二氧化钛的煅烧及煅烧中的尾气处理

二氧化钛的煅烧及煅烧中的尾气处理
学校：攀枝花学院
学生姓名： xxx
学生学号： 20 xxx
院（系）：生化学院
年级专业：化工x班
二〇一二年十一月
二氧化钛的煅烧及煅烧中的尾气处理
摘要
该论文阐述了钛白煅烧余热的利用以及尾气处理的新工艺、设备及使用效果，为了简化钛白粉煅烧尾气
处理流程，改善尾气排放效果，通过将二次洗水用作尾气喷淋水，喷淋水回用作一次洗水，充分利用了尾气
余热，降低了蒸汽的消耗，更重要的是在节能降耗、降低维修费用等方面可创造非常可观的经济效益，具有
很大的生产实用价值。

以及介绍了回转煅烧窑温度分布、降低燃料消耗、提高转窑收率而采取的技术改进措施，通过技术改造实现了转窑的经济、高效运行。

关键词：二氧化钛煅烧工艺尾气余热
ABSTRACT
The paper expounds the titanium white calcined waste heat utilization of tail gas treatment and the new process, equipment, and using effect, in order to simplify the titanium pigment calcined tail gas treatment process, improve the emission effect, the secondary wash water used for tail gas spray water, spray water reuse a wash water, make full use of the tail gas waste heat and reduce the steam consumption, more important is in saving energy and reducing consumption, reduce maintenance cost, etc can create very considerable economic benefits, have a lot of production practical value. And introduced the rotary calciner temperature distribution, reduce the fuel consumption and improve the turning kiln yield and take the technical improvement measures, through the technical renovation to realize the turning kiln economic and efficient operation.
Keywords: titanium dioxide, calcining, process, tail gas, waste heat
引言
硫酸法钛白粉生产从回转窑排出的偏钛酸煅烧尾气中含有大量水份及反应释放出的二氧化琉、三氧化硫气体，井夹带相当效量的钛白粉尘．据测定，以煤气作燃料时，每烧l t钛白，尾气量约有15 000多m。

．每立方米含三氧化琉平均约10 g，二氧化琉约0.01 g．粉尘约0.15 g。

尾气的处理，不但保护环境，减步污染．而且还能回收带走的粉尘，提高总回收率。

而且生产过程中有许多强腐蚀介质，很多反应在高温下进行，设备腐蚀严重，回转窑是钛白煅烧最常用也是最重要设备之一，一旦发生腐蚀泄漏，全线就必须停产。

物料放空不但造成很大的经济损失，而且造成环境污染。

因此，重视煅烧系统的防腐蚀工作，是保证钛白安全、持续、稳定生产的一个重要环节。

钛白粉生产中偏钛酸煅烧时废气的温度高、湿含量较大，有酸雾和硫氧化物、钛白粉粉尘、水蒸气、不凝性气体等。

笔者通过改进工艺，简化了尾气处理流程，改善了尾气排放效果，降低了蒸汽的消耗，可创造出很好的经济效益。

原理
1. 转窑工作原理
通过燃烧器燃烧燃料(主要是煤气)提供热能，利用窑头助燃风机、二次风机鼓风及窑尾风机抽风，将热能从窑头至窑尾均匀分布，盐处理后的偏钛酸经压滤机、转鼓脱水后进人转窑窑尾，在重力作用下往窑头移动，经脱水、脱硫、晶型转化和粒子成长的过程变成TiO 半成品。

1.1 存在的问题
1.1.1 温度分布不合理，燃烧室温度过高
表1 改造前煅烧温度分布表
Table 1 transformation of the former calcining temperature distribution table 温度点燃烧室1m点9m点14m点尾温温度（℃）1400 1100 930 750 360 从上表可以看出，l 窑燃烧室温度明显过高，我厂1、2 、3 窑(Φ2300×36000)燃烧室的温度均低于1200℃，同行业大部分在800℃左右，差距很大。

1．2．2 煤气消耗高按瞬间煤气流量平均1300m3/h计，每天产量40t，煤气消耗为780m3/t。

实际上2006年钛白粉累计单耗为820 m3/t。

1．2．3 转窑收率低由于当时风量很高(一次风量7000m3/h，二次风量3000m3/h，合计10000m3/h左右)，尾气带走的粉尘也很多，造成循环水沉降池积料严重，重力沉降室回收物料每月在30t以上，经尾气排放的粉尘也较多，所以l#窑开车以来转窑收率一直偏低。

