兩段式烘干煅燒工藝的特點(diǎn)與應(yīng)用

龔 旭

兩段式烘干煅燒工藝的特點(diǎn)與應(yīng)用

龔 旭

（湖北金爐節(jié)能股份有限公司 湖北黃石 435000）

在這些傳統(tǒng)處理方式上，對煅燒工藝進(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)出新型的兩段式烘干煅燒工藝。在兩段式烘干煅燒工藝系統(tǒng)中，烘干預(yù)熱部分全部由前端的烘干機(jī)完成，使預(yù)熱時間以及窯體長度都大幅縮短。該設(shè)備用于煅燒物料和熱脫附處理物料，節(jié)能效果明顯。

烘干；煅燒；節(jié)能

0引言

如何最大化的提高能源的利用效率，減少能源的浪費(fèi)，應(yīng)該是每條生產(chǎn)線在工藝設(shè)計之初，都需要考慮的問題。采取減少熱量的散失、降低煙尾氣的排放溫度、余熱發(fā)電、余熱鍋爐等等可行的措施，皆可達(dá)到節(jié)能減排降耗的目的。我司在這些傳統(tǒng)處理方式上，對煅燒工藝進(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)出新型的兩段式烘干煅燒工藝，并得到了很好的應(yīng)用。

1兩段式烘干煅燒工藝的研發(fā)背景

1.1市場需求

（1）甘肅省隴南市某公司要求煅燒物料：金礦石,金礦石結(jié)晶水：8%，附著水：10-15%，粒度：≤4mm，產(chǎn)量：90t/h,煅燒溫度：550-650℃，停留時間：30min，出料溫度：≤100℃，尾氣溫度：200℃。

（2）北京市某公司要求熱脫附處理物料：有機(jī)污染土，含水量：10-15%，粒度：≤50mm，處理量：≥25t/h，煅燒溫度：300-550℃，停留時間：≥10min, 出料溫度：≤80℃。

1.2要求更高的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益

社會效益：要求采用先進(jìn)的新型設(shè)備和工藝，以節(jié)約資源和提高投入產(chǎn)出比，能夠利用各種寶貴的資源，希望獲得各級政府重點(diǎn)支持。

環(huán)境效益：要求能夠減少對自然環(huán)境的破壞和影響，改善甚至是修復(fù)環(huán)境。

經(jīng)濟(jì)效益：要求獲得更好更快的投資回報。

2工藝及設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢

2.1工藝簡介

工藝圖見圖1。

（1）金礦石煅燒工藝流程簡介

現(xiàn)有煅燒系統(tǒng)采用氧化煅燒，氧化煅燒是一種處理難浸金礦的最古老又最常用的方法。使用沸騰爐對黃金礦進(jìn)行煅燒的一個最大問題是：當(dāng)煤與金礦混合一同加入到沸騰爐中煅燒時，煤燃燒后產(chǎn)生大量的煤渣混在金精礦中會對后面的提取工序產(chǎn)生很大的影響，從而降低了黃金的生產(chǎn)率和收得率。另外，煙氣余熱未被充分回收，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，而且對環(huán)境也形成很大的污染。采用沸騰爐對黃金礦進(jìn)行煅燒，需要將礦料和燃煤磨至較小顆粒，需要較高的一次性投入和運(yùn)行成本。

兩段式烘干煅燒工藝解決了傳統(tǒng)工藝中無法避免的問題。采用逆流的形式，物料首先從入料口進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)，預(yù)熱及烘干原礦石至140℃左右；之后進(jìn)入煅燒窯內(nèi)通過高溫煅燒，改變其化學(xué)組成及物理性質(zhì)，分離砷和硫；煅燒完成的高溫物料還無法直接回收和存放，此時通過冷床降低物料溫度。在冷床內(nèi)的物料還能夠進(jìn)一步氧化，冷卻物料后的熱風(fēng)并不直接排放，通過高溫風(fēng)機(jī)和層下配風(fēng)系統(tǒng)重新通入煅燒窯內(nèi)，達(dá)到充分利用能源的目的。

（2）有機(jī)污染土熱脫附工藝流

根據(jù)場地調(diào)查報告，土壤中的污染物主要為多環(huán)芳烴（PAHs）有機(jī)污染物，總污染物濃度＜1%。采用逆流形式，土壤經(jīng)篩分、除鐵預(yù)處理后，由給料裝置進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)，預(yù)熱及烘干污染土至140℃左右；之后進(jìn)入高溫?zé)崦摳届褵G內(nèi)被加熱至，土壤在兩段式烘干煅燒系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)歷烘干脫水及熱脫附兩個階段，有機(jī)污染物在煅燒窯內(nèi)從土壤中蒸發(fā)析出，最后由煙尾氣帶走。脫附后的土壤溫度約在300-550℃，需要對該土壤進(jìn)行冷卻及加水抑塵。煙氣由烘干機(jī)頭部抽出后進(jìn)行凈化處理。

