日產1200td氧化鋁循環流態化焙燒爐設計畢業論文

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1、 本科課程設計說明書 題目：日產1200t/d氧化鋁循環流態化焙燒爐 學 院：＿＿材料學院＿＿ 專 業：＿＿＿＿ 班 級：＿ 學 號： 學生姓名：＿ 指導教師：＿ 內容摘要 氧化鋁作為一種基礎的工業原材料,對國民經濟的發展起著相當重要的作用,而我國氧化鋁生產無論從數量還是質量上都不能滿足國內市場的需要,每年都要大量進口,同時,國內的氧化鋁生產成本居于世界前列。如何開展國內的氧化鋁焙燒系統研究是一項重要的課題。 本

2、文首先對國內外的焙燒方式進行了分析和比較,并對目前世界上主要的三種流態化焙燒方式和裝置現狀進行了概述。然后根據流程圖對焙燒系統流程進行了分析,了解了濕物料的脫水過程及其工藝性能; 通過對系統進行物料及能量平衡計算并作比較,掌握了焙燒系統的物料及能量的分布情況,為焙燒系統的設計提供了依據。同時還分析討論了系統中各參數變化對系統運行的影響。 關鍵詞 氧化鋁，焙燒爐，熱工 Abstract Alumina as a basis for industrial raw

3、materials, the development of the national economy plays an important role, and China's alumina production in terms of quantity or quality can not meet the needs of the domestic market, every year a large number of imports, while domestic Alumina production cost of living in the forefront of the wor

4、ld. How to carry out domestic alumina roasting system is an important issue. This paper on the baking at home and abroad conducted an analysis and comparison, and the world's three major fluidization roasting methods and devices had outlined the status quo. Then under the baking system process flow

5、chart on an analysis of the wet materials to understand the dehydration process and its technology performance through the system of materials and energy balance calculations and for comparison, master of the baking system of materials and energy distribution, Roasting system design provides a basis

6、. Also discussed the parameters of the system change on the impact of the system is running. Keywords Alumina，Thermal，Roaster 目目錄 第一章：概述 1-1、流態化焙燒新技術在國內外發展概況…………………3 1-2、我國氧化鋁焙燒技術和裝置現狀………………………4 1-3、氧化鋁循環焙燒爐工藝特性、能耗狀況………………5 1-4、氧化鋁循環焙燒爐工作原

7、理……………………………6 第二章：氧化鋁循環焙燒爐熱工藝性能 2-1、氧化鋁循環焙燒爐工藝流程介紹………………………7 2-2、氫氧化鋁的干燥和預熱的工藝流程、熱工特點………8 2-3、氫氧化鋁的焙燒的工藝流程、熱工特點………………9 2-4、氫氧化鋁的冷卻的工藝流程、熱工特點………………10 2-5、氧化鋁循環焙燒爐工藝特點、熱工特點、熱效能……10 2-6、氧化鋁循環焙燒爐工藝性能與氣態懸浮焙燒爐工藝性能、熱工特點比較…………………… ………………11 2-7、氧化鋁循環焙燒爐工藝性能與回轉窯工藝性能及熱工特點比較…………………………………………………13 第

8、三章：氧化鋁循環焙燒爐熱工計算 3-1、氧化鋁循環焙燒爐工藝計算的原始數據及條件…… 13 3-2、氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的物料平衡及物料平 衡表……………………………………………………15 3-3、燃料的燃燒計算及結果表…………………………… 16 3-4、氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的熱平衡計算………… 18 3-5、氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的熱平衡計算表……… 21 3-6、氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的熱平衡與氣態懸浮焙燒 爐的熱平衡比較………………………………………………22 第四章：氧化鋁循環焙

9、燒爐設計熱耗與實際熱耗的效能 分析 4-1、熱力學分析…………………………………………… 25 4-2、測量誤差分析………………………………………… 26 4-3、影響產品質量的因素分析…………………………… 28 結束語…………………………………………………………………29 參考文獻………………………………………………………………29 第一章 概述 1-1 流態化焙燒新技術在國內外發展概況 氧化鋁生產采用流態化焙燒技術

10、的試驗研究開始于20世紀40年代，近40 年來，流態化焙燒在工業生產中顯示出其優質、低耗的強大優勢，技術發展十分 迅速。目前廣泛應用于氧化鋁生產的焙燒技術為美國的閃速焙燒、德國的循環焙 燒、丹麥的氣態懸浮焙燒三種，其中氣態懸浮焙燒技術起步最晚，但技術先進， 代表著最新流態化焙燒水平，號稱“第三代”。然而，因其在工業生產中應用較 晚，實際運行中，仍然存在許多問題，若能很好地解決，進一步完善其工藝，則 氣態懸浮焙燒技術無疑是氧化鋁生產的最佳選擇。我國自1987年山西鋁廠引進 第一臺美鋁閃速焙燒爐以后，十多年來，相繼又引進了德國魯奇循環流態化焙燒 爐、丹麥史密斯氣態懸浮焙燒爐，其中以

