气体悬浮焙烧炉教材

1、一 、回转窑的描述 ：氢氧化铝焙烧是氧化铝生产工艺中最后一道工序，焙烧的目的是在 1000左右的高 温下把氢氧化铝的附着水和结晶水脱除后，从而生产出符合电解要求和其他用途的氧化 铝。自 18561892 年以来，分别由法国萨林德厂和奥地利人拜耳研究发明碱-石灰烧结 法和利用苛性碱溶液直接浸出铝兔矿生产氧化铝的拜耳法以来，已有 100 多年的历史了， 截止到 1963 年，世界各国氧化铝厂基本上都采用回转窑焙烧氢氧化铝来生产氧化铝的工 艺流程。回转焙烧窑的长度一般都在 100 米左右，直径在 3 米左右，有 2%左右的斜度。在开 始下料前，首先要点燃安装在窑前的油枪，把窑内的温度加热到 1000

2、以上后，开始下 料，入窑后的湿氢氧化铝随窑体的旋转由窑尾被送到窑头，而热气流从窑头向窑尾流动， 使湿氢氧化铝在窑内经过烘干、脱水、晶型转变等物理化学变化而焙烧成氧化铝。根据物料在窑内发生的物理化学变化，可以将窑从窑尾起划分为以下四个带： 1、烘干带：此带的主要作用是去除附着水，入窑后的湿氢氧化铝并参和电收尘来的窑灰 由 30左右被加热到 200左右，附着水全部被蒸发，烘干带的热气则由 600左右降低 到 250350左右出窑，经旋风收尘器至电收尘后排入大气层。2、 脱水带：此带的主要作用是去除结晶水，氢氧化铝由 200左右继续被加热到 900 左右，全部脱除结晶水变为嘎马氧化铝（氧化铝），而此

3、带的温度由 1050左右降到 600左右。3、 煅烧带：此带的主要作用是进行晶型转变，火焰温度可达 1500左右，嘎马氧化铝（ 氧化铝）转变为阿尔法氧化铝（氧化铝），焙烧温度在 11001200左右，物料在 窑内停留 4045 分钟左右。4、 冷却带：氧化铝在此带冷却到 900800左右，然后进入冷却机即生产出产品氧化铝。 用回转窑生产氧化铝有几大缺点：1、设备投资大；2、占地面积大；3、 热耗高：理论热耗万千卡/吨=t，实际热耗 130 万千卡/吨= GJ/t 左右；3、 设备运转周期短，维修强度大，费用高。4、 对环境污染严重；5、 产品质量不好掌握，波动性较大。焙烧氧化铝的主要质量指标是

4、灼减的控制，必须控制在%以下，超过%为等外品，回 转焙烧窑灼减的判断是靠眼来观察高温下氧化铝的颜色及流动性来判断的。用一长把铁 勺从窑头舀出一勺氧化铝，如为红色并且流动性很快，这种料一般都不合格，如为杏黄 色，灼减一般在%左右，如为金黄色并发亮，灼减一般在%左右，如为金黄色且有少许 结块，灼减一般在%，如有 10 毫米以内的结块，灼减一般在%，质量正好的氧化铝， 其颜色应是杏黄色到黄金色之间，勺子斜放时流动较慢，表面出现凹凸不平的痕迹。杂质含量（%）等级 AL O2 3 SiO Fe O Na O 灼减2 2 3 2一 级 0,02二 级三 级二、新型氧化铝焙烧窑炉的发展和应用：当今世界各国氧

5、化铝厂采用的新型焙烧炉主要有三种类型：1、 美国铝业公司的流态化闪速焙烧炉：美国铝业公司从 1946 年开始进行流态化焙烧 的实验和半工业化试验，到 1963 年第一座 300t/d 氧化铝的流态闪速焙烧炉诞生， 用了 17 年的时间，至今美国铝业公司的 FFC 装置已发展为五种规格型号，产 能最大可达到 2400 吨以上。2、 德国鲁奇公司和联合铝业公司的循环流态焙烧炉，鲁奇公司从 1958 年开始研究氢 氧化铝沸腾焙烧，1963 年第一座 25t/d 的试验装置成功。1970 年在利泊厂建成一 台 500t/d 循环沸腾焙烧炉，从研究到产业化共用了 12 年时间，最大设计产能 3000t/

