降低气态悬浮焙烧炉热耗成本的实践

2004年8月第21卷　第4期有色冶金节能
Energy Saving of Non -ferrous Metallurgy Aug.,2004Vol.21　No.4
降低气态悬浮焙烧炉热耗成本的实践
王天庆
(中国铝业山西分公司,山西河津043300)
[摘　要]　本文针对气态悬浮焙烧炉(GSC )投入生产运行后热耗高的问题,详细阐述了相应采取的优化设计和一
系列改造措施,降低了气态悬浮焙烧炉的热耗成本,取得了明显的经济效益和社会效益。

[关键词]　气态悬浮焙烧炉;热耗;氧化铝;煤气;成本;措施
[中图分类号]TF821 [文献标识码]C [文章编号]1008-5122(2004)04-0091-04
Practice of low ering gaseous suspension calciner heat consumption cost
WAN G Tian 2qing
(Chi na A l umi ni um Indust ry S hanxi B ranch ,Heji n 043300,Chi na )
Abstract :This paper was directed against the problem of gaseous suspension calciner heat consumption higher ,and explained clearly to take optimazation designing a series of reconstruction measures ,lower 2ing the calciner heat consumption cost and remarkable economic and social benefits have been obtained.K ey w ords :gaseous suspension calciner ;heat consumption ;alumina ;gas ;cost ;measures
[收稿日期]2004-05-28
[作者简介]王天庆(1963-),男,山西闻喜人,高级工
程师,中国铝业山西分公司四分厂厂长。

1　前言
焙烧是氧化铝生产的最后一道工序。

中铝山西
分公司现有3台引进丹麦smith 公司的气态悬浮焙烧炉(GSC ),设计产能1300t/d ,每公斤Al 2O 3热耗3135kJ ,分别于1992、1994、2002年投产(工艺流程见图1)。

该炉具有热耗低(比回转窑降低约1/3),产品质量好,投资少,设备简单,寿命长,维修费用低,有利于环境保护等特点。

在我国属于首次使用,也是世界上第一次用煤气作为GSC 的燃料。

但生产初期热耗一直很高,比如1996年2#炉每吨氧化铝煤气消耗843m 3,3#炉煤气消耗785m 3,热耗成本149元,远远大于设计煤气消耗570m 3指标。

工厂针对气态悬浮焙烧炉热耗居高不下的问题,进行了详细的理论分析及试验,采取了许多措施,使GSC 的热耗成本大幅度降低。

本文详细阐述降低热耗成本的具体措施及取得的效果。

2　降低热耗成本的措施
211　优化设计,减少干燥段的漏风热损失
1996年干燥段二级旋风分离器(PO2)到电收
尘出口干漏风系数为1142。

GSC 为负压操作,干燥段无控制的吸入冷风,使废气带走热量增大,热耗增加,形成漏风热损失。

为了减少炉体漏风采取了以下措施。

21111　一二级旋风分离器顶部增加耐磨内衬
2#炉二级旋风分离器(PO2)顶部蜗壳原设计并
无内衬,受到从PO2出来的高温物料(400～600℃)的长期冲刷磨损,出现多处焊缝开裂或磨漏,漏风缝
隙长300mm 、宽105mm 左右,经过补焊后的钢板不到一个月又出现磨损。

为了防止频繁发生的漏风,1999年5月在2#炉PO2顶部蜗壳内部增加了20mm 厚的陶瓷耐磨材料,至今未发生过PO2的磨损漏风。

4#炉直接设计加入60mm 的内衬以确保PO2不被磨漏。

PO1也有这样的磨损漏风,只是程度上小一些,所以在PO1顶部蜗壳也增加了耐磨内衬。

21112　改进2#炉二级旋风分离器的伸缩节
原2#炉设计PO2出口的伸缩节为织物伸缩节,其耐高温性能差,经常被烧毁,后改为自制的钢制膨胀节,虽然能满足温度要求,但焊缝多,抗拉强度差,经常开裂漏风。

处理后5天左右又会开裂、漏风,是个顽症,1998年把PO2出口烟道上的2个自制钢膨胀节改为一次成型不锈钢波纹管伸缩节,运行至今完好。

3#、4#炉PO2出口直接取消了这里
图1　气态悬浮焙烧炉工艺流程简图
AO2—文丘里闪速干燥器;PO1、PO2—预热旋风箱;PO4—焙烧炉主炉;PO3—高温分离旋风箱;CO1、CO2、CO3、CO4—冷却旋风箱;CO5—电收尘返灰分离旋风箱;P11—电收尘;V19—主燃烧器
的伸缩节设计,变为内衬连接,效果良好。