11、氣態懸浮焙燒爐為主，占到總數的70%。 目前國內氧化鋁幾乎全部采用流態化焙燒。 當今世界成功地應用于工業生產的流態化焙燒爐有四種：①美國鋁業公 司的流態閃速焙燒爐(F．F．C)。②原西德魯奇公司的循環流態焙(C．F．C). ③丹麥史密斯公司的氣體懸浮焙燒爐(G．S．C)。④法國弗夫卡樂巴柯克公司的 氣體懸浮焙燒爐(F．C．B)。前三種流態化焙燒爐在世界上得到了廣泛采用，我 國也相繼在中鋁山西分公司、中州分公司、蘋果分公司和貴州分公司引進了前三 種爐型。已經投用的流態化焙燒爐設計能力為國內焙燒氧化鋁總規模的80％以 上，采用流態化焙燒爐已成為我國氧化鋁工業必然的發展趨勢。

12、 流態化焙燒技術與回轉焙燒窯相比不僅熱耗低，而且產品質量好、投資省、占地面積小，對環境污染輕和設備簡單、使用壽命長、維修費用低等明顯的優點。我國新建的山西鋁廠，中州鋁廠和蘋果鋁廠均采用了世界上先進的流態化焙燒技術。自建成投產運行以來，運行良好，各項技術經濟指標先進，取得了良好的節能效果。而后，鄭州鋁廠，山東鋁廠和貴州鋁廠也相繼各引進了一套流態化焙燒技術和裝置，以代替原有的回轉焙燒窯，降低能耗。提高產能和技術經濟指標。 1-2 我國氧化鋁焙燒技術和裝置現狀 我國近年來所建的氧化鋁廠技術裝備已達到當今世界先進水平，氧化鋁循環焙燒技術主要引進的是魯奇循環焙燒爐(C．F．C)，多數的鋁

13、業公司都是先引進后消化吸收并創新。在世界氧化鋁工業中，目前90%以上的氧化鋁生產廠(包括美鋁、加鋁所屬)均采用拜耳法處理以三水鋁石為主的低硅鋁土礦生產氧化鋁。而我國則分別采用聯合法、燒結法處理的我國高硅一水硬鋁石鋁土礦和采用拜耳法處理我國低硅一水硬鋁石和進口國外低硅三水鋁石鋁土礦生產氧化鋁。目前，國內、外主要技術裝備有：氧化鋁生產的技術裝備，隨著生產方案不同而不同。燒結法主要用于中國和俄羅斯處理高硅鋁土礦或霞石生產氧化鋁，其總產量約世界總產量的10%。世界其他鋁業公司均采用拜耳法生產氧化鋁。因此，這里僅對拜耳法的技術裝備作簡要比較。拜耳法的技術裝備主要反映在工藝流程中的主要工藝過程。即：鋁土礦

14、溶出、赤泥分離洗滌、種子分解、母液蒸發和氫氧化鋁焙燒工序。 我國各大氧化鋁廠在氧化鋁生產過程中，氫氧化鋁焙燒是主要工序之一，無論是采用拜耳法還是燒結法或是聯合氫氧化鋁焙燒是不可缺少的最后一到工序，而且是主要耗能工序之一，一般占13%~26%MJ/Kg。 它的技術和裝置大體有三類： a老式回轉焙燒窯，熱耗最高，一般在5.024~5.443 MJ/Kg- Al2O3; b?帶有旋風預熱器的回轉焙燒窯，熱耗居中，一般在3.978~4.187 MJ/Kg Al2O3； ? ?c液態化焙燒爐，熱耗最底，一般在2.913~3.349 MJ/Kg Al2O3。 20世紀80年代以來，我國

15、山鋁公司、蘋果鋁廠、中州鋁廠、山東鋁廠、貴州鋁廠、鄭州鋁廠等幾大廠先后從國外引進了11臺氫氧化鋁焙燒爐，包括美國鋁業K.H.D公司為代表的為稀相換熱閃電焙燒與濃相流態化相結合；以F.L.S公司為代表的稀相換熱氣體懸浮焙燒；以LURGI公司為代表的循環流態化焙燒三種爐型。國內氫氧化鋁流態化的發展，一是引進，二是消化創新，但這兩者都必須結合國內氧化鋁工業的實情，我國應在消化流態化焙燒技術的基礎上創新，形成有自己特色的焙燒爐裝置。1996年，山鋁公司為改變焙燒工序能耗高，環境污染嚴重的狀況，引進了德國魯奇特公司1600t/d循環爐，貴州鋁廠和蘋果鋁廠也相繼引進可該技術和裝置，大大提高了我國氫氧化鋁焙

16、燒生產控制水平。經過數年的探索與改進，流態化焙燒爐適應了我國氧化鋁生產的特點，基本上取代了傳統的回轉窯。 由于，我國在近10年氧化鋁工業的發展中，不斷了解、認識、引進、實踐當今國際先進的的技術裝備，使氧化鋁生產的技術裝備水平有長足發展。近兩年所建廠的技術裝備水平已達到當今世界先進水平，其中鋁土礦高溫溶出的技術裝備達到國際領先水平，至2005年底，中國鋁業公司氧化鋁產能787萬噸，電解鋁產量210萬噸，成為僅次于美鋁和加鋁的世界第三大鋁業公司，中鋁公司目前也已形成完整的鋁工業布局，氧化鋁和電解鋁的產能基本平衡。同時，國內經濟發展速度快，金屬鋁消費市場旺盛，迄今為止，國內氧化鋁生產的原料、動力和

