CN109654874B - 一种新型的氧化铝立式活化焙烧装置及焙烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有色金属制备活性氧化铝的技术领域，具体涉及一种新型的氧化铝立式活化焙烧装置及方法。氧化铝小球在立式焙烧炉中自上而下运动，经过预存、焙烧和冷却过程后，从炉体底部下料阀排出。天然气燃烧产生的烟气自下而上的焙烧氧化铝小球，之后从炉体顶部一次和二次除尘后排出。炉体下部布置有冷却换热管，管内通冷却气体，焙烧后的高温氧化铝小球由管外流过时得以冷却，换热管中的冷却气体加热后通过风管送入燃烧室作为天然气的助燃气体，由此实现氧化铝小球的余热回收。本发明具有较高的余热回收利用率，燃烧烟气与氧化铝小球换热充分，并有效降低天然气能耗，该方法合理，高效，设备简洁易操作。

Description

一种新型的氧化铝立式活化焙烧装置及焙烧方法
技术领域
本发明涉及有色金属制备活性氧化铝的技术领域，具体涉及一种新型的氧化铝立式活化焙烧装置及焙烧方法。
背景技术
活性氧化铝，又名活性矾土。催化剂常用氧化铝作为基础材料，在催化剂中使用氧化铝的通常专称为“活性氧化铝”，它具有很大的表面积，是一种多孔性、高分散度的固体材料，其微孔表面使它具备吸附性能、表面活性、优良的热稳定性等，满足催化作用所要求的特性，当它用于催化反应时，其形状会对催化反应产生很大的影响，其工业上应用的外观形态有条形、微球、蜂窝状和球形等，其中球形氧化铝在作为催化剂时颗粒之间接触紧密，堆砌均匀，床层阻力大大减小，强化了传质和催化效果，故较为广泛地用作化学反应的催化剂和催化剂载体。
目前有色金属企业现有的焙烧氧化铝小球的装置及方法存在以下三个问题：
1、焙烧风从侧面进入炉膛，加热不均，对氧化铝小球的焙烧不够充分，能耗较高，天然气流量与氧化铝小球成品量的比值，即气固比为70～80:1Nm3/t；
2、冷却耗能大，效率低；
3、高温氧化铝球的余热未回收利用，浪费了一部分余热资源。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种新型的氧化铝立式活化焙烧装置及焙烧方法，针对有色金属企业现有的焙烧氧化铝小球的装置及方法存在着能耗高、余热未回收等弊端，本发明提出了一种新型氧化铝的立式活化焙烧装置及方法，其目的是既能使进入炉膛的焙烧风分布均匀，氧化铝小球能够焙烧充分，又能降低天然气的能耗，降低冷却耗能，提高冷却效率，对高温氧化铝球的余热进行回收利用。
具体技术方案如下：
一种新型的氧化铝立式活化焙烧装置，包括下料漏斗、插板阀A、暂存室、插板阀B、炉体、自激式除尘器、皮带传送机、风机和连接以上装置的管路；下料漏斗下方与暂存室下方均设置插板阀，下料漏斗下方为插板阀A，暂存室下方为插板阀B，下料漏斗与暂存室之间通过下料管道连接，插板阀B下方为炉体；所述炉体采用平滑竖式结构，炉体的顶部设置风管连接自激式除尘器，炉体内部分为焙烧区B和冷却区L，焙烧区B设置在冷却区L的上方，炉体内上部设置筛网，炉体焙烧区内设置有燃烧器A和燃烧器B，燃烧器A和燃烧器B上下间隔式布置，燃烧器A在燃烧器B的上方，风机A与燃烧器A连接，风机B与燃烧器B连接；炉体内送入焙烧风的风管采用上、下双排热风管布置方式，焙烧风管A的形状设置为环形人字嵌套，焙烧风管B的形状设置为多环形人字嵌套；炉体冷却区内布置有冷却换热管，冷却换热管采用“U形”间隔式布置，且通过风管A和燃烧室A相连，通过风管B和燃烧室B相连，冷却换热管通过风管与风机连接，风管上设置流量控制阀；所述炉体的底部设置旋转下料阀，炉体下方设置皮带传送机。