对于炉体的管道、法兰等小漏风,现场采用水玻璃和氧化铝混合作为密封材料,对炉体的静密封点进行堵漏风,做到随漏随堵。

以上措施效果明显,以2#炉为例,废气量减少了30000m3/h左右,减少漏风热损失4706MJ/h,每吨氧化铝热耗成本降低3元。

212　改进燃料,降低热耗成本
21211　稳定煤气热值
2#、3#炉设计燃料为发生炉煤气(Q L=514 MJ/m3)。

但GSC投入生产初期,发生炉煤气热值偏低且不稳定,热值低时废气多,废气带走热损失大。

热值波动使主炉温度调整频繁,系统极不稳定,整体产量不高、热耗高。

GSC的煤气由TG3M2I型混合煤气发生炉供应,过去由于各方面因素造成发生炉强化生产,单台炉产量经常超过设计值(5000～7500m3/h),达到8000m3/h以上,发生炉经常处于波动状态,使进入GSC的煤气热值也经常处于波动状态。

1999年后,煤气分厂实行了“中负荷操作法”,通过多开炉,减少单炉产量,发生炉的单台产能维持在5000m3/h左右,使发生炉的炉况得到稳定,煤气整体热值也有所提高,稳定了GSC主炉温度,整体产量提高很大,使焙烧热耗降低。

21212　掺烧焦炉煤气
中铝山西分公司附近有许多大小焦化厂,有丰富的焦炉煤气资源,基本上都是排至大气燃烧,既浪费能源,又污染环境。

焦炉煤气是炼焦生产的副产品,主要成分是H2、CH4,发热量较高(Q L=15～17MJ/m3)。

可以利用焦炉煤气与发生炉煤气混合以提高GSC燃料热值的办法来改善GSC的燃烧状况。

厂附近的一家焦化厂可提供流量为2000m3/h (Q L=1516MJ/m3)的焦炉煤气。

经计算可知,两种煤气理论用空气量基本相同(差160m3/h),烟气量减少4163m3/h,主炉、AO7、AO2的悬浮速度及各旋风筒的风速均在规定范围之内[1]。

掺入焦炉煤气2000m3/h后,其华白指数和燃烧速度指数的变化也在规定范围之内[2],故在生产上是可行的。

焦炉煤气作为焦化厂的副产值,价格便宜,发生炉煤气价格为0119元/m3,某焦化厂焦炉煤气协议价为01195元/m3,同热值发生炉煤气的价格是焦炉煤气的218倍。

使用焦炉煤气对于降低GSC的热耗成本有重大意义。

2#炉在1998年掺烧焦炉煤气试验取得了成功,由于热值提高,不仅提高下料量5～10t/h,而且使2#炉热耗成本降低1311元/t。

21213　G SC改烧焦炉煤气
由于厂附近的焦炉煤气资源十分丰富,GSC改
29有色冶金节能 2004年
烧焦炉煤气有广阔的前景,焦炉煤气替代发生炉煤气不仅节能,而且能降低热耗成本,可采取如下改造措施:
(1)更换三套适合焦炉煤气的燃烧站,考虑到改焦炉煤气后GSC 的产能将有所提高,可适当增加V19的配套流量,V08可维持原热量不变(点火燃烧器)。

改烧焦炉煤气后主炉的废气量将减少,使进入干燥段的热量减少,在相同下料情况下,进入电收尘的温度将降低,所以T11的煤气用量要相应增加,并适应今后的提产需要。

(2)缩小PO1尺寸或在PO1内增加内衬,提高进口风速使分离效率不能降低。

(3)适当缩小文丘里AO2的底部直径,或者提高AO2的悬浮速度,防止AO5落料。

(4)扩大AO7进风口直径或提高风机风量。

由于焦炉煤气价格低廉,焙烧热耗成本在4015元/t 以下。

4#炉设计时燃料改为焦炉煤气,每年热耗成本节约(运转率90%)在3000万元以下。

213　降低进料氢氧化铝含水山西铝厂GSC 的氢氧化铝来源有两种:一种是引进法国dorr 公司的51m 2平盘过滤机,另一种是40m 2转鼓过滤机。

平盘过滤机含水一般在8%～
10%,而转鼓过滤机含水在12%～15%,有时会高
达18%～20%。

氢氧化铝含水对GSC 的煤气消耗影响特别明显,含水由10%变为15%,由热平衡计算可知,单位产品的热耗由3282MJ /t 变为3592MJ /t ,合煤气消耗增大5714m 3/t ,热耗成本增加1019元/t 。