17、人力仍存在一定的價格優勢，因此，境外資源開發和投資建廠有較大發展空間，但是我國鋁土礦屬高硅一水硬鋁石，其處理難度及其能耗比國外高，當然也還具有進一步節能降耗的空間。 1-3 環流態化焙燒爐工藝性能，能耗狀況 a 產品質量好。 這是由于爐襯磨損少，德國循環流態化焙燒產品中SiO2含量比回轉窯產品約低0.006%，不同粒級氫氧化鋁焙燒均勻，相同比表面積的氧化鋁中α- Al2O3含量低，與回轉窯比，流態化焙燒的產品中小于45μm粒級增加約4%，而小于15μm的粒級沒有改變。各類型流態化焙燒爐都能制取砂狀氧化鋁。 b 投資少。 流化床焙燒爐單位面積產能高、設備緊湊、占地少。它的機電

18、設備重量僅為回轉窯的1/2，建筑面積僅為1/3~2/3，投資比回轉窯低40~60%（以1983年國內價格計），國外發表數據，美國少50~70%，西德少20%，法國少15~20%。 c 設備簡單、壽命長、維修費用低。 流態化焙燒系統除了風機、油泵與給料設備之外沒有大型的轉動設備。焙燒爐內襯使用壽命可長達10年以上。維修費用比回轉窯低得多。如德國的循環流態化焙燒爐的維修費僅為回轉窯的35%。 d對環境污染輕。 燃料燃燒完全，過?？諝庀禂档停瑥U氣中氧的含量低（1~2%），SO2和NOX的生成量均低于回轉窯。 e 自動化水平高。 流態化焙燒爐（固定式）較回轉窯易于實現自動化。集中一

19、分散系統可完成全套裝置的起動、生產控制、設備保護、停車，可保障設備的安全運行和生產的均衡穩定進行。 f熱效率高、熱耗低。 熱耗3.1~3.2GJ/t，流態化焙燒爐中燃料燃燒穩定，溫度分布均勻，氫氧化鋁和燃燒產物以及高溫氧化鋁和助燃空氣間接觸密切，換熱迅速，空氣預熱溫度高，過?？諝庀禂档停剂先紵郎囟忍岣?，系統熱效率大大提高，廢氣量則隨之減少，加之散熱損失只有回轉窯的30%，流態化焙燒爐的熱效率可達75~80%，而回轉窯最好情況下的熱效率也低于60%，流態化焙燒爐單位產品熱耗比回轉窯降低約1/3。國外回轉窯熱耗先進水平約為4.186GJ/t- Al2O3，而國內回轉窯焙燒熱耗約為5.032G

20、J/t- Al2O3。 循環焙燒爐1997年9月投用，節能效果非常明顯，1997年8月回轉窯焙燒和2000年8月循環焙燒在油耗，電耗，水耗方面的對比如下表所示 循環爐與焙燒窯指標對比 表1.1 單位 循環爐 回轉窯 差值 油耗 ㎏/tAo 82.99 127.68 －44.69 電耗 kwh/tAo 20.21 30.74 －10.53 上水耗 m3/tAo 0.20 1.61

21、 －1.41 回水耗 m3/tAO 0 8.30 －8.30 通過上述循環焙燒和回轉窯節能的比較看，循環焙燒大大降低了生產成本，提高了產品質量。有利于環境保護。用循環焙燒爐代替回轉窯焙燒是氧化鋁焙燒的發展方向。 1-4 氧化鋁循環焙燒爐工作原理 流化態焙燒爐工作的基本原理是利用流態化技術，使參與反應熱，質傳遞的氣體和固體充分接觸，實現它們之間最快的傳質、傳熱和動量，傳遞速度，獲得最大的設備生產能力。 流化床的形成 當流體的表觀速度繼續增大到一定值，床層開始膨脹和變松，全部顆粒都懸浮在向上流動的流體中，形成強烈攪混流動

22、。這種具有流體的某些表觀特征的流-固混合床稱為流化床，在氣-固流化床中，形成顆粒強烈翻滾，故又稱為沸騰床。 流化范圍與操作速度 從臨界速度開始流態化，到帶出速度下流化床開始破壞這一速度范圍。它是選擇操作流態化速度的上下限。流態化范圍越寬，流化床的操作越穩定。這一范圍大小可以用帶出速度Uout與臨界流態化速度Uin的比（Uout／Uin）來表征。理論和實踐證明，顆粒越細則流態化范圍越小，不規則寬篩分物料的流態化范圍比球形粒子的要小。 圖1—1 第二章 氧化鋁循環焙燒爐熱工性能 2-1 氧化鋁循環焙燒爐工藝流程介紹 氧化鋁循環焙燒是以稀相為主，稀濃相結合的焙燒裝

23、置，是一種結合式冶金爐，一般由物料干燥脫水預熱，主反應爐和成品冷卻三大系統組成。循環爐工藝流程可簡述為一級文丘干燥脫水加一段載流預熱，循環流化床焙燒，一級載流冷卻加流花床冷卻。 工藝流程包括三個部分：a氫氧化鋁的干燥和預熱 b氫氧化鋁的焙燒 c氧化鋁的焙燒。工藝流程圖如下： 2-2 氫氧化鋁的干燥和預熱的工藝流程、熱工特點 1） 一級干燥 來自分解車間的濕氫氧化鋁，由皮帶輸送機送到焙燒爐氫氧化鋁小倉110，再由螺旋喂料機062將物料喂入文丘里一級干燥器120。在此物料與二級干燥器來的熱廢氣混合，蒸發掉濕氫氧化鋁的附著水。 a) 電收塵器 熱廢氣攜帶已被干燥的干氫氧化鋁與廢