6、d。3、 丹麦史密斯公司的气体悬浮焙烧炉：丹麦史密斯公司的气体悬浮焙烧是从水泥窑 的气体悬浮窑处分解装置移植而来，史密斯公司从 1975 年立项开始进行氢氧化铝 气体悬浮焙烧试验，到 1979 年进入半工业化试验，进行了三个月的试验比较成功。 1984 年在印度的享达尔阔厂设计安装了一台 850t/d 的气态悬浮焙烧炉（G.SC）， 1986 年投产，从研究到产业化共用 10 年时间。4、 法国 FCB 公司的气体悬浮焙烧炉：在法国，流态化焙烧炉原先由尤仁辛尔曼 公司和西德的 KHD 公司所属的加丹氧化铝厂内建成一台 30t/d 氧化铝的闪速 焙烧炉，进行了 6 个月的焙烧铝电解系统的联合试验

7、，试验结果非常好，于是 FCB 公司和希腊铝业公司在 1981 年 6 月决定在圣尼古拉斯厂建设一套日产 900 吨氧化铝的气体悬浮焙烧炉，1984 年建成投产。三、流态化焙烧技术及装置的优缺点：目前，世界上四个国家研制开发的三种类型的焙烧炉虽各有特点和略有优劣之别， 但均具有共同的技术经济的先进性，与回转焙烧窑相比，流态化焙烧具有以下显着优 点：1、焙烧氧化铝理论热耗约为 TAL O ，其余热量主要是出窑废气和焙烧后的氧化铝带2 3走或通过窑体散失，而流态化或气态化焙烧的热耗约为kgAL O ，可节煤气约2 3为 300m3。2、产品质量好：产品中有害杂质 SiO 基本不受焙烧过程的影响，只

8、取决于它在氢2氧化铝中的含量；流态化焙烧产品中不同粒级氧化铝的焙烧程度均匀，相同比 表面积的氧化铝中阿尔法氧化铝（氧化铝）含量低，在铝电解中溶解速度较 快，可提高铝电解的电流效率；流态化焙烧的破碎指数不高；三种类型的流 化焙烧炉均能满足生产砂状氧化铝要求。3 投资少： 流态化焙烧的投资比回转窑焙烧的投资少，国外各公司发表的数据为： （1）美国 FFC 少 50%左右；（2）西德 G.SC 少 20%左右；（3）法国 G.SC 少 15-20%左右，国内于是 1983 年，以日产 800 吨氧化铝的焙烧装置为例，根据实 物工作量按当时的国内价格计算，流态化焙烧装置的投资比回转窑少 4060%左

9、右。4 占地面积小：流态化焙烧装置的占地面积小，以日产 800 吨氧化铝的焙烧设备为 例，仅是回转窑焙烧装置的五分之一，而建筑面积约为三分之一至三分之二。5 设备简单，使用寿命长，维修难度低，费用低流态化焙烧系统除了引风机、给料设备之外，没有大型的转动设备。炉衬使 用寿命可长达 10 年左右，因而维修费用低，据有关厂家提供的数据：流态化焙 烧炉的维修费用只是回转窑的 35%左右。6对环境的污染轻由于流态化焙烧炉燃烧完全，过剩空气系数低，废气中氧的含量低（1-2%），废气中的 SO 的生成量均要比回转窑低；排入大气的烟含尘量均小于 50mg/nm3因此对环境的污染轻。3，四、流态化和气态化焙烧技

10、术和设备在我国应用的状况：流态化焙烧炉和气态悬浮焙烧是二十世纪八十年代以来，我国开始引进的具有世界 先进水平的氢氧化铝焙烧技术和设备，该炉型装置具有热耗低、投资少、设备简单、使 用寿命长、维修费用低、自动化程度高、有利于环境保护等特点，截止到 2005 年，我国 已投入使用和正在建设中的流态化和气态悬浮焙烧炉大约有 27 台之多，如：山西正在使 用的 6 台，山东正在使用的 2 台，郑铝正在使用的 3 台，中州铝正在使用的 4 台，平果 铝正在使用的 2 台，桂西正在建的 2 台，贵铝正在使用的 2 台，重庆正在建的 1 台，义 马正在使用的 1 台，山东茨平正在建的 2 台，东方希望正在使用

11、的一台，开曼即将建成 的一台。五、三种炉型的优劣分析：流态化焙烧炉虽具有共同的优点，但认真分析比较，无论从技术经济指标，还是炉 型的设计成熟性与生产稳定性，不同炉型具有各自的特点与不足，比较分析如下： 1、美铝流态闪速焙烧炉（FFC）美铝流态闪速焙烧炉属正在作业，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灼减、 比表面积及氧化铝含量的焙烧产品。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器，若焙烧炉的干燥段、