2.2更高的熱利用率

因在煅燒窯內(nèi)需要將物料加熱至要求的煅燒溫度，并維持一定時間，這就決定了一定有不低的煙尾氣溫度。以水泥窯為例，尾氣溫度一般為400℃，有效的熱利用率為80%。我司在黃砂的烘干系統(tǒng)中因煙尾氣溫度低至75℃，熱利用率達(dá)到了90%以上，而同樣的在兩段式烘干煅燒工藝系統(tǒng)中，因其獨(dú)特的兩段式烘干煅燒處理工藝，同樣做到了低溫?zé)熚矚獾呐欧拧Ｔ谖廴就翢崦摳巾椖可希瑹熚矚鉁囟?0℃，熱利用率達(dá)到了95%。

2.3結(jié)構(gòu)緊湊

傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯分為前后窯頭帶、分解帶、過渡帶、燒成帶，也是溫度段的劃分，從煅燒窯加熱物料原理上分析，物料如需充分預(yù)熱、分解，必須有足夠長的低溫段和中溫段來保證物料有較充足的預(yù)熱加熱時間，之后再進(jìn)入到燒成帶燒成。在兩段式烘干煅燒工藝系統(tǒng)中，烘干預(yù)熱部分全部由前端的烘干機(jī)完成，使預(yù)熱時間以及窯體長度都大幅縮短。

2.4煅燒窯復(fù)合型內(nèi)襯

窯內(nèi)襯采用新型的復(fù)合結(jié)構(gòu)，由內(nèi)層耐磨層，中層保溫層以及外層金屬殼體組成。設(shè)計外殼體溫度80℃，實(shí)際運(yùn)行過程中，實(shí)測外層殼體最高溫度120℃，大幅減少了窯體外表面的熱量散失。且外殼體溫度降低后，還帶來了傳動和運(yùn)動結(jié)構(gòu)的大幅簡化，高溫帶托輪、托圈再無需考慮冷卻問題，主電機(jī)也無需考慮熱輻射的防護(hù)問題。

2.5烘干機(jī)高效組合式揚(yáng)料裝置

我司專利技術(shù)高效組合式揚(yáng)料裝置（專利號ZL98235910.1)：根據(jù)物料在干燥過程中的物理特性的變化，采用多種結(jié)構(gòu)的揚(yáng)料板，按不同的溫度分區(qū)段在筒內(nèi)優(yōu)化布置，使物料在筒體內(nèi)形成均勻料幕，與熱煙氣進(jìn)行充分熱交換，其單位體積的蒸發(fā)強(qiáng)度達(dá)到60～80kg，蒸發(fā)能力比普通烘干機(jī)提高50%～120%，極大的縮小了設(shè)備體積。在物料烘干過程中采用特殊的設(shè)計和方法，使粘度物料難以烘干的問題得以解決，效果良好。

2.6中間接口零泄漏

顆粒及粉狀物料在煅燒窯及烘干機(jī)內(nèi)運(yùn)動時，處于一種流化狀態(tài)，會像水一樣無孔不入，無論是采取何種密封方式都無法完全杜絕泄漏。在工業(yè)連續(xù)批量生產(chǎn)過程中，物料不停摩擦密封圈或密封層，將會很快使密封裝置失效進(jìn)而導(dǎo)致泄漏。我司在設(shè)計煅燒窯及烘干機(jī)中間接口結(jié)構(gòu)時，認(rèn)為堵不如疏，通過疏通和減少中部接口堆積的物料的方式，解決了在設(shè)備使用一段時間后不可避免的出現(xiàn)物料泄漏的情況，實(shí)際使用中做到了零泄漏。

3兩段式烘干煅燒工藝設(shè)備的安裝調(diào)試及正常運(yùn)行

3.1安裝重點(diǎn)

3.1.1烘干機(jī)及煅燒窯同心度

烘干機(jī)轉(zhuǎn)速是大于煅燒窯轉(zhuǎn)速的，兩段筒體轉(zhuǎn)速并不相同，為讓兩段筒體能夠互不干涉的獨(dú)立正常轉(zhuǎn)動，以及設(shè)備能夠順利、方便的安裝，兩段筒體接口設(shè)計之初就需預(yù)留出恰當(dāng)?shù)目p隙，對筒體端面的不圓度和端面圓跳動進(jìn)行補(bǔ)償，還要考慮到高溫工況下筒體的熱膨脹帶來的直徑變化。但筒體的不圓度和膨脹量等數(shù)值僅僅只能得到一個范圍值，確切值是無法確定的，這就需要在筒體的安裝時，通過調(diào)整兩筒體的同心度偏差來保證使用要求。根據(jù)工地現(xiàn)場情況，先行定位烘干機(jī)或煅燒窯筒體均可，如先行定位安裝煅燒窯筒體，則在烘干機(jī)筒體的安裝定位時，烘干機(jī)軸心需向其運(yùn)行時的出料點(diǎn)側(cè)方向進(jìn)行適當(dāng)偏移，安裝完成后轉(zhuǎn)動兩個筒體進(jìn)行檢查，烘干機(jī)在運(yùn)行時的出料點(diǎn)側(cè)縫隙應(yīng)該做到始終保持最小。

