氧化鋁熟料窯系統(tǒng)增產(chǎn)改造與節(jié)能降耗28頁(yè)

1、氧化鋁熟料窯系統(tǒng)增產(chǎn)改造與節(jié)能降耗丁國(guó)紅 楊占營(yíng)中州分公司裝備能源部摘要氧化鋁熟料燒成系統(tǒng)是燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的核心工序，長(zhǎng)期以來(lái)，所有堿石灰燒結(jié)法氧化鋁廠均遵循“以窯定產(chǎn)”生產(chǎn)模式，因此，只要提高氧化鋁熟料窯系統(tǒng)臺(tái)時(shí)產(chǎn)能，就能提高整個(gè)燒結(jié)法氧化鋁廠的產(chǎn)量，相應(yīng)降低噸氧化鋁資產(chǎn)折舊成本。提高氧化鋁熟料窯系統(tǒng)臺(tái)時(shí)產(chǎn)能可通過(guò)四個(gè)方面改造實(shí)現(xiàn)，即燃燒器改造、密封系統(tǒng)改造、內(nèi)襯系統(tǒng)改造、窯體保溫及返灰系統(tǒng)保溫改造。通過(guò)改造大幅度提高氧化鋁熟料窯系統(tǒng)臺(tái)時(shí)產(chǎn)能。氧化鋁熟料窯系統(tǒng)能耗包括電耗、水耗、煤耗。煤粉制備系統(tǒng)由球磨機(jī)改為立式磨可大幅度降低電力消耗。熟料冷卻機(jī)改造可大幅度提高熟料顯熱利用率，同時(shí)降低

2、冷卻水消耗。電收塵器改為布袋收塵器，可降低電力消耗，同時(shí)提高收塵效率，減少因粉塵排放造成的浪費(fèi)，減少了因粉塵排放造成的污染。氧化鋁熟料窯系統(tǒng)余熱綜合利用也是降低消耗的有力措施。增加低溫發(fā)電裝置利用余熱發(fā)電。通過(guò)上述改進(jìn)，提高了氧化鋁熟料窯系統(tǒng)臺(tái)時(shí)產(chǎn)能，降低了綜合能耗，降低了噸氧化鋁生產(chǎn)成本，減少了因粉塵排放及二氧化碳排放造成的污染。具有很顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：氧化鋁，燒結(jié)法，熟料窯前言傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為堿石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)成本高于拜耳法，主要原因是堿石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)的綜合能耗高于拜耳法。這是一段時(shí)間以來(lái)堿石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)逐步萎縮的主要原因。隨著高品位鋁土礦資源的日趨緊缺，堿石

3、灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)又重新受到人們的廣泛關(guān)注。實(shí)際上相比堿石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)，拜耳法氧化鋁生產(chǎn)綜合能耗并不具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。從理論上講，不管是堿石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)還是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)，最主要的目的都是為了完成鋁酸鈉反應(yīng)，利用鋁酸鈉溶解于水的物理性質(zhì)，完成從鋁土礦中精選出氧化鋁的選礦作業(yè)。讓氧化鈉和氧化鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鋁酸鈉，不管是堿石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)還是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)，在理論上講其反應(yīng)熱是完全相等的，拜耳法完全沒(méi)有優(yōu)勢(shì)可言。眾所周知，一般來(lái)講拜耳法生成鋁酸鈉反應(yīng)是利用蒸汽提供熱源（高壓溶出），而燒結(jié)法生成鋁酸鈉反應(yīng)是利用煤燃燒提供熱源，很顯然，拜耳法采用的是二次能源，而且蒸汽屬于低密度能源

4、，而燒結(jié)法采用的則是一次能源。所以，從能源利用效率上講，燒結(jié)法具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。另一方面，拜耳法是最古老的氧化鋁選礦工藝，迄今已有二百多年，在能源的綜合利用方面已經(jīng)非常完善，而燒結(jié)法是在上世紀(jì)五十年代才問(wèn)世的先進(jìn)技術(shù)，在提高能源利用率方面還有很多潛力可以發(fā)掘。通過(guò)分析，傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為堿石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)成本高于拜耳法，實(shí)際上只是一個(gè)誤解。如果我們?cè)趬A石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中采取更加科學(xué)、更加完善的措施來(lái)提高能源利用效率，一定能夠解除人們的誤解。氧化鋁熟料窯系統(tǒng)增產(chǎn)與節(jié)能降耗的改造正是減少浪費(fèi)、提高能源綜合利用效率的重要措施之一。1. 氧化鋁熟料窯系統(tǒng)的改造氧化鋁熟料窯系統(tǒng)增產(chǎn)改造與節(jié)能降耗改造是相

