張傳良 李 蕾

(中國有色金屬建設股份有限公司， 北京 100029)

0 前言

在氧化鋁的生產(chǎn)過程中，將氫氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸X的工藝過程稱為焙燒工序[1-2]。氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產(chǎn)過程中的最后一道工序[3-4]，焙燒的目的是在高溫下除去氫氧化鋁的附著水及結(jié)晶水并使其晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變[5-6]。某氧化鋁廠使用氣態(tài)懸浮焙燒爐進行氫氧化鋁焙燒，其工藝流程主要由氫氧化鋁給料系統(tǒng)、文丘里干燥系統(tǒng)、兩級旋風預熱系統(tǒng)、焙燒爐系統(tǒng)、四級旋風冷卻系統(tǒng)、流態(tài)化冷卻系統(tǒng)、除塵及煙氣處理系統(tǒng)、收塵系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)組成。其中氫氧化鋁給料系統(tǒng)是氣態(tài)懸浮焙燒爐的重要組成部分之一。通過給料系統(tǒng)，氫氧化鋁原料被送入焙燒爐的文丘里干燥器中進行下一步的干燥脫水。

氫氧化鋁給料系統(tǒng)的密封性是焙燒爐生產(chǎn)過程中較難解決的問題之一。在某氧化鋁廠原設計的工藝流程中，通過采用特殊結(jié)構(gòu)的螺旋輸送機來解決氫氧化鋁給料系統(tǒng)漏風問題，但在實際生產(chǎn)過程中沒能達到預想的設計效果，漏風問題沒有得到實質(zhì)性解決，而且由于螺旋輸送機料密封段間斷性密封作用，造成系統(tǒng)負壓波動較大。在漏風量較大時，高溫煙氣量減少，氫氧化鋁物料不能被煙氣完全帶走而落入文丘里干燥器底部，從而造成系統(tǒng)負壓的升高。鑒于焙燒爐氫氧化鋁給料系統(tǒng)在運行過程中存在的問題，有必要對原有焙燒爐氫氧化鋁給料系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，解決系統(tǒng)漏風問題，降低整個焙燒爐系統(tǒng)的熱耗和電耗。

1 氫氧化鋁給料系統(tǒng)工藝流程及存在的問題

1.1 給料系統(tǒng)工藝流程

某氧化鋁廠采用1 350 t/d氣態(tài)懸浮焙燒爐進行氫氧化鋁焙燒，其給料系統(tǒng)主要由氫氧化鋁倉、棒條閥、料斗、定量給料機、螺旋輸送機等設備組成，設備規(guī)格參數(shù)見1。給料系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示：原料氫氧化鋁通過上料系統(tǒng)送至氫氧化鋁倉內(nèi)，通過棒條閥流入擋邊帶式定量給料機中，通過定量給料機計量后，輸送至螺旋輸送機，再由螺旋輸送機送入文丘里干燥器內(nèi)。

表1 某氧化鋁廠氫氧化鋁給料系統(tǒng)設備

1—氫氧化鋁倉; 2—棒條閥; 3—料斗; 4—定量給料機; 5—螺旋輸送機; 6—文丘里干燥器

1.2 給料系統(tǒng)存在的問題

在氫氧化鋁給料系統(tǒng)工藝流程中，螺旋輸送機是物料進入文丘里干燥器的關(guān)鍵設備。為保證文丘里干燥器負壓狀態(tài)運行，螺旋輸送機采用特殊結(jié)構(gòu)型式，前端為無螺旋葉片段，起到密封作用；端頭部設計有刮板，對進入文丘里干燥器系統(tǒng)的物料進行打散，使其與煙氣充分接觸，如圖2所示。

1—進料口; 2—給料螺旋軸; 3—螺旋葉片; 4—刮板

在實際生產(chǎn)運行過程中，由于文丘里干燥器內(nèi)負壓波動、螺旋輸送機給料量的變化、螺旋輸送機葉片與機殼體之間存在間隙等因素的影響，造成螺旋輸送機把氫氧化鋁原料送入到文丘里干燥器內(nèi)的同時，部分冷風在文丘里負壓作用下也進入文丘里干燥器內(nèi)。根據(jù)生產(chǎn)實測，從螺旋輸送機進料口進入文丘里干燥器的風量約占系統(tǒng)總風量的4%，對焙燒爐相關(guān)系統(tǒng)造成很大影響。

2 氫氧化鋁給料系統(tǒng)的優(yōu)化設計

鑒于某氧化鋁廠氫氧化鋁焙燒給料系統(tǒng)中存在的問題，對給料系統(tǒng)的工藝流程和設備進行優(yōu)化設計，以達到降低系統(tǒng)熱耗、電耗、煙氣排放和提高產(chǎn)能以及設備穩(wěn)定運行的目的。

