利用空心槳葉干燥機干燥鉬精礦試驗研究

沈明科，尹孝剛，烏紅緒，邱少花

(金堆城鉬業股份有限公司，陜西 華縣 714101)

0 引 言

金鉬股份鉬爐料產品部為適應國內外鉬產業日益發展的需要，提高工業氧化鉬的產品質量及其穩定性，擴大工業氧化鉬的生產規模，提高其裝備水平，在總結國內外多膛爐焙燒技術生產實踐經驗的基礎上，引進了國外公司的多膛爐焙燒生產線。

在項目前期試驗階段，因鉬精礦油水含量較高，易發生團聚現象，在鉬精礦進入回轉窯及多膛爐進行試焙燒時，導致爐況不穩定，容易產生生料包裹現象，脫硫不徹底，從而影響產品質量。鉬爐料產品部技術人員結合生產實際，在充分總結借鑒國內外鉬精礦干燥的成功案例后，提出利用硫酸廠余熱蒸汽作為熱源、空心槳葉干燥機作為干燥主機解決油水含量為10%左右的鉬精礦的干燥技術方案并付諸實施。

1 干燥前鉬精礦供礦及鉬精礦預處理現狀

1.1 選礦廠生產的鉬精礦供礦情況

(1)選礦廠生產的鉬精礦油水含量較高，高者達到11%，平均達8%;

(2)50 kg 袋裝后部分批號的產品中鉬精礦有結球、結塊團聚現象;

1.2 鉬爐料產品部預處理現狀

(1)2000 年鉬爐料產品部采用簡易磨粉機磨料，僅將鉬精礦中的團塊粉碎，達不到脫水的目的。該工藝設備落后，投料、接料、裝料均為人工操作，鉬精礦飛揚現象十分嚴重。

(2)2002 年鉬爐料產品部采用鏈式層干機，對鉬精礦進行烘干及焙燒試驗。由于干燥過程直接利用燃煤燃燒的煙氣傳熱，導致鉬精礦二次污染，加之干燥溫度較難控制，干燥后的水分變化較大，包裝時飛揚損失較多。另外，該設備無煙塵回收系統，因此設備未投入使用。

(3)2007 年選用閃蒸干燥機處理鉬精礦。最初設計利用焙燒煙氣余熱供熱風，閃蒸干燥機所供熱風溫度較低，僅80 ℃左右，干燥效果不理想。

2 干燥工藝方案論證、選擇及確定

2.1 工藝方案論證

目前國內干燥物料主要有蒸汽加熱式螺旋干燥機、空心漿葉干燥、閃蒸干燥機等幾種方式。

2.1.1 蒸汽加熱式螺旋干燥機

優點:(1)干燥熱源采用蒸汽。干燥初水含量為最大20%，干燥后終水含量最低為3%;(2)干燥過程溫度均勻，能保證物料粒級和質量不發生變化;(3)操作維護簡單，設備維修費用低，勞動強度低;(4)在鉬行業已應用。

缺點:(1)利用蒸汽間接加熱，減少物料損失，但熱利用率低約達60%左右;(2)干燥過程蒸發時水份帶出的含鉬物料無法回收;(3)干燥汽源為鍋爐蒸汽，對水加熱耗煤大且污染嚴重。

2.1.2 空心漿葉干燥裝置

優點:(1)單位有效容積內傳熱面積很大，熱介質溫度從－40 ℃到320 ℃，可以是水蒸汽，也可以是液體型:如熱水、導熱油等。間接傳導加熱，沒有攜帶空氣帶走熱量，熱量均用來加熱物料。熱量利用率可達80% ～90%;(2)由于設備結構緊湊，且輔助裝置少，散熱損失也減少;(3)設備結構緊湊，裝置占地面積小;(4)楔形槳葉具有自凈能力，可提高槳葉傳熱作用;(5)由于氣體用量少，干燥器內氣體流速低，被氣體挾帶出的粉塵少，干燥后系統的氣體粉塵回收方便，可以縮小旋風分離器尺寸，省去或縮小布袋除塵器;(6)物料適應性廣;(7)根據粉體物料的磨蝕性、壓縮性、內摩擦、外摩擦以及隨水分或溶劑的連續脫除物料各種性質的不斷變化，而采用相應的葉片結構，是空心槳葉干燥機的核心技術。

缺點:在鉬精礦干燥中無應用實例。

2.1.3 閃蒸干燥機

優點:(1)干燥主機具有機械分散和干燥物料粒度調整功能，高含濕膏糊狀、濾餅狀物料進入干燥主機后與被加熱的熱風混合，物料在熱風與機械分散力的作用下形成顆粒狀流態化，瞬間完成熱質交換，干燥后的物料進入捕集器獲得粉狀產品;(2)瞬間干燥，干燥時間1 ～5 s，產品不過熱，品質均勻，流動性好;(3)系統封閉無交叉污染，收率＞99%以上;(4)熱源采用熱風爐、蒸汽、電、煙道氣，以煤、氣體和液體為燃料，燃燒方式為直接或間接式;(5)熱效率高，蒸發能力強;(6)適應濾餅、膏糊狀高含濕物料干燥，物料含水率可達85%以上，終含水0.5%以下;(7)主機配套附屬設備較多，設備系統戰線較長，占地面積多;(8)在鉬行業已應用。

