電加熱型回轉窯焙燒碳酸鉛的可行性研究

黃祖浩

（廣西博世科環保科技股份有限公司，廣西南寧 530000）

電加熱型回轉窯焙燒碳酸鉛的可行性研究

黃祖浩

（廣西博世科環保科技股份有限公司，廣西南寧 530000）

電加熱型回轉窯是有色冶金、化工行業用于焙燒金屬氧化物和化工產品的重要設備。因無標準設備選型，設計人員根據回轉窯相關理論知識，通過主要性能參數的計算，并結合樣品焙燒實驗，確定碳酸鉛在電加熱型回轉窯焙燒的可行性。

碳酸鉛；回轉窯；性能參數；可行性

電加熱型回轉窯是有色冶金、化工行業用于焙燒金屬氧化物或化工產品的重要設備[1]。如何正確設計電加熱型回轉窯來滿足工藝要求，是工程設計人員思考的問題。碳酸鉛熱分解產生氧化鉛是廢舊鉛蓄電池鉛回收工藝中重要的一道工序[2-3]，使用電阻爐焙燒碳酸鉛的研究非常多，但是使用電加熱型回轉窯焙燒碳酸鉛的研究比較少，可供選擇和參考的資料不多，給工程設計帶來了難題。本文根據回轉窯相關理論知識和工藝參數技術要求，通過主要性能參數的計算與核算，并結合項目樣品焙燒實驗，確定碳酸鉛在電加熱型回轉窯上焙燒的可行性。

1 電加熱型回轉窯工作原理

碳酸鉛物料用斗提機提升至平臺上的料倉，料倉為漏斗狀與螺旋輸送機進料口密封連接，通過螺旋葉片的旋轉均衡的把塊 狀、粉體物料輸入到回轉爐的爐體內進行焙燒。回轉爐經旋轉和高低差及爐內抄板的作用把物料自高點逐步輸送到爐尾料倉處輸出。加熱爐通過加熱區加熱，均衡的對旋轉筒體進行加熱，受熱后的筒體將熱能傳導給物料以達焙燒物料的目的，焙燒后的物料通過螺旋輸送機進入冷卻段，冷卻段通過爐管內的噴淋裝置進行水循環冷卻。碳酸鉛在回轉窯內主要進行的化學反應方程式為 PbCO3=PbO+CO2（g）。

2 電熱回轉窯的結構形式及特點

電熱回轉窯由焙燒回轉爐、冷卻回轉爐、爐體結構、傳動裝置、托輪組、擋輪、返料箱、排料箱等組成。

3 工藝參數要求

進料組成：PbCO3為 86.96%，H2O 為 13.04%；

回轉窯的處理能力：1 000kg/h；

物料的加熱形式：電加熱；

物料的焙燒溫度：450℃；

物料的堆比重：4 400 kg/m3；

轉速：n=0.5～1.5r/min；

爐體傾斜度：0.5° ～3°可調。

4 主要技術參數計算

4.1 回轉窯直徑和長度計算[5]

（1）回轉窯直徑計算公式

查閱相關資料規范可得回轉窯直徑計算公式：

其中：G 為生產能力（kg/h），θ 為堆積角（°），n 為轉速（r/ min），φ 為負荷率，γ為視重度（kg/m3）。

（2）回轉窯長度計算公式

根據實驗數據和以往的生產經驗數據，可以確定物料的反應時間，即物料在窯內的停留時間，在求得直徑后，窯的長度可按下式計算。

其中 τ為反應時間（min），D 為回轉窯直徑（m），n 為轉速（r/min），i為斜度，θ 為堆積角（°）。

（3）回轉窯直徑和長度計算過程

根據上述公式可計算中試裝置焙燒回轉窯的直徑和長度。

已知：

生產能力G=1000kg/h；

堆積角θ=35°（按鐵礦石取堆積角35°）；

轉速n=1.2r/min（回轉窯通常轉速取值范圍為0.5～1.5r/min，折中取1.2r/min）；

視重度γ=4400kg/m3；

負荷率φ=0.07（根據相關資料負荷率的取值一般為0.05～0.1，計算中取0.07）；

斜度i=2.6%（斜度取1.5°）；

由上述公式和取值得：取整可得D=0.8m。

由小試實驗數據，碳酸鉛焙燒的反應時間為10min，τ=10min，

計算數值圓整得 L=12m。

綜上所述得：回轉窯直徑 D=0.8m，長度 L=12m。

4.2 能量平衡計算

（1）支出項目

1）產品生產熱 Qp（kJ/kg）

碳酸鉛生成熱ΔHm：

2）產品帶走熱量 Qpo（kJ/kg）

式中：

Qpo：產品帶走熱量（kJ/kg）；Cpo：產品比熱，kJ/（kg·℃）；tpo：出窯溫度，℃。

式中：

產品總帶走能量Qpo（kJ/kg）

3）漿料水分蒸發所需熱量Qwc（kJ/kg）

式中：

Qwc:水分蒸發所需熱量（kJ/kg）；

R:水分蒸發潛熱（kJ/kg）；

Gp:單位產品干原料消耗量（kg/kg）；

W:漿料含水量（%）；

R=2 258kJ/kg（溫度為 100℃時）；

Gp=0.83kg/kg；W=17

Qwc=R·Gp·W/（100-W）=2 258×0.83×17÷（100-17）=384kJ/kg

4.廢氣帶走熱量Qwg（kJ/kg）

式中：

Qwg：廢氣帶走的熱量（kJ/kg）；Vwg：每小時出窯廢氣體積（m3/h）；Mph：平均每小時的產品量 kg/h；cwg：出窯廢氣比熱（kJ/（m3·℃））；twg：出窯廢氣溫度（℃）。

