CN208856919U - 一种结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置。物料破碎及储备上料输送系统通过多路进料管线与流态化集成焙烧炉连接；流态化集成焙烧炉包括低温段和高温段；流态化集成焙烧炉的高温段上部通过第二烟道与干法除尘器连接；干法除尘器通过第三烟道与余热锅炉连接；余热锅炉通过第四烟道与酸回收系统连接；干法除尘器通过第四管线与流态化集成焙烧炉的高温段连接；干法除尘器通过第五管线与烟气再循环系统连接；烟气再循环系统通过第六管线与热风炉连接；热风炉与设置在流态化集成焙烧炉低温段的热风管线连接。本实用新型具有系统调节性和稳定性好、产品纯度高、能耗低、投资低、占地面积小等明显的优点。

Description

一种结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置

技术领域

本实用新型涉及一种结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，采用整体全密闭式的流态化集成焙烧炉，以高温烟气为热源连续完成结晶铝盐焙烧工艺过程，具有结晶铝盐免结渣焙烧制备工业级氧化铝并回收含酸腐蚀性烟气副产成品酸的功能。

背景技术

常规氧化铝生产是使用铝土矿资源，采用拜耳法工艺生产工业冶金级氧化铝。拜耳法以NaOH循环母液处理铝矿石，溶出氧化铝，采用晶种分解方法，使溶液中的氧化铝成为氢氧化铝结晶体，再焙烧制备工业冶金级氧化铝。全球 40％左右的氧化铝产能位于中国，而中国铝土矿资源仅占全球铝土矿资源的3％左右，我国铝土矿资源相对匮乏，铝土矿市场的供不应求使得中国每年需要进口大量铝土矿，我国铝土矿资源对外依存度超过70％。

针对我国铝土矿资源严重不足的现状，采用铝土矿的替代物，例如粉煤灰、煤矸石、工业冶金矿渣，以结晶铝盐为中间产品，例如六水结晶氯化铝、结晶硫酸铝、硫酸铝铵、碳酸铝铵、氢氧化铝等，以结晶铝盐焙烧制备氧化铝技术已经成为国内外许多科研机构的研究重点。

粉煤灰是煤炭在锅炉中燃烧后随烟气从锅炉尾部排出的、经除尘器收集下来的固体颗粒，属于工业固体废物。在国内某些地区的煤炭燃烧粉煤灰中，氧化铝含量高达40％～55％，已经达到铝土矿资源的边界品位，从高铝粉煤灰中以结晶铝盐为中间产品，经焙烧提取铝资源，不仅解决了粉煤灰对环境的危害问题，还在一定程度上缓解了我国铝土矿资源极为短缺的状况。粉煤灰可以成为提取氧化铝的宝贵资源，国内潜在高铝粉煤灰资源量150亿吨，超过全国已探明铝土矿资源总储量，是中国重要的铝土矿后备资源。

从上世纪40年代至今，粉煤灰的综合利用研究技术一直是国内外科研结构的研究热点。粉煤灰提取氧化铝技术主要包括酸法、碱法和酸碱联合法。酸法工艺是将粉煤灰溶于盐酸或硫酸溶液中，实现硅铝分离，蒸发浓缩结晶后得到各类结晶铝盐中间产品再经焙烧制取工业级氧化铝。焙烧产生的含酸气经过吸收系统重新产生盐酸、硫酸，重新用于粉煤灰的酸溶出，实现酸的闭路循环。酸法工艺的结晶铝盐有六水结晶氯化铝、结晶硫酸铝等，碱法及其他工艺的结晶铝盐有硫酸铝铵、碳酸铝铵、氢氧化铝等。

结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝反应机理如下：以六水氯化铝、氢氧化铝为例，其他类同：

(1)除去附着水，六水氯化铝热酌减量为5％。

AlCl₃﹡6H₂O+附着水→AlCl₃﹡6H₂O+水蒸气↑

Al(OH)₃﹡2H₂O+附着水→Al(OH)₃﹡2H₂O+水蒸气↑

(2)脱去结晶水、热分解，六水氯化铝热酌减量为71％。

2AlCl₃﹡6H₂O→Al₂O₃+6HCl↑+9H₂O↑

Al(OH)₃﹡2H₂O→Al₂O₃+3H₂O↑

(3)晶型转变

γ-Al₂O₃→α-Al₂O₃

在1000℃时，AlCl₃﹡6H₂O的焙烧产物以γ–Al₂O₃为主，在1150℃时，逐渐由γ-Al₂O₃转变为α-Al₂O₃

(4)级配调节

α-Al₂O₃含量反映了氧化铝的焙烧程度。焙烧程度越高，α-Al₂O₃含量越多，工业级氧化铝产品规格见表1。

表1工业级氧化铝产品

结晶铝盐焙烧是制备工业级氧化铝的关键技术。在工业化生产条件下，结晶铝盐含水率高、极容易吸水潮解，且物料容易潮解板结。例如六水氯化铝晶体约含有10％左右的附着水，由六水氯化铝晶体焙烧生产一吨氧化铝，需要原料5.261吨，产生4.261吨水蒸气和氯化氢。