24、氣組成含塵廢氣流，進入兩級靜電收塵器（ESP）122。在第一級機械收塵，夾帶的大部分固體物料被收下，剩余的含塵廢氣進入第二級靜電收塵器，用靜電除塵方法將廢氣進行凈化，達到排放標準后排放。 b) 干氫氧化鋁的主流向 由第二級電收塵器收下的固體物料，通過螺旋輸送機063/063.1和064/064.1 輸送到機械收塵器下部，匯同機械收塵收下的固體物料進入空氣斜槽124?？諝庑辈?24排出的干氫氧化鋁經翻板閥124.13，送入空氣提升機125。然后，被羅茨風機078提供的壓縮風吹送起來，經管道126到旋風收塵器127，經127收下的大部分物料，通過喂料密封槽128被送入文丘里二級干燥

25、器130的下部。經127凈化的空氣，通過管道129，進入二次風旋風收塵器152，最終做為二次燃燒空氣。 c) 電收塵（ESP）細粉 1＃爐電收塵器收下的細粉可以通過調速回轉閥091和092排出，經螺旋輸送機065、065.1、065.2輸送到流化床冷卻器155的第一室（用來調節產品的灼減值，降低消耗）。 d) 二級干燥器的旁路 為了調節爐內溫度和電收塵進口溫度，來自一級干燥器的一小部分物料可以經調速回轉閥093和管道137，直接進入流化床焙燒爐140或直接經137、138管道進入管道151（1＃爐）；經137管道、回轉閥094和139管道進入146混料槽（2＃爐）。

26、2） 二級干燥 進入二級文丘里干燥器130的干氫氧化鋁與來自循環旋風收塵器142的熱廢氣相混合，并被部分脫水和預焙燒。氣體和物料將再一次在130后面的旋風收塵器132中進行分離。經132分離出來的預焙燒氧化鋁，通過下料管134，進入流化床焙燒爐140。下料管上的翻板閥135、136保證了焙燒爐的壓力密封，防止熱廢氣反竄。出132的廢氣經管道133，進入一級干燥器120。 萬一發生喂料故障，可以用注入被蒸汽霧化的應急冷卻水到管道133和干燥器120的辦法，來控制廢氣溫度。 2-3 氫氧化鋁的焙燒的工藝流程、熱工特點 1)氫氧化鋁的焙燒的工藝流程 經預熱和部分脫水的氫氧化鋁在

27、流化床焙燒爐140中進行最終焙燒。焙燒所需熱量是由燃油（重油）在流化床焙燒爐直接燃燒所產生的；供燃燒用的燃油，通過插入流化床焙燒爐140下部的四支油槍噴入流化床，用蒸汽將燃油霧化；焙燒爐溫度可以通過溫度控制器保持穩定。 燃油燃燒所需要的空氣，分為一次風和二次風。一次風是由風機070、071提供，這部分燃燒用風通過流化床冷卻器155內間接加熱盤管，經管道157導入流化床焙燒爐140中。二次風作為補充燃燒所需空氣不足部分，通過140上方爐壁進入流化床焙燒爐140中。 二次風主要由風機073、074提供。二次風首先作為流化床冷卻器155和156的流化風，最終經管道151、二次風旋風收塵器1

28、52和管道153，被導入流化床焙燒爐140中。輔助風機072和空氣提升風機078也做二次風用，同樣被正常引入管道151。由于焙燒爐中強烈的混合和熱交換，焙燒溫度是燃燒溫度和物料溫度之間的混合溫度。這個溫度可以調節和穩定保持在預設范圍內。 在爐子下半區，存在一個固體物料濃度較高的流化床，這有利于燃油的燃燒和增加物料在爐內平均停留時間。在焙燒爐上半區，二次風進口上方，隨著固體物料擴散到焙燒爐140的頂部，固體物料濃度隨之降低。 熱氣流進入再循環旋風收塵器142，固體物料在那里得到分離，分離出的熱氧化鋁，經密封槽143重新進入流化床焙燒爐。在由140、142和143組成的整個焙燒階段中，固

29、體物料的再循環導致了產品和氣流溫度幾乎一致。 密封槽143的流化風由密封槽風機076提供，保證了再循環的需要。從143中取出部分焙燒段的物料作為成品，通過出料閥144排入氧化鋁冷卻系統。用壓差控制器來控制出料量，保持焙燒爐內壓差恒定。 2)氫氧化鋁的焙燒的熱工特點 全部脫除物料中的結晶水、附著水和進行一系列的相變過程，從而生產出一種由 γ-Al2O3和α-Al2O3混合物構成的氧化鋁產品。 2-4、氫氧化鋁的冷卻的工藝流程、熱工特點 1)氫氧化鋁的冷卻的工藝流程 從焙燒系統排出的氧化鋁，經二次風旋風收塵器152和流化床冷卻器155、156，被冷卻到約80～