表2 2006年1～12月煅烧工序收率表
Table2 2006 1 ~ 12 months calcining process yield table
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
94 92．6 93．2 94．3 94．5 94 93．5 93 93．6 93．8 93．6 93．4
收率
％
说明：因进料滤液、尾气循环水物料均由水洗回收，而且水洗、煅烧计量不很科学，所以煅烧工序实际收率与理论有很大的差异，只具有内部可比性。

2. 煅烧生产系统的腐蚀
.2.1生产工艺特点
流程及腐蚀介质种类煅烧是为了将含有硫酸的水合二氧化钛烧成具有确定晶型和颜料性质的钛白半成品，采用燃烧室回转窑进行煅烧，一般此工序分五个阶段：①干燥，②分解结晶水，③分解硫酸盐，④结晶成锐钛型，⑤结晶成金红石型。

回转窑出来的半成品经过冷却转窑冷却后送至汽粉工序。

从煅烧生产工艺看，主要腐蚀介质是含有硫酸的水台二氧化钛，煅烧生产中的SO。

、SO，气体，腐蚀较强的仍是硫酸的硫酸盐溶液。

2.2主要腐蚀介质的种类及腐蚀性
稀硫酸(20％)比重1．13，沸点103.9 ℃．浓硫酸对碳钢常温下能形成非常致密的保护膜，对碳钢设备几乎不腐蚀，而低浓度的硫酸引起H 的激烈的置换反应，在实际生产中还会存在各种杂质，成倍地加强H 的置换反应。

所对钢铁的腐蚀较为严重。

SO2比重2．9g/l，沸点-10.02U，极易溶于水，其中溶液呈酸性，SO2同水作用成为亚硫酸，SO2同水与空气接触，通过反应生成硫酸和硫，此反应过程对化工管道设备将带来腐蚀。

3. 尾气处理工艺流程
本工艺是使煅烧出来的尾气通过抽风机抽风．首先进入泡洙洗涤堵．经水喷淋吸收部份二氧化硫、三氧化琉及大部分粉尘后进入填料洗涤塔，再经水喷淋进一步吸收二氧化硫、三氧化琉及粉尘，最后抽入烟囱排入大气，喷淋吸收除尘主要在泡洙洗涤塔内进行，泡沫洗涤塔喷淋水经斜管沉降槽沉淀定期回收粉尘，喷淋水可循环使用。

工艺流程如图2
1
图1 煅烧尾气双塔水喷淋斜管沉降回收系统工艺流程图
1．搬烧尾气2．抱津洗涤塔3．辩管沉障槽4．填料洗涤塔5．抽风机6．捧气烟囱7．镭环球槽8．喷淋泵9．回
收过虑槽10.回收泵
Figure 1 Calcined exhaust twin towers water spray inclined tube settlement recovery system process flow diagram 1. Move burning exhaust 2. Embrace tianjin washing tower rebutted pipe sink barrier channel 4. Packing washing tower 5. Suction fan 6. Holding gas chimney 7. Radium universal channel 8. Spray pump 9. Recovery after dip tank 10. Recovery
pump
方法
1.转窑燃烧室改造
图2 改造前燃烧室结构示意图
Figure 2 transformation of the former combustion chamber structure diagram 燃烧室设计由燃烧室、混合室、收缩口三部分组成，因燃烧室过长，同时收缩口限制了热量的有效传输，造成燃烧室温度明显偏高，热能损失过大。

对此，我们提出了缩短燃烧室、扩大收缩口内径的改造方案，分两步进行了实施：
2005年9月，混合室内衬砖垮落，利用检修的机会，我们取消了混合室，同时将收缩口内
径扩大至Φ2200mm。

2007年2月，取消收缩口，同时将燃烧室长度缩短了3m。

‘
2. 助燃风机前增加布袋除尘器
Φ2800×55000大型转窑采用了热风循环技术，经冷却窑加热后的热风为转窑提供助燃风和二次风，由于冷却窑列管密封不可避免地存在一些漏点，一、二次风中带有一些粉尘，经高温煅烧不仅会影响成品质量，而且很容易被尾气带走而造成损失。

为此，2007年2月我们在助燃风机前增加了一台60m的布袋除尘器，以回收循环风中的钛白粉。

3. 燃烧尾气处理以及余热改造
煅烧尾气处理工艺改进及余热利用煅烧尾气喷淋循环水温度可达80℃，且由于在喷淋过程中吸收了尾气中的SO 而呈强酸性(pH约为1.5)。