2.1 工藝流程優(yōu)化

根據(jù)某氧化鋁廠原有的給料系統(tǒng)工藝流程的特點，僅對現(xiàn)有設備改造無法解決給料系統(tǒng)存在的問題。通過借鑒國外類似給料系統(tǒng)經(jīng)驗，提出了在給料工藝流程中增加密封倉和優(yōu)化輸送螺旋尺寸的方案來解決系統(tǒng)的漏風問題。優(yōu)化設計后的給料系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。

1—氫氧化鋁倉; 2—棒條閥; 3—料斗; 4—定量給料機; 5—螺旋輸送機; 6—文丘里干燥器; 7—密封倉

2.2 生產(chǎn)設備優(yōu)化

2.2.1 密封倉

在優(yōu)化設計后的給料系統(tǒng)工藝流程中，在定量給料機與螺旋輸送機之間增加容積為8 m3的密封倉，作為緩沖料倉緩存從定量給料機輸送來的氫氧化鋁原料，通過調(diào)節(jié)控制料位，隔絕進入文丘里干燥器內(nèi)的冷風。密封倉中配備有料位計和高低料位開關(guān)，能起到雙重保護作用，將密封倉內(nèi)的料位控制在設定范圍之內(nèi)。

定量給料機和螺旋輸送機通過變頻控制，調(diào)節(jié)氫氧化鋁原料輸送量。通過定量給料機、螺旋輸送機的變頻控制和密封倉中料位計、高低料位開關(guān)連鎖，可以實現(xiàn)對密封倉內(nèi)料位的精準控制，從而解決給料系統(tǒng)的密封問題。

2.2.2 螺旋輸送機

螺旋輸送機通過螺旋軸帶動葉片在機殼內(nèi)轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)輸送物料的目的。螺旋輸送機輸送量的計算公式[7-8]如下：

(1)

式中：Im——質(zhì)量輸送量,t/h；

ρ——物料的堆積密度，t/m3；

Φ——填充系數(shù);

D——螺旋輸送機的螺旋公稱直徑，m；

S——螺距，m；

n——螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，r/min。

原螺旋輸送機設計的填充系數(shù)為0.33，但在實際生產(chǎn)過程中并不適用，由于物料填充率過低，根本無法形成料封段。根據(jù)生產(chǎn)實際情況和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，合理的物料填充系數(shù)應該在0.6～0.7之間，這樣才能確保螺旋輸送機的密封效果。

3 技術(shù)經(jīng)濟分析

通過對氣態(tài)懸浮焙燒爐給料系統(tǒng)優(yōu)化設計，解決了給料系統(tǒng)的漏風問題，給料系統(tǒng)漏風率從原來的4%降低到1%。在相同煙氣量條件下，從四級旋風冷卻系統(tǒng)進入系統(tǒng)的冷風量就會相應增加，保證了物料與高溫氧化鋁充分換熱，降低氧化鋁出料溫度，節(jié)省整個系統(tǒng)的熱耗。同時解決了氫氧化鋁給料系統(tǒng)的漏風問題，減少了給料系統(tǒng)的風量波動，保證了氣態(tài)懸浮焙燒爐系統(tǒng)穩(wěn)定，提高了產(chǎn)能。

根據(jù)此優(yōu)化設計方案，實際應用在國外某公司的一臺1 350 t/d氣態(tài)懸浮焙燒爐，漏風率降低后，直接降低了高溫引風機總風量。引風機風量與電機功率的關(guān)系如下：

P=Qp/(3 600η1η2)

(2)

式中：P——功率，kW；

Q——風量，m3/h；

p——風壓，kPa；

η1——風機效率，取0.85；

η2——機械傳動效率，對于聯(lián)軸器傳動取0.98。

原系統(tǒng)煙氣量為186 750 m3/h，新設計系統(tǒng)煙氣量為181 700 m3/h，系統(tǒng)壓力損失為-8.5 kPa，則因系統(tǒng)風量降低節(jié)省的電機功率為14.31 kW; 按每年運行8 000 h考慮，每年可以節(jié)約用電114 480 kWh；若每度電費按照0.6元計算，每年可節(jié)省電費約6.87 萬元。

4 結(jié)論

氫氧化鋁給料系統(tǒng)的漏風會導致除塵系統(tǒng)風量增加、高溫引風機負荷增加、四級旋風冷卻系統(tǒng)中冷風量減少使氧化鋁經(jīng)過冷卻系統(tǒng)后的溫度降低達不到設計指標、流態(tài)化冷卻器負荷增大，不利于整個焙燒爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此對焙燒爐給料系統(tǒng)進行優(yōu)化設計是非常必要的。某氧化鋁廠在工藝流程和設備行優(yōu)化設計后，取得了顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益：

1)焙燒爐系統(tǒng)工況穩(wěn)定，系統(tǒng)波動性小，更加容易控制。

2)提高了焙燒爐的產(chǎn)能。

3)降低了焙燒爐排煙量和粉塵排放量。

4)降低了焙燒爐的熱耗和電耗。