5、輔相成的，通過(guò)以下幾個(gè)方面逐一討論。1.1 煤粉制備系統(tǒng)改造氧化鋁熟料窯所用的燃料一般為煤粉。傳統(tǒng)的煤粉制備一般采用球磨機(jī)（Ball Mill）。球磨機(jī)的工作原理如下圖1所示。球磨機(jī)橫截面示意圖圖1 球磨機(jī)工作原理示意圖如圖1所示，隨著磨體按箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)，磨機(jī)內(nèi)的研磨體（鋼球或鋼段）在摩擦力的作用下被升高，當(dāng)研磨體升高的一定高度時(shí)靠自重下落，從而對(duì)物料破碎及研磨。在這一過(guò)程中，研磨體和物料之間的研磨和撞擊被稱作“有用功”，而研磨體與研磨體之間的研磨和撞擊被認(rèn)為是“無(wú)用功”，很顯然無(wú)用功所占的比例相當(dāng)高，不僅浪費(fèi)電力，同時(shí)浪費(fèi)研磨體。為了避免球磨機(jī)的這種固有缺陷帶來(lái)的損失及浪費(fèi)，我們將球磨機(jī)改為

6、立式磨（Vertical Mill），利用立式磨來(lái)進(jìn)行煤粉的研磨制備。圖2 立式磨（Vertical Mill）示意圖如圖2所示，原煤從原煤入口經(jīng)分隔輪喂料器進(jìn)入研磨腔內(nèi)，研磨盤(pán)在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，研磨輪在研磨盤(pán)上滾動(dòng)，從而對(duì)煤粉進(jìn)行破碎研磨加工。熱風(fēng)從磨體下部引入，研磨加工后的煤粉由熱風(fēng)攜帶，經(jīng)粗細(xì)粉分離后由煤粉出口排出。煤粉排除后，經(jīng)布袋收塵器完成風(fēng)煤分離，如圖3所示。圖3 立式磨物料加工工藝流程示意圖立式磨對(duì)物料的研磨加工電力利用效率遠(yuǎn)高于球磨機(jī)，改造后可大幅度降低噸煤粉加工的電力消耗。1.2 收塵系統(tǒng)改造目前，氧化鋁熟料窯廢氣含塵量非常高，在排入大氣之前經(jīng)過(guò)了立煙道、旋風(fēng)收塵器

7、、電收塵器等環(huán)節(jié)收塵。長(zhǎng)期以來(lái)，電收塵器（Electrostatic Precipitator）被認(rèn)為是最有效的收塵裝置，隨著布袋收塵器（Bag house）技術(shù)的不斷進(jìn)步，在很多領(lǐng)域，電收塵器正在逐步被布袋收塵器取代。圖4 用于氧化鋁焙燒爐的布袋收塵器例如，氧化鋁焙燒爐的收塵長(zhǎng)期以來(lái)一直采用電收塵器，目前不少氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)正在逐步將氧化鋁焙燒爐電收塵器改造為布袋收塵器，圖4所示為澳大利亞昆士蘭氧化鋁廠3臺(tái)氧化鋁焙燒爐均采用了布袋收塵器，每臺(tái)氧化鋁焙燒爐日產(chǎn)量為4500噸。電收塵器工作原理如圖5所示。首先通過(guò)變壓整流裝置產(chǎn)生高壓直流電（6080KV）。高壓直流電作用于極板和極線之間，從而使粉塵

8、顆粒帶電。帶電后的粉塵顆粒在電場(chǎng)力的作用下沉淀在極板上，再通過(guò)震打極板使沉淀在極板上面的灰餅降落到灰斗中。和布袋收塵器相比，電收塵器存在如下缺點(diǎn)：首先，電耗較高，粉塵顆粒帶電必須通過(guò)高電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此電耗較高。第二，在震打極板時(shí)，造成粉塵二次飛揚(yáng)，造成廢氣中粉塵含量較高。第三，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用較高。極板、極線、變壓整流裝置、控制系統(tǒng)等備件成本較高，所以設(shè)備維修費(fèi)用比較高。圖5 電收塵器工作原理示意圖布袋收塵器工作原理非常簡(jiǎn)單，含塵廢氣通過(guò)布袋過(guò)濾，粉塵被過(guò)濾后經(jīng)過(guò)機(jī)械輸送返回到生產(chǎn)流程中，而含塵量符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的的廢氣則被排放到大氣中。圖5所示為布袋收塵原理示意圖。圖6 布袋過(guò)濾粉塵原理示意圖圖

