CN103466672A - 一种结晶氯化铝焙烧系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结晶氯化铝焙烧系统，包括：第一流化床焙烧炉，用于对进料的结晶氯化铝进行焙烧，得到初品氧化铝；第二流化床焙烧炉，用于对来自第一流化床焙烧炉的初品氧化铝进行进一步煅烧，得到氧化铝产品；物料输送装置，用于将物料从所述第一流化床焙烧炉输送到第二流化床焙烧炉；烟气管道，用于将来自第二流化床焙烧炉的烟气送入所述第一流化床焙烧炉。本发明还涉及一种焙烧方法；采用本发明的焙烧系统，结晶氯化铝在第一流化床焙烧炉内在高温烟气和热空气的作用下形成流化床，并被迅速干燥、分解，不会结块下沉、堵塞布风板，保证生产顺利进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种结晶氯化铝焙烧系统及方法。
背景技术
在采用“一步酸溶法”从粉煤灰中提取氧化铝的过程中，结晶氯化铝的锻烧是一道关键的工序。回转窑是目前常用的焙烧设备之一，在采用回转窑对物料进行焙烧时，其主要依靠窑内热气流来加热暴露的物料，同时依靠热的窑壁加热贴近窑壁的物料，然而中间的大量物料却不能直接与热的气流或者热的窑壁接触，使得回转窑焙烧热效低、能耗高（19.5MJ/Kg-Al2O3），制约了其工艺技术的发展。
目前，在氢氧化铝焙烧领域中，国内外主要采用节能型的流态化焙烧技术，广泛使用的炉型有流态化闪速焙烧炉（美国铝业公司）、循环流化床焙烧炉（德国鲁齐公司）、气态悬浮焙烧炉（丹麦史密斯公司）三种。这三种炉型工艺技术都是针对氢氧化铝焙烧设计的，运行时，来自主反应炉的高温烟气经处理后，送入文丘里干燥器对氢氧化铝进行预干燥，预干燥后的氢氧化铝再送往下一工序。
然而，上述三种焙烧炉在用于焙烧结晶氯化铝时，由于结晶氯化铝在低温阶段干燥脱水所需能量较大，文丘里干燥器难以使结晶氯化铝快速干燥脱水，导致结晶氯化铝受热变粘、结块，当下降至文丘里干燥器底部时，会堵塞烟气管道，影响焙烧炉产能，更有甚者会造成停炉和生产事故。若通过提高主炉温度进而提高文丘里干燥器烟气温度和流速来解决结晶氯化铝快速干燥脱水的问题，会造成主炉温度过高，氧化铝过度焙烧，空气流速过快，循环量加大，增大能耗。因此，上述三种炉型的工艺都不适合于结晶氯化铝的焙烧工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高效节能且适应结晶氯化铝煅烧制备氧化铝的工艺要求的结晶氯化铝焙烧系统及方法。
本发明提供的结晶氯化铝焙烧系统包括：
第一流化床焙烧炉，用于对进料的结晶氯化铝进行干燥、焙烧，得到初品氧化铝；
第二流化床焙烧炉，用于对来自第一流化床焙烧炉的初品氧化铝进行进一步焙烧，得到氧化铝产品；
物料输送装置，用于将初品氧化铝从所述第一流化床焙烧炉输送到第二流化床焙烧炉；
烟气管道，用于将来自第二流化床焙烧炉的烟气送入所述第一流化床焙烧炉。
根据本发明的焙烧系统，优选地，所述第一流化床焙烧炉包括：
第一炉体，所述第一炉体上部设有烟气出口；
布置在第一炉体下部的第一布风板，用于将所述第一炉体分为位于第一布风板上方的焙烧室和位于第一布风板下方的进气室；
第一热风装置，用于提供热空气使其从进气室通过第一布风板进入所述焙烧室，以使所述焙烧室中的物料流化；
第一颗粒分离器，用于接收来自第一炉体烟气出口的烟气及其夹带的颗粒物料并且将所述颗粒物料从烟气中分离出来；
第一送料装置，用于将所述第一颗粒分离器分离出的物料送回第一炉体焙烧室。
根据本发明的焙烧系统，优选地，所述第二流化床焙烧炉包括：
第二炉体，所述第二炉体上部设有烟气出口；
布置在第二炉体下部的第二布风板，用于将所述第二炉体分为位于第二布风板上方的焙烧室和位于第二布风板下方的进气室；
第二热风装置，用于提供热空气使其从进气室通过第一布风板进入所述焙烧室，以使所述焙烧室中的物料流化；
