氧化铝焙烧炉主炉温度 df

氧化铝焙烧炉主炉温度控制回路设计

成员：

设计类型：过程控制工程课程设计

二〇一五年十二月六日

摘要

氧化铝焙烧炉主炉温度是氧化铝焙烧过程中非常重要的一个控制点，影响温度的主要因素是燃料流量，燃料流量的大小通过阀门开度进行控制，为了达到控制目的，需要设计合适的控制回路，实现焙烧炉温度的稳定控制。氧化铝焙烧的主要工艺参数

是灼烧温度．灼烧温度的高低与稳定与否直接决定着氧化铝的出厂质量，所以稳定控制氧化铝灼烧温度是保证氧化铝生产质量的主要途径。本文以氧化铝焙烧生产过程控制系统为背景，开展了氧化铝焙烧生产过程控制策略的研究和控制系统的设计以及器件的选型。

关键词：氧化铝焙烧；器件选型；串级控制系统；PID 参数整定

组员分工：

蓝冠萍：仿真与控制回路设计、论文的撰写与排版

段秀花：仿真与控制回路设计、论文排版

蔡惠菁：论文资料汇总、论文的图片文字检查

一、氧化铝生产工艺

生产氧化铝的方法大致可分为四类：碱法、酸法、酸碱联合法与热法。目

前工业上几乎全部是采用碱法生产。碱法有拜耳法、烧结法及拜耳烧结联合法

等多种流程。

目前，我国氧化铝工业采用的生产方法有烧

结法，混联法和拜耳法三种，其中烧结法占

20.2％，混联法占 69.4％，拜耳法占 10.4％

虽然烧结法的装备水平和技术水平在今年来有所提高，但是我国的烧结技术仍

处于较低水平。而由于拜耳法和烧结混合法组成的混联法，不仅由于增加了烧结系统而使整个流程复杂，投资增大，更由于烧结法系统装备水平和技术水平

不高，使得氧化铝生产的能耗增大，成本增高，降低我国氧化铝产品在世界市场上的竞争力。拜耳法比较简单，能耗小，产品质量好，处理高品位铝土矿

石，产品成品也低。目前全世界90％的氧化铝是用拜耳法生产的。拜耳法的原理是基于氧化铝在苛性碱溶液中溶解度的变化以及过氧化钠浓度和温度的关

系。高温和高浓度的铝酸钠溶液处于比较稳定的状态，而在温度和浓度降低时则自发分解析出氢氧化铝沉淀，拜耳法便是建立在这样性质的基础上的。

下面两项主要反映是这一方法的基础：

A l2 O3 xH 2 O ?2 NaOH ?(3? x) H 2 O ?2 NaAl (OH )4

NaAl (OH )4? Al (OH )3? NaOH

前一反映是在用循环的铝酸钠碱溶液溶出铝土矿时进行的。铝土矿中所含的一水和三水氧化铝在一定条件下以铝酸钠形态进入溶液。后一反映是在另一条件下

发生的析出氢氧化铝沉淀的水解反应。铝酸钠溶液在95-100度不致水解的稳

定性可以用来从其中分离赤泥，然后使溶液冷却，转变为不稳定状态，以析出

氢氧化铝。

拜耳法生产过程简介：原矿经选矿、原矿浆磨制、溶出与脱硅、赤泥分离与精

制、晶种分解、氢氧化铝焙烧成为氧化铝产品。破碎后进厂的碎高矿经均化场

均化后，用斗轮取料机取料入输送机进入铝矿仓，石灰石经煅烧后输送到石灰

仓，然后与循环母液经调配后按比例进入棒磨机、球磨机的两段磨和旋流器组

成的磨矿分级闭路循环系统。分级后的溢流经缓冲槽和泵进入原矿浆储槽，用

高压泥浆泵输送矿浆进入多级预热和溶出系统，加热介质可用溶盐也可用高压

新蒸气，各级矿浆自蒸发器排出的乏气分别用来预热各级预

热器中的矿浆。溶出设备可用套管加热与高压釜组成溶出器组。溶出后的矿浆经多级降压自蒸发器降压后，与赤泥一次洗液一同进入矿浆稀释槽。末级自蒸发器排出的乏气，用来预热赤泥洗水，洗水由循环水和不合格的冷凝水组成。稀释矿浆进入分离沉降槽，其溢流经过叶滤和降温后送去晶种搅拌分解，分解后的氢氧化铝浆液经分离后，大部分氢氧化铝返回种分槽作为晶种使用，其余部分送去洗涤，洗水用纯净的热水，洗净后的氢氧化铝送去焙烧，焙烧后的氧化铝即为成品氧化铝。分离后的种分母液送去蒸发，加入少量盐类晶种以诱导盐类晶种析出，其溢流与滤液、补充新的液体苛性钠后组成循环母液，送去调配制备原矿浆。