回转窑是常规氧化铝生产过程中常用的氢氧化铝焙烧炉设备。在回转窑中，烟气同物料逆向而行对流传热，结晶铝盐物料存在传热效率低、能耗高、运行可靠性差、污染严重的缺陷，回转窑实际热效率仅为50～60％；传统氧化铝焙烧技术经过几十年的发展，各主要的氧化铝生产企业已经逐步采用流态化焙烧技术替代原有的回转窑，例如(流态闪速焙烧炉(F.F.C)、气体悬浮焙烧炉(G.S.C)、循环流态焙烧炉(C.F.C)都是当前先进的氢氧化铝焙烧技术，流态化焙烧炉热效率可以达到78～83％。

由于结晶铝盐焙烧机理与常规氧化铝工艺存在较大差异，现有的流态化焙烧炉存在以下问题：(1)上料系统无法实现含腐蚀、易潮解结晶铝盐的输送，破碎和储存，含酸气体对系统腐蚀性严重；(2)文丘里干燥器热负荷过低，无法满足结晶铝盐脱水、热分解能量需求。文丘里干燥器受结构和气流限制，供热不足导致结晶铝盐反应不彻底、变粘、结块、堵塞烟气管道，造成停炉和生产事故；(3)焙烧炉对结晶铝盐的适应性差，焙烧炉容积热负荷及换热条件无法满足结晶铝盐的反应热需求，能量分配不合理；如果提高主炉温度，也造成氧化铝过度焙烧，α-Al₂O₃成分增加，产品质量下降；(4)炉内气流速度高，氧化铝的破损率高；空气流速过快，循环量加大，能耗增大；(5)焙烧后物料量是原有的1/3，后旋风换热系统效率降低，旋风及管线气流速度高15米/秒，可能造成氧化铝大量携带；(6)气态悬浮炉多级旋风预热器系统漏风、系统阻力大、控制系统调节困难等问题。

专利CN101054192公开了一种由循环流化床粉煤灰制备结晶氯化铝的方法，未提出后续如何制备氧化铝工艺及装置。专利CN101811711A、CN101811712A 公开了一种由粉煤灰提取氧化铝的工艺方法，该工艺采用酸法处理，将粉煤灰在盐酸中溶出后依次经过沉降、蒸发结晶生成六水氯化铝，六水氯化铝颗粒通过回转窑或流化床焙烧分解成氧化铝和氯化氢气体，未提出后续如何制备氧化铝工艺及装置。专利CN101486478A公开了一种用循环流化床粉煤灰制备超细氢氧化铝、氧化铝的方法，该工艺采用首先从粉煤灰中得到氢氧化铝晶体，再通过煅烧得到氧化铝。专利CN101117228公开了一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法，该工艺先将硫酸铵配入粉煤灰进行烧结，生成的硫酸铝铵与氨气反应得到氢氧化铝晶体，氢氧化铝晶体焙烧得到氧化铝。专利CN103466672A、 CN203529952U公开了一种结晶氯化铝焙烧系统及方法，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。该专利针对结晶氯化铝焙烧但未提出具体的工艺过程，焙烧采用二步法，工业集成性差，能耗较高。CN203440103公开了一种结晶氯化铝煅烧系统，包括回转窑、流化床干燥器和旋风除尘器，利用高温烟气对六水氯化铝进行干燥脱水，可以有效降低锻烧能耗。该专利针对结晶氯化铝焙烧但未提出具体的工艺过程，焙烧采用回转窑、流化床组合二步法，工业集成性差，能耗较高。CN104649306A 公开了一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法，采用粉煤灰与硫酸铵两段式流态化焙烧，解决设备的高腐蚀、焙烧粘壁、结团、结焦的问题。未提出后续如何制备氧化铝工艺及装置，焙烧采用二步法。CN104058436A公开了一种回转窑焙烧六水结晶氯化铝制备氧化铝的装置及方法，焙烧采用回转窑，未提出后续如何制备氧化铝工艺。CN102502744A公开了一种结晶铝盐的免结渣型、多级差温流化焙烧系统及方法，焙烧采用二步法工艺。