第二颗粒分离器，用于接收来自第二炉体烟气出口的烟气及其夹带的颗粒物料并且将所述颗粒物料从烟气中分离出来；
第二送料装置，用于将所述第二颗粒分离器分离出的物料送回第二炉体焙烧室。
优选地，所述第一、第二送料装置为螺旋给料机；所述物料输送装置为文丘里喷射器。
根据本发明的焙烧系统，优选地，第二颗粒分离器为旋风分离器，所述烟气管道的一端与所述旋风分离器的顶部出口联通，另一端与所述第一炉体焙烧室联通并且连接位置位于第一炉体进料口下方的侧壁上。
根据本发明的焙烧系统，优选地，所述第二流化床焙烧炉还设有第三热风装置，所述第三热风装置与所述第二炉体焙烧室相连，并且连接位置位于第二炉体进料口下方的侧壁上；所述第一流化床焙烧炉还设有第四热风装置，所述第四热风装置与所述烟气管道相连。
根据本发明的焙烧系统，优选地，所述焙烧系统还包括废热锅炉，所述废热锅炉设置在烟气管道上，用于降低所述烟气管道中的烟气温度。
根据本发明的焙烧系统，优选地，所述焙烧系统还包括：
流化床冷却器，用于冷却来自所述第二流化床焙烧炉的产品氧化铝；
第三颗粒分离器，用于分离来自所述流化床冷却器的烟气中的颗粒物质。优选地，所述第三颗粒分离器为旋风分离器，其顶部出口通过管线连接至所述第四热风装置的进气口。
根据本发明的焙烧系统，优选地，所述焙烧系统还设有初品氧化铝仓，用于收集来自所述第一流化床焙烧炉的初品氧化铝并经所述物料输送装置送往第二流化床焙烧炉。
本发明还提供了一种利用上述焙烧系统焙烧结晶氯化铝的方法，包括如下步骤：
（1）将结晶氯化铝加入第一流化床焙烧炉中，并在第一炉体焙烧室中形成流化床，床层温度为300-450℃，使结晶氯化铝与热空气和来自第二流化床焙烧炉的烟气充分接触，得到初品氧化铝；
（2）将所述初品氧化铝送入第二焙烧流化床中，并在第二炉体焙烧室中形成流化床，床层温度为750-1100℃，使初品氧化铝与热空气充分接触，得到氧化铝产品。
根据本发明的焙烧方法，优选地，所述结晶氯化铝在第一炉体焙烧室中的平均停留时间为6-10分钟，所述初品氧化铝在第二炉体焙烧室中的平均停留时间为6-10分钟。
本发明采用了第一流化床焙烧炉与第二流化床焙烧炉组合焙烧结晶氯化铝，充分利用来自第二流化床焙烧炉的高温烟气中的热量，提高了能量利用效率，减小废气量的排放；结晶氯化铝在第一流化床焙烧炉内在高温烟气和热空气的作用下形成流化床，并被迅速干燥、分解，不会结块下沉、堵塞布风板，保证生产顺利进行，完全适于结晶氯化铝煅烧制备氧化铝。
附图说明
图1为本发明提供的结晶氯化铝焙烧系统的流程示意图。
具体实施方式
以下参考附图进一步说明本发明所提供的结晶氯化铝焙烧系统及方法，但本发明并不因此而受到任何限制。
如图1所示，本发明的结晶氯化铝焙烧系统包括：第一流化床焙烧炉1，用于对进料的结晶氯化铝进行干燥、焙烧，得到初品氧化铝；第二流化床焙烧炉2，用于对来自第一流化床焙烧炉1的初品氧化铝进行进一步焙烧，得到氧化铝产品；物料输送装置3，用于将初品氧化铝从所述第一流化床焙烧炉1输送到第二流化床焙烧炉2；和烟气管道4，用于将来自第二流化床焙烧炉2的烟气送入所述第一流化床焙烧炉1。
在本发明中，所述第一流化床焙烧炉1可以是现有的流化床焙烧炉，在炉体内形成流化床，以便于气流和物料充分接触，进行快速地传质、传热，比如CN201074208Y、CN102515231A中所公开的流化床焙烧炉。在本发明的一个实施方式中，所述第一流化床焙烧炉1包括：第一炉体11、布置在第一炉体11下部的第一布风板12、第一热风装置15、第一颗粒分离器16和第一送料装置17。
其中，所述第一炉体11上部设有烟气出口，第一炉体11内的烟气及其夹带颗粒物料通过该烟气出口引出，当然，所述炉体还设有进料口和出料口。所述进料口处还可以设置方便结晶氯化铝进料的送料装置，比如螺旋喂料器等，这里不再赘述。