一种新型的氧化铝立式活化焙烧方法，将氧化铝小球投入到立式活化焙烧炉中，天然气流量与氧化铝生球处理量的比值，即气固比为35～40:1Nm3/t，控制氧化铝小球的焙烧温度为400℃～500℃，考虑到氧化铝小球焙烧过程中的烧失量，实际天然气流量与氧化铝小球成品量的比值，即气固比为55～65:1Nm3/t；该炉体冷却区布置的冷却换热管，管内通常温的冷却空气，空气流量与天然气流量的比值为9:50Nm3/m3，焙烧后的高温氧化铝小球由管外流过时得以冷却，冷却后的氧化铝小球由炉体底部排出，与氧化铝小球充分接触后携带氧化铝小球显热的空气则通过风管送入燃烧室中作为天然气的助燃空气和配置热空气，实现氧化铝小球的余热回收，此时热空气的温度为100℃～150℃；天然气燃烧产生的烟气在上行过程中会裹挟生球上脱落的粉尘，经过炉体上部筛网进行一次除尘，然后通过炉体顶部的烟气风管进入自激式除尘器，完成二次除尘后排入大气中。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
利用本发明提供的焙烧方法和装置，可以降低天然气的能耗，回收高温氧化铝小球的余热，提高成品球的质量，减少污染气体的排放。
主要体现在：
(1)加料装置采用双阀系统，保证密封，防止未处理的尾气直接进入大气；
(2)炉体采用平滑竖式结构，使炉体内的气流分布均匀，保证气固换热充分；
(3)炉体焙烧区内，采用上、下双排热风管布置方式，且上下间隔布置，焙烧风管的形状分别设置为环形人字嵌套和多环形人字嵌套，实现热风与活铝球的充分接触，保证气固间传热传质效果；
(4)炉体冷却区内，采用风管间隔式气固换热，使得完成焙烧后的活铝球与冷却空气进行充分热交换，降低竖炉能耗；而热风进入燃烧混风室，保证进入竖炉具有稳定的热风温度和流量。采用这样混风方式，可精准控制进入竖炉的风量和风温；
(5)采用经济燃烧温度，即将天然气的实际燃烧温度控制在某一范围内，以尽可能减小不完全燃烧损失。燃烧产物与来自于热风管的冷却空气充分混合，既保证了进入竖炉热风量质的稳定性，又保证了燃烧效率，降低竖炉能耗。
附图说明
图1为本发明焙烧装置示意图；
图2为本发明装置焙烧风管示意图。
1-下料漏斗，2-插板阀A，3-暂存室，4-插板阀B，5-烟气风管，6-下料管道，7-筛网，8-自激式除尘器，9-炉体，10-焙烧风管A，11-燃烧室A，12-燃烧器A，13-风机A，14-风管A，15-焙烧风管B，16-燃烧室B，17-燃烧器B，18-风机B，19-风管B，20-冷却换热管，21-风管，22-流量调节阀，23-风机，24-旋转下料阀，25-皮带传送机，B-焙烧区，L-冷却区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受附图所限。
图1为本发明焙烧装置示意图，图2为本发明装置焙烧风管示意图，如图所示：一种新型的氧化铝立式活化焙烧装置，该装置主要包括下料漏斗1、插板阀A2、暂存室3、插板阀B4、竖式封闭的炉体9、自激式除尘器8、皮带传送机25、风机23和连接以上装置的管路；下料漏斗1下方与暂存室3上方均设置插板阀，下料漏斗1下方为插板阀A2，暂存室下方为插板阀B4，下料漏斗1与暂存室3之间通过下料管道6连接，插板阀B4下方为炉体9；所述炉体9采用平滑竖式结构，炉体9的顶部设置烟气风管5连接自激式除尘器8，炉体9内部分为焙烧区B和冷却区L，焙烧区B设置在冷