缺點:(1)燃煤加熱產生的燃煤煙氣排放后造成環境污染，并且較難治理;(2)因旋風及布袋收塵后的含鉬廢氣排空，會造成鉬金屬的損失。

綜合以上情況比較得到以下結論:

(1)除利用焙燒煙氣余熱作為熱源外，閃蒸干燥機也可以采用燃煤作為熱源，在干燥初水相同的條件下，閃蒸干燥機因其工作時干燥物料與干燥介質直接接觸，傳熱傳質效果較好，熱利用率高，并且終水較蒸汽螺旋干燥機和空心槳葉干燥機低。但主機配套附屬設備較多，占地面積大，旋風及布袋收器排出的含鉬廢氣排空，造成部分鉬金屬的損失，加之燃煤加熱產生的煙氣排放后容易造成環境污染難以治理，因此不擬選用。

(2)蒸汽螺旋干燥機熱利用率較低約為60%，干燥時對鉬精礦的適應性較差，干燥終水含量波動較大，因此不擬選用。

(3)空心漿葉干燥裝置采用蒸汽為熱源，熱量損失僅透過殼體保溫層向周圍環境散熱，傳質效果及熱利用率較其它方案高，熱利用率可達80%以上，且蒸發氣體挾帶出的粉塵少，干燥后系統的氣體粉塵利用水沫收塵方便，收塵率高。

綜上所述:擬選用空心漿葉干燥裝置作為干燥鉬精礦的主要設備，并采用硫酸廠余熱蒸汽作為熱源。

2.2 空心槳葉干燥機設備結構及特點

空心槳葉干燥機用于干燥生產流程見圖1。

圖1 空心槳葉干燥機用于干燥生產流程圖

空心軸上密集排列著楔型中空槳葉，熱介質經空心軸流經槳葉。單位有效容積內傳熱面積很大，熱介質溫度從－40 ℃到320 ℃，可以是水蒸汽，也可以是液體型:如熱水、導熱油等。熱介質通過旋轉接頭，流經殼體夾套及空心攪拌軸，空心攪拌軸依據熱介質的類型而具有不同的內部結構，以保證最佳的傳熱效果。

特點:(1)槳葉干燥機能耗低:由于間接傳導加熱，熱量損失僅為通過器體保溫層向環境的散熱，可通過在干燥器外壁設置保溫層，減低熱量損失;(2)處理物料范圍廣:使用不同熱介質，既可處理熱敏性物料，又可處理需高溫處理的物料。常用介質有:水蒸汽、導熱油、熱水、冷卻水等。既可連續操作也可間歇操作，可在很多領域應用;(3)操作費用低:該設備正常操作，僅1 ～2 人/天。低速攪拌及合理的結構。磨損量小，維修費用低;(4)操作穩定:由于楔型槳葉特殊的壓縮—膨脹攪拌作用，使物料顆粒充分與傳熱面接觸，在軸向區間內，物料的溫度、濕度、混合度梯度很小，從而保證了工藝的穩定性。

2.3 利用空心槳葉干燥機進行干燥含鉬物料小型試驗

2010 年，項目組利用空心槳葉干燥機分別進行了鉬精礦、含鉬雜料、煙灰3 種類型的物料干燥試驗。

2.3.1 干燥試驗樣機有關性能參數

干燥面積:10 m2，傳動速比:3 ～22.8。

2.3.2 試驗過程及試驗數據整理

2.3.2.1 試驗前準備工作

(1)從硫酸廠引入余熱蒸汽作為干燥熱源;(2)開機:開啟電源，啟動干燥機將調速器置于3 r/min位置，使機器空轉;(3)緩慢開啟蒸汽閥門使壓力升至0.1 MPa，保壓10 min，檢查各管道閥門連接點是否泄漏;(4)升壓:繼續緩慢升壓至試驗用壓力并保壓，使機殼溫度均勻。

2.3.2.2 開始加料仔細觀察物料各方面情況，及時調整轉速、壓力等參數，物料通過一段時間后打開出料門。

2.3.2.3 取樣測定及試驗數據整理

從出料口取樣化驗含水量，并記錄試驗中的壓力等數據。具體試驗數據見表1。

表1 干燥試驗樣機試驗數據表

2.3.2.4 試驗數據分析及試驗結論

(1)對于含水≤10%的鉬精礦，干燥后水分均能降低到4%以內;(2)對含鉬雜料目測水分約達70%左右，調整主機轉速干燥后水分也能達到4.84%;(3)對酸廠煙灰目測水分約達60%左右，調整主機轉速干燥后水份達到7. 15%，但物料在機內、螺旋及主軸表面粘接物料現象嚴重，另外干燥后物料仍團聚結塊嚴重。