Vwg=120kg/h；Mph=1 000kg/h；Cwg=0.84kJ/（kg · ℃）；twg=450℃

則原料顯熱Qr（kJ/kg）為

注：原料中每千克 PbCO3含水 0.25kg。

（3）電加熱型回轉窯消耗的電能

1.電耗Qe（kJ/kg）

Qe=Qoh-Qr=1 198kJ/kg-39kJ/kg=1 159kJ/kg（4）電加熱型回轉窯計算參數

通過上述計算電加熱型回轉窯直徑 D=0.8m，長度L=12m，電耗 1 159kJ/kg。

5 電加熱回轉窯實驗過程與結果

5.1 工藝條件參數選擇

（1）實驗樣機規格

本次實驗是在宜興市萬石興業電爐廠實驗樣機上進行，樣機回轉窯爐管尺寸 300×5 000mm，加熱形式：電加熱，爐管材質為310S。

（2）實驗樣品組成

實驗用的碳酸鉛是由超威公司提供，樣品組成：PbCO3（98.87%），H2O（1.1%），絡合劑 R（0.01%），可溶性電池添加劑（0.01%）。

（3）樣品進料量進料量：30kg/h（4）實驗溫度控制第一階段升溫段為150～420℃，第二階段反應溫度段為420℃ ～460℃。

5.2 實驗結果

4）筒體表面熱損失Qs（kJ/kg）

式中：

Qs：筒體便面熱損失（kJ/kg）；ΣQsh：每小時表面積總散熱量（kJ/h）。

式中：

α0：對流傳熱系數[W/（m2·k），取值 5～25W/（m2·K）]；D：回轉窯筒體直徑（m）；L：回轉窯長度（m）；T：筒體溫度（℃）；T0：外界空氣溫度（℃）。

表1 碳酸鉛在不同溫度下焙燒的結果

從表1可以看出，碳酸鉛在反應溫度段范圍內焙燒的產品氧化鉛含量均大于99%，顆粒度和色澤均勻，滿足生產工藝要求。焙燒后產品見圖1。

5）熱量總支出Qoh（kJ/kg）

（2）收入項目

原料顯熱Qr（kJ/kg）

式中：

圖1 碳酸鉛焙燒后產品圖

6 結語

綜上所述，采用電加熱型回轉窯焙燒碳酸鉛，在本實驗選定的工藝條件下，產品氧化鉛的含量大于99%。本次焙燒實驗的回轉窯未經清洗處理，可能會對產品的純度有一定的影響。在今后的實際生產過程中，嚴格控制回轉窯的清潔度，產品氧化鉛的純度還能進一步提高。同時產品的顆粒度均勻，沒有出現結塊成團的現象，減少了后續粉碎工序的工作量。總之，碳酸鉛在電加熱型回轉窯內焙燒是可行的，為后續的工程化應用提供了一定的參考價值。

[1] 范鐘梅，何平.中小型電熱回轉窯設計及運用[J].金屬材料與冶金工程，2012，40（6）.

[2] 宋方慧.廢鉛酸蓄電池回收碳酸鉛熱分解制備氧化鉛及其電化學性能研究[D].北京：北京化工大學，2015.

[3] 潘軍青，王田，鈕因健，等.一種濕法回收廢鉛酸蓄電池中鉛膏的再生鉛方法，CN102618884A[P].2012.

[4] HG/T 20566—2011，化工回轉窯設計規定[S].

[5] 姜紹峰.回轉窯內物料停留時間及窯工藝尺寸的計算[J].青島化工，1991，（1）：41-43.

Feasibility Study of Roasting Lead Carbonate by Electric Heating Rotary Kiln

Huang Zu-hao

electric heating rotary kiln is an important equipment for baking metal oxide and chemical products in nonferrous metallurgy and chemical industry.Because there is no standard equipment selection，design of rotary kiln according to the relevant theoretical knowledge，through the calculation of main performance parameters，combined with the sample roasting experiment，determine the feasibility of lead carbonate in electric heating type rotary kiln roasting.

lead carbonate；electric heating rotary kiln；performance parameter；feasibility

TM912.1

B

1003-6490（2017）06-0128-02

2017-04-11

黃祖浩（1989—），男，廣西南寧人，助理工程師，主要研究方向為化工環保。