01称量后进入给料螺旋A01 由给料螺旋A01塞入文丘里干燥器A02 带一定附水的AH在文丘里干燥器中由来自焙烧炉的高温烟气干燥 并由高温烟气提升至预热旋风筒PO1中 PO1中进行气固分离后的烟气入电收尘器P11 分离开的并经过预热脱水的物料由PO1的下料管进入第二级预热旋风筒PO2 在PO2中进行预焙烧 PO2气固分离后的烟气通过PO2的下降烟道入文丘里干燥器 经过预焙烧后的物料由PO2下料管进进入主炉PO4进行焙烧 在主炉PO4中由煤气燃烧提供的热量来完成AL2 OH 3到AL2O3的化学反应 6 PO4中焙烧后的物料由气流带入与PO4相连通的热分离旋风筒PO3 在PO3中焙烧后的AL2O3完成最终的晶型转变过程 并进行气固分离 分离后的高温烟气去预热系统 经PO2 AO2 PO1 P11 P17 P18后排空 物料由PO3物料管下溜入系统的冷却部分 路径是CO1CO2CO3CO4 高温AL2O3在其经过冷却旋风筒的过程中 与其逆流而行的空气进行热交换 最终经过空气冷却的物料进入流化床冷却器KO1 经过预热的空气进入PO4炉膛 以实现系统热量的充分利用 7 在预热部分的文丘里干燥器AO2入口处 设置一个热发生器T11 当给料中附水含量高 文丘里干燥器AO2的出口温度AO2T1低于145 时 将T11投入运行 对系统补充热量 以提高系统的烟气温度 经过第一阶段空气冷却的物料由CO4下料管进入流化床冷却器KO1 在KO1中由冷却水进行间接冷却 最终将AO2冷却到适于输送和进行下序作业的温度 流化床由罗茨风机中的任一台提供的流化风对物料也进行冷却 但流化风带走的热量较少 进入流化床的流化风最终由流化床的尾气管排入系统的AO7吸风口 8 前面已提及到 PO4中产生的燃烧产物 高温烟气 在经过分离旋风筒PO3后 进入系统的冷却部分 分别在PO2 AO2 PO1中与AH进行热交换 烟气本身被冷却 而物料温度被升高 冷却后并在分离旋风PO1中气固分离后的烟气进入静电收尘器 electrostaticprecipitator 简称ESP 中收尘净化 最终的烟气排尘浓度为小于50mg Nm3 电收尘P11收采的粉尘由返灰系统P12 P13 P14返回冷却旋风筒CO2中 从PO2中心管出来的烟气 经过一段水平段后 下拐弯从顶楼一直贯穿到最低层 拐弯后入文丘里干燥器AO2 再由AO2出口连通到PO1 从PO2下拐后 就没有内衬 为防止烟道受高 9 温烟气的温度变化影响而引起形变 以致损坏 在烟道上设置了温度调节装置 当烟气温度过高时 向烟道内进冷空气 以降低烟气温度 整个系统的气体流动 以及气体带动物料的流动的动力来自主风机P17 风量的大小由调节P17的转速来控制 在生产中直接的参考参数是系统中过剩氧气含量PO2A1 不管什么情况 什么时候 PO2A1都不能小于0 5 10 2 系统的主要组成部分氢氧化铝给料文丘里干燥器悬浮焙烧四级旋风冷却器流化床冷却器收尘及返尘系统气力输送和产品贮运 11 2 1 给料系统含一定附水的氢氧化铝由计量皮带F01从系统小料仓L01中拉取 L01小料仓底部有一棒条闸门 其作用调节下料流量 并支撑料仓中物料的重量 以免物料全部压在F01皮带上 将皮带压死 生产中有时因为料放置时间过长或物料中附水含量过高 L01中的料容易被棒条闸门的棒条架空 不能落到F01皮带 这时 F01就不能从L01中取料 遇到这种情况时 要将棒条闸门的支撑棒条间隔地抽稀 使物料下落 在对L01的料位控制时 为防止料仓冒料以及料仓拉空 