30、100℃。經鋁氧皮帶送入鋁氧儲存大倉. 一次風經冷卻器三個管道調節器，壓送到流化床冷卻器155的三個室中，在那里空氣和熱氧化鋁進行間接熱交換。二次風為氧化鋁直接冷卻和流化床冷卻器155、156六個室流化用風。 二次風進二次風旋風收塵器152，在152中，固體物料從二次風中分離出來，進入155冷卻器，二次風經二次風管道153，進入焙燒爐140。 2)氫氧化鋁的冷卻的熱工特點 羅茨風機之間通過管道226互聯，這樣，即使有一些風機不能運行，仍能夠提供穩定的風源。 2-5 氧化鋁循環焙燒爐工藝特點，熱工特點，熱效能 1) 循環爐的核心部分是由反應器和旋風筒組成的再循環系統。燃

31、料從反應器的下部噴入燃燒提供熱量。焙燒產品帶出的熱量，在流化床冷卻機內由一次風和二次風將其冷卻回收，旋風筒廢氣所帶出的熱量，用于兩級預熱干燥段的氫氧化鋁預熱干燥及部分物料結晶脫水，從而回收熱量，降低熱耗。 2) 由于大量的固體物料在不斷地循環，攜帶著大量的蓄熱，因而焙燒溫度均勻，即使在供料或干供油出現短暫波動的情況，也能保持反應器和旋風筒中的溫度均勻穩定。物料循環的同時增加了在焙燒爐內的停留時間，從而可以降低氫氧化鋁的焙燒溫度。通常爐溫控制在９５０℃左右。 3) 整個系統為正壓操作，無主排風機，供風采用羅茨風機。該風機的優點是供風量幾乎不隨系統的壓力波動而變化，即使爐內出現短暫異常

32、波動，供風量也可保持穩定，通過增，減氫氧化鋁的下料量或重油的噴入量為調節焙燒溫度，生產所需質量的氧化鋁。循環爐的調節范圍大，可在４６％—１００％間調節。當產量調低時，助燃空氣量隨之調低，仍保持較小的空氣過剩系數，因此熱耗仍保持在較低水平。 4) 循環爐配置緊湊，可有效地利用空間，占地面積較回轉窯減少３／４，鋼機構框架較其他爐型輕巧，單位投資較回轉窯低。由于焙燒溫度較回轉窯低，內村熱沖擊小，使用壽命長達１０年，維修費用約為回轉窯的５０％。 2-6 氧化鋁循環焙燒爐工藝性能與氣態懸浮焙燒爐工藝性能、熱工特點比較 兩種流態化焙燒爐都是目前國際上最先進的節能型氧化鋁焙燒爐，與回

33、轉窯相比，熱耗降低20-30%，焙燒出的氧化鋁質量達到冶金級標準，破損率小，比表面積大，比回轉窯焙燒的三氧化二鋁質量提高很多。 兩種焙燒爐綜合性能比較 表2.1 爐型 德國LURGI公司循環 丹麥FLS公司 比較項目 流態化焙燒爐 懸浮焙燒爐 工藝特點及操作參數： 焙燒溫度℃ 950—1150 1150—1250 工藝特點 循環流態化焙燒爐 希相換熱氣態懸浮焙燒

34、系統壓力狀況 鼓風流程正壓操作 鼓風、排風相結合、負 壓操作 經濟技術指標: 月產能力 t/d 1300 1300 單位熱耗Mj/t-Ao 3472 4346 單位電耗Kwh/t-Ao 20.3 16 年運轉率% 92—94 80—90 熱效率 %

35、 74—80 72—80 循環流態化焙燒爐與懸浮焙燒爐熱工比較 某鋁廠氫氧化鋁循環流態化焙燒爐熱平衡 表2.2 熱收入項目 數據 熱支出項目 數據 Mj/t-Ao % Mj/t-Ao % 重油燃燒熱 3099 89.26 三氧化二鋁帶出熱 170.47 4.910 重油帶入的 29.7 0.855 12%的濕氫氧化鋁蒸

36、468.7 13.50 物理量 發耗熱 12%的氫氧 158.5 4.567 氫氧化鋁分解熱耗 1884 54.263 化鋁附著水 冷卻水帶 14.93 4.30 出爐廢氣帶走熱 495.4 14.271 入物理量 空氣帶入 35.79 1.030 未回收的氧化鋁粉 53.36 1.537 物理熱

37、 塵帶走熱 焙燒爐體散熱 327.2 9.426 72.8 2.O98 合計 3472 100 合計 3472 100 某鋁廠氣態懸浮焙燒爐熱平衡 表2.3 熱收入項目 數據 熱支出項目 數據

38、 Mj/t-Ao % Mj/t-Ao % 煤氣燃燒熱 4137 95.2 產品氧化鋁帶出熱 202 4.64 煤氣物理熱 32.523 0.748 10%氫氧化鋁附水蒸發吸熱 493.955 11.40 10%氫氧化鋁附水熱 29.245 0.676 反應耗熱 2362.001 54.30 干氫氧化鋁物理熱 77.684 1.787 粉塵熱損失 68.003 1.564 入爐空氣物理熱 51.934 1.19

39、4 煙氣帶走熱 566.486 13.10 返回物料帶入熱 17.157 0.394 爐體表面散熱 515.383 11.90 差值 138.810 3.10 合計 4346.457 100 合計 4346.457 100 2-7?? 氧化鋁循環焙燒爐工藝性能回轉窯工藝性能,熱工特點比較 表2.4 氧化鋁循環焙燒爐與回轉窯工藝性能,熱工特點比較表：