所述第一布风板12安装在第一炉体11内，比如将第一布风板12水平地通过焊接或螺栓连接至第一炉体11的侧壁上。所述第一布风板12将所述第一炉体11分为位于第一布风板12上方的焙烧室13和位于第一布风板12下方的进气室14，并使进入所述第一炉体焙烧室13的气流分布均匀。所述第一布风板12具有开孔结构，来自第一炉体进气室14的气流可以穿过第一布风板12进入第一炉体焙烧室13。所述布风板上具体的开孔形状、大小和分布可以根据实际情况通过常规工艺计算确定。所述第一炉体11的出料口既可以设置在所述第一炉体焙烧室13下部的侧壁上，也可以设置在所述第一炉体焙烧室13的底部，比如与所述第一布风板12处于同一平面上，能保证所述第一炉体焙烧室13内的物料顺利排出即可，这里不再赘述。
所述第一热风装置15用于提供热空气使其从第一炉体进气室14通过第一布风板12进入第一炉体焙烧室13，以使第一炉体焙烧室13中的物料流化。具体地，所述第一热风装置15可以是设置在第一炉体进气室14下端的燃烧器，向第一炉体进气室14内提供热空气，通过调节热空气的流速可以在第一炉体焙烧室13内使物料形成流化床。所述热空气既为形成流化床提供动力，又为物料焙烧提供热量。考虑到结晶氯化铝分解需要大量的热量，所述燃烧器可以设为多个，比如两个，共同向第一炉体进气室14内提供热空气。
所述第一颗粒分离器16连接第一炉体11上部的烟气出口，用于接收来自第一炉体11烟气出口的烟气及其夹带的颗粒物料并且将颗粒物料从烟气中分离出来。优选地，所述第一颗粒分离器16为旋风分离器。利用旋转气流所产生的离心力将颗粒物料从烟气气流中分离出来，分离后的烟气由其顶部出口引出，送往酸吸收系统6，回收氯化铝分解产生的氯化氢气体。
所述第一送料装置17的一端与第一颗粒分离器16的固体物料出口连接，在第一颗粒分离器16为旋风分离器的实施例中，该固体物料出口即为旋风分离器的底部出口；所述第一送料装置17的另一端与第一炉体焙烧室13连接，用于将所述第一颗粒分离器16分离出的物料送回第一炉体焙烧室13。优选地，所述第一送料装置17为螺旋喂料器。
所述第二流化床焙烧炉2同样可以是现有的流化床焙烧炉，在炉体内形成流化床，以便于气流和物料充分接触，进行快速地传质、传热，如CN201074208Y、CN102515231A中所公开的流化床焙烧炉。在本发明的又一个实施方式中，所述第二流化床焙烧炉2包括：第二炉体21，所述第二炉体21上部设有烟气出口；布置在第二炉体21下部的第二布风板22，用于将所述第二炉体21分为位于第二布风板22上方的焙烧室23和位于第二布风板22下方的进气室24；第二热风装置25，用于提供热空气使其从第二炉体进气室24通过第二布风板22进入第二炉体焙烧室23，以使第二炉体焙烧室23中的物料流化；第二颗粒分离器26，用于接收来自第二炉体21烟气出口的烟气及其夹带的颗粒物料并且将所述颗粒物料从烟气中分离出来；第二送料装置27，将所述第二颗粒分离器26分离出的物料送回第二炉体焙烧室23。本领域技术人员容易理解，上述关于第一流化床焙烧炉1的可能的或优选的设计同样适用于第二流化床焙烧炉2。进一步优选地，所述第二流化床焙烧炉2还设有第三热风装置28，所述第三热风装置28与所述第二炉体焙烧室23相连，其连接位置位于第二炉体21进料口下方的侧壁上，向第二炉体焙烧室23内引入横向气流，以进一步提高物料的焙烧效果。
优选地，所述物料输送装置3为文丘里喷射器，其一端连接第一炉体焙烧室11的出料口，另一端连接第二炉体焙烧室21的进料口。结晶氯化铝经过第一流化床焙烧炉处理后，不再存在粘结问题，因此可以使用文丘里输送器有效地将初品氧化铝从所述第一流化床焙烧炉1输送到第二流化床焙烧炉2。