同时为防止氢氧化铝供料出现故障而影响焙烧炉GSC的正常供料 一般在L01中保持一定的缓冲物料 为此 在L01仓顶设有料位计 仓满时发出报警 12 信号 L01料位情况即时地反应到主控室的中心计算机上 以便操作人员根据实际生产情况对料位进行控制 在给料系统设备的开停时 一定要注意启动的顺序 启动时A01先启动 然后再启动F01 停车时先停F01 再停A01 这是指L01中有料时的情况 以防止输送途中积料 当L01中无料进行检修及调整时 根据实际情况处理 13 2 2文丘里干燥器 Venturydrier 计量皮带F01拉取的物料由给料螺旋A01塞入闪速干燥器A02中文丘里干燥器的作用原理是 烟道在此处的直径突然扩大 使通过其中的烟气气流速度降低 物料进入以后 大块的物料因为气流速度低而往下落 在干燥器的入口又喷到高速喷入的高温烟气而被抬升 在此往复的过程中 随着水分的不断被气化 固体块被冲散 最终被烟气送走 简图如图3 1 14 15 2 3预热和预焙烧旋风筒带有AH的系统烟气 进入到分离旋风筒PO1中 在PO1中进行气固的分离 工艺简图如图3 2 如图3 2所示 来自A02的带给料固含的系统烟气沿PO1筒体圆柱段的切线方向进入PO1 沿PO1内壁旋转 物料因离心力的作用甩向四周而与气体分离 最后沿旋风筒的内壁旋转下滑 最后由下料管下溜入PO2 气流由PO1的中心管抽出进入电收尘器 适当控制中心管的伸入长度 可以降低入电收尘器 electrostaticprecipitator P11的粉尘量 16 P01 A02 A01 图3 2 17 在AO2和PO1中预热过的氢氧化铝 其附着水绝大部分都已脱除 在PO1中旋风分离后 被干燥过的物料由PO1的下料管进入PO2的入口烟道 由来自PO3的高温烟气流将其送入PO2 在PO2中的运转 分离方式都同于PO1中 来自PO3的烟气温度接近主炉PO4的温度 在PO2中 物料中的大部分结晶水都被脱除 即在PO2中发生所谓的 预焙烧 过程 烟气温度在此过程中被冷却 此部分的流程如图3 3 18 图3 3 P02 P03 P04 19 在PO1的下料管靠近PO1锥部处有一个锁气翻板阀 其作用是防止气流通过下料管走短路直接从PO1的锥部进入 由中心管抽走 如果出现这种情况 将引起至少两个方面的负面影响 首先 改变了系统的气流分布 气流不能和物料进行充分的热交换 其次 从下料管上升的气流阻碍了PO1的物料流动 会引起PO1锥部积流 当积于阀板上的物料对阀板的压力力矩超过配重的力矩时 翻板阀打开 物料下滑 然后又重新建立新的平衡 当然 实际生产中其动作过程很快 翻板阀只起一个节流的作用 其作用原理如图3 3示 锁气翻板阀 20 2 4带分离旋风筒的焙烧炉焙烧炉PO4和与之相连的分离旋风筒PO3构成整个焙烧炉系统的中心部分 经过预热和预焙烧的物料由PO2的下料管进入到PO4的锥部 由冷却旋风筒系统来的经过预热的燃烧空气由PO4的底部进入PO4 煤气由位于PO4锥底的主炉V19的烧咀喷入PO4 在PO4的锥底 物料 燃烧风 煤气相遇 煤气燃烧提供的热量完成氢氧化铝的进一步脱除结晶水过程和晶型转变过程 焙烧后的物料由高温烟气送入与之相连的分离旋风筒PO3中 焙烧炉主炉PO4的工作温度PO4T1决定了氧化铝最终的质量 比如 氧化铝的灼减完全由焙烧温度控制 物料在PO4中发生的反应 可简单描述为 21 2AL OH 3 AL2O3 3H2O 加热 前面已经提到过 AL OH 3的结晶水脱除过程其实在预热旋风筒PO2中就已经进行 