9、6左邊為粉塵過(guò)濾過(guò)程，廢氣中的粉塵經(jīng)過(guò)布袋過(guò)濾后附著在布袋上，形成具有一定厚度的灰餅。圖6右邊為落灰過(guò)程。當(dāng)附著在布袋上的灰餅達(dá)到一定厚度以后，通過(guò)關(guān)閉閥門(mén)，阻止廢氣通過(guò)布袋，同時(shí)開(kāi)啟反吹風(fēng)，使附著在布袋上的灰餅降落到下面的灰斗中，再通過(guò)運(yùn)輸機(jī)械將收集的灰返回到生產(chǎn)流程中。圖7為布袋收塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖7 布袋收塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖顯然，布袋收塵器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，而且電耗大幅度減少，排放量顯著減低。布袋收塵器用于氧化鋁熟料窯廢氣收塵會(huì)遇到開(kāi)窯時(shí)廢氣溫度過(guò)高的問(wèn)題，可增加臨時(shí)排空煙道，當(dāng)廢氣溫度過(guò)高時(shí)，短時(shí)間臨時(shí)對(duì)空排放。1.3 窯尾廢氣的余熱利用眾所周知，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)面

10、臨節(jié)能減排的壓力越來(lái)越大。建材行業(yè)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的余熱利用已經(jīng)開(kāi)展了許多年，特別是在干法窯系統(tǒng)中，余熱發(fā)電技術(shù)早已經(jīng)日臻成熟，用于熟料熱回收以及窯尾廢氣熱回收。而對(duì)于濕法窯來(lái)說(shuō)，余熱利用技術(shù)，尤其是濕法窯廢氣熱回收技術(shù)，仍未能廣泛開(kāi)展。為了提高濕法窯能源利用效率，某燒結(jié)法氧化鋁廠在其熟料窯廢氣余熱利用方面做了初步的探索，結(jié)果證明，當(dāng)廢氣溫度高于200攝氏度時(shí)，采用有機(jī)工作介質(zhì)余熱鍋爐，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，經(jīng)濟(jì)效益顯著。1.3.1 余熱鍋爐安裝某燒結(jié)法氧化鋁廠熟料窯廢氣排放如圖8所示。圖8 氧化鋁熟料窯廢氣收塵及排放系統(tǒng)示意圖改造后的廢氣收塵及排放系統(tǒng)如圖9所示。圖9 熱交換器（余熱鍋爐）安裝位

11、置示意圖如圖9所示，為了充分利用廢氣中的熱量，將熱交換器分為低溫?zé)峤粨Q器和高溫?zé)峤粨Q器。高溫?zé)峤粨Q器安裝在收塵器的進(jìn)口端，低溫?zé)峤粨Q器安裝在收塵器的出口端。當(dāng)廢氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)收塵器初步收塵后，廢氣中的粉塵濃度大幅度降低，但其粉塵含量仍然在每立方米1000毫克以上，此時(shí)廢氣的溫度在230250 攝氏度之間，這樣高的廢氣溫度非常不利于收塵器的正常工作。廢氣流經(jīng)高溫?zé)峤粨Q器時(shí)，氣流與導(dǎo)熱油進(jìn)行熱交換，使氣流溫度降低到150180 攝氏度之間，導(dǎo)熱油被加熱到200220攝氏度之間。導(dǎo)熱油在進(jìn)入高溫?zé)峤粨Q器之前必須先經(jīng)過(guò)低溫?zé)峤粨Q器預(yù)熱，并使其溫度高于100攝氏度。當(dāng)進(jìn)入高溫?zé)峤粨Q器的導(dǎo)熱油溫度低于100攝

