小议氧化铝焙烧炉烟气余热的利用

小议氧化铝焙烧炉烟气余热的利用

作者：陈晨

来源：《中国科技博览》2014年第01期

摘要：余热资源大量而普遍地存在，特别在钢铁，石油、化工、建材、轻工和食品等行业的生产过程中都存在着丰富的余热资源，被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的第五大常规能源。因此充分利用余热资源是企业节能的主要内容之一。本文将主要探讨氧化铝焙烧炉烟气余热的利用。

关键词：氧化铝；焙烧炉；烟气余热

中图分类号：TQ424.27

氧化铝焙烧装置可分为回转窑和流态化焙烧炉两种类型设备。目前氧化铝厂氧化铝焙烧多使用流态化技术焙烧炉，当今世界上流态化焙烧炉主要有三种：流态化闪速焙烧炉（FFC）、气态悬浮焙烧炉（GSC）、循环流态化焙烧炉（CFBC），这三种炉型在我国都有应用[1]。

一、氧化铝循环焙烧的工艺流程

由前道过滤工序输送来的湿氢氧化铝进入氢氧化铝储仓，储仓出口的螺旋喂料机将湿料加入一级文丘里干燥器，在此与来自预热系统的热烟气进行热交换；经热气流烘干后的干氢氧化铝进入第一级机械收尘器，再经电收尘器收下较细颗粒的氢氧化铝，收下的全部氢氧化铝经螺旋输送机、空气斜槽输送机、空气提升机送至螺旋分离器；分离后的干氢氧化铝进入二级文丘里预热器，脱去部分结晶水、经二级旋风分离，分离器分离后的氢氧化铝进入焙烧炉，完成由再循环分离器、返料槽组成的循环焙烧系统进行循环焙烧；焙烧后经分离的氧化铝进入一级冷却器与空气进行间接换热，再进入二级冷却器与冷却水进行间接换热，冷却后的氧化铝经出料阀、皮带输送机进入料仓。

二、氧化铝焙烧炉的烟气余热资源

余热资源是指在目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的那部分能量.它不仅决定于能量本身的品位，还决定于生产发展情况和科学技术水平，也就是说，利用这些能量在技术上应是可行的，在经济上也必须是合理的。例如欲回收100℃以下的低温余热，就要有解决相应技术难题的能力；要从高温高腐蚀性介质中回收余热，首先必须有耐热耐蚀性很强的材料等。因此，余热资源的数量是随着生产和科学技术的发展水平而不断变化的。

铝土矿是含铝矿物和赤铁矿、针铁矿、高岭石、锐铁矿、金红石、钛铁矿等矿物的混合矿，是现代的炼铝原料。我国的铝土矿资源丰富，分布甚广，但大多为中、低品位的一水硬铝石型铝土矿，其特点是高铝、高硅和低铁。此种铝土矿中的氧化铝在碱溶液中的溶解度小，需要较高的温度和压力，才能加快其溶解，因此生产氧化铝的能耗和碱耗较高。生产氧化铝的原

理是首先把氧化铝从矿石中溶解出来，同杂质分离，然后把溶液中的氧化铝沉淀出来，达到提取的目的[2]。

物料在循环中的平均停留时问为30～60min。旋风分离器排出热烟气（1000℃以上）送第二级文丘里预热器。由于气流速度大、物料循环量大和固相浓度低，有利于传质和传热，所以煅烧炉的单位截面产能高，产品氧化铝质量稳定。从循环焙烧炉排出的氧化铝与从冷却器来的热空气在旋风器载流换热，把空气温度提高到850℃，送入煅烧炉（作为二次气）。氧化铝流人沸腾冷却器，先经二级沸腾冷却使氧化铝温度降到280℃左右，蛇形管中的空气被问接加热到约0℃（燃烧用一次空气），再经三级沸腾冷却把氧化铝温度进一步降至80℃，同时对蛇形管中的软水进行预热（供洗氢氧化铝用）。

三、氧化铝焙烧炉烟气余热的利用

煤粉制备系统由五套煤粉磨制系统组成，其单台设备产能高、自动化控制水平高、工艺流程简单、安全环保。煤粉磨制粉过程使用的高温气体是由燃烧炉提供的，煤磨系统不能实现煤粉自循环供应，其燃烧炉需消耗由1号～4号煤粉磨系统已制成的产品煤粉，为此需间歇式开一台小磨提供5号燃烧炉所用煤粉，这样既限制了5号煤粉磨产能优势的发挥，又造成小磨开停频繁，增大了生产组织的难度。冶金炉（窑）是工业耗能大户，其热效率较低，节能潜力很大。氧化铝熟料窑现采用冷却机对合格熟料降温，由于受引风机、风量机、冷却机长度等多方面的限制，熟料入溶出磨时的温度高，造成热量浪费。熟料烧结过程中，窑头大量的废气直接排入大气，既危害了环境空气质量又造成大量热量的浪费。熟料窑余热形式为干燥的高温（不小于450℃）气体，取出利用可降低烧结合格后的熟料温度，延长裙式机等设备的使用寿命[3]。同时，加入适量表面活性剂后，由于管内沸腾传热系数增加，可采用较小的有效温差来完成蒸发任务。另一优点是它可使沸腾的加热面保持清洁，不生成结垢层。这可能是由于覆盖了一薄层表面活性剂的加热面，具有了抗再黏附的作用，可阻止污垢黏附在壁面上。在氧化铝生产过程中，碱浓度高、温度高、物料流速快，一般的有机防垢剂容易被分解，不能起到防垢作用；其次，蒸发中析出物的质量大，防垢剂加入量不好确定；最后，在蒸发过程中析出的物相多、物相析出机理复杂。氧化铝蒸发过程中的结垢物质有：钠硅渣、氢氧化铝、碳酸钠、碳钠矾等。其中，钠硅渣的组成、结构随工艺条件的变化而变化，氢氧化铝则主要以浮游物的形式进入结垢层，碳钠矾是在蒸发母液浓度达到一定程度时反应析出，碳酸钠是从过饱和溶液中以物理方式析出。

可直接利用氧化铝熟料窑头热烟气来作为煤粉制备的热源。煤粉磨引进氧化铝熟料窑余热作为煤粉制备的热源经过试验并投产后，充分利用了熟料窑废气的余热，有效降低了烧成煤耗、电耗和检修费，年节能降耗价值300余万元，而且使煤粉的制备过程趋于安全、合理。该技术在公司另两套煤粉制备系统实施后亦创造了可观的经济效益，可广泛应用于以煤粉作为燃料的熟料窑烧结生产[4]。

结论

由于循环焙烧炉内气流速度快，固体物料与燃烧气体在炉中进行强烈内部循环，强化传热过程，在一定的截面积内输入更多热量，提高了单位面积产能，一台焙烧炉的产能可取代几台回转窑的产能。通过利用氧化铝焙烧炉烟气余热，可以有效地降低氧化铝企业的能耗，从而达到节能减排的目的。

参考文献：

[1]彭小奇，伍雁鹏，李时民，张建智，宋彦坡. 氧化铝生产蒸发工序能耗分析[J]. 中南大学学报（自然科学版），2013，01：362-366.

[2]董晓辉，刘德明. 浅析影响管道化溶出器汽耗的因素及降低汽耗的措施[J]. 有色冶金节能，2013，02：20-25.

[3]王亮，修磐石. 焙烧炉烟气余热利用的前景[J]. 辽宁化工，2013，07：783-785.

[4]朱广斌. 热管换热器在活性氧化铝生产中的应用[J]. 有色冶金节能，2013，04：27-29.