在PO4中氢氧化铝脱除全部的结晶水 并完善晶型结构 在PO3中气固分离后 物料进入冷却旋风筒部分进行冷却 焙烧炉部分的工艺简图如图3 4 图中所示PO4的烟气进入PO3时 是沿PO3旋风筒柱体部分的切线方向进入 22 知识点 焙烧炉结构炉体它是一种带锥形底 内有耐火材料的圆筒形容器和热分离器组成的一个 反应 分离 的联合体 预热过得的氢氧化铝在300 400 下沿着平行锥底方向进入反应器 燃烧用的预热空气 700 以高速引入主反应器底部 入口的空气速度应在满负荷或局部负荷条件下保证物料在反应器整个断面上有良好的悬浮状态 物料在反应器中停留几秒钟后 被水蒸气器内从热气体中分离出来 这种反应器只靠底部锥形部份形成旋涡区隆起支承物料 焙烧炉中 固体 流体 有两种状态 一种状态是在焙烧炉底部的旋涡区 另一种状态是在焙烧炉的其他部分 固体 流体在旋涡区的状态是返混 在旋涡区以上的部分是柱塞流动或连续空气输送 23 这样比较大的颗粒由于极限速度比较高 它和燃烧产物的混合物于950 1250 以下从反应器带出 焙烧后在AL2O3的旋风收尘的停留时间要比小颗粒的停留时间长 所以不论颗粒的大小如何 都可以得到均匀的焙烧 由于炉内物料 燃料和来自旋涡区上部的燃烧产物相混合 炉子从下到上整个部分的燃烧均匀而没有火焰 热物料被燃烧气体所包围 由于颗粒与气体之间的热传递速度高 气体的温度只比物料的温度稍微高一点 24 2 5四级旋风冷却物料焙烧后 经过二个阶段的冷却 首先是经过四个冷却旋风筒CO1 CO2 CO3 CO4 在这一阶段 由系统吸入的燃烧用空气对物料进行直接冷却 物料温度降低的同时 空气温度也升高到700 左右 再进入炉膛燃烧用 经过第一阶段冷却后 物料被冷却到大约240 然后再由流化床冷却器KO1对物料进行第二次冷却 在流化床冷却器中 物料被冷却水间接冷却 最终冷却到小于80 的温度 冷却旋风筒部分工艺简图如图3 5 25 AO7 图3 5 26 2 6流化床冷却器在图3 6中 在流化床各冷却单元之间设置了高低位插板 其作用是使AO在流化床内走曲线 以保证物料在其中的停留时间 在流化床底部 有一个空腔 俗称 气室 罗茨鼓风机的压缩空气进入其中 气室上面是一层帆布 压缩空气透过帆布将AO流化 利用流化床自身的倾角使AO在其中流动 27 流化床冷却器工艺简图如图3 7 28 电收尘的收尘原理是 通过高强电场将空气分子电离成阴阳离子 阴阳离子在向异性极移动过程中 通过碰撞 吸附等使固体微粒带电 然后带电固体微粒向异性电极移动而被捕集 极板上捕集到的粉尘经振打而落入电收尘的集尘仓 然后由风动溜槽卸出 2 7电收尘器 29 2 8燃烧站 30 1 安装位位置 位于两个高温段的冷却旋风筒C01与C02之间 2 作用 用于完成对CO2 CO1进行烘炉 同时完成PO4 PO3 PO2低温段的烘炉 系统在从低温投入生产状态时 要从低温状态开始将系统的温度按升温曲线升至生产温度 1000 1100 以保护系统内衬不致因为升温速度过快而受到破坏 T12启动燃烧站 2 8 1启动热发生器T12 31 T12燃烧站本身所配置的主要设备有 供空气用的风机 点火枪 火焰探测器 煤气控制管路 T12煤气控制管路工艺流程图如下 32 2 8 2热发生器T111 安装位置 位于P01进气上升烟道的文丘里干燥器下方 33 2 作用 1 当给料中的水分含量高时 烟气温度将会降低 估计温度的变化趋势 如果估计有可能低于145 则将T11启动 对系统的烟气补充热量 提高排烟温度 