专利分析表明，流态化焙烧炉气固接触良好，热、质传递快，生产效率高，产品质量好，采用流态化焙烧技术处理结晶铝盐制备工业级氧化铝符合行业发展趋势。目前涉及的专利不多，多是来源于常规氧化铝工艺技术，以回转窑和单级流化床组合焙烧、两级流化床组合焙烧方案为主，但采用以上技术进行结晶铝盐焙烧时，存在如下技术难题：(1)焙烧设备集成度差，连续运行性稳定性较差、能耗较高；(2)结晶铝盐含水率高，脱水分解需要吸收大量热量，因此若采用常规多级焙烧系统、串联旋风回收余热作为预热单元，由于大量的结晶水集中放出，热能供给不足、不及时，物料持续低温状态，易出现结团、结渣现象出现；(3)由于结晶铝盐焙烧分解释放的腐蚀性气体(如HCl、SO₃)易冷凝发生露点腐蚀，给现有设备带来严重的腐蚀问题，材料要求较高。(4)结晶铝盐焙烧吸热量大而且分解产生大量的腐蚀性气体和水蒸气，若采用常规的单流化床焙烧炉处理结晶铝盐，焙烧炉体积庞大，焙烧所需燃烧料量大，经济上不可行。

迄今为止，对结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置及方法的专利技术在国际上仍是一片空白，难度远远大于常规的氢氧化铝焙烧技术，需要进行全新的研究。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，采用物料破碎及储备上料输送系统实现结晶铝盐免结渣连续进料，可以解决现有结晶铝盐焙烧工艺对物料适应性差、焙烧能耗高、设备结团和酸低温露点腐蚀严重、焙烧烟气中的酸性气体可能造成环境污染的问题，系统集成度高、运行可靠、产品质量好，环保性能好。

为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，物料破碎及储备上料输送系统通过多路进料管线与流态化集成焙烧炉连接；流态化集成焙烧炉包括低温段和高温段；流态化集成焙烧炉的高温段上部通过第二烟道与干法除尘器连接；干法除尘器通过第三烟道与余热锅炉连接；余热锅炉通过第四烟道与酸回收系统连接；干法除尘器通过第四管线与流态化集成焙烧炉的高温段连接；干法除尘器通过第五管线与烟气再循环系统连接；烟气再循环系统通过第六管线与热风炉连接；热风炉与设置在流态化集成焙烧炉低温段的热风管线连接；热风炉通过第一热烟气管线与流态化集成焙烧炉的低温段下部连接；热风炉通过第二热烟气管线与流态化集成焙烧炉的高温段下部连接；流态化集成焙烧炉的低温段下部设置有第一排料管线；流态化集成焙烧炉的高温段下部通过第二排料管线与流化分离器连接；流化分离器通过第一管线与流化冷却器连接；流化冷却器通过第三管线与成品氧化铝包装系统连接；流化分离器通过第二管线与热风炉连接。

所述的物料破碎及储备上料输送系统采用抗酸腐蚀材质，包括螺旋给料装置和气力输送给料装置，用于破碎及输送原料结晶铝盐。

所述的原料结晶铝盐包括六水结晶氯化铝、结晶硫酸铝、硫酸铝铵、碳酸铝铵和氢氧化铝，适用的最高含水率为80％。

所述的流态化集成焙烧炉为整体全密闭式的流态化焙烧炉，内部为多层循环流化床、沸腾流化床并行结构，设计为常规循环流化床或悬浮态流化床，炉墙为全炉衬的绝热炉墙或带有水冷壁的水冷炉墙。

所述的流态化集成焙烧炉的低温段和高温段经顶部第一烟道和底部的阀门联通；左侧的低温段采用高循环倍率流化床，操作温度350～450℃，循环倍率 15～25，反应停留时间10～15min；右侧的高温段采用低循环倍率流化床，其上部设置有旋风分离装置30，高温段操作温度为850～1050℃，最高炉膛温度可以提高到1500℃，循环倍率1～5，反应停留时间0.5～2min。

所述的流态化集成焙烧炉的低温段具有下部的浓相区和中上部的稀相区，稀相区由稀薄的悬浮气体和粉末组成，在两个相的边界处密度急剧变化；低温段内部设置有多组控制烟气流向的折流部件；低温段中下部浓相区和稀相区交界处设置有热风管线的进料口，进料口有一个向上的与竖直方向呈45～60°的倾角，通道数量为4～8条。

所述的烟气再循环系统采用烟气循环风机及配套系统，烟气再循环量40～ 60％，成分体积含量占比：O₂占比1.38％，H₂O占比30.57％，N₂占比44.78％， CO₂占比9.44％，HCL占比13.38％，粉尘50mg/Nm³。