却区L的上方，炉体9内上部设置筛网7，炉体焙烧区B内设置有燃烧器A12和燃烧器B17，燃烧器A12和燃烧器B17上下间隔式布置，燃烧器A12在燃烧器B17的上方，风机A13与燃烧器A12连接，风机B18与燃烧器B17连接，炉体9内送入焙烧风的风管采用上、下双排热风管布置方式，焙烧风管A10的形状设置为环形人字嵌套，焙烧风管B15的形状设置为多环形人字嵌套；炉体9冷却区L内布置有冷却换热管20，冷却换热管20采用“U形”间隔式布置，且通过风管A14和燃烧室A11相连，通过风管B19和燃烧室B16相连，冷却换热管20通过风管21与风机23连接，风管21上设置流量控制阀22；所述炉体9的底部设置旋转下料阀24，炉体下方设置皮带传送机25。
加入氧化铝小球原料时，插板阀A2打开，插板阀B11关闭，物料经由下料漏斗1进入暂存室3中，待暂存室3充满物料后，关闭插板阀A2，打开插板阀B4，物料受重力作用经下料管道6进入炉体9的焙烧段，天然气通过风机A13、燃烧器A12、风机B18、燃烧器B17在燃烧室A11和燃烧室B16燃烧产生的烟气由炉体9内的焙烧风管A10与焙烧风管B15送入炉膛中，焙烧风管A10的形状为环形人字嵌套，焙烧风管B15的形状为多环形人字嵌套，焙烧风管送出的热风与物料在焙烧区B内充分接触，进行焙烧，完成焙烧后，物料下落进入炉体9的冷却区L，冷却区L布置有冷却换热管20，管内是风机23通过风管21送入的常温冷却空气，送入空气的流量由风管21上的流量调节阀22控制，焙烧后的高温物料由管外流过时得以冷却，携带物料显热的空气，通过风管A14和风管B19分别送至燃烧室A11和燃烧室B17作为天然气燃烧的助燃空气和配置热空气，由此实现物料的余热回收，物料冷却完成后，受重力作用继续下落，经由炉体9底部的旋转下料阀24出料到皮带传送机25上收集起来，天然气燃烧产生的烟气在上行过程中会裹挟生球上脱落的粉尘，经过炉体上部筛网7进行一次除尘，然后通过炉体顶部的烟气风管5进入自激式除尘器8，完成二次除尘后排入大气中。
下面通过定量计算来说明本发明的有益效果：
例如：热风进口400℃，出口烟气温度100℃
(1)1m3天然气完全燃烧需要10.8m3空气，产生11.53m3烟气。天然气燃烧后的温度若设定为1000℃，此时热风炉温系数为0.85，则天然气的理论燃烧温度为1170℃，燃烧后烟气的比容为1.515kJ/(m3﹒K)。炉底助燃的热空气温度为100℃，比容为1.3kJ/(m3﹒K)，可得：
Figure BDA0001892880630000071
此时空气过量系数为1.86，即1m3天然气需助燃20.1m3的热空气，将产生20.8m3的烟气。
由于进焙烧炉的热空气温度为400℃，故而需要配置部分的热空气。设配置空气过量系数为m，则
Figure BDA0001892880630000072
此时配置空气过量系数为3.68，即1m3天然气需配置39.74m3的热空气，才能将天然气燃烧后的温度从1000℃降到400℃。两部分最终将产生60.54m3的烟气。
(2)生球含水量以30％计，由生球处理量970kg/h可知，生球内水量为291kg/h。液态水的比容为4.2kJ/(kg﹒K)，水蒸气的比容为2.1kJ/(kg﹒K)，水的汽化潜热为2260kJ/kg。考虑到烟气露点等问题，出口烟气的温度设定为100℃，由此可得生球脱水所需要的热量为
Q1＝291×4.2×(100-20)＝97776kJ/h
Q2＝291×2260＝657660kJ/h