40、 爐型 流態化循環培燒爐 回轉窯培燒 比較項目 培燒溫度OC 950—1150 130--1350 熱耗MJ/t-40 <3.2 5.024—5.495 電耗KW．H/t-AO 20 30 水耗m3/t-AO 0.184

41、 1.4 含附水12%的AH熱MJ/Kg-AO 158.5 2.45 煙氣排放濃度mg/Nm3-AO <60 400 工藝特點 循環流態化培燒 高溫輻射對流旋轉焙燒 系統壓力狀況 鼓風流程正壓操作 高溫氣流正壓操作 燃料帶入物理熱MJ/t 29.7 41.4

42、 燃料燃燒MJ/t-AO 3099 4701 爐/窯散熱量MJ/t-AO 327.2 555.7 年運轉率% 92—94 60 第三章　　氧化鋁循環焙燒爐熱工計算 3-1、氧化鋁循環焙燒爐工藝計算的原始數據及條件 一、設計日產1200噸氧化鋁流態化焙燒爐 二、焙燒爐工藝原始數據及工藝特點 以貴州鋁

43、廠為例，工藝流程均引進德國魯奇流態化焙燒爐 1、工藝條件 ①焙燒物料：氫氧化鋁 Al(OH)3； ②氫氧化鋁含水率：10%~12%； ③氫氧化鋁溫度：54℃； ④氫氧化鋁成分：(見表3~1) 表3~1 氫氧化鋁成分 成 分 Al(OH)3 Fe2O3 SiO2 Na2O 灼 堿 % 65.097 0.006 0.031 0.376 34.49 ⑤氫氧化鋁顆粒平均直徑：ds=7.5×10-5 m； ⑥氫氧化鋁重度：Y=2500 kg/m3； ⑦燃料：重油預熱溫度=150℃； ⑧電收塵器煙氣溫度：重油預熱溫度t油=150℃； ⑨煙氣排空含

44、塵量：< 50 mg/Nm3； ⑩爐窯灰循環量：3~5倍； 出爐窯(140)氧化鋁溫度：???=960℃~1000℃； 出冷卻機(156)氧化鋁溫度： =80℃~82℃； 氧化鋁密度：=3900 kg/m3； 重油的近似成分如下： C燃%=86.4 H燃%=12.7 N燃%+O燃%=0.5 S燃%=0.4 A干=0.1 W用%=2 重油的比熱(近似取)：=1.80~2.10 KJ/kg℃ 重油的潛熱(近似取)：=167~251 KJ/kg 助燃空氣的入口溫度：=25℃~30℃ 空氣過剩系數：n=1.1~1.2。 2、工藝流程及

45、熱工操作制圖見附圖。 3、工藝特點請參照山東鋁廠魯奇流態化焙燒爐。 4、設計任務說明書及工藝流程圖主體爐圖。 3-2、氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的物料平衡及物料平衡表 一、氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的物料衡算 1、焙燒氫氧化鋁的物料平衡 2Al(OH)3==Al2O3+3H2O 2×78 ==101.96 +3×18 1.53kg Al(OH)3==1kg Al2O3+0.53kg H2O 因此，生產1 Kg氧化鋁析出 54102==0.53 kg結晶水/kg—AO 0.804—換算成標準狀態下蒸汽的密度(18/22.4)。已

46、知氫氧化鋁的含水率12%，則1 KgAl2O3析出 1.53×0.120.88=0.208 kg-附著水 或 0.2080.804=0.259 m3/kg-AO 焙燒爐的產能為 1200t/d，則為50噸/時氧化鋁將有 (0.66+0.259)×50×103==45950m3/h的蒸汽進入氣相，因此必須向焙燒爐中加入Al(OH)3 (1+0.5+0.208)×=86900 kg/h 入爐時干料：(1+0.53)×=76500kg/h 表3-2：氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的物料平衡及物料平衡表 ? 進入物料 輸出物料 項目 數

47、值 項目 數值 kg/t-AlO % kg/t-AlO % 入爐重油 70.7 2.3 產品氧化鋁 1000 32.4 入爐干AH 1530.1 50.3 出爐干煙氣 1866.8 60.6 AH附著水 208.6 6.9 出爐水汽 214．8 6.9 入爐干空氣 1235.3 40.5 進出差值 36.9 1.2 收入物料總量 3044.7 100 支出合計 3081.6 100 3-3、燃料的燃燒計算及結果表 已知發生爐重油成分為： C燃%=86.4 H燃%=12.7 N燃%+O燃%=0.5

48、 S燃%=0.4 A干%=0.1 W用%=2 重油初始溫度為150℃，空氣過剩系數1.1—1.2 1）將重油成分換算成應用基y，（W用=Wy=Ww...） 燃料計算應根據燃料的供用成分來進行，因此，需將可燃組成換算成供用成分。故可得重油各成分的供用成分如下： A用%=A干%×=0.1×=0.098 供用成分的換算系數為： = -------干燥成分值換算為供用成分值的換算系數 C用%=C燃×=86.4×0.979=84.59 (N用%+O用%)=( N燃%+O燃%)×=0.979×0.5=0.49 N用%=76.8%×(N用%+O用%)=0.768×0.4