所述的酸回收系统采用低能耗气动塔结构，单系列烟气量处理为20万 Nm³/h，吸收效率不低于99.99％，成品酸浓度不低于31％。

所述的余热锅炉采用卧式火管锅炉结构，包括凝渣管束、蒸发管束II及蒸发管束III，水循环系统采用单汽包自然循环的蒸发系统；锅炉本体采用多层衬里结构，与烟气直接接触部分采用耐蚀耐磨的重质浇注料，中间层采用高强隔热的轻质浇注料，第三层采用具有良好隔热效果的陶瓷纤维板。

所述的流化分离器通入160℃预热空气和0.6MPaG饱和水蒸气；所述的热风炉通入燃料和空气；所述的酸回收系统回收副产成品酸，尾气环保达标排放；所述的尾气中HCl含量<50mg/Nm³，NOx含量<400mg/Nm³，SO₂含量 <200mg/Nm³，烟尘<30mg/Nm³。

本实用新型所取得的有益效果为：

本实用新型采用整体全密闭式的流态化集成焙烧炉，以高温烟气为热源连续完成结晶铝盐焙烧工艺过程；采用物料破碎及储备上料输送系统实现结晶铝盐免结渣连续进料；采用热风炉回收烟气余热并控制烟气温度；采用烟气再循环系统降低过量空气系数；采用高效干法除尘器、余热锅炉联合完成含酸腐蚀性烟气的气固分离、余热回收；采用流化分离器、流化冷却器回收成品氧化铝余热并提高产品质量；采用低能耗气动塔酸回收系统完成大流量烟气吸收并副产成品酸。

本实用新型解决了现有多级串联旋风预热结晶铝盐时，焙烧设备集成度差，连续运行性稳定性较差、能耗较高；大量的结晶水集中放出时，能量供给不足、物料持续低温状态易出现结团、结渣现象出现；酸低温露点腐蚀设备等问题。本实用新型具有对结晶铝盐附着水含量的适应性强、合理的能量梯级利用使输入工艺系统中的能量最大限度地转化为有效能量、系统调节性和稳定性好、产品纯度高、能耗低、低投资、占地面积小等明显的优点。具体为：

(1)系统可靠性提高。本实用新型的整体全密闭式的流态化集成焙烧炉，比常规的焙烧炉炉内换热强度提高，炉膛容积热负荷提高，温度场和烟气流程更趋合理，炉体散热损失减少，燃烧器数量减少，维护和操作简便。焙烧炉设备结构简单，单位炉容处理量大，占地面积小、投资省。

(2)连续完成结晶铝盐焙烧工艺过程。本实用新型的流态化集成焙烧炉连续完成结晶氯化铝干燥脱水、晶型转变等一系列物理化学演变过程。低温焙烧段温度350～450℃，高温焙烧段温度850～1050℃，独立控温运行。

(3)对结晶铝盐适应范围广。物料破碎及储备上料输送系统实现结晶铝盐免结渣连续进料。集成焙烧系统可满足结晶铝盐反应吸热量大的需求特点，解决结晶铝盐由于大量的结晶水集中放出，热能供给不足、不及时，而出现结团、结渣的现象。

(4)系统能耗低。采用热风炉回收烟气余热并控制烟气温度；采用烟气再循环系统降低过量空气系数；采用高效干法除尘器、余热锅炉联合完成含酸腐蚀性烟气的气固分离、余热回收；采用流化分离器、流化冷却器回收成品氧化铝余热并提高产品质量；采用低能耗气动塔酸回收系统完成大流量烟气吸收并副产成品酸。由于焙烧温度比常规流化床温度降低一半，对烟气余热和高温氧化铝颗粒进行多级余热回收，实现能耗的最小化；高温烟气进行多级余热回收并副产成品酸，合理的能量能级利用，焙烧系统的能耗明显降低，减少燃料的消耗，单位氧化铝能耗低；

(5)产品品质好。系统可以根据所需氧化铝品质调整焙烧温度，改变产品晶型，去除羟基，得到合格要求的产品。

附图说明

图1为结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置结构示意图；

图中：1.原料；2.物料破碎及储备上料输送系统；3.进料管线；4.第一烟道； 5.流态化集成焙烧炉；6.第二烟道；7.干法除尘器；8.第三烟道；9.余热锅炉；10.第四烟道；11.第一热烟气管线；12.第一排料管线；13.第二热烟气管线；14.第二排料管线；15、预热空气；16.水蒸气；17.流化分离器；18.第一管线；19.流化冷却器；20.第二管线；21.热风炉；22.烟气再循环系统；23. 空气；24.燃料；25.热风管线；26.第三管线；27.成品氧化铝包装系统；28.阀门；29.折流部件；30.旋风分离装置；31.第四管线；32.第五管线；33.第六管线；34.酸回收系统；35.尾气；36.成品酸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型所述一种结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置包括物料破碎及储备上料输送系统2、流态化集成焙烧炉5、干法除尘器7、余热锅炉9、流化分离器17、流化冷却器19、热风炉21、烟气再循环系统22、成品氧化铝包装系统27、旋风分离装置30和酸回收系统34。