12、氏度時(shí)，由于廢氣中含大量水蒸氣，則熱交換器的表面就會(huì)結(jié)露。同時(shí)廢氣含塵量又高于每立方米1000毫克，一旦熱交換器的表面出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，熱交換器表面立即出現(xiàn)結(jié)疤，很快就會(huì)堵塞熱交換器，廢氣無(wú)法排放，造成回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行，所以導(dǎo)熱油進(jìn)入高溫?zé)峤粨Q器之前必須先經(jīng)過(guò)低溫?zé)峤粨Q器預(yù)熱，使其溫度不低于100攝氏度。1.3.2 有機(jī)介質(zhì)鍋爐及發(fā)電設(shè)備研究有機(jī)介質(zhì)鍋爐及有機(jī)介質(zhì)氣體發(fā)電裝置的工作原理如圖10所示。圖10 有機(jī)介質(zhì)鍋爐及發(fā)電設(shè)備原理示意圖經(jīng)過(guò)兩級(jí)預(yù)熱器加熱后的導(dǎo)熱油溫度在200攝氏度左右，按照?qǐng)D10中所示輸入到有機(jī)介質(zhì)鍋爐，用導(dǎo)熱油中所蓄含的熱能加熱鍋爐中的有機(jī)介質(zhì)，當(dāng)溫度到達(dá)一定值后，產(chǎn)生有機(jī)

13、介質(zhì)蒸汽，當(dāng)蒸汽壓力達(dá)到一定值后即可以驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。從汽輪發(fā)電機(jī)排出的有機(jī)介質(zhì)蒸汽進(jìn)入冷凝器冷卻成液體，冷凝后有機(jī)介質(zhì)液體從冷凝器排出經(jīng)強(qiáng)制循環(huán)泵再次輸入到有機(jī)介質(zhì)鍋爐。有機(jī)介質(zhì)在鍋爐和冷凝器之間可永久性重復(fù)使用。圖10中的冷卻水可通過(guò)獨(dú)立的水處理冷卻塔進(jìn)行冷卻，溫度較低的冷卻水用來(lái)冷卻有機(jī)介質(zhì)蒸汽使其凝結(jié)成液體。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，該裝置可將廢氣中20%的熱能回收轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?jīng)濟(jì)效益顯著。1.4 冷卻機(jī)改造1.4.1 熟料顯熱支出及回收分析由于氧化鋁生產(chǎn)工藝要求氧化鋁熟料必需緩慢冷卻，因此氧化鋁熟料窯一般采用回轉(zhuǎn)式冷卻機(jī)，傳統(tǒng)的冷卻機(jī)內(nèi)襯及淋水冷卻裝置如圖11所示：圖11 傳統(tǒng)的氧化鋁熟料單筒冷

14、卻機(jī)示意圖冷卻機(jī)內(nèi)襯長(zhǎng)度占冷卻機(jī)總長(zhǎng)的35%，淋水區(qū)域占總長(zhǎng)的43%，自由端占22%。熟料燒結(jié)后，通過(guò)下料室流入冷卻機(jī)，高溫熟料(10001100）在冷卻機(jī)內(nèi)與二次風(fēng)進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)以下目的：1.4.1.1最大限度地提高二次風(fēng)溫度。很顯然，二次風(fēng)溫度提高，不僅有利于煤粉的燃燒，同時(shí)充分利用熟料顯熱，降低燃料消耗。經(jīng)對(duì)某廠窯系統(tǒng)熱平衡的測(cè)定，按圖11所示的冷卻機(jī)熟料顯熱占系統(tǒng)熱支出的15.2%而二次風(fēng)的帶入熱占總熱收入的7.82%，熟料的余熱利用率只有51.4%，仍有很大潛力可挖。1.4.1.2燒結(jié)后熟料通過(guò)冷卻機(jī)的冷卻，使熟料的溫度降低到200以下，以滿足熟料溶出工藝方面的要求。僅靠二次風(fēng)對(duì)熟

15、料的冷卻很難在較短的時(shí)間內(nèi)使熟料的溫度降低到200以下，因此必須采取冷卻機(jī)筒體外淋水冷卻，同時(shí)，在噴淋水冷卻區(qū)域設(shè)置楊料板換熱器，以強(qiáng)化熟料與筒體及熟料與二次風(fēng)的熱交換。1.4.1.3冷卻機(jī)對(duì)熟料的冷卻過(guò)程中，應(yīng)避免急劇冷卻，高溫熟料中有25%左右的液相，假若被快速急劇冷卻，來(lái)不及形成Na2O.Al2O3，Na2O.Fe2O3，2CaO.SiO2 等,而是以4CaO.Al2O3.Fe2O3，或 xNa2O.yCaO.zSiO2等三元化合物或玻璃體存在，從而使熟料的Na2O、Al2O3溶出率降低，也將影響溶出赤泥的沉降性。這也是目前Al2O3行業(yè)多采用回轉(zhuǎn)式冷卻機(jī)而不采用篦式冷卻機(jī)的主要原因1。

