两段式烘干煅烧工艺的特点与应用

2017-05-05龚旭

四川水泥 2017年3期

关键词：两段式窑内烘干机

龚旭

两段式烘干煅烧工艺的特点与应用

龚旭

（湖北金炉节能股份有限公司湖北黄石 435000）

在这些传统处理方式上，对煅烧工艺进行了改进，研发出新型的两段式烘干煅烧工艺。在两段式烘干煅烧工艺系统中，烘干预热部分全部由前端的烘干机完成，使预热时间以及窑体长度都大幅缩短。该设备用于煅烧物料和热脱附处理物料，节能效果明显。

烘干；煅烧；节能

0引言

如何最大化的提高能源的利用效率，减少能源的浪费，应该是每条生产线在工艺设计之初，都需要考虑的问题。采取减少热量的散失、降低烟尾气的排放温度、余热发电、余热锅炉等等可行的措施，皆可达到节能减排降耗的目的。我司在这些传统处理方式上，对煅烧工艺进行了改进，研发出新型的两段式烘干煅烧工艺，并得到了很好的应用。

1两段式烘干煅烧工艺的研发背景

1.1市场需求

（1）甘肃省陇南市某公司要求煅烧物料：金矿石,金矿石结晶水：8%，附着水：10-15%，粒度：≤4mm，产量：90t/h,煅烧温度：550-650℃，停留时间：30min，出料温度：≤100℃，尾气温度：200℃。

（2）北京市某公司要求热脱附处理物料：有机污染土，含水量：10-15%，粒度：≤50mm，处理量：≥25t/h，煅烧温度：300-550℃，停留时间：≥10min, 出料温度：≤80℃。

1.2要求更高的社会、环境和经济效益

社会效益：要求采用先进的新型设备和工艺，以节约资源和提高投入产出比，能够利用各种宝贵的资源，希望获得各级政府重点支持。

环境效益：要求能够减少对自然环境的破坏和影响，改善甚至是修复环境。

经济效益：要求获得更好更快的投资回报。

2工艺及设备的技术优势

2.1工艺简介

工艺图见图1。

（1）金矿石煅烧工艺流程简介

现有煅烧系统采用氧化煅烧，氧化煅烧是一种处理难浸金矿的最古老又最常用的方法。使用沸腾炉对黄金矿进行煅烧的一个最大问题是：当煤与金矿混合一同加入到沸腾炉中煅烧时，煤燃烧后产生大量的煤渣混在金精矿中会对后面的提取工序产生很大的影响，从而降低了黄金的生产率和收得率。另外，烟气余热未被充分回收，能源浪费严重，不仅造成经济损失，而且对环境也形成很大的污染。采用沸腾炉对黄金矿进行煅烧，需要将矿料和燃煤磨至较小颗粒，需要较高的一次性投入和运行成本。

两段式烘干煅烧工艺解决了传统工艺中无法避免的问题。采用逆流的形式，物料首先从入料口进入烘干机内，预热及烘干原矿石至140℃左右；之后进入煅烧窑内通过高温煅烧，改变其化学组成及物理性质，分离砷和硫；煅烧完成的高温物料还无法直接回收和存放，此时通过冷床降低物料温度。在冷床内的物料还能够进一步氧化，冷却物料后的热风并不直接排放，通过高温风机和层下配风系统重新通入煅烧窑内，达到充分利用能源的目的。

（2）有机污染土热脱附工艺流

根据场地调查报告，土壤中的污染物主要为多环芳烃（PAHs）有机污染物，总污染物浓度＜1%。采用逆流形式，土壤经筛分、除铁预处理后，由给料装置进入烘干机内，预热及烘干污染土至140℃左右；之后进入高温热脱附煅烧窑内被加热至，土壤在两段式烘干煅烧系统内经历烘干脱水及热脱附两个阶段，有机污染物在煅烧窑内从土壤中蒸发析出，最后由烟尾气带走。脱附后的土壤温度约在300-550℃，需要对该土壤进行冷却及加水抑尘。烟气由烘干机头部抽出后进行净化处理。

2.2更高的热利用率

因在煅烧窑内需要将物料加热至要求的煅烧温度，并维持一定时间，这就决定了一定有不低的烟尾气温度。以水泥窑为例，尾气温度一般为400℃，有效的热利用率为80%。我司在黄砂的烘干系统中因烟尾气温度低至75℃，热利用率达到了90%以上，而同样的在两段式烘干煅烧工艺系统中，因其独特的两段式烘干煅烧处理工艺，同样做到了低温烟尾气的排放。在污染土热脱附项目上，烟尾气温度80℃，热利用率达到了95%。

2.3结构紧凑

传统回转窑分为前后窑头带、分解带、过渡带、烧成带，也是温度段的划分，从煅烧窑加热物料原理上分析，物料如需充分预热、分解，必须有足够长的低温段和中温段来保证物料有较充足的预热加热时间，之后再进入到烧成带烧成。在两段式烘干煅烧工艺系统中，烘干预热部分全部由前端的烘干机完成，使预热时间以及窑体长度都大幅缩短。

2.4煅烧窑复合型内衬

窑内衬采用新型的复合结构，由内层耐磨层，中层保温层以及外层金属壳体组成。设计外壳体温度80℃，实际运行过程中，实测外层壳体最高温度120℃，大幅减少了窑体外表面的热量散失。且外壳体温度降低后，还带来了传动和运动结构的大幅简化，高温带托轮、托圈再无需考虑冷却问题，主电机也无需考虑热辐射的防护问题。