所述烟气管道4的一端与第二颗粒分离装置26的烟气出口连通，在第二颗粒分离器26为旋风分离器的实施例中，该烟气出口即为旋风分离器的顶部出口；所述烟气管道4的另一端可以连接至第一炉体进气室14，与第一热风装置15提供的热空气一同进入第一炉体焙烧室13，或者优选直接连接至所述第一炉体焙烧室13并且连接位置位于第一炉体11进料口下方的侧壁上，向第一炉体焙烧室13内引入横向气流，以进一步提高物料的焙烧效果，同时也减轻酸吸收系统6的负担。
在本发明的另一种实施方式中，所述焙烧系统还包括废热锅炉5，所述废热锅炉5设置在烟气管道4上，用于使管道4中的烟气降温。优选地，将烟气的温度降低至400-600℃；进一步优选地，将烟气的温度降低至400-500℃。
在本发明的又一种实施方式中，所述焙烧系统还包括第四热风装置18，用于向第一炉体焙烧室13内引入横向气流，以进一步提高物料的流化干燥效果。所述第四热风装置18可以与所述第一炉体焙烧室13相连，其连接位置位于第一炉体11进料口下方的侧壁上，可以与所述烟气管道4在同一高度上，或者为与烟气管道4之上或之下。优选地，所述第四热风装置18与所述烟气管道4相连，通过所述烟气管道4向第一炉体焙烧室13中输送气流。
在本发明的再一种实施方式中，所述焙烧系统还设有流化床冷却器7，用于冷却来自所述第二流化床焙烧炉2的氧化铝，比如CN102435080A中所公开的流化床冷却器；和第三颗粒分离器8，用于分离来自所述流化床冷却器7的烟气中夹带的物料。优选地，所述第三颗粒分离器8为旋风分离器，分离出的物料与氧化铝产品汇合，烟气由其顶部出口通过管线送至酸吸收系统和/或所述第四热风装置，当第四热风装置运行时，为所述第四热风装置提供部分气源。进一步优选地，所述焙烧系统还设有初品氧化铝仓9，所述初品氧化铝仓9分别与第一炉体焙烧室11的出料口和所述物料输送装置3连接，用于收集来自所述第一流化床焙烧炉1的初品氧化铝并经所述物料输送装置3送往第二流化床焙烧炉2。在本发明中，所述初品氧化铝是指还含有尚未完全分解的氯化铝的氧化铝。
下面通过实施例进一步详细说明本发明所提供的焙烧系统和方法，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例
将含有4-5wt%附着水的结晶氯化铝，以5t/h连续进料至第一流化床焙烧炉1中，在下落过程中被来自烟气管道4的高温烟气和所述第一热风装置15提供的热空气吹散，并迅速干燥，其中高温烟气的速率为25-40m/s，热空气的速率约为3m/s，结晶氯化铝在第一布气板12上方形成流化床，床层温度控制在300－450℃，物料的平均停留时间控制在6－10分钟，结晶氯化铝基本分解为氯化氢、水蒸气和氧化铝，部分物料随烟气（包含氯化氢和水蒸气）上升，并经第一炉体11烟气出口进入第一颗粒分离装置16，分离出的固体物料通过第一送料装置17返回第一流化床焙烧炉1中循环焙烧，分离后烟气经顶部出口送至酸吸收系统6，回收氯化氢气体。包含部分未分解的氯化铝的初品氧化铝由经第一炉体11出料口进入初品氧化铝料仓9。
初品氧化铝通过物料输送装置3送入第二流化床焙烧炉2，在下落过程中被来自第二、第三热风装置25、28的热风吹散，其中第二、第三热风装置25、28的进气的速率约为3m/s，初品氧化铝在第二布气板22上方形成流化床，床层温度控制在750－1100℃，物料的平均停留时间控制在6－10分钟，氯化铝完全分解，氧化铝逐渐由γ－Al2O3转变为α－Al2O3。部分物料随烟气上升，并经第二炉体21烟气出口进入第二颗粒分离器26，分离出的固体物料通过第二送料装置27返回第二流化床焙烧炉2中循环焙烧，分离后烟气经顶部出口由烟气管道4送至第一流化床焙烧炉1。得到的产品氧化铝从第二焙烧流化床2出料口进入流化床冷却器7，与空气换热而被降温，空气经除尘后送往酸吸收系统6。
本实施例中，所述焙烧系统在处理420吨结晶氯化铝时的能耗见表1。
表1
| 序号 | 名称 | 单位 | 数值 |
| 1 | 氧化铝产量 | 吨 | 78 |
| 2 | 结晶氯化铝处理量 | 吨 | 420 |
