焙砂粒度的變化對沸騰焙燒的影響分析

蔣 文

（株洲冶煉集團股份有限公司，湖南 株洲 412004）

焙砂粒度的變化對沸騰焙燒的影響分析

蔣 文

（株洲冶煉集團股份有限公司，湖南 株洲 412004）

分析了焙砂粒度的變化對沸騰焙燒的影響，并對實際生產中焙砂的粒度分布進行了簡要分析，提出焙砂粒度的控制調整措施。通過焙砂粒度的分析調整，能夠在較短的時間內恢復沸騰爐的穩定運行，并為沸騰爐的長效穩定經濟運行提供了監控手段。

沸騰焙燒；沸騰層；焙砂粒度；粒度分布

沸騰焙燒爐分為道爾型和魯奇型，隨著冶煉行業的發展與技術水平的提升，大型沸騰爐特別是魯奇型沸騰爐更適合規模化的生產需求，相比于道爾型沸騰爐，魯奇型沸騰爐擁有床能力大、原料適應性強、利于操作等優點，且大型沸騰爐內熱容量大且均勻，操作方便，原料適應能力強，因爐內線速度高，能明顯地提高焙燒能力和產物質量。現階段109 m2的沸騰爐大規模運用在各大冶煉企業，但是在生產實踐中存在處理量波動大、鍋爐粘結頻繁等嚴重影響沸騰爐經濟穩定運行的情況，故結合生產實踐，從焙砂的粒度對沸騰焙燒的影響進行分析。

1 沸騰焙燒的流態化現象

目前沸騰爐所接觸的基本上都是使用氣體作為流態化的流化劑，當氣體通過固體爐料層時，由于氣體的速度不同，可分為三相階段：即固定床、膨脹床和流態化床。

沸騰焙燒時粉料密度與汽流速度的關系如圖1所示。當氣體流速非常小時，固體物料是靜止的，這時物料層物理性狀逐漸發生變化，但體積不變，此時的物理層稱為固定床；當氣體的流速達到一定臨界速度數值時（A點），料層開始蠕動，體積開始膨脹，固定床內的顆粒開始分離而被氣體浮起，此時便稱為膨脹床；在氣體速度繼續增大，超過了臨界速度的數值時，顆粒之間的空隙變大，但到了一定的范圍內（B點），膨脹床便形成激烈的攪動，此時固體顆粒所構成的“濃相”層稱為流態化床，這時“濃相”和“稀相”間有明顯的分界線。當氣流速度再增大時，沸騰層表面上部空間的顆粒數目增加，便開始沸騰，并拋出塵粒，形成類似蒸氣（稀相），這時候“稀相”的濃度不斷增加，而“濃相”不斷減少，并且兩相可能同時存在，正像沸騰時的液體和蒸氣同時存在一樣。

圖1 “濃相”與“稀相”的轉變

2 焙砂粒度對焙燒過程中沸騰層的影響

穩定的沸騰爐沸騰層是由“濃相”與“稀相”構成的，在沸騰爐停爐后可以在爐內壁上看到明顯的“濃相”與“稀相”的分界線，當沸騰層發生變化時，“濃相”與“稀相”發生變化，在停爐后的爐內壁上就可明顯看出分界線的變化。

“濃相”與“稀相”的變化實質上就是沸騰爐內物料粒度的改變，即焙砂粒度的變化。在正常的生產過程中，沸騰爐內焙砂的粒度是保持在一定的比例范圍之內的，焙砂粒度的增粗或者變細都會對沸騰爐產生一定的影響。

2.1 焙砂粒度變粗

沸騰爐內的燃燒過程實際上就是固體與固體、固體與氣體之間熱交換的過程，焙砂粒度變粗，爐內物質的碰撞減少，熱傳遞減少，最直接的反映就是埋管的換熱能力下降，蒸汽產量降低，從而導致沸騰爐產量下降。

如果焙砂粒度差距過大，氣體就不能均勻地流過沸騰層，如果不均勻性嚴重，可能形成部分區域流動慢、部分區域流動快的狀況，甚至形成部分區域“死區”，出現“溝流”現象，如圖2所示。

圖2 “溝流”現象示意圖

此外，在同一操作速度下，焙砂的粒度越大，沸騰層的有效黏度也越大，有效黏度大，在沸騰層內形成的氣泡就大，當沸騰層內形成大氣泡集中向上涌時，沸騰層就會被分割，大氣泡將整個上部物料抬起，造成大量物料被氣泡帶走，形成“沸涌”現象，從而破壞了沸騰層的穩定性，如圖3所示。

