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K.J 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 1

2、000 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），

3、而此带的温度由 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 1100 1200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 900 800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 57.81 万千卡 / 吨=2.42GJ/t ，实际热耗 130 万千卡 / 吨=5.44 GJ/t 左右；4、设备运转周期短，维修强度大，费用高。5、对环境污染严重；6、产品质量不好掌

4、握，波动性较大。焙烧氧化铝的主要质量指标是灼减的控制，必须控制在1.0%以下，超过1.05%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 0.7 0.8%左右，如为金黄色并发亮，灼减一般在 0.5%左右，如为金黄色且有少许结块， 灼减一般在 0.3 0.4%，如有 10 毫米以内的结块，灼减一般在 0.2 0.3%，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。等级AL2O3杂质含量（ %）SiO2Fe2O3Na2

5、O灼减一级98.600.020,020.501.0二级98.400.040.030.601.0三级98.300.060.040.651.0二、新型氧化铝焙烧窑炉的发展和应用：当今世界各国氧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

6、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/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

7、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， 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著优点：1、焙烧氧化铝理论热耗约为 2.42GJ/T AL2O3，其余热量主要是出窑废

8、气和焙烧后的氧化铝带走或通过窑体散失， 而流态化或气态化焙烧的热耗约为33.18 3.27MJ/kg AL2O3，可节煤气约为 300m。2、产品质量好：产品中有害杂质SiO2 基本不受焙烧过程的影响，只取决于它在氢氧化铝中的含量； 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%

9、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

10、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 SO3 的生成量均要比回转窑低；排入大气的烟含尘量均3小于 50mg/nm，因此对环境的污染轻。四、流态化和气态化焙烧技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

11、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

12、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、 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

13、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

14、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 45 m粒极的破损率仍高达 3 6%，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

15、， 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

16、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

17、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

18、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. S C）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 冷级载流冷却却。加流化床冷却焙烧过程稀相载流焙烧稀相载流焙的流动状加浓相流化床快速流态化焙烧稀相载流焙烧烧态保温焙烧温度9501050110011501300105012

19、50焙烧时间1530 分钟2030分钟1.5 秒钟6 秒钟系统阻力176512059329419 帕78458825帕78458825损失帕帕燃料热耗3.25 公斤 / 氧3.203.27 公斤 /3.18 公斤 / 氧化铝3.27 公斤 /化铝氧化铝氧化铝焙烧系统25( 包括氢氧化22KW.h/吨 - 氧化12 KW.h/ 吨- 氧化20.8电耗铝过滤及洗涤 )铝铝年运转8993929490 以上8590率%产品规格砂状各种类型各种类型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

20、；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

21、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 1.5 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AO2 文丘里干燥器内完成的，由螺旋给料机把湿氢氧化铝（含水率 10%以下）送至 AO2文丘里干燥器内，和来自预热旋风筒PO2 的热气流（约 320400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PO2 预热旋风筒

22、内完成的，来自分离旋风筒的氢氧化铝和来自 PO3 分离旋风筒的热气流 （约 10001150左右）在 PO2 旋风筒内进行载流预热，将氢氧化铝加热到300左右，脱除氢氧化铝中的大部分结晶水。4、气态悬浮焙烧是在 PO4 主炉内完成的， 来自 PO2 的物料和来自 V19 主燃烧器所产生的 1100左右的高温气流相混合，最终在 PO4、PO3 筒体内脱除结晶水和完成晶型转变的全过程，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（CO1、 CO2 、CO3 、CO4）组成的载流冷却装置内完成的。来自PO3 的 1050左右

23、的物料和来自冷风进口和流化床冷却器的空气进行载流热交换，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 PO4 主炉下部， 供 V19 主燃烧器煤气所需的助燃气体之用。冷却旋风筒的作用：在冷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 KO1 、KO2是氧化铝物料的最终冷却器，来自CO4锥体下部分料阀的物料，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、

24、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， PO1预热旋风筒出来的含尘烟气在电收尘器内进行除尘，3除尘后的气体含尘量要求在50mg/NM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 PO4T1 1020 1060 CO% 0.6% O2 控制在 1.0% 2.0% 文丘里出口温度： 140 电收尘入口温度 P11T1：140 流化床出水温度： 55 冷却水进口温度： 35 流化床出料温度： 80

25、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： 6303200mm减速电机： YTC-280文丘里闪速干燥器AO23750 mmH=9047 mm材质： =6 mm低碳钢旋风筒 PO1：39509625mm材质： =6 mm低碳钢旋风筒 PO2：480011161mm材质： =6 mm低碳钢旋风筒 PO3：570014223mm材质： =6 mm低碳钢旋风筒 PO4：575017020mm材质： =6 mm低碳钢旋风冷却器 CO1： 42009666mm材质： =6 mm低碳钢旋风冷却器 CO2： 34508307mm材质： =6 mm低碳钢旋风筒 CO3：30007094

26、mm材质： =6 mm低碳钢旋风筒 CO4：22505523mm材质： =6 mm低碳钢流化床冷却器： 1900190010300mm ID 风机 2150S1BB503流量： Q=240000M/h电机： YPTQ500-4P=900KWIP44690V启动燃烧器 T12： SO-1000-GO正常燃油： 400kg/h附风机： MT50S进口压力：电机： P=15KW825 105Pa3燃烧器 V19：流量 25000Nm/h点火燃烧器： PG-100作用：内衬养护和焙烧炉主燃烧器点火3流量： 1000Nm/h进口压力： 250mba电机： KQF-40/44-N3风量： 1542M/mi

27、n压差： 350mba电机： SCLB-4.0KW-2-50n=2980rpm干燥器加热器： HG-G-63作用：控制干燥器出口温度3流量： 05000Nm/h3风机： MT-50SQ=130M /minP=15KW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

28、速干燥器出口的温度大约为 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。

29、由于经过焙烧的物料具有良好的流动性和较高的温度，通常焙烧辅炉 PO3 向第一级冷却旋风筒的下料管上都不设翻板锁气阀和阀门。然而，第一、二级预热旋风筒和冷却旋风筒的下料管都设有翻板锁气阀， 以消除反向气流并改善热效率和旋风筒的分离效率。焙烧炉 PO4气态悬浮焙烧炉和热旋风筒组成为一个反应器分离器联合系统。 焙烧炉是一个有内衬耐火材料且带有锥形底部的圆柱形容器。 助燃空气在氧化铝冷却器中被预热到 600700，并从焙烧炉底部引入。预焙烧后的氧化铝平行地加入到炉子的锥形底部，在这里，物料同预热的空气、燃料充分混合。焙烧炉入口处空气 / 烟气的速度选定以保证正常及部分产能下，在整个反应器断面上颗粒物料都能良好悬浮。 反应器合理的空气烟气入口管尺寸可以是任何形式的分布板或高压喷嘴得以取消。 （这一点是气态悬浮焙烧炉与其他炉型不同的关键之处，也是悬浮炉得以命名的依据） 。在热旋风筒 PO3中，焙烧好的氧化铝从热气流中分离并卸入上部的冷却旋风筒 CO1的上升管。 CO1、CO2、CO3和 CO4初级冷却器初级冷却在四级旋风筒冷却器组中进行，旋风筒组以紧凑的设计垂直布置。氧化铝冷却用空气主要取自大气及第二流态冷却机。空气和热氧化铝之间的热交换是在每一个冷却器旋风筒的上升管中顺流进行，