16、通過(guò)對(duì)冷卻機(jī)內(nèi)襯的改進(jìn)，在滿足上述三個(gè)方面的要求的情況下，提高熟料顯熱的回收率，提高二次風(fēng)的溫度是我們進(jìn)行冷卻機(jī)內(nèi)襯改進(jìn)的最主要的目的。二次風(fēng)溫度的提高具有以下幾個(gè)方面的效果：1.4.1.4有利于窯產(chǎn)能的提高及煤耗的降低。根據(jù)理論計(jì)算二次風(fēng)的溫度每提高60，火焰溫度可提高約30，熟料產(chǎn)量可提2.5-4%，噸熟料煤耗可降低2-4%。1.4.1.5二次風(fēng)溫度的提高可縮短煤粉入窯后的燃燒時(shí)間，非常有利于煤粉的燃燒，可降低對(duì)燒成煤揮發(fā)分的要求，從而降低燒成煤的采購(gòu)價(jià)格。1.4.1.6二次風(fēng)溫度提高后，避免熟料的欠燒，有利于提高Al2O3及Na2O的溶出率。1.4.2 回轉(zhuǎn)式冷卻機(jī)改進(jìn)方案設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)上述分

17、析，努力減少熟料顯熱的浪費(fèi)，強(qiáng)化二次風(fēng)與高溫熟料之間的熱交換是回轉(zhuǎn)式冷卻機(jī)內(nèi)襯改進(jìn)最根本的目的。1.4.2.1 延長(zhǎng)冷卻機(jī)內(nèi)襯的長(zhǎng)度。冷卻機(jī)內(nèi)襯有兩個(gè)方面的作用，一方面保護(hù)冷卻機(jī)筒體，使其免遭高溫熟料對(duì)其造成熱損害及機(jī)械磨損，另一方面還可以減少冷卻機(jī)筒體表面散熱，顯而易見(jiàn)，冷卻機(jī)內(nèi)襯越長(zhǎng)，則在冷卻機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，高溫熟料處于高溫狀態(tài)的路徑越長(zhǎng)，越有利于熟料對(duì)二次風(fēng)的預(yù)熱?？紤]到工藝對(duì)出料溫度的要求，內(nèi)襯長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)，以免冷卻機(jī)出料溫度太高。根據(jù)粗略計(jì)算，對(duì)于L/D比大于11的回轉(zhuǎn)式冷卻機(jī)，內(nèi)襯長(zhǎng)度占冷卻機(jī)總長(zhǎng)的6570%為宜。1.4.2.2 縮短自然散熱區(qū)域。1.4.2.3 確保淋水冷卻區(qū)域的長(zhǎng)

18、度。對(duì)于已經(jīng)建成投產(chǎn)的熟料體系，冷卻機(jī)的總長(zhǎng)度是很難改變的，冷卻機(jī)內(nèi)襯長(zhǎng)度的增加一方面對(duì)提高二次風(fēng)的溫度及為有利，但另一方面也大幅度降低了原來(lái)冷卻機(jī)對(duì)熟料的冷卻能力，因此，為了保證冷卻機(jī)的出料溫度不高于200，必須確保淋水區(qū)域的長(zhǎng)度，一般情況下，該區(qū)域不應(yīng)小于冷卻機(jī)總長(zhǎng)的20%。1.4.2.4 在內(nèi)襯區(qū)域采取強(qiáng)制換熱措施。如圖12所示，圖12 揚(yáng)料型冷卻機(jī)內(nèi)襯改造示意圖在內(nèi)襯中增加揚(yáng)料磚。雖然這種內(nèi)襯結(jié)構(gòu)并不能形成有利于稀相換熱的料幕，但的確能強(qiáng)化熟料與二次風(fēng)的熱交換。首先，冷卻機(jī)動(dòng)過(guò)轉(zhuǎn)過(guò)程中，揚(yáng)料磚的應(yīng)用使得熟料的溫度更加均勻，有利于熟料對(duì)二次的預(yù)熱；其次，冷卻機(jī)揚(yáng)料磚的應(yīng)用抑制了熟料的前進(jìn)