2.5烘干机高效组合式扬料装置

我司专利技术高效组合式扬料装置（专利号ZL98235910.1)：根据物料在干燥过程中的物理特性的变化，采用多种结构的扬料板，按不同的温度分区段在筒内优化布置，使物料在筒体内形成均匀料幕，与热烟气进行充分热交换，其单位体积的蒸发强度达到60～80kg，蒸发能力比普通烘干机提高50%～120%，极大的缩小了设备体积。在物料烘干过程中采用特殊的设计和方法，使粘度物料难以烘干的问题得以解决，效果良好。

2.6中间接口零泄漏

颗粒及粉状物料在煅烧窑及烘干机内运动时，处于一种流化状态，会像水一样无孔不入，无论是采取何种密封方式都无法完全杜绝泄漏。在工业连续批量生产过程中，物料不停摩擦密封圈或密封层，将会很快使密封装置失效进而导致泄漏。我司在设计煅烧窑及烘干机中间接口结构时，认为堵不如疏，通过疏通和减少中部接口堆积的物料的方式，解决了在设备使用一段时间后不可避免的出现物料泄漏的情况，实际使用中做到了零泄漏。

3两段式烘干煅烧工艺设备的安装调试及正常运行

3.1安装重点

3.1.1烘干机及煅烧窑同心度

烘干机转速是大于煅烧窑转速的，两段筒体转速并不相同，为让两段筒体能够互不干涉的独立正常转动，以及设备能够顺利、方便的安装，两段筒体接口设计之初就需预留出恰当的缝隙，对筒体端面的不圆度和端面圆跳动进行补偿，还要考虑到高温工况下筒体的热膨胀带来的直径变化。但筒体的不圆度和膨胀量等数值仅仅只能得到一个范围值，确切值是无法确定的，这就需要在筒体的安装时，通过调整两筒体的同心度偏差来保证使用要求。根据工地现场情况，先行定位烘干机或煅烧窑筒体均可，如先行定位安装煅烧窑筒体，则在烘干机筒体的安装定位时，烘干机轴心需向其运行时的出料点侧方向进行适当偏移，安装完成后转动两个筒体进行检查，烘干机在运行时的出料点侧缝隙应该做到始终保持最小。

3.1.2预留伸缩量

在两段式烘干煅烧工艺系统中，烘干机和煅烧窑之间的热膨胀问题也是安装的重点，这也是前文提到的无论是采取何种密封方式都无法完全杜绝泄漏的一个重要因素。两段筒体以不同转速在转动，且温度升高后烘干机出料端和煅烧窑进料端端面距离将会发生较大的变化，通过多次改变密封形式和结构并进行试验后，我司认为因为高温热膨胀的原因，此处不适合重点考虑密封问题，而改为先疏通再密封的结构。但无论那种结构，合适的伸缩量是必须预留的，过小会导致筒体在运行时卡住甚至导致设备损坏，过大又会使物料漏出，经过反复的计算和试验后，找到了合适的预留伸缩量。

3.2调试重点

除常规的单机试车和联动试车检测调试项目外，还需要重点对物料在系统中的停留时间进行试验，并详细记录各项运行参数。

两段式烘干煅烧工艺系统中，烘干机和煅烧窑均由变频电机驱动，转速可调，停留时间可调。一般在电机运行频率35Hz左右时，可达到工艺要求的物料的烘干煅烧时间。通常从运行频率10Hz起，以每提升5Hz运行频率为一组进行试验记录。除烘干煅烧时间外，还需要对应记录各运行频率下，煅烧窑内的料层厚度，料层过厚的话，即便有足够的停留时间，也无法烧成，根据不同的物料性质和处理量，以及煅烧要求，料层厚度也都不尽相同。在热负荷试生产过程中，以上数据将会提供极大的帮助，可以尽快的归纳总结和绘制产品质量相关的特征曲线，最终达到节能减排降耗的目的。

3.3系统的正常运行

在系统连续正常运行24小时后详细采集各项数据并进行分析，我们发现在工业化的连续生产中，两段式烘干煅烧工艺大幅的降低了试验室试验得出的煅烧时间和煅烧温度要求。

（1）在烘干机内，物料直接与热烟气接触，预热和烘干非常充分，物料进入煅烧窑前附着水已经为零，且被预热到了140℃左右，节省了5-10min的相对于在单筒窑内的停留时间，物料停留时间的降低让整个系统的囤料量降低，从而降低了电机的驱动功率，达到了节能降耗的目的；

（2）物料在系统内始终处于动态受热的状态中，本就与试验室的静态试验过程不同，物料受热更加均匀和迅速，通常情况下一般工业生产时的煅烧温度都要比试验温度低，在还没有达到实验室温度时，物料的化学组成或物理性质就已经全部改变完成，比如在氧化铝的闪烧工艺系统中，试验温度需要1600℃，而实际生产中仅需1400-1500℃即可。在两段式烘干煅烧工艺系统中，煅烧窑采用的复合型内衬结构，极大降低了筒体表面的散失热流，让筒体内的保温效果更加突出，可以使煅烧温度降低100℃以上。同时也降低了燃料的使用量，如烘干机同时也制作外保温，效果更加明显。