空气炮在气态悬浮焙烧设备上的应用实践

张 颖

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

0 前言

我国的菱镁矿储量位居世界第一，约占世界总储量的24%。我国虽然是镁矿资源及生产大国，但是生产方式还相对比较原始，较多采用的是反射窑，这类设备炉体小，产量低，能耗大，特别是环境污染严重，还会出现块状物料固气相逆向移动等缺点，生产设备远落后于氧化铝、水泥等制品行业[1]。随着轻烧氧化镁气态悬浮设备的出现，实现了技术上的根本突破，不但解决了传统设备中的缺点，而且还实现了产品的连续快速生产，设备结构简单，控制灵活，产品的质量高、活性好；氧化镁的焙烧过程是化学反应过程，碳酸镁分解成氧化镁和二氧化碳，过烧或者欠烧都会导致产品活性降低，甚至失去活性[2]。为了保证产品活性，必须保证焙烧均匀，设备的整个工艺流程中有很多过程都会影响到焙烧的均匀，本文只在整体设备的进料部位进行探讨。

1 氧化镁气态悬浮焙烧设备工作原理

设备前端的预生产段，将料粉制成含水不大于12%的基础物料，送入焙烧设备的料仓中暂时储存，继续通过称重皮带秤以及喂料设备均匀、稳定、连续地送入烘干破碎机(如图1所示)中，经过烘干破碎机的粉碎打散，使物料形成粉状，焙烧设备整体为负压运行，这样，物料在粉状的状态下，由负压提供动力，在焙烧设备中开始流动；物料从进料端出去后就进入了设备的预热阶段，达到理想温度将物料脱水结晶后，进入焙烧炉里煅烧，发生化学反应，然后进入设备冷却段，最终进行冷却分离以及收集。

图1 烘干破碎机

焙烧炉的进料端有很多的相互协作设备，比如料仓、电子皮带秤、喂料机、烘干破碎机等，物料通过喂料机垂直送入烘干破碎机中，物料被旋转的环锤打散后，被抛射至破碎机出料口，被负压带走，送入预热段。

2 氧化镁气态悬浮焙烧设备存在的问题及解决措施

2012年辽宁某集团公司建设了两台气体悬浮焙烧炉用于氧化镁的生产，但是当时对物料特性在不同温况下的表现不够了解，同时与气态悬浮设备也没有很好的结合，造成了无法生产。2015年初，集团公司联合山西某现场，逐步摸索物料特性，不断尝试改进以增加物料与设备的契合度，历时两年，经过7次大的改进，使气态悬浮焙烧炉运行平稳，并顺利生产出合格氧化镁产品。这是氧化镁设备生产技术上的突破。

氧化镁悬浮焙烧设备虽然在工艺流程上与某集团的焙烧炉是大致相同的，但是在设备的组成上还是有很多的不同，包括前端的进料端、中间的预热段以及后面冷却分离以及收集段等等。整体设备在进料端采用了烘干破碎机，取消了文丘里干燥器，有效克服了物料物理形状不均匀，引起的干燥不均，块状物料沉积等缺点。最初的设备试运行阶段，设备连续有效运行时长达到了20小时，继续运行中，设备出现了预热段以及焙烧炉氧含量跳动的问题，反应在曲线上，出现了差值较大的波峰与波谷，这种氧含量突然降低就会直接导致焙烧炉内燃烧系统的熄灭，从而造成设备的停止运行(如图2所示)；如果系统操作人员反应及时，通过调整进料、加大进风量等操作，控制氧含量，这种情况是可以保持设备的运行；但是随着运行时间的加长，氧含量跳动的情况出现频率也随之加大，而且越来越不容易控制，后期出现氧含量跳动的情况，几乎就是直接设备停止运行。

图2 氧含量变化曲线

导致设备出现氧含量跳动的原因有很多，大致分为如下几类：

(1)烘干破碎机出现物料板结，直接影响系统流速，出口出现返料的情况；

(2)主引风机风速匹配不足，系统动力不足，预热炉内出现掉料，堵塞进风口；

(3)主除尘器返灰量大，这部分灰料进入预热炉内，造成瞬时物料过大；

(4)成品出料的位置，垂直射流泵瞬时料量大，堵塞螺旋，造成积料堵塞V型管；

(5)补风门的开度过小、吸风口的直径过小。

设备中氧含量一般要保持在2%～2.5%，如果运行过程中出现掉氧的情况，且数值小于1%，那么系统会被连锁控制停车，停炉的损失是很大的，因为在设备运行直至停止前，整个系统中将会沉积大量的半成品物料，而且物料温度还特别高，在清理收集上会造成很大浪费，并且不易收集，另外，每次的从新启动系统，都需要提前烘炉，这也造成了燃料的很大浪费[3]。