| 3 | 柴油消耗量 | 吨 | 27.9 |
| 4 | 单位氧化铝能耗 | MJ/kg | 15 |
其中，柴油为第一、第二和第三热风装置的燃料。
本发明的能耗约为15MJ/Kg-Al2O3，比传统回转窑19.5MJ/Kg-Al2O3的能耗降低了23%。
Claims (10)
1.一种结晶氯化铝焙烧系统，包括：
第一流化床焙烧炉，用于对进料的结晶氯化铝进行干燥、焙烧，得到初品氧化铝；
第二流化床焙烧炉，用于对来自第一流化床焙烧炉的初品氧化铝进行进一步煅烧，得到氧化铝产品；
物料输送装置，用于将初品氧化铝从所述第一流化床焙烧炉输送到第二流化床焙烧炉；
烟气管道，用于将来自第二流化床焙烧炉的烟气送入所述第一流化床焙烧炉。
2.如权利要求1所述的焙烧系统，其特征在于，所述第一流化床焙烧炉包括：
第一炉体，所述第一炉体上部设有烟气出口；
布置在第一炉体下部的第一布风板，用于将所述第一炉体分为位于第一布风板上方的焙烧室和位于第一布风板下方的进气室；
第一热风装置，用于提供热空气使其从进气室通过第一布风板进入所述焙烧室，以使所述焙烧室中的物料流化；
第一颗粒分离器，用于接收来自第一炉体烟气出口的烟气及其夹带的颗粒物料并且将所述颗粒物料从烟气中分离出来；
第一送料装置，用于将所述第一颗粒分离器分离出的物料送回第一炉体焙烧室。
3.如权利要求1或2所述的焙烧系统，其特征在于，所述第二流化床焙烧炉包括：
第二炉体，所述第二炉体上部设有烟气出口；
布置在第二炉体下部的第二布风板，用于将所述第二炉体分为位于第二布风板上方的焙烧室和位于第二布风板下方的进气室；
第二热风装置，用于提供热空气使其从进气室通过第二布风板进入所述焙烧室，以使所述焙烧室中的物料流化；
第二颗粒分离器，用于接收来自第二炉体烟气出口的烟气及其夹带的颗粒物料并且将所述颗粒物料从烟气中分离出来；
第二送料装置，用于将所述第二颗粒分离器分离出的物料送回第二炉体焙烧室的装置。
4.如权利要求3所述的焙烧系统，其特征在于，所述第二颗粒分离器为旋风分离器，所述烟气管道的一端与所述旋风分离器的顶部出口联通，另一端与所述第一炉体焙烧室联通并且连接位置位于第一炉体进料口下方的侧壁上。
5.如权利要求4所述的焙烧系统，其特征在于，所述第二流化床焙烧炉还设有第三热风装置，所述第三热风装置与所述第二炉体焙烧室相连，并且连接位置位于第二炉体进料口下方的侧壁上；所述第一流化床焙烧炉还设有第四热风装置，所述第四热风装置与所述烟气管道相连。
6.如权利要求5所述的焙烧系统，其特征在于，所述焙烧系统还包括废热锅炉，所述废热锅炉设置在烟气管道上，用于降低所述烟气管道中的烟气温度。
7.如权利要求6所述的焙烧系统，其特征在于，所述焙烧系统还包括：
流化床冷却器，用于冷却来自所述第二流化床焙烧炉的产品氧化铝；
第三颗粒分离器，用于分离来自所述流化床冷却器的烟气中的颗粒物质。
8.根据权利要求7所述的焙烧系统，其特征在于，所述焙烧系统还设有初品氧化铝仓，用于收集来自所述第一流化床焙烧炉的初品氧化铝并经所述物料输送装置送往第二流化床焙烧炉。
9.一种采用权利要求1-8中任一项所述焙烧系统进行结晶氯化铝焙烧的方法，包括如下步骤：
（1）将结晶氯化铝加入第一流化床焙烧炉中，并在第一炉体焙烧室中形成流化床，床层温度为300-450℃，使结晶氯化铝与热空气和来自第二流化床焙烧炉的烟气充分接触，得到初品氧化铝；
（2）将所述初品氧化铝送入第二焙烧流化床中，并在第二炉体焙烧室中形成流化床，床层温度为750-1100℃，使初品氧化铝与热空气充分接触，得到氧化铝产品。
10.根据权利要求9所述的焙烧方法，其特征在于，所述结晶氯化铝在第一炉体焙烧室中的平均停留时间为6-10分钟，所述初品氧化铝在第二炉体焙烧室中的平均停留时间为6-10分钟。
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