3.1.2預(yù)留伸縮量

在兩段式烘干煅燒工藝系統(tǒng)中，烘干機(jī)和煅燒窯之間的熱膨脹問題也是安裝的重點(diǎn)，這也是前文提到的無論是采取何種密封方式都無法完全杜絕泄漏的一個重要因素。兩段筒體以不同轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)動，且溫度升高后烘干機(jī)出料端和煅燒窯進(jìn)料端端面距離將會發(fā)生較大的變化，通過多次改變密封形式和結(jié)構(gòu)并進(jìn)行試驗后，我司認(rèn)為因為高溫?zé)崤蛎浀脑颍颂幉贿m合重點(diǎn)考慮密封問題，而改為先疏通再密封的結(jié)構(gòu)。但無論那種結(jié)構(gòu)，合適的伸縮量是必須預(yù)留的，過小會導(dǎo)致筒體在運(yùn)行時卡住甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞，過大又會使物料漏出，經(jīng)過反復(fù)的計算和試驗后，找到了合適的預(yù)留伸縮量。

3.2調(diào)試重點(diǎn)

除常規(guī)的單機(jī)試車和聯(lián)動試車檢測調(diào)試項目外，還需要重點(diǎn)對物料在系統(tǒng)中的停留時間進(jìn)行試驗，并詳細(xì)記錄各項運(yùn)行參數(shù)。

兩段式烘干煅燒工藝系統(tǒng)中，烘干機(jī)和煅燒窯均由變頻電機(jī)驅(qū)動，轉(zhuǎn)速可調(diào)，停留時間可調(diào)。一般在電機(jī)運(yùn)行頻率35Hz左右時，可達(dá)到工藝要求的物料的烘干煅燒時間。通常從運(yùn)行頻率10Hz起，以每提升5Hz運(yùn)行頻率為一組進(jìn)行試驗記錄。除烘干煅燒時間外，還需要對應(yīng)記錄各運(yùn)行頻率下，煅燒窯內(nèi)的料層厚度，料層過厚的話，即便有足夠的停留時間，也無法燒成，根據(jù)不同的物料性質(zhì)和處理量，以及煅燒要求，料層厚度也都不盡相同。在熱負(fù)荷試生產(chǎn)過程中，以上數(shù)據(jù)將會提供極大的幫助，可以盡快的歸納總結(jié)和繪制產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的特征曲線，最終達(dá)到節(jié)能減排降耗的目的。

3.3系統(tǒng)的正常運(yùn)行

在系統(tǒng)連續(xù)正常運(yùn)行24小時后詳細(xì)采集各項數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)在工業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)中，兩段式烘干煅燒工藝大幅的降低了試驗室試驗得出的煅燒時間和煅燒溫度要求。

（1）在烘干機(jī)內(nèi)，物料直接與熱煙氣接觸，預(yù)熱和烘干非常充分，物料進(jìn)入煅燒窯前附著水已經(jīng)為零，且被預(yù)熱到了140℃左右，節(jié)省了5-10min的相對于在單筒窯內(nèi)的停留時間，物料停留時間的降低讓整個系統(tǒng)的囤料量降低，從而降低了電機(jī)的驅(qū)動功率，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的；

（2）物料在系統(tǒng)內(nèi)始終處于動態(tài)受熱的狀態(tài)中，本就與試驗室的靜態(tài)試驗過程不同，物料受熱更加均勻和迅速，通常情況下一般工業(yè)生產(chǎn)時的煅燒溫度都要比試驗溫度低，在還沒有達(dá)到實(shí)驗室溫度時，物料的化學(xué)組成或物理性質(zhì)就已經(jīng)全部改變完成，比如在氧化鋁的閃燒工藝系統(tǒng)中，試驗溫度需要1600℃，而實(shí)際生產(chǎn)中僅需1400-1500℃即可。在兩段式烘干煅燒工藝系統(tǒng)中，煅燒窯采用的復(fù)合型內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，極大降低了筒體表面的散失熱流，讓筒體內(nèi)的保溫效果更加突出，可以使煅燒溫度降低100℃以上。同時也降低了燃料的使用量，如烘干機(jī)同時也制作外保溫，效果更加明顯。

4結(jié)束語

兩段式烘干煅燒工藝解決了分段處理煅燒過程中各個階段的主要矛盾，結(jié)合設(shè)備的進(jìn)步和優(yōu)化，極大地提高系統(tǒng)的能量利用效率。實(shí)踐證明，該工藝確實(shí)達(dá)到了節(jié)能減排降耗的目的，主要設(shè)計思路也得到了很好的驗證。

TQ172

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1007-6344（2017）03-0009-01