12、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），另外三段仍能维持运行，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：炉内衬及养护（烘炉）过程设计合理， 因此运转率可达 95%左右。美铝流态闪速焙烧炉也有其本身的不足：一、此套装置适应低水分的氢氧化铝物料（6 8%），若氢氧化铝附着水较高时，必需通过增加过剩空气，使热量从焙烧段带入干燥段， 以增强干燥能力，相对来说，使焙烧的热耗和电耗增加；二、整套装置流化板多，大小 床板等多达 7 块，这样维修时工作量相对增加；三、控制回路多，控制软件设计复

13、杂， 相应对操作人员和计控人员提出了较高的要求；四、由于系统是正压作业，整个焙烧炉 体的密封检测点的密封及容器回料封系统要求严格。2、鲁奇循环流态焙烧炉（CFC）鲁奇循环流态焙烧炉是采用正压作业浓相流态化技术，其炉型有独特之处。其一， 流态化循环炉依靠大量的物料循环（为产量的 1230 倍），焙烧停留时间 6 分钟左右， 这样可降低焙烧温度，有利于降低焙烧氧化铝的热耗，同时确保焙烧氧化铝产品质量， 此外，大量循环物料的热仿量、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，炉子运转率可达 9094%；其二，整个装置无高电压、大型设备，设备简单， 投资省，生产控制灵活，事故率低；其

14、三，控制回路简单，流态悬浮焙烧自动控制回路 仅有 6 条。循环流态化也有焙烧炉对颗粒破损率大，究其原因如下：一、气体在喷射口、旋风 筒入口及弯头处的流速大；二、颗粒在循环炉内发生颗粒之间、颗粒与器壁的撞击与摩 擦，尽管鲁奇公司对该装置不断地进行改造与完善，使破损率大幅度降低，但目前，焙 烧产品 45m 粒极的破损率仍高达 36%，其二，循环焙烧炉有 4 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，增加了维修工作量；其三，循环流态 焙烧炉与流态闪速焙烧炉一样，亦不适应氢氧化铝附着水高的物料。3、丹麦气体悬浮焙烧炉（G.SC）丹麦气体悬浮焙烧炉是流态化焙烧的后起之秀，整个装置

15、采用负压作业、稀相流态 化技术，相对比，上述两种炉型具有明显的优势。其一，此炉型采用了在干燥段设计安装了热发生器这一新颖措施，当供料氢氧化铝附水含量增加时，不需象其他炉型那样， 采取增加过剩空气的方式来增加干燥能力，而只需启动干燥热发生器来增加干燥段的热 量，从而避免了废气量大增而大量热能损失。因此，与前两种炉型相比，气体悬浮焙烧 炉热耗和电耗略低一些；其二，整套装置设计简单，一是物料自上而下流动，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，没有物料控制阀，方便了设备维修；三是负压作业对焙烧炉的问题诊断和事故处理 有利。这些都是有利于发生故障后快

16、速恢复生产，给生产带来方便。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，但在生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回路，另一条是氧气含量控制回路。气态悬浮焙烧炉是 20 世纪 80 年代发展起来的的气态悬浮焙烧装置，90 年代，我国 开始引进这一技术，通过近 10 年来国内各氧化铝厂的消化吸收、改进完善，基本上已经 定型，目前，它已是国内大部分氧化铝厂焙烧氧化铝设备的首选。其主要缺点是：一、烘炉设计不太完美，二、由于各悬浮焙烧炉容器部下料管改用 了翻板阀，生产中不能低产运行，即便是刚开始下料，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

17、系统内料流形成回流现象，因此，G.SC 产能的可 调范围窄，一般要求在设计能力的 50%以上调节。三、气体悬浮焙烧炉设计的检修、清理、 观察孔较多，易造成系统漏风隐患，四、电收尘粉料输送系统和文丘里烟道降温系统的 设计尚未定型，各氧化铝厂各有千秋。五、各旋风器下料腿结构简单，料封性能差，料 腿高，因此气态悬浮焙烧炉的炉体高，造成投资增大。国外各公司的主要技术经济指标美国铝业公司 西德鲁奇-联合铝 丹麦史密斯公司气 项目名称 流态闪速焙烧 业公司循环流态焙 态悬浮焙烧（FFC） 烧（CFC） （G.SC）法国费凯贝 克公司闪素 速焙烧炉（FCB）闪速流化 床干 一 级 载 流 干 燥 脱 一 级