物料破碎及储备上料输送系统2通过多路进料管线3与流态化集成焙烧炉5 连接；流态化集成焙烧炉5的高温段上部通过第二烟道6与干法除尘器7连接；干法除尘器7通过第三烟道8与余热锅炉9连接；余热锅炉9通过第四烟道10 与酸回收系统34连接；干法除尘器7通过第四管线31与流态化集成焙烧炉5 的高温段连接；干法除尘器7通过第五管线32与烟气再循环系统22连接；烟气再循环系统22通过第六管线33与热风炉21连接；热风炉21与设置在流态化集成焙烧炉5低温段中下部浓相区和稀相区交界处的热风管线25连接；热风炉21通过第一热烟气管线11与流态化集成焙烧炉5的低温段下部连接；热风炉21通过第二热烟气管线13与流态化集成焙烧炉5的高温段下部连接；流态化集成焙烧炉5的低温段下部设置有第一排料管线12；流态化集成焙烧炉5的高温段下部通过第二排料管线14与流化分离器17连接；流化分离器17通过第一管线18与流化冷却器19连接；流化冷却器19通过第三管线26与成品氧化铝包装系统27连接；流化分离器17通过第二管线20与热风炉21连接；流态化集成焙烧炉5的低温段内部设置有多组控制烟气流向的折流部件29。

原料1进入物料破碎及储备上料输送系统2，破碎后的物料通过多路进料管线3进入流态化集成焙烧炉5。来自流态化集成焙烧炉5的含酸腐蚀性烟气及夹带的固体颗粒通过第二烟道6进入干法除尘器7，气固分离后的固体颗粒经第四管线31再次进入流态化集成焙烧炉5的高温段；气固分离后的含酸腐蚀性烟气经过第三烟道8进入余热锅炉9回收烟气余热，再经过第四烟道10进入酸回收系统34，经过系统内的降温、洗涤、吸收工艺过程回收副产成品酸36，尾气35 环保达标排放。

来自流态化集成焙烧炉5的固体通过第二排料管线14进入流化分离器17，再经过第一管线18进入流化冷却器19，降温后成为产品氧化铝经第三管线26 送入成品氧化铝包装系统27输出系统之外。

来自流化冷却器19的烟气经过第二管线20与来自干法除尘器7除尘后的含酸腐蚀性烟气一部分，经第五管线32进入烟气再循环系统22增压后，再经第六管线33汇合进入热风炉21，经过燃料24和空气23燃烧加热后，烟气经过多路热风管线25送入流态化集成焙烧炉5中部区域。燃烧后的高温烟气流化风经过第一热烟气管线11、第二热烟气管线13进入流态化集成焙烧炉5，为固体流化提供稳定的高温流化风，流态化集成焙烧炉5下部设置有第一排料管线12，为固体床料的排放通道，降低固体物料在炉内的存量；预热空气15和0.6MPaG 饱和水蒸气16进入流化分离器17，为固体流化提供稳定的低温流化风。

物料破碎及储备上料输送系统2采用抗酸腐蚀材质，包括螺旋给料装置和气力输送给料装置，可以连续输送受热易潮解、易结块板结、腐蚀性固体物料，单套输送能力为80吨/小时。

所述的流态化集成焙烧炉5采用整体全密闭式的流态化焙烧炉，以高温烟气为热源连续完成结晶铝盐焙烧。连续完成结晶铝盐脱去附着水、脱去结晶水、热分解工艺过程。外形上为单台圆形或方形设备，内部为多层循环流化床、沸腾流化床并行结构，可设计为常规循环流化床或悬浮态流化床，炉墙可为全炉衬的绝热炉墙或带有水冷壁的水冷炉墙。左侧的低温段采用高循环倍率流化床，操作温度350～450℃，循环倍率15～25，反应停留时间10～15min，连续完成结晶铝盐脱去附着水、脱去结晶水、热分解工艺过程，结晶铝盐焙烧脱出全部游离水与结晶水，全部或80％转化为粗品氧化铝(无定型态)。右侧的高温段采用低循环倍率流化床，操作温度为850～1050℃，最高炉膛温度可以提高到 1500℃，循环倍率1～5，反应停留时间0.5～2min，其高温段粗品氧化铝转化为合格的γ–Al₂O₃，连续完成晶型转变、级配调节工艺过程，达到冶金级氧化铝产品要求。