同时 启动T11也可以对整个系统的生产补充热量 提高物料的预热温度 从而提高主炉温度而提高下料量 2 煤气中总是含有一定的H2S 其燃烧后产生SO2 如果烟气中的水蒸气能够形成液态的水 则SO2能够和水形成酸 对系统的烟道及设备钢制品造成腐蚀 所以必须保证系统的排烟温度高于能够出现酸的温度 一般将此温度定为145 34 辅助燃烧器V08的工艺流程图 35 2 8 3主燃烧器V19系统生产所需的热量主要由V19提供 其管路流程图如下 V19的煤气控制管路和T12相同 都包括V02调节阀门 V03和V04截止阀门 V05放散阀门 煤气流量计F01 煤气压力检测点等 其启动步骤和T12相同 不同点是V19没有燃烧空气管路 没有助燃风机 煤气出V04截止阀门以后 进入围绕焙烧炉炉膛的环形管道 在环形管道上设置了8支烧咀 围绕炉膛均匀分布 以便运行时保持炉膛各个部位温度的均匀 36 V19管路流程图 37 2 8 4辅助燃烧器V08在流程的工艺配置上 系统的主燃烧器V19是没有点火装置的 主燃烧器的点火依靠带有点火枪的辅助燃烧器V08来完成 辅助燃烧器V08的工艺流程图如下 从上图可以看出 V08和T12在流程上的差别是 V08没有煤气流量计F01及煤气流量调节阀门V02 所以V08在运行的时候其 煤气流量是不可以调节的 在工艺作用上 V08除了给V19点火以外 他对V19的安全运行起监护作用 因为V19是没有点火装置的 V19的火焰情况由V08所属的火焰监视器进行监视 38 四 工艺条件与技术指标 1 焙烧炉生产能力 800T AO D 2 给料性质 附水 8 附碱 0 06 3 主要工艺参数 主炉温度1050 1150 电除尘进口温度 145 230 CO含量 0 0 2 氧含量 2 5 4 P01T1 6 7 5KPAP02T1 375 出料温度 80 39 4 产品氧化铝性质 灼减 300 1000 1 0 比表面积 BET 50m2 g粒度 44 12 40 AI2O3 20 容积密度 1 05g cm3焙烧出料温度 80 5 发生炉煤气的物理性质热值 6000KJ Nm3温度 25 40 进炉煤气含尘量 50mg Nm3焦油含量 3mg Nm3进炉煤气H2S体积含量 0 5 压力17 25Kpa 41 五 系统常见故障1 AH输送系统或AH料浆供给故障现象 文丘里干燥器出口温度升高 预热旋风筒出口温度PO2T1及主焙烧炉PO4T1温度相继升高 措施 a减少主燃烧器煤气用量 如需要可关闭主燃烧器 b打开PO2后的喷水冷却系统 c关闭ID风机风门 速率减到最低 d如故障在短期内可以处理好 则按前述下料步骤恢复生产 42 2 AO输送故障现象 a流化床冷却器停止卸料 b风动溜槽冒料 措施 a关闭AH供料系统 b减少主燃烧器煤气用量 如需要可关闭主燃烧器 c启动喷水冷却系统 b将ID排风机减至最低速度 关闭风门P16 处理完毕后可按热启动步骤进行 43 3 焙烧炉旋风筒锥部堵塞现象 a被堵塞部位的下部旋风筒的温度下降很快 b被堵塞旋风筒锥部压力降低 并触发报警 措施 a减少AH下料量 主燃烧器煤气用量 b在堵塞部位插入高压风管其疏通 c如出现顽固性堵塞 上述办法不能凑效时 则必须停炉处理 44 4 流化床冷却器的堵塞或部份堵塞现象 现象 a流化床冷却器效果降低 卸料温度升至高于80 而不卸料 b流化床压力升高 措施 a减少 或停止 AH下料量 主燃烧器煤气用量关闭被堵塞冷却器的流化风 关闭下料翻板 b卸开堵塞流化床清理检查孔 清