18、 载 流 干 燥 脱 一级载流干 燥脱水，载流预 水，一级文丘里预 水，一级载流预热， 燥脱水，一 热，闪速焙烧， 热，循环流化床焙 气态悬浮焙烧，四 级 载 流 预流程及 流化床保温，三 烧，一级载流冷却 级载流冷却加流化 热，气态悬 设 备 级载流冷 却加 加六级流化床冷却 床冷却 浮焙烧，三二级流化 床冷 却。级载流冷却 加 流 化 床冷却焙烧过程的流动状态稀相载流焙烧 加浓相流化床保温快速流态化焙烧稀相载流焙烧稀相载流焙 烧焙烧温度 9501050 1100 1150130010501250焙烧时间系统阻力损失燃料热耗1530 分钟1765120593帕 公斤/氧化铝2030 分钟29

19、419 帕公斤/氧化铝秒钟78458825 帕公斤/氧化铝6 秒钟78458825帕公斤/氧化 铝焙烧系统 25(包括氢氧化 电耗 铝过滤及洗涤)吨-氧化铝12 吨-氧化铝年运转率%产品规格8993砂状9294各种类型90 以上各种类型8590各种类型从国外各公司的主要技术经济指标和近年来国内各氧化铝厂的使用情况来看，一致 认为，丹麦的气体悬浮焙烧炉（G、S、C）有以下明显的优势：运转率高；热耗低； 电耗低；维修方便；生产环境卫生条件好；提产幅度大等优势已被国内外氧化 铝厂认可。气体悬浮焙烧炉的炉型，是其它二种炉型的佼佼者。六、气态悬浮焙烧炉工艺过程描述1、 目前国内使用的气态悬浮焙烧炉的规格

20、有：1850T/D、1400T/D、1300T/D、1200T/D、 850T/D 几种规格，但都有相当大的提产幅度，焙烧炉的热能所需燃料有：一是重油， 二是煤气，三是天然气；氢氧化铝的焙烧过程是一种固体颗粒与热气流直接混合接触 并均匀分布于其中，强化了传质、传热的过程，其热效利用率可达 80%，回转窑热利 用率在 40%左右，气态悬浮焙烧炉热效利用率比回转焙烧窑提高了 35%以上，它采用 的是一级载流干燥脱水，一级载流预热，气态悬浮焙烧，四级载流冷却以及流态化床 冷却等技术，属于稀相载流焙烧工艺。其固体氢氧化铝颗粒在炉内始终处于悬浮运动 状态，在悬浮运动过程中与载流热气进行传质、传热，完成干

21、燥脱水和晶型转变等一 系列物理化学演变过程，它具有结构紧凑、产能大、热耗低、焙烧时间短（约秒左右）、 系统阻力小和运转率高等优点。2、 一级载流干燥脱水是在 AO 文丘里干燥器内完成的，由螺旋给料机把湿氢氧化铝（含2水率 10%以下）送至 AO 文丘里干燥器内，和来自预热旋风筒 PO 的热气流（约 3202 2400左右）进行载流传质、传热，脱除氢氧化铝的附着水。3、一级载流预热是在 PO 预热旋风筒内完成的，来自分离旋风筒的氢氧化铝和来自 PO2 3分离旋风筒的热气流（约 10001150左右）在 PO 旋风筒内进行载流预热，将氢氧2化铝加热到 300左右，脱除氢氧化铝中的大部分结晶水。4、

22、气态悬浮焙烧是在 PO 主炉内完成的，来自 PO 的物料和来自 V19 主燃烧器所产生的4 21100左右的高温气流相混合，最终在 PO 、PO 筒体内脱除结晶水和完成晶型转变的4 3全过程，生产出一种由氧化铝和氧化铝混合物料构成的且物理化学性质符合 电解要求的氧化铝产品。5、四级载流冷却是在四个串联的旋风筒（CO 、 CO 、CO 、CO ）组成的载流冷却装置1 2 3 4内完成的。来自 PO 的 1050左右的物料和来自冷风进口和流化床冷却器的空气进行3载流热交换，物料被空气冷却达到 250左右，而空气被预热到 700左右后，进入 PO 主炉下部，供 V19 主燃烧器煤气所需的助燃气体之用