二、氧化铝生产焙烧过程工艺

氢氧化铝焙烧是氧化铝生产工艺中的最后一道工序。焙烧的目的是在高温下把氧化铝的附着水和结晶水脱

除，从而生成物理化学性质符合

电解要求的氧化铝。

(1)焙烧原理氢氧化铝经过焙烧炉

的干燥段，焙烧段和冷却段使之

烘干，脱水和晶形转变而变成氧

化铝产品其化学变化可分为以下

几个阶段。

（a）脱除附着水

Al (OH)3 H 2 O ?100??C? Al (OH )3? H 2 O

当温度高于100C时氢氧化铝中

的附着水被蒸发，此反应发生在

闪速干燥器。

(b)脱除结晶水

结晶水的脱除分两步进行，250-

300 度时，失去两个结晶水，在

500-600度的温度下它失去最后

一个结晶水。而成为r?Al O。

Al 2 O33H 2 O ?250???300?C? Al 2 O3?2 H 2 O

Al 2O3 H 2O ?500???600?C??? Al 2O3? H

(c)晶型转变

氢氧化铝在脱水过程中伴随着晶体转变，r?Al2O3在950度时开始进行晶型转变，

逐渐由r AlO转变为a -Al O。

(2)氧化铝焙烧过程生产过程流程介绍流态化焙烧是世界上最先进的氢氧化铝焙

烧技术与装置，流态化是一种固体

颗粒与气体接触而变成类似流体状态的操作技术。而固体物料在流态化状态下与气体或液体的热交换过程最为强烈。

(a)此炉型采用了在干燥段设计热发生器这一新颖措施，当供料氢氧化铝附着水含量增大时，不需象其它炉型那样采取增加过剩空气的方式来增加干燥能

力，仅需启动干燥热发生器来增加干燥段热量，避免了废气量大增而大量损失

热量，因此，与前二种炉型相比，气体悬焙烧炉热耗和电耗要低。

(b)整套装置设计简单。一是物料自上而下流动，可避免事故停炉时的炉内积

料和计划停炉时的排料；二是设备简单，除流化冷却器外无任何流化床板，没有物料控制阀，方便了设备维检修：三是负压作业对焙烧炉的问题诊断和事故处理有利。这些都有利于故障后生产的快速恢复，给生产组织带来方便。

(c)控制回路简单，气体悬浮焙烧炉虽有多条自动控制回路，但在生产中起主要作用的仅有2条，一条是主燃烧系统的主炉温度控制回路，另一条是O2

含量控制回路。

三、焙烧炉温度控制方案设计

目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。一个控控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制

器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经

过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。

(1)对于焙烧过程而言，主要控制焙烧炉出口温度。而影响焙烧炉出口温度

的因素主要就是燃料的流量，而流量又决定于主燃烧器的流量阀门的开度。因

此，我们引入中间点信号，即最能反应焙烧炉出口温度的进入主燃烧器中的燃

料流量，作为调节器的补充信号，以便快速反应影响焙烧炉出口温度变化的扰

动，引入该点作为辅助被调量，通过调节管道上流量阀的开度调整燃料的流

量，组成了流量．温度串级调节系统，从而调节焙烧炉的出口温度，来保氧化

铝的产量和质量口”。焙烧炉温度控制回路流程图如图所示：