19、速度，延長(zhǎng)了熟料與二次風(fēng)之間的交換時(shí)間；第三，增加了內(nèi)襯與二次風(fēng)之間的換熱面積，熟料加熱內(nèi)襯，內(nèi)襯再預(yù)熱了二次風(fēng)，這也是熟料與二次風(fēng)之間熱交換的主要途徑，揚(yáng)料磚的應(yīng)用，使得這種熱交換的途徑更加有效。雖然揚(yáng)料磚的應(yīng)用非常有利于熟料與二次風(fēng)之間的熱交換，但考慮到必須對(duì)氧化鋁熟料的緩慢冷卻，因此，揚(yáng)料磚的設(shè)置區(qū)域不宜超過(guò)內(nèi)襯總長(zhǎng)度的3/4，即靠近進(jìn)料端的內(nèi)襯區(qū)域（一般不低于內(nèi)襯總長(zhǎng)的1/4）不宜設(shè)置揚(yáng)料磚。經(jīng)過(guò)改造，二次風(fēng)溫度得到顯著提高，對(duì)降低消耗起到了積極作用。1.5 氧化鋁熟料窯內(nèi)襯強(qiáng)制換熱區(qū)域改造濕法回轉(zhuǎn)窯從窯頭（出料端）到窯尾（進(jìn)料端）依次分為冷卻帶、燒成帶、預(yù)熱分解帶、烘干帶等。長(zhǎng)期的生

20、產(chǎn)實(shí)踐表明，預(yù)熱分解帶是制約窯產(chǎn)能進(jìn)一步提高的關(guān)鍵區(qū)域。如圖13所示。窯體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物料沿圖示方向滾動(dòng)，窯內(nèi)高溫?zé)釟饬靼磮D示方向加熱物料。由于料層較厚，中心部位始終得不到很好地加熱，影響了熟料燒成質(zhì)量，限制了窯產(chǎn)能的進(jìn)一步提高。圖13 預(yù)熱分解帶物料與高溫氣流的熱交換因此為了進(jìn)一步提高窯的產(chǎn)能，必須改善預(yù)熱分解帶物料與高溫?zé)釟饬鞯臒峤粨Q狀態(tài)。1.5.1 窯尾揚(yáng)料板區(qū)域內(nèi)襯及揚(yáng)料板為了提高物料與高溫?zé)釟饬鞯膿Q熱效果，早在上世紀(jì)八十年代初，不少企業(yè)在濕法回轉(zhuǎn)窯的低溫區(qū)域（即預(yù)熱分解帶低溫段）安裝了揚(yáng)料板換熱器（簡(jiǎn)稱揚(yáng)料板），如圖14所示。圖14 濕法回轉(zhuǎn)窯強(qiáng)制換熱區(qū)域示意圖刮料器區(qū)域筒體裸露，沒(méi)有內(nèi)

21、襯；揚(yáng)料板區(qū)域采用輕質(zhì)澆注料內(nèi)襯。從料漿噴槍射入的料漿在刮料器區(qū)域和強(qiáng)制換熱區(qū)域被窯內(nèi)的熱風(fēng)烘干，形成固體粉料。因此，熟料窯在運(yùn)行過(guò)程中在這兩個(gè)區(qū)域具有如下特點(diǎn)：首先，料漿中水分的蒸發(fā)主要是在烘干帶完成的，80%-90%的水分在此區(qū)域被蒸發(fā)而成為水蒸氣，因此要求烘干帶內(nèi)不僅必須保持相當(dāng)高的溫度，而且必須要為料漿中水分的蒸發(fā)提供足夠的熱量。由此可見(jiàn)：盡量減少窯體的散熱損失，對(duì)于提高窯內(nèi)的溫度，進(jìn)一步提高窯的烘干能力，從而提高窯的產(chǎn)能是有利的。其次，刮料器區(qū)域的窯筒體一般不設(shè)置內(nèi)襯，因此其散熱損失較為嚴(yán)重，故應(yīng)盡量縮短該區(qū)域。目前一般濕法回轉(zhuǎn)窯內(nèi)刮料器的長(zhǎng)度為13.5米，而裸露筒體的刮料器區(qū)域?yàn)?