23、。冷却旋风筒的作用：在冷4却物料的同时回收物料的热量，借此提高助燃空气的温度，从而提高整个气态悬浮焙 烧炉的热效率。6、流化床冷却器 KO 、KO 是氧化铝物料的最终冷却器，来自 CO 锥体下部分料阀的物料，1 2 4在流化床内被来自罗茨鼓风机的空气流态化，流化床内装有管道冷却器，管内是流动 的冷却水，流态化的物料通过管壁进行热交换，物料从 250左右被冷却到 80以下， 从流态化冷却器出来的氧化铝经输送设施被送到氧化铝大仓。7、气态悬浮焙烧炉内的气体流动的动力来自炉子尾部的排风机，整个炉子处于负压下状 态下工作，排风机前面还装有控制风量的可调的电动风门和净化焙烧炉尾气的电收 尘，PO 预热旋

24、风筒出来的含尘烟气在电收尘器内进行除尘，除尘后的气体含尘量要1求在 50mg/NM3 以下，除尘后的气体通过烟囱排入大气。整个气态悬浮焙烧炉错落布置， 结构紧凑，形成一个完整的统一体。气体悬浮焙烧炉的主要工作参数： 主炉温度 PO T1 1020106042 CO%3 O 控制在%24 文丘里出口温度：1405 电收尘入口温度 P11T1：1406 流化床出水温度：557 冷却水进口温度：358 流化床出料温度：809 入炉水份：10%三、主要设备及构造1、主要设备及构造：喂料螺旋：630×3200mm减速电机：YTC-280文丘里闪速干燥器 AO23750 mm H=9047 mm

25、材质：=6 mm 低碳钢旋风筒 PO ：3950×9625mm1材质：=6 mm 低碳钢旋风筒 PO ：4800×11161mm2材质：=6 mm 低碳钢旋风筒 PO ：5700×14223mm3材质：=6 mm 低碳钢旋风筒 PO ：5750×17020mm4材质：=6 mm 低碳钢旋风冷却器 CO ：4200×9666mm1材质：=6 mm 低碳钢旋风冷却器 CO ：3450×8307mm2材质：=6 mm 低碳钢旋风筒 CO ：3000×7094mm3材质：=6 mm 低碳钢旋风筒 CO ：2250×5523

26、mm4材质：=6 mm 低碳钢流化床冷却器：1900×1900×10300mm ID 风机 2150S1BB50流量：Q=240000M3/h电机：YPTQ500-4 P=900KW IP44 690V 启动燃烧器 T12：SO-1000-GO正常燃油：400kg/h 进口压力：825×105Pa附风机：MT50S 电机：P=15KW燃烧器 V19：流量 25000Nm3/h点火燃烧器：PG-100作用：内衬养护和焙烧炉主燃烧器点火 流量：1000Nm3/h进口压力：250mba电机：KQF-40/44-N风量：1542M3/min压差：350mba电机： n=2

27、980rpm 干燥器加热器：HG-G-63 作用：控制干燥器出口温度流量：05000Nm3/h风机：MT-50S Q=130M3/min P=15KW3、气体悬浮焙烧炉的工艺流程介绍工艺流程图（见附图）。氢氧化铝给料系统由平盘过滤机生产的氢氧化铝滤饼经皮带运至皮带称 FO1 上的氢氧化铝小仓中，从 皮带秤下来的物料经 AH 小皮带 FO3 送至螺旋给料机 AO1，螺旋给料机把物料送入文丘 里闪速干燥器。文丘里闪速干燥器 A02含自由水分10%的湿氢氧化铝通过螺旋输送机 AO1，以 50温度进入闪速干燥器。 在干燥器中干燥了的物料由烟气及水蒸气的气流带入上部预热旋风筒。闪速干燥器出口 的温度大约

28、为 135。给料螺旋的出口设计确保滤饼很容易分散到热气流中去。干燥热发生器 T11干燥器 AO2 出口的温度维持在 135左右，以防止电收尘受到酸腐蚀。为控制因氢 氧化铝水分波动而引起干燥器出口温度变化所需要的热量由干燥热发生器 T11 提供。预热旋风系统烟气和干氢氧化铝的混合物在干燥器之后的预热旋风筒 P01 中得以分离。干燥的氢 氧化铝卸入第二级预热旋风筒 PO2 的上升管，在此与热旋风筒来的 1050左右的热气 体混合。氢氧化铝在上升管中同时得以预热和分解。物料与气体之间的温度实际上已达 到完全平衡。预焙烧的氧化铝在第二级预热旋风筒 PO2 中与废气分离后大约以 320进 入焙烧炉。由于经过焙烧的物