49、9=0.38 O用%= （N用%+O用%）- N用%=0.49-0.38=0.11 S用%= S燃%×=0.4×0.979=0.39 H用%= H燃%×=12.7×0.979=12.43 W用%=2 2）燃料(重油)低發熱QDW的計算： QDW=339 C用%+1030 H用%-109(O用%- S用%)-25 W用% =339×84.59+1030×12.43-109(0.11-0.39)-25×2 =41459.4 KJ/kg-重油 3) 理論空氣需要量Lo及實際空氣需要量的計算： (Nm3-空氣/kg-重油) Lo= =10.84 ( Nm3-空氣/

50、kg-重油) 取過剩空氣系數1.2，則=nLo=1.2×10.84=13.01 (Nm3-空氣/Kg-重油) 4) 燃料產量Vo、Vn的計算： (Nm3—空氣/Nm3—重油) 由質料得： V=×=1.579 Nm3/kg V=(+)×=1.417 Nm3/kg V=×=0.00273 Nm3/kg V=(13.01-10.84)=0.456 Nm3/kg V=×+×13.01=10.281 Nm3/kg 即：Vn=V+V+V+ V+ V=13.736 Nm3/kg 理論燃燒產物Vo

51、 = Vn -(n-1)Lo 即：Vo =13.736-(1.2-1)×10.84=11.566 Nm3/kg 5) 燃燒產物成分計算% CO2=×100%=×100%=11.49% H2O=×100%=×100%=10.32% O2=×100%=×100%=3.32% N2=×100%=×100%=74.85% SO2=×100%=×100%=0.02% 重油燃燒成分%如下: CO2%=11.49 H2O%=10.32 O2%=3.32 N2%=74.85 SO2%=0.02 3-4、氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的熱平衡計算 按1kg

52、氧化鋁計算，并假設焙燒無逸塵 一、熱收入： KJ/kg—AO [MJ/t—AO] 1、全部燃料的燃燒熱：(KJ) =×=41459.4 (KJ) ——燃料單耗 kg-重油/kg—AO 2、燃料帶入物理熱： (KJ) =×T =2.0KJ/kg℃ T=150℃ ∴=×2.0×150=300 (KJ) 3、入爐空氣帶入物理熱：(KJ) =××× 取=20℃~30℃，查附表=1.372 KJ/Nm3℃ ∴=×13.01×1.372×25=446.2 (KJ) 4、預熱

53、焙燒前濕氫氧化鋁帶入的物理熱：(KJ) = 已知：=1.53kg…………重量 =1.35KJ/kg℃…………AH比熱 =54℃ =0.208kg…………附著水重量 =4.187 KJ/kg℃ ∴=(1.53×1.35+0.208×4.187)×54=158.6 (KJ) 其中，干AH的物理熱 =(1.53×1.35)×54=111.5 (KJ) 附著水帶入的物理熱 =-=158.6-111.5=47.1 (KJ) 5、轉變為時放出的熱： (KJ) 設轉變量為20%

54、~30%， 轉變為放熱92KJ/kg-Ao 即：=92×0.3=27.6 (KJ) ∴熱收入總計： =41459.4+300+446.2+158.6+27.6 =42205.6+186.2 (KJ) 二、發熱支出： KJ/kg—AO [MJ/t—AO] 1、焙燒和冷卻后帶走的熱： (KJ) 設只用空氣冷卻到80℃~82℃，并忽略不能回收的冷卻水帶走熱。 =×× =1kg =0.841KJ/kg℃ =80℃ ∴=1×0.841×80=67.28 (KJ) 2、蒸發水份和加熱水蒸氣到廢氣溫度的耗熱：(KJ)

55、 =[×(100-)+595+×(-100)] -----水蒸氣在排氣溫度下的比熱KJ/kg℃ =150℃ =0.3567千卡/標m3 595-----水蒸氣在100℃的潛熱 千卡/kg ==0.53+0.208=0.738 kg =54℃-----濕的初始溫度 ∴=0.738×[1×(100-54)+595+0.3567××(150-100)] ×4.187 =2049.28 (KJ) 3、分解用熱： (KJ) =1×460=460 (KJ) 460-----轉變為和的吸熱 4、燃料燃燒后排出廢氣帶走的熱

56、： (KJ) =(+++)××× =(1.30×0.0332+1.75×0.1149+1.50×0.1032+1.30×0.7485) ×13.736×150 =2827.04 (KJ) 5、焙燒爐散熱損失熱： (KJ) 設散熱損失為熱收入的10% =0.10=0.10×(42205.6+186.2) =4220.56+18.62 (KJ) ∴熱支出總計： ===++++ =67.28+2049.28+460+2827.04+(4220.56+18.62) =7047.6+2595.2

57、 (KJ) 令： 即：42205.6+186.27047.6+2595.2 =0.06852 Kg-重油/Kg-AO 已知燃料單耗為68.52 Kg-重油/t-AO 則：① 重油燃燒熱： 0.06852×41459.4=2840.8 KJ/kg-AO ② 單位時間重油消耗量（產能為1200t/d） 0.06852×1200×103kg/24h=3426 kg /h ③ 每小時耗空氣量 3426 kg /h·=3426×13.01=44572.26 Nm3空氣/h ④流態化焙燒爐的熱效率： ×100% =×10