为了解决上述诸多的问题，就需要采取一些措施，这里只讨论进料端的烘干破碎机出现的问题。

进入烘干破碎机之前，氧化镁精矿粉含水率一般控制在12%左右，这会对最终成品的灼减是否合格起关键作用[4]。这样状态的精矿粉在物理性质上有轻微的粘性，进入烘干破碎机内加热脱水的过程中容易出现板结现象，这时就需要烘干破碎机将其打碎成粉状，利于其在系统中流动，但是烘干破碎机在旋转破碎物料的过程中，还是有一些物料出现板结后下落沉积在烘干破碎机的底部，还有一部分被甩至设备内壁上，逐渐增多增厚，最终不但使管道横截面面积减小，影响系统动力，而且还会增大烘干破碎机的功率，使破碎机发热；一般在烘干破碎机的控制点，都会设置高温跳停的连锁，如果烘干破碎机的温度超过了上限值，系统也是会直接停车的。

在这次的项目中，开始的连续运行二十小时内，系统都是很稳定的，后期随着运行时间的加长，系统压力曲线波动逐渐加剧，伴随着烘干破碎机的温度升高，越来越多的出现系统掉氧的情况，甚至出现了氧含量直接掉到1%以下，连锁跳停系统；那么针对于烘干破碎机来讲，让其内部的物料尽可能甚至是不出现板结现象，在保护系统稳定性上至关重要，因为烘干破碎机本身也是密封性设备，所以经过多次试验后，整台设备采取了空气炮辅助的方式来解决这一难题。

2.1 空气炮的选择

这类设备的选型，与烘干破碎机的规格尺寸、氧化镁精矿粉的物料性质和粘壁状况有很大的关系，需要根据实际情况确定的参数有控制器的规格、空气炮本体的规格、喷吹管的型号；一般的原则是，容积30～70 L的空气炮主要用于物料比重小、流动性好、物料流动横截面积小的场合；容积100～170 L的空气炮用于中小型料仓的场合，比如水泥、化肥等；容积300～500 L的空气炮多用于比重较大的、流动性差的场合；500 L以上需要定制，用于特殊场合。

2.2 空气炮的安装

烘干破碎机进料口的迎料面是一个倾斜的面，精矿料由于自重下落至迎料面，然后因其具有良好的流动性以及设备的负压动力，开始运动。根据迎料面的面积我们将空气炮分两层错开设置，如图三，设备外壁焊接牢固的安装支座，喷吹管口要与迎料面上物料流动方向一致；确保排污口向下，电磁阀的箭头方向要与气流方向一致，另外，因为烘干破碎机的运行温度超过了100 ℃，所以要保持空气炮本体与烘干破碎机的距离不小于1.5 m，所有需要焊接的位置按标准全部连续焊接完全。

图3 空气炮布置示意图

2.3 空气炮的作用

空气炮本身是一种物料起拱、堵塞、粘壁、滞留的专用清理设备，应用十分的广泛，它是利用空气动力原理，突然喷出压缩空气形成的膨胀冲击波，使物料恢复流动性。在我们的设备上，利用空气炮装置，使氧化镁精矿粉出现板结粘壁的时候，得以解决，配合好物料流动的速度，以及板结出现的规律，设定好空气炮的启闭程序，就可以实现精矿粉的粘壁清理，减少烘干破碎机的能耗，并保持管道的流动横截面积。

经过试运行的调试，最终匹配好空气炮启闭与系统进料端物料出现粘壁造成掉氧的规律，保持了精矿粉的顺利流动，使系统出现氧含量突然降低的情况大大改善。

3 结论

系统进料端的原因造成系统出现氧含量突然降低的解决方案不仅限于利用空气炮装置，还有许多的方式也能够顺利解决，但是每一种设备都需要结合现场的实际以及成本，特别还要关注环境污染的因素，而空气炮装置采取的是压缩空气作为动力源，是一种清洁无污染的设备，而且很有效，经过一段时间的试运行，本次优化设备组合的改进大大提高了系统运行的稳定性，解决了频繁出现的氧含量降低的问题，最终保证了系统完成了带料运行的检测，顺利达产，使我们整个系统在投入精矿粉的原料前提下，符合了用户的要求。

接下来我们还继续试验了将原料改为含水率更低的原矿粉，进料端的设备组合完全能够满足系统的运行需要。最后我们还会继续变更原料为尾矿粉再次进行试验，但是因为尾矿粉的物料性质更加恶劣，具有更大的粘性，在没有做好准备之前，暂时还未制定详细的试验计划。