钛白粉生产的偏钛酸洗涤，一次洗水的水温一般控制在55℃_3 J，二次洗水清液用蒸汽加热升温后作为一次洗水。

为了控制洗涤水的pH≤1.5，采用往洗涤水中加H2SO4的方法。

因此，尾气喷淋循环水的温度和酸度条件都符合偏钛酸一次洗水工艺要求，可将尾气循环水用作一次洗水。

考虑用水平衡的问题，将二次洗水清液用作循环水补充水，且增加液位自动控制调节补充新鲜工艺水。

因新鲜水的补充，尾气温度下降，使尾气排放效果改善。

为解决尾气喷淋水凉水塔故障率高、检修难度的问题，取消尾气凉水塔，循环水直接通入文氏管及泡沫塔。

改进后工艺流程如图3所示。

图3 工艺流程如图
Figure 3 process as shown in figure
4. 设备防腐控制
表3 主要设备腐蚀
Table 3 main equipment corrosion
设备名称规格特征工艺条件介质材料
回转窑Φ2400×38000 窑头1105℃
窑尾300℃含有硫酸的水合二
氧化钛
二氧化钛半成品
碳钢、内衬耐火砖
耐酸耐热胶泥
冷却窑无800℃至常道<常压二氧化钛不锈钢
2
表4 全面腐蚀控制
Table 4 general corrosion control
设善各称规格特扯工艺条件介质材料
25OO×6500×l2000 300℃SO2气体TiO2 粉尘耐火砖耐酸耐热胜泥沉降室92管< 50℃常压SO：气体硬PVC
花却塔Φ2000×65o< 50℃常温SO：气体碳铜内衬玻璃铜
烟囱Φ3500×32000< 200℃常压SO 2气体花岗石
耐酸耐热泥
5.尾气处理
从回转窑出来的尾气首先要经过泡津洗涤塔喷淋吸收。

泡沫洗涤塔的结构如图4
图4 泡诛洗涤塔结构图
1.筒体（内村玻璃钢） 2 多孔板(玻璃钢) 3．喷淋装置
Figure 4 bubble host washing tower structure
1. The barrel (village in glass fiber reinforced plastic) 2 porous plate (FRP) 3. Spray device
5.1 填料洗涤塔
经泡沫洗涤塔喷淋吸收后，尚有部分二氧化硫、三氧化硫及少量粉尘未来得及吸收因此，需要经过填料洗涤塔的进一步净化处理，经过填料洗涤塔净化处理后的尾气，含酸量及粉坐量均能符合国家规定的气体排放标准。

填瓣洗涤塔自瞄构如图4：
5.2 斜沉降槽
喷淋排出含大量扮尘的恁浮液连续通过斜管坑降槽的玻璃斜管，在一定的停留时间下，铁自粉尘不断沉入槽底，可定期回收粉尘浆液，斜管墨用夯审形蜂窝玻璃，面积大，沉淀效果较为理想管凝降槽结构如图5
图5 填料洗涤塔结构图
1．筒悼(内衬玻璃钢) 2. 玻绽板填辩3．紫铜丝阿4．瓷环填料5．分液槽 6. 丝网除沫器
Figure 5 packing washing tower structure
1. Barrel regret (lined with glass fiber reinforced plastic)
2. glass bursts plate fill rebutted
3. Copper wire
4.
Porcelain ring packing 5. Points liquid tank 6. screen demister
结果
1. 回转窑经济效益估算
1. 1 煤气消耗下降带来的经济效益
以产量45t/d，煤气价格0．84元/m ，其年经济效益应为：
45t/d×330天×(780—533)m /t×0．84元/m= 308．1万元实际经济效益计算：以2007年为例
2007年锐钛累计消耗煤气为628m /t，燃油0.007t/t，金红石煤气消耗为1152 m /t，燃料油0.008t/t。

2006年锐钛煤气消耗653m3/t，燃料油消耗0.044t/t，金红石煤气消耗1130 m3/t，燃料油消耗0.074t/t，按煤气价格0．84元/m3 ，燃料油价格2991.5 t，2007年锐钛产量13340.2t，金红石产量7466t计，2007年因煤气消耗下降的经济效益为：
13340.2×[(653—628)×0．84+(0.044—0.007)x2991.5+7466 x[(1130—1152)x0.84+(0.074—0．008)]×2991.5=308.9万元
1.2 回收钛自粉带来的经济效益
以钛白粉制造成本7600 t计，每年可回收钛白粉33t，其年经济效益为：
7600 t×33t=25.08万元
2.尾气处理的效果
由于煅烧尾气温度较高(疆常进^泡诛塔约为 1.50℃)，因此，需注意喷淋水的温度，不宜高于设备材料所能承受帕温度，另外，喷淋水量应根据煅烧产量及尾气量作相应的调整，水量过太亦影响粉尘的沉淀效果。