所述的流态化集成焙烧炉5的低温段和高温段经顶部第一烟道4和底部的阀门28联通，分别控制循环倍率。其低温段具有下部的浓相区和中上部的稀相区，低温段绝大部分区域是由稀薄的悬浮气体和粉末组成稀相区，在这两个相的边界处密度急剧变化。其低温段内部具有多组控制烟气流向的折流部件29，可以延长反应停留时间，解决由于大量的结晶水集中放出，出现物料结团、结渣，热能供给不足、不及时的现象，提高对结晶铝盐附着水分适应性。结晶铝盐经过低温段顶部进料口至少1米处经进料管线3连续进料，通道为多路，数量为2～4条。来自热风炉21的含酸腐蚀性烟气经过热风管线25从低温段的中下部、浓相区和稀相区交界处的进料口喷入，进料口有一个向上的与竖直方向呈45～60°的倾角，通道数量为4～8条。其高温段成品氧化铝经过高温段底部出料口至少1米处经第二排料管线14连续出料，通道为单路，第二排料管线14 与流化分离器17直接连接。

所述的热风炉21回收烟气余热。来自流化冷却器19、干法除尘器7除尘后的含酸腐蚀性烟气一部分，经第五管线32进入烟气再循环系统22增压后，汇合进入到热风炉21中，经过空气23和燃料24燃烧加热，温度为1000±50℃的烟气再次进入流态化集成焙烧炉5，为炉膛的化学反应过程提供热量。热风炉 21具有耐酸腐蚀、防固体颗粒沉降堵塞的功能。

所述的烟气再循环系统22降低过量空气系数。来自高效干法除尘器7除尘后的含酸腐蚀性烟气一部分，被循环回热风炉21参与燃烧，以此可以减少助燃空气量，同时控制出口烟气温度。烟气再循环系统22具有耐酸腐蚀、抗固体粉尘磨损的功能。烟气再循环量40～60％，主要成分体积含量占比：O₂ 1.38％， H₂O 30.57％，N₂ 44.78％，CO₂ 9.44％，HCL13.38％，粉尘50mg/Nm³。

所述的流化分离器17冷却物料并去除固体中羟基含量，提高产品品质。工业级氧化铝对羟基含量有严格要求，经过预热空气15和0.6MPaG饱和水蒸气 16进入流化冷却器17，为物料冷却提供稳定的低温流化风，降低氧化铝温度并去除羟基，提高产品品质。

所述的酸回收系统34完成大流量烟气吸收并副产成品酸。采用低能耗气动塔结构，单系列烟气量处理为20万Nm³/h，吸收效率不低于99.99％，成品酸浓度不低于31％。

本实用新型适用于高含水率(附着水和结晶水)的结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝。例如：六水结晶氯化铝、结晶硫酸铝、硫酸铝铵、碳酸铝铵、氢氧化铝等，适用的最高含水率可达80％。

经皮带栈桥输送来的原料1(结晶铝盐)，进入物料破碎及储备上料输送系统2。在工业化生产条件下，由于结晶铝盐容易吸水潮解，其外水含量较难控制在10％，高含水率会大幅度提升单位产品热耗，因此，外水含量要尽可能降低，控制在小于10％比较合适；另外，原料1粒径对焙烧后产品质量有影响，破碎后物料粒径分布100～350mm占比80％比较合适。由于原料1破碎过程中有腐蚀性气体溢出，结晶铝盐受热易潮解、易结块板结，设备应采用抗酸腐蚀材质制作，采用抗腐蚀柔性螺旋给料装置、气力输送给料装置。由于物料输送量大，单套输送能力应不小于80吨/小时。

工业结晶铝盐经过皮带连续送入物料破碎及储备上料输送2，经过储存和破碎，从流态化集成焙烧炉5顶部通过多路进料管线3进入炉膛，均匀布料保证物料的受热均匀，另外多路进料对焙烧炉的稳定运行非常有利，可以防止由于进料不畅造成的事故停车。流态化集成焙烧炉5的低温段操作温度350～450℃，采用高循环倍率流化床，循环倍率15～25，反应停留时间10～15min，结晶铝盐焙烧脱出全部游离水与结晶水，全部或80％转化为粗品氧化铝(无定型态)；含酸腐蚀性烟气及夹带的固体颗粒经过高温段上部的旋风分离装置30气固分离后，粗品氧化铝颗粒被连续送入流态化集成焙烧炉5的高温段，经过850～1050℃高温焙烧，转化为合格的γ–Al₂O₃产品，高温段采用低循环倍率流化床，循环倍率1～5，反应停留时间0.5～2min，连续完成晶型转变、级配调节。低温段、高温段的操作温度及反应停留时间与结晶铝盐的反应机理有关，研究表明，在 360℃的焙烧温度下，结晶铝盐可以全部分解；在1000℃的焙烧温度下，可以全部转化为γ–Al₂O₃产品。