58、0% =×100% =88.33% 3-5、氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的熱平衡計算表(見表3-3) 根據§3-2、§3-3、§3-4的計算可制出表3-3： 以生產噸產品氧化鋁為基礎的1200t循環流態化焙燒爐的熱平衡表 熱 收 入 熱 支 出 項 目 MJ/t-AO (%) 項 目 MJ/t-AO (%) 燃料燃燒熱 2840.80 92.29 焙燒和冷卻后氧化鋁帶出熱 67.28 2.19 燃料帶入物理熱

59、 20.56 0.67 附著水蒸發吸熱 2049.28 66.58 入爐空氣帶入物理熱 30.57 0.99 氫氧化鋁分解用熱 460.00 14.94 濕氫氧化鋁帶入的物理熱 158.60 5.15 廢氣帶走熱 193.71 6.29 氧化鋁晶型轉變放熱 27.60 0.90 爐體散熱損失 307.81 10.00 總熱收入 3078.13 總熱支出 3078.08 誤

60、差=總熱支出-總熱收入=3078.13 -3078.08=0.05 3-6、氧化鋁循環焙燒爐工藝過程的熱平衡與氣態懸浮焙燒爐的熱平衡比較 表3-4 貴州某鋁廠氫氧化鋁循環流態化焙燒爐熱平衡表 熱 收 入 熱 支 出 項 目 MJ/t-AO (%) 項 目 MJ/t-AO (%) 重油燃燒熱 3099 89.25 成品氧化鋁帶出熱 170.4 4.91 重油帶入物理

61、熱 29.7 0.86 12%氫氧化鋁蒸發熱 468.7 13.50 12%的氫氧化鋁附著水熱 158.5 4.56 氧化鋁分解耗熱 1884 54.26 冷卻水帶入物理熱 149.3 4.30 出爐廢氣帶走熱 495.4 14.27 空氣帶入物理熱 35.75 1.03 未回收氧化鋁粉塵帶走熱 53.36 1.54

62、 焙燒爐體散熱 327.2 9.42 焙燒和冷卻后氧化鋁帶出熱 72.8 2.10 總熱收入 3472.25 總熱支出 3471.86 誤差=總熱支出-總熱收入=3471.86-3472.25=-0.39 表3-5 某鋁廠氧化鋁懸浮焙燒爐工藝過程的熱平衡計算表 熱 收 入 熱 支 出 項 目 KJ/kg-AO

63、 (%) 項 目 KJ/kg-AO (%) 燃料燃燒熱 3158.2 93.30 燃燒和冷卻氧化鋁帶出熱 242.84 7.17 燃料帶入物理熱 13.43 0.39 附著水吸熱 2061.62 60.91 入爐空氣帶入物理熱 21.62 0.64 氧化鋁分解耗熱 460.0 13.59 濕氫氧化鋁帶入物理熱 147 4.34 粉塵熱損失 39.7 1.

64、17 氧化鋁晶型轉變放熱 27.6 0.82 廢氣帶走熱 242.12 7.15 循環物料帶入熱 17 0.50 爐體散熱 338.49 10.0 流化冷卻器帶入熱 略 誤差=熱支出-熱收入=3384.77-3384.88=-0.11 總熱收入 3384.88 總熱支出 3384.77 由上兩表知： ①在表 3-4中，由表中數據可計算出該爐的熱效

65、率： 而在表 3-5 中，其熱效率為： ② 比較 與流態化循環焙燒爐相比，懸浮焙燒爐的熱耗高、效率低。懸浮焙燒爐的熱效率為69.0%，而流態化焙燒中為75.9%，就那上面所計算的數據可知不管在熱耗方面，還是在效率方面，都比懸浮焙燒有更好的優越性?，F將實際測量熱耗分布與設計值在同等條件下進行比較知，爐子熱耗高有本身的原因，也與運行熱工機制不佳有關。 a、焙燒反應熱耗高、 這是設計計算與產品品的型結構不符合造成的，其中轉晶熱是不變的。由計算知，設計上給出的反應熱是以生成氧化鋁產品的組成為r-Al2O360%、α-Al2O3 40%盡心的計算，

66、而文字說明氧化鋁產品中α-Al2O3 含量不大于20%， 可見設計計算與實際不符。而3-5表中鋁廠產品α-Al2O3實測為5.6%，按本行業標準，焙燒過程中的轉晶吸熱為828.53 MJ/t-AO,比設計理論值593MJ/t-AO高出235.5MJ/t-AO,另外由于出爐廢氣溫度比設計值高近500C，也使反應熱中的結晶水蒸發發熱增大，而要降低反應熱損失必須強化轉晶反應，提高氧化鋁產品中α-Al2O3含量——（r-Al2O3 60轉為α-Al2O3是放熱過程且促成必須反應的升溫耗熱下于轉晶放熱）；同時降低放熱出爐溫度。如按r-Al2O320%計算，則反應熱至少可降低106MJ/t-AO,使反應熱降為2256MJ/t-AO,但要達到設計值很困難，是不現實的。 b、出爐廢氣熱耗高 這一項結果大的主要原因是產品顆粒細。造成爐里面的物料、熱量后移，出爐廢氣量大及溫度高所致。按設計要求，PO1出口溫度可控制在1500C左右，同時由于熱量后移，使PO2下降管阻力增大，從而排風機負荷增加，導致PO3—PO2—PO1出口管漏風量大，如能將出爐咽氣溫度降為150℃左右，則可降低出爐咽氣熱損失160MJ