为了降低入炉氢氧化铝含水,需要降低转鼓过滤机的氢氧化铝料含水或增加含水低的平盘过滤机产量。

平盘过滤机设计产能96t/h ,含水10%。

自投产以来,由于氢氧化铝料浆的粘度大、物料粒度变化大、级配不合理等原因,其产能一直维护在40～50t/h 。

后来采取了立盘洗涤流程,产量高(90～100t/h )、含水低(6%～8%)、含碱低、容易控制。

但也有对种分槽造成冲淡的缺点。

种分旋流器的投用,使进入平盘过滤机的粒度变粗,其产能也能达到80～90t/h 。

由于工艺流程的改进,产能大幅度提
高,使进入GSC 的氢氧化铝整体含水大为降低,降低了热耗成本。

214　改进内衬,降低炉体散热损失
1997年以前炉体散热损失为10125%,远超过设计的514%,主要是由于炉体内衬结构不合理,使炉体散热损失大、热耗高。

气态悬浮熔烧炉内衬结构见图2所示。

a 钢板(6mm )
a 钢板(6mm )a 钢板(6mm )a 钢板(6mm )
b 两层硅酸钙板(100mm )b 硅酸钙板(50mm )b 保温块(75mm )b 硅酸钙板(50mm )
c 浇注料(125mm )
c 轻质砖(65mm )c 保温板(50mm )c 轻质砖(65mm )
d 浇注料(125mm )
d 浇注料(200mm )d 浇注板(150mm )
e 锚固砖
图2　气态悬浮焙烧炉内衬结构图
1996年2#炉大修后,PO3、PO4的内衬结构如
图2-A 所示,由于烧注料导热率比较高,虽然理论上计算其热通量比图2-B 的小,但实际使用后,2#炉的炉体表面温度达到了180～240℃,散热特别大,并且炉子部分筒体凹陷变形,检查发现硅酸钙板有烧缩的迹象。

经计算可知,硅酸钙板与浇注料的接合面处温度可达920℃,再加上浇注料的裂缝,高温氧化铝极易串入保温层,加剧对硅酸钙板的破坏。

1999年11月将2#炉高温部分的内衬结构改为图2-B 所示,由于保温砖的导热率比硅酸钙板大,理论
上其热通量比图2-A 的大,但由于轻质砖耐温高,并且浇注料有裂缝后高温氧化铝不能直接烧损硅酸钙板,硅酸钙板的使用温度降到了880℃。

所以图2-B 结构的内衬使用以后,炉体外表温度降低了80～100℃,炉体散热大为减少,内衬脱落也很少。

3#炉的PO3、PO4的内衬结构如图2-D 所示,增加了
3
9第4期 王天庆:降低气态悬浮焙烧炉热耗成本的实践
浇注料的厚度,炉体外表温度比2#炉降低。

4#炉的PO3、PO4的内衬结构如图2-C所示,浇注料及绝热材料的厚度再次增加,并加了锚固砖,投用以后炉体表面温度为90℃左右,散热比较小。

内衬的改进,大大降低了炉体表面热损失,降低了焙烧热耗成本。

215　降低主炉温度
GSC设计主炉温度为1150℃,灼减018%,实际灼减在016%～018%之间,现氧化铝的灼减指标要求由≤018%变为≤110%,根据实际灼减情况,在电收尘返灰量不大时,主炉温度在1100℃左右时灼减也能合格。

降低主炉温度有利于提产和降低能耗。

主炉温度降低100℃,可节能3%左右[3]。

216　降低废气温度
1997年前,焙烧炉废气温度200℃以上,经计算可知,废气多带走的热量损失就达23814MJ/t(以150℃计),合煤气单耗44115m3/t;废气温度过高不仅浪费能源,而且易使电收尘极板极线变形,操作中应尽量加大下料量以降低烟气温度,不仅产能高,而且能耗低,现废气温度降低了50℃以上,大大降低氧化铝焙烧热耗成本。

217　降低过剩空气系数
1996年时氧含量控制在7%～8%,过剩空气系数为1158,远大于该炉型设计的112的过剩空气系数,过剩空气系数过高,不仅会降低燃烧温度,而且会造成能源浪费,空气过剩系数从112增加至1158,燃料增加率为15%,多消耗约5250m3/h的煤气[3]。

通过观察PO2出口氧含量的高低,可以判定过剩空气的多少,一般采取增加下料量的办法来降低氧含量。

现在氧含量控制在115%左右,过剩空气系数112,降低了燃料消耗,同时提高了产能。

3　结束语
经过多年的不断探索,通过优化设计,减少干燥段的漏风热损失;改进燃料,降低热耗成本;降低氢氧化铝水份;改进内衬结构,降低炉体散热损失;降低废气温度和过剩空气系数等一系列改进措施,使气态悬浮焙烧炉的热耗成本大为降低,取得了巨大的经济效益和社会效益。

[参考文献]
[1]　有色冶金炉设计手册[M].北京:冶金工业出版社,
2000.
[2]　煤气设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1987.
[3]　林育炼等.耐火材料与能源[M].北京:冶金工业出版
社,1993.
氧化铝熟料窑温度监控技术
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49有色冶金节能 2004年。