低温段和高温段经顶部第一烟道4和底部的阀门28联通，阀门28可以控制循环倍率并调节进入高温段的物料量，低温段和高温段独立调节性好，来自高温段的高温烟气经过顶部第一烟道4直接加热初品氧化铝，实现能级的梯级利用。流态化集成焙烧炉5为单台圆形或方形设备，内部为循环流化床或悬浮态流化床，炉墙可为全炉衬的绝热炉墙或带有水冷壁的水冷炉墙。低温段内部具有多组控制烟气流向的折流部件，提高炉内换热强度，延长反应停留时间，解决由于大量的结晶水集中放出，出现的物料结团、结渣，热能供给不足、不及时的现象，提高对结晶铝盐附着水分适应性。

成品氧化铝经过高温段底部出料口连续出料，经第二排料管线14进入流化分离器17。由于出炉的物料温度较高，约为950～1000℃，需要降温并消除物料夹带的有害成分。本实用新型在流化分离器17同时喷入160℃低温预热空气 15及0.6MPaG饱和水蒸气16，在流化冷却降温的同时去除羟基，再经过流化冷却器19的二次冷却，物料温度降为80℃，组分和级配达到工业冶金级氧化铝的产品标准，经过第三管线26送入成品氧化铝包装系统27输出界外。

本实用新型制备的成品氧化铝具有：γ–Al₂O₃≥99％、灼减＜0.6％、产品平均粒径：60～90μm、残留氯及羟基：0.8wt％的特性。

来自流态化集成焙烧炉5的含酸腐蚀性烟气及夹带的固体颗粒，通过第二烟道6进入干法除尘器7，采用烧结金属和旋风组合，分离效率≥92％。气固分离后的固体主要是初品γ–Al₂O₃，可以再次进入流态化集成焙烧炉5的高温段二次焙烧后加以利用。气固分离后的含酸腐蚀性烟气约400℃，进入余热锅炉9回收烟气余热，温度降低至180℃，回收的热量可以产生0.6MPaG饱和水蒸气。余热锅炉9采用卧式火管锅炉结构，采用防酸腐蚀和防粉尘粘结、堵塞技术及设备结构。高温烟气从余热锅炉9的进口进入水平烟道后，依次流经凝渣管束、蒸发管束II及蒸发管束III，水循环系统采用单汽包自然循环的蒸发系统；锅炉本体采用多层衬里结构，与烟气直接接触部分采用耐蚀耐磨的重质浇注料，中间层采用高强隔热的轻质浇注料，第三层采用具有良好隔热效果的陶瓷纤维板。

最后，含酸腐蚀性烟气经过第四烟道10进入酸回收系统34。酸回收系统采用低能耗气动塔完成大流量烟气吸收并副产成品酸。在低能耗气动塔中，含酸气从气动塔单元下方进入，在旋流器的作用下，形成具有一定速度的向上的旋转气流，与上端注入的吸收液托住反复旋切，增强了掺混，提高了传质效率，达到有酸气吸收、粉尘捕集的目的。相比常规酸回收系统，低能耗气动塔具有烟气处理量大吸收效率高的技术优势，可以解决常规盐酸回收系统需要多套并联，不利于系统流量、压力的平衡与分配的问题。由于HCl气体溶解和水蒸气凝结都是放热反应，它们放出的热量被降膜吸收器壳程中流动的循环冷却水带走。由低能耗气动塔底部出来的盐酸，一部分送到三级酸罐，其余大部分由酸泵送回低能耗气动塔，做为吸收液循环使用。单系列气动脱酸塔处理烟气量为 20万Nm³/h，吸收效率不低于99.99％，成品酸浓度不低于31％。再经过酸回收系统的降温、洗涤、吸收工艺过程，保证尾气环保达标排放，其中：HCl含量： <50mg/Nm³，NOx含量：<400mg/Nm³，SO₂含量：<200mg/Nm³，烟尘：<30mg/Nm³。

来自流化冷却器19的烟气温度约200℃，与来自干法除尘器7尘后的含酸腐蚀性烟气一部分，温度约350℃，经第五管线32进入烟气再循环系统22增压后，经第六管线33汇合进入到热风炉21。热风炉21采用全密闭立式圆筒炉结构，底部燃烧器向上燃烧，燃料可以是煤气、天然气、重油等。经过燃料燃烧加热后，温度为1000±50℃的烟气经过多路管线送入流态化集成焙烧炉5中部区域。采用热风炉系统可以回收烟气余热，精确控制烟气温度。