3.防腐蚀的改进效果
回转窑是整个钛白生产的核心设备，主要腐蚀区域是在窑尾至10米处，该区域受到含有硫酸的水合二氧化钛的腐蚀及SO2气体腐蚀，过去回转窑一般采用一层耐火砖，且用磷酸盐胶泥作为内衬胶泥剂，目前吸收国外先进技术采用两层内衬。

第一层(接触钢体)为轻质保温砖，第二层(接触料浆)为耐火砖，且采用耐酸耐热胶泥，这样既增加了防腐层，加强了防腐效果，又可以保温，减少热量损耗，节约能源。

冷却转窑，采用不锈钢整体，以减少半成品二氧化钛被腐蚀层铁锈污染。

沉降室内温度仍然很高，SO2、SO3气体对设备具有腐蚀作用，过去采用了耐酸混凝土及内衬耐火砖结构，腐蚀仍较严重目前直接采取耐酸耐热胶泥，砌筑高铝质耐火砖这样既能防腐又能达到较快散热的目的。

电除雾因尾气中含有SO2，在用水吸收过程中所引起的化学反应往往能使钢生锈，所以采用PVC结构，这种结构材料来源广易加工，又能达到满意的防腐蚀效果。

冷却塔往往采用整体玻璃钢、钢衬橡胶、钢衬玻璃钢方法。

在使用过程中各有优缺点。

在般烧生产尾气中，微弱的酸性对其腐蚀较轻。

选用较为经济又易于旋工的钢衬玻璃钢结构较为合理。

烟囱的设计既要考虑其高度达到工艺要求，又要考虑其使用寿命达到要求。

过去的烟囱是砖结构内衬花岗石板，多年使用后．SO2、SO3气体对其腐蚀严重，防腐效果不尽如人意，目前我厂采用花岗岩整体结构，施以耐酸耐热胶泥作胶粘剂及混凝土结构，有效地解决了腐蚀问题。

管道主要是进料管，此管内含水合二氧化钛料浆，容易腐蚀，外受窑尾SO2、SO3及的腐蚀，且在高温环境下，一般碳钢、不锈钢是不能耐其腐蚀。

此处我厂是采用金属纯钛结构，基本满足要求。

尾气其它管道温度经沉降室及文丘里降低后，采用玻璃钢、钢衬橡胶管、硬PVC管都能满足耐蚀要求。

4.余热利用的经济衡算
在煅烧尾气处理工艺改进中，主要是将二次洗水清液用作尾气喷淋水，尾气喷淋回水吸收尾气余热升温后用作一次洗水，节约了蒸汽消耗量。

将吸收热量换算为蒸汽量，节约蒸汽量为：每小时节约蒸汽量为
(1.88×10/2 258)×10-3=0.83 t；
每年节约蒸汽量为
0.83×24×300=5.976×10 t (1 a按300 d计)；
每年创造经济效益为
5.976×10 ×117.7=70.3万元(蒸汽的价格按目前的市场价117.7 元/t计算)。

另外，此工艺改进方案中取消了凉水塔，节省了
凉水塔的维修费用，可节省约10万a。

所以，共计可创造经济效益约80.3万元/a。

结论
通过对Φ2800×55000大型回转煅烧窑的技术改造，钛白粉的煤气消耗得到了大幅度下降，转窑产能进一步提高了，运行更加经济，效果十分显著。

而针对对般烧工序工艺设备的防腐蚀工作，浅谈上述措施。

根据我们的经验，防腐措旆固然重要，而设备现场加工，防腐旋工的责任心更为重要。

尾气工艺投入运行后，效果稳定，尾气均能保证达标排放。

在环境保护日益重要的今天，煅烧尾气使用本工艺进行处理，解决了传统的处理方法的局限，取得了显著的社会效益和环境效益。

通过对钛白粉煅烧尾气工艺改进方案进行可行性分析，认为利用余热的方案可行，实行后不仅可降低尾气排放温度，减轻环保压力；更重要的是在节能降耗、降低维修费用等方面可创造非常可观的经济效益，预计每年可节约蒸汽量5.976×10 t，折算每年可节约资金累计约80.3万元(以钛白粉产量1．8 t/h为计算标准)，具有很大的生产实用价值。

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