試驗結論:通過利用空心槳葉干燥機小型試驗表明選用的干燥設備能能將含鉬物料中的水分由10%降至4%以下，因此選用空心槳葉干燥機是適合于對鉬精礦干燥的理想設備。

3 空心槳葉干燥機的應用

3.1 硫酸廠余熱蒸汽有關參數

硫酸廠在生產過程中產生大量過熱飽和蒸汽，過熱蒸汽經汽輪機發電后，仍然產生壓力為0.6 ～10 MPa、溫度約160 ～200 ℃、流量28 t/h 的飽和蒸汽，這部分蒸汽可用作生產、生活用汽。

3.2 物料、熱平衡及干燥鉬精礦所需蒸汽量計算

3.2.1 物料計算( 見表2)

表2 物料計算表

3.2.2 熱平衡計算( 見表3)

表3 熱平衡計算表

查表知蒸汽壓力0.6 Mp，溫度為158.863 ℃;水的比熱容為4.2 ×103 kJ/kg·℃;蒸汽的比熱容為2. 1 × 103 kJ/kg ·℃;水 的 汽 化 熱 為10. 8 kJ/mol，相當于2 257.2 kJ/kg;鉬精礦參照鉬焙砂的比熱，即鉬精礦比熱按0.47 kJ/℃。

3.2.3 蒸氣需要量計算( m)

Q 放=Q 吸=cm(158.863－110)+cm ×30%(110－100)+冷凝水吸熱2 257 ×m×30%

m=1.264 t/h，干燥鉬精礦蒸汽單耗指標:391 kg/t。

通過上述計算把含水10%左右的鉬精礦利用硫酸廠的飽和蒸汽干燥，干燥時理論計算所需要的蒸汽量為2.528 t/h(兩套設備)，由于硫酸廠余熱發電后產生實際壓力為0.6 MPa、溫度約160 ℃、流量28 t/h 的飽和蒸汽，因此在硫酸廠連續穩定生產的條件下，干燥汽源和汽量能滿足工藝要求。

3.3 空心漿葉干燥系統工藝設計

3.3.1 工藝流程

圖2 空心漿葉干燥系統工藝流程

3.3.2 系統設備組成

(1)空心槳葉干燥機;(2)埋刮板輸送機;(3)管道除鐵器;(4)螺旋輸送機(出料);(5)斗式提升機;(6)緩沖包裝料倉;(7)布袋除塵器;(8)引風機;(9)氣力輸送裝置。

表4 干燥機性能參數表

3.3.3 物料流程

(1)鉬精礦由人工通過埋刮板輸送機送至空心槳葉干燥機。

(2)烘干物料通過螺旋輸送機、斗式提升機送至緩沖料倉。

(3)利用氣力輸送裝置將物料輸送至焙燒工段。

3.3.4 蒸汽系統流程

源蒸汽經調壓控制系統輸送到干燥裝置;經疏水站形成凝結水排送返回至硫酸廠再加以利用。

3.3.5 廢氣、廢水處理

干燥裝置干燥過程中產生蒸發濕氣，經布袋除塵器凈化后排放;除塵器收集的沉淀固體物返回干燥機重新干燥。

3.4 工業生產應用工藝參數監測表(見表5)

工業生產監測結果表明:因酸廠至該設備距離較長，熱量有一定的損失，壓力無法達到607. 95 kPa，按照工藝設計加料量為3.23 t/h，初水10%左右，轉速在3.65 r/min，表壓達到506.625 kPa 以上時，終水能達到5%以下，滿足下游焙燒生產需要。

4 結 論

(1)利用硫酸廠余熱蒸汽為熱源并采用空心漿液干燥裝置進行干燥鉬精礦，節約了燃煤，減少了碳污染，且蒸汽冷凝后返回硫酸廠循環重復利用，它對金鉬股份節能減排起到了積極的作用。

(2)空心漿葉干燥裝置熱量利用率高，產品干燥均勻，在工業上進行應用效果較好，干燥終水分能達到＜4%，滿足入爐鉬精礦水分＜5%的技術要求，完全能滿足下游生產的需要。

(3)為保證干燥鉬精礦含水率的穩定，還需要做好其一穩定選礦廠出廠鉬精礦的含水率，異常含水率指標出現時要及時通報和測試以便干燥工序做好干燥參數調整;其二加料應保證相對均勻，確保鉬精礦干燥水份達到焙燒入爐要求;要定期維護保養，特別是清理管道除鐵器，以免大鐵塊器造成設備損壞以致造成物料含水率不波動。

(4)為更好地發揮空心漿葉干燥裝置的使用效果，設備部門要做好相關優化工作，一則改人工加料為自動加料，減少為物料厚度變化引起干燥不均勻的現象;二則通過金屬膜過濾替代布袋收塵，有效降低細粉損失，提高材料回收率。

［1］ 謝國權，許建莊. 空心槳葉干燥機設計及應用研究［J］.河南化工，1996，(2):40－41.

［2］ 徐 曉，盧 江，董金善.空心槳葉干燥機的設計［J］. 裝備制造技術，2008，(9):110－112.

［3］ 張文豪，汪任初.SK—25 楔形空心槳葉干燥機技術改造［R］.中國鋁業中州分公司特種氧化鋁廠.