22、5米。根據(jù)某氧化鋁廠的經(jīng)驗(yàn)，刮料器的長(zhǎng)度為78米即可滿足生產(chǎn)需求，因此裸露筒體的刮料器區(qū)域長(zhǎng)度可縮短為8.59米。第三，現(xiàn)有揚(yáng)料板區(qū)域揚(yáng)料板密度較大，且環(huán)向軸向交錯(cuò)布置，其排列極為復(fù)雜，不適宜砌筑耐火磚。目前，4.5米×100米回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，該區(qū)域大都采用澆注料內(nèi)襯。澆注料內(nèi)襯最大的優(yōu)點(diǎn)是非常適宜結(jié)構(gòu)復(fù)雜的內(nèi)襯施工，但和磚砌內(nèi)襯相比存在如下缺點(diǎn)：1.5.1.1施工工藝復(fù)雜，施工效率低。澆注料施工必須經(jīng)過(guò)制作安裝錨固件、制作安裝模板、澆注料的攪拌振搗、模板拆除、養(yǎng)生等許多工序，需要電工、電焊工、混凝土工、筑爐工、木工等許多工種相互配合施工，不僅工藝復(fù)雜、需要施工人員多，且施工效率低。值得一

23、提的是，由于澆注料整體性好，舊內(nèi)襯拆除及清理時(shí)也會(huì)遇到很大困難。1.5.1.2所需養(yǎng)生及烘窯時(shí)間長(zhǎng)。由于熟料窯是燒結(jié)法氧化鋁廠的關(guān)鍵設(shè)備，因此要求熟料窯的檢修工期非常短，而澆注料內(nèi)襯施工完畢后必須留有充分的養(yǎng)生時(shí)間，同時(shí)還要消耗相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間嚴(yán)格按烘窯曲線進(jìn)行烘窯，可見(jiàn)澆注料內(nèi)襯從根本上不適合于濕法回轉(zhuǎn)窯。長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐表明：澆注料內(nèi)襯施工完畢后，往往因?yàn)椴荒苡谐浞值酿B(yǎng)生及烘窯時(shí)間而造成過(guò)早的損壞，經(jīng)常出現(xiàn)揚(yáng)料板區(qū)域筒體表面溫度過(guò)高，窯體散熱加劇，甚至出現(xiàn)紅窯現(xiàn)象。1.5.2 強(qiáng)制換熱區(qū)域內(nèi)襯及揚(yáng)料板改進(jìn)經(jīng)過(guò)上述分析，不難理解，上述方案存在亟待改進(jìn)之處，于是有些企業(yè)就將強(qiáng)制換熱區(qū)域進(jìn)行了改進(jìn)，如

24、圖15所示。圖15 改造后強(qiáng)制換熱區(qū)域示意圖由圖可見(jiàn)，改造后的揚(yáng)料板布置比較規(guī)則，便于砌筑耐火磚；改造后的內(nèi)襯不再是單一的澆筑料內(nèi)襯而是磚砌內(nèi)襯和少量的澆筑料內(nèi)襯。實(shí)際施工中，由于揚(yáng)料板安裝時(shí)采用了焊接方法，即揚(yáng)料板焊接在金屬筒體上，所以緊貼揚(yáng)料板周?chē)鲋突鸫u存在困難，因此揚(yáng)料板周?chē)圆捎昧藵仓蟽?nèi)襯。經(jīng)測(cè)算，在該區(qū)域澆筑料內(nèi)襯約占該區(qū)域內(nèi)襯總量的10%。實(shí)踐證明，和單一的澆筑料內(nèi)襯相比，采用澆筑料內(nèi)襯和磚砌內(nèi)襯相結(jié)合，施工效率大幅度提高，內(nèi)襯的施工質(zhì)量更容易保證，內(nèi)襯的使用壽命大幅度提高。某企業(yè)經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)后，內(nèi)襯的使用壽命由原來(lái)的不足12個(gè)月提高到了36個(gè)月。同時(shí)內(nèi)襯的施工費(fèi)用大幅度降低

