气体悬浮焙烧炉教材

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1856—1892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1000℃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250—350℃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（γ—氧化铝），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（γ—氧化铝）转变为阿尔法氧化铝（α—氧化铝），焙烧温度在1100—1200℃左右，物料在窑内停留40—45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。

SiO2 灼减 一级 98.60 0.02 1.0 二级 98.40 0.04 1.0 三级 98.30 0.06 1.0 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F．F．C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.．S．C），1986年投产，从研究到产业化共用10年时间。

4、法国F．C．B公司的气体悬浮焙烧炉：在法国，流态化焙烧炉原先由尤仁辛尔曼公司和西德的K．H．D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F．C．B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3.18—3.27MJ/kg—AL2O3，可节煤气约为300m3。

2、产品质量好：⑴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；⑵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（α—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；⑶流态化焙烧的破碎指数不高；⑷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F．F．C少50%左右；（2）西德G.．S．C少20%左右；（3）法国G.．S．C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40—60%左右。

等级 AL2O3＞ 杂质含量（%） Fe2O3 Na2O 0,02 0.50 0.03 0.60 0.04 0.65 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小于50mg/nm3，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（F．F．C）

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α—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（C．F．C）

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12—30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90—94%；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45μm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，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.．S．C）

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.．S．C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 美国铝业公司项目名称 流态闪速焙烧 （F．F．C） 闪速流化床干燥脱水，载流预热，闪速焙烧，流化床保温，三级载流冷却加二级流化床冷却。 稀相载流焙烧加浓相流化床保温 950~1050℃ 15~30分钟 西德鲁奇-联合铝业公司循环流态焙烧（C．F．C） 一级载流干燥脱水，一级文丘里预热，循环流化床焙烧，一级载流冷却加六级流化床冷却 丹麦史密斯公司气态悬浮焙烧（G.．S．C） 一级载流干燥脱水，一级载流预热，气态悬浮焙烧，四级载流冷却加流化床冷却 法国费凯贝克公司闪素速焙烧炉（F．C．B） 一级载流干燥脱水，一级载流预热，气态悬浮焙烧，三级载流冷却加流化床 冷却 稀相载流焙烧 1050~1250℃ 6秒钟 7845~8825帕 3.27公斤/氧化铝 20.8 85~90 各种类型 流程及 设 备 焙烧过程的流动状态 焙烧温度 焙烧时间 快速流态化焙烧 1100℃ 20~30分钟 29419帕 3.20~3.27公斤/氧化铝 ~22KW.h/吨-氧化铝 92~94 各种类型 稀相载流焙烧 1150~1300℃ 1.5秒钟 7845~8825帕 3.18公斤/氧化铝 12 KW.h/吨-氧化铝 90以上 各种类型 系统阻力17651~20593损失 帕 燃料热耗 3.25公斤/氧化铝 焙烧系统25(包括氢氧化电耗 铝过滤及洗涤) 年运转89~93 率% 产品规格 砂状 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：①运转率高；②热耗低；③电耗低；④维修方便；⑤生产环境卫生条件好；⑥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

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