烟气再循环系统22采用含酸腐蚀性的烟气循环风机及配套系统，抽取40％温度较低的烟气与燃烧用空气混合，增大烟气体积，降低氧气的分气压，使燃烧火焰温度降低，抑制燃烧速度，减少燃烧过程中热力型NOx的生成，进而降低NOx的总量25％。采用烟气再循环系统22可以减少助燃空气量，降低过量空气系数。

经燃料燃烧后的高温烟气经过管线进入流态化集成焙烧炉5，为固体流化提供稳定的高温流化风，流化风温度为800～1000℃；第一排料管线12为固体床料的排放通道，可以降低固体物料在炉内的存量。经过预热的空气和0.6MPaG 饱和水蒸气进入流化冷却器19，为固体流化提供稳定的低温流化风，降低氧化铝温度并去除羟基，提高产品品质。

Claims (9)

1.一种结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，其特征在于：物料破碎及储备上料输送系统通过多路进料管线与流态化集成焙烧炉连接；流态化集成焙烧炉包括低温段和高温段；流态化集成焙烧炉的高温段上部通过第二烟道与干法除尘器连接；干法除尘器通过第三烟道与余热锅炉连接；余热锅炉通过第四烟道与酸回收系统连接；干法除尘器通过第四管线与流态化集成焙烧炉的高温段连接；干法除尘器通过第五管线与烟气再循环系统连接；烟气再循环系统通过第六管线与热风炉连接；热风炉与设置在流态化集成焙烧炉低温段的热风管线连接；热风炉通过第一热烟气管线与流态化集成焙烧炉的低温段下部连接；热风炉通过第二热烟气管线与流态化集成焙烧炉的高温段下部连接；流态化集成焙烧炉的低温段下部设置有第一排料管线；流态化集成焙烧炉的高温段下部通过第二排料管线与流化分离器连接；流化分离器通过第一管线与流化冷却器连接；流化冷却器通过第三管线与成品氧化铝包装系统连接；流化分离器通过第二管线与热风炉连接。

2.根据权利要求1所述的结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，其特征在于：所述的物料破碎及储备上料输送系统采用抗酸腐蚀材质，包括螺旋给料装置和气力输送给料装置，用于破碎及输送原料结晶铝盐。

3.根据权利要求1所述的结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，其特征在于：所述的流态化集成焙烧炉为整体全密闭式的流态化焙烧炉，内部为多层循环流化床、沸腾流化床并行结构，设计为常规循环流化床或悬浮态流化床，炉墙为全炉衬的绝热炉墙或带有水冷壁的水冷炉墙。

4.根据权利要求1所述的结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，其特征在于：所述的流态化集成焙烧炉的低温段和高温段经顶部第一烟道和底部的阀门联通；左侧的低温段采用高循环倍率流化床，操作温度350～450℃，循环倍率15～25，反应停留时间10～15min；右侧的高温段采用低循环倍率流化床，其上部设置有旋风分离装置(30)，高温段操作温度为850～1050℃，最高炉膛温度可以提高到1500℃，循环倍率1～5，反应停留时间0.5～2min。

5.根据权利要求1所述的结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，其特征在于：所述的流态化集成焙烧炉的低温段具有下部的浓相区和中上部的稀相区，稀相区由稀薄的悬浮气体和粉末组成，在两个相的边界处密度急剧变化；低温段内部设置有多组控制烟气流向的折流部件；低温段中下部浓相区和稀相区交界处设置有热风管线的进料口，进料口有一个向上的与竖直方向呈45～60°的倾角，通道数量为4～8条。

6.根据权利要求1所述的结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，其特征在于：所述的烟气再循环系统采用烟气循环风机及配套系统，烟气再循环量40～60％。

7.根据权利要求1所述的结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，其特征在于：所述的酸回收系统采用低能耗气动塔结构，单系列烟气量处理为20万Nm³/h，吸收效率不低于99.99％，成品酸浓度不低于31％。

8.根据权利要求1所述的结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，其特征在于：所述的余热锅炉采用卧式火管锅炉结构，包括凝渣管束、蒸发管束II及蒸发管束III，水循环系统采用单汽包自然循环的蒸发系统；锅炉本体采用多层衬里结构，与烟气直接接触部分采用耐蚀耐磨的重质浇注料，中间层采用高强隔热的轻质浇注料，第三层采用具有良好隔热效果的陶瓷纤维板。

9.根据权利要求1所述的结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置，其特征在于：所述的流化分离器通入160℃预热空气和0.6MPaG饱和水蒸气；所述的热风炉通入燃料和空气；所述的酸回收系统回收副产成品酸，尾气环保达标排放。