25、，經(jīng)測(cè)算改造后的施工費(fèi)用僅占原有內(nèi)襯施工費(fèi)用的30%。然而，上述內(nèi)襯是磚砌內(nèi)襯與澆筑料內(nèi)襯的結(jié)合，不足之處也是顯而易見(jiàn)的。首先，該內(nèi)襯并沒(méi)有完全擺脫澆筑料內(nèi)襯的缺點(diǎn)；其次，為了耐火磚內(nèi)襯的穩(wěn)定，必須在揚(yáng)料板的周?chē)惭b防護(hù)板，而且防護(hù)板的形狀及位置精度都有比較高的要求，從而確保磚砌內(nèi)襯的穩(wěn)定，這增加了施工難度及成本；第三，由于澆筑料內(nèi)襯的早期損壞，常常導(dǎo)致防護(hù)板變形，這樣會(huì)導(dǎo)致磚砌內(nèi)襯的損壞，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，防護(hù)板的變形雖然沒(méi)有導(dǎo)致大面積磚砌內(nèi)襯的脫落，但曾經(jīng)多次出現(xiàn)靠近防護(hù)板的耐火磚折斷、脫落、局部掉磚等損壞。為了克服耐火磚內(nèi)襯存在的上述不足之處，某企業(yè)研究設(shè)計(jì)了一種采用單一磚砌內(nèi)襯的強(qiáng)制換熱區(qū)域內(nèi)

26、襯，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，內(nèi)襯施工及揚(yáng)料板安裝施工效率大幅度提高，內(nèi)襯使用壽命得到延長(zhǎng)，窯體散熱顯著減少。1.5.3 強(qiáng)制換熱區(qū)域內(nèi)襯及揚(yáng)料板設(shè)計(jì)施工濕法回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱分解帶低溫段內(nèi)襯中采用揚(yáng)料板進(jìn)行強(qiáng)制換熱始于上世紀(jì)八十年代，楊料板的應(yīng)用使?jié)穹ɑ剞D(zhuǎn)窯的產(chǎn)能提高了近13%1，因此，不管采用澆筑料內(nèi)襯還是磚砌內(nèi)襯，都必須確保揚(yáng)料板安裝方便，確保揚(yáng)料板能發(fā)揮充分揚(yáng)料效果。經(jīng)驗(yàn)表明，10米長(zhǎng)安裝揚(yáng)料板的強(qiáng)制換熱區(qū)域的氣固換熱效果相當(dāng)于20米長(zhǎng)的無(wú)揚(yáng)料板中空區(qū)域。如圖16所示，在磚砌內(nèi)襯與澆筑料內(nèi)襯結(jié)合的強(qiáng)制換熱區(qū)域中，楊料板是通過(guò)固定板安裝在筒體上。固定板與筒體焊接，再用螺栓將楊料板固定在固定板上，然后，固定板

27、、螺栓、揚(yáng)料板的根部等均被埋在澆筑料內(nèi)襯中。圖16 在磚砌內(nèi)襯與澆筑料內(nèi)襯結(jié)合的強(qiáng)制換熱區(qū)域中楊料板安裝示意圖很顯然，這種揚(yáng)料板的安裝方式非常不利于揚(yáng)料板的更換。在更換揚(yáng)料板之前，必須先將澆筑料內(nèi)襯清理干凈，然后再用氣割將損壞的揚(yáng)料板及其固定板割除，焊接好新的固定板，安裝揚(yáng)料板，最后施工澆筑料。設(shè)計(jì)中考慮到為了方便揚(yáng)料板的拆卸，揚(yáng)料板的安裝采用了螺紋連接，然而實(shí)際上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行后，螺栓嚴(yán)重銹蝕，無(wú)法拆卸，只能采用氣割的方法的拆除揚(yáng)料板?？傊瑮盍习宀捎眠@種安裝方式不僅施工難度大，而且工期長(zhǎng)，施工費(fèi)用高。1.5.3.1 嵌入式揚(yáng)料板的設(shè)計(jì)新的揚(yáng)料板設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用附掛的安裝方式，即將揚(yáng)料板附掛

28、在耐火磚上而不是將揚(yáng)料板安裝在筒體上，在磚砌內(nèi)襯砌筑時(shí)，將揚(yáng)料板嵌入到內(nèi)襯中。揚(yáng)料板的形狀如圖17所示。圖17 嵌入式揚(yáng)料板示意圖該揚(yáng)料板采用耐熱鋼鑄造，其牌號(hào)可參照1Cr18Ni9Ti。1.5.3.2 附著揚(yáng)料板的耐火磚設(shè)計(jì)圖18 附著揚(yáng)料板的耐火磚示意圖附著