圖3 “沸涌”現象示意圖

2.2 焙砂粒度變細

根據固體流態化理論，沸騰層的流態化參數包括沸騰層的臨界速度、帶出速度等，它們與爐內焙砂的粒度關系如下列公式：

式中：u為沸騰層的有效黏度／m2·s-1；g為重力加速度／m·s-2；d為爐內焙砂的平均粒度／mm；r固為爐內焙砂的堆積密度／kg·m-3；r氣為在實際溫度下的氣體密度／kg·m-3。

爐內焙砂粒度越細，沸騰層的有效黏度越大，其臨界速度和帶出速度越小，則在生產過程中產生的煙塵量就越大，這不符合沸騰焙燒生產的工藝要求。

3 實際生產過程中的粒度分布情況與操作控制

為了更加直觀地觀察焙砂粒度對沸騰爐生產的影響，在某廠109 m3沸騰爐進行了大量的焙砂粒度篩分跟蹤試驗，試驗結果見表1。

表1 沸騰爐運行狀況與焙砂粒度分布

沸騰爐在一定的工況條件下，理論上沸騰層基本不會有較大的變化，從表1中焙砂的粒度分布就可以看出，相同的工況操作下，當處理量較高時，粗顆粒與細顆粒焙砂的比例大致是差不多的，若比例發生改變，即粗顆粒增多或者細顆粒增多，則沸騰爐的處理能力將發生一定的改變。

針對焙砂粒度的改變，在生產操作控制中，可以采取以下方法來調整焙砂的粒度比例，以恢復沸騰層的穩定。

3.1 調整入爐物料的顆粒度

入爐物料的顆粒度，可以通過以下幾個方面進行調整：一是在配料過程中搭配粒度較粗或較細的鋅精礦；二是在干燥過程中對干燥強度進行調整，爐內焙砂粒度較粗則增加入爐物料干燥強度、降低水分，焙砂粒度較細則降低入爐物料干燥強度、提高水分；三是若沒有合適粒度的原料，在焙砂粒度偏小時，則可以適當地將細顆粒原料進行制粒處理。

3.2 優化沸騰爐工藝操作

針對不同焙砂粒度比例，較快地進行工藝操作調整，能夠及時恢復沸騰爐的運行狀況。

在沸騰爐生產穩定的情況下，若焙砂粒度比例稍有改變，則應先盡量維持“三穩定”原則：穩定風量、穩定料量、穩定溫度，避免因錯誤調整而造成沸騰層的惡化；適當調整沸騰爐風量：若焙砂粒度偏小，則適當降低風量，減少煙塵率；若焙砂粒度偏大，則適當增高風量并進行適時大鼓風，盡量將爐內大顆粒焙砂排出，保障“濃相”與“稀相”的平衡。

此外，在調整風量的同時，可以對標溫進行相應調整，較高的溫度能夠加劇爐內焙砂的燒結制粒。

4 結 論

沸騰爐內“濃相”與“稀相”的變化，其實就是焙砂粒度分布的變化，在實際生產中，沸騰爐的處理能力發生變化時，如果不能知道爐內的實際情況就進行調整，則情況可能更加惡化。而焙砂的粒度分析，在日常操作中簡單易行，針對沸騰爐在不同工況下的生產，使用不同目數的小篩就能夠進行分析，能夠較為簡便地查找出問題所在，對實際生產操作有較大的指導意義。

［1］朱連勇，李科立.鋅精礦的粒度對氧化焙燒的影響［J］.有色礦冶，2002，18（5）：30-33.

The Influence Analysis of Zinc Calcine Size Charge for Fluidized Roasting

JIANG Wen
（Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd.，Zhuzhou 412004，China）

This paper analyzed the influence of the change of grain size on the boiling roasting，and carried out a brief analysis of the grain size distribution of baked sand in the actual production，put forward control and adjustment measures of grain size of baked sand.By analysis and adjustment of the grain size of baked sand，that can restore the stable operation of the boiler in a relatively short period of time，which provides a monitor method for the long-term stability and economic operation of fluidized bed.

fluidized roasting；fluidized layer；calcine size；size distribution

TF806.11

A

1003-5540（2015）06-0045-03

2015-08-12

蔣 文（1988-），男，助理工程師，主要從事有色金屬冶煉技術工作。