Q＝Q1+Q2＝755436kJ/h
(3)基于解析计算，当生球处理量970kg/h，烟气进口温度为400℃，加热段和焙烧段高度设置为3m时，生球温度可达到300～350℃，此时生球吸热量为
Q4＝970×0.7×0.84×(350-20)＝188219kJ/h
(4)假设原料需要消耗天然气的量为Xm3/h，完全燃烧后产生60.54*X m3烟气，出口烟气的温度为100℃，因此烟气传递给生球的热量为
Q5＝60.54×X×1.515×(400-100)＝27515X kJ/h
此时
Q5＝Q+Q4
求得天然气的量为34.3m3/h，考虑焙烧炉的散热损失为5％，则生球处理量为970kg/h的焙烧炉需要天然气的量为36.1m3/h，需要615m3/h的助燃空气和1216.04m3/h的配置热空气。
每吨原料的天然气消耗量为35.36m3。由于生球烧失量为35％，故单位产品的天然气消耗量为54.4m3。
该计算说明使用此装置有效降低了天然气的能耗，该方法合理，高效，设备简洁易操作，比较利于在钢铁企业制备活性氧化铝技术领域推广应用。

Claims (2)

1.一种新型的氧化铝立式活化焙烧装置，其特征在于：包括下料漏斗、插板阀A、暂存室、插板阀B、炉体、自激式除尘器、皮带传送机、风机和连接以上装置的管路；下料漏斗下方与暂存室下方均设置插板阀，下料漏斗下方为插板阀A，暂存室下方为插板阀B，下料漏斗与暂存室之间通过下料管道连接，插板阀B下方为炉体；所述炉体采用平滑竖式结构，炉体的顶部设置风管连接自激式除尘器，炉体内部分为焙烧区B和冷却区L，焙烧区B设置在冷却区L的上方，炉体内上部设置筛网，炉体焙烧区内设置有燃烧器A和燃烧器B，燃烧器A和燃烧器B上下间隔式布置，燃烧器A在燃烧器B的上方，风机A与燃烧器A连接，风机B与燃烧器B连接；炉体内送入焙烧风的风管采用上、下双排热风管布置方式，焙烧风管A的形状设置为环形人字嵌套，焙烧风管B的形状设置为多环形人字嵌套；炉体冷却区内布置有冷却换热管，冷却换热管采用“U形”间隔式布置，且通过风管A和燃烧室A相连，通过风管B和燃烧室B相连，冷却换热管通过风管与风机连接，风管上设置流量控制阀；所述炉体的底部设置旋转下料阀，炉体下方设置皮带传送机。
2.一种使用权利要求1所述的新型的氧化铝立式活化焙烧装置的焙烧方法，其特征在于：使进入炉膛的焙烧风分布均匀，氧化铝小球能够焙烧充分，又能降低天然气的能耗，降低冷却耗能，提高冷却效率，对高温氧化铝球的余热进行回收利用；将氧化铝小球投入到立式活化焙烧炉中，天然气流量与氧化铝生球处理量的比值，即气固比为35～40:1 Nm3/t，控制氧化铝小球的焙烧温度为400℃～500℃，考虑到氧化铝小球焙烧过程中的烧失量，实际天然气流量与氧化铝小球成品量的比值，即气固比为55～65:1 Nm3/t；该炉体冷却区布置的冷却换热管，管内通常温的冷却空气，空气流量与天然气流量的比值为9:50Nm3/m3，焙烧后的高温氧化铝小球由管外流过时得以冷却，冷却后的氧化铝小球由炉体底部排出，与氧化铝小球充分接触后携带氧化铝小球显热的空气则通过风管送入燃烧室中作为天然气的助燃空气和配置热空气，实现氧化铝小球的余热回收，此时热空气的温度为100℃～150℃；天然气燃烧产生的烟气在上行过程中会裹挟生球上脱落的粉尘，经过炉体上部筛网进行一次除尘，然后通过炉体顶部的烟气风管进入自激式除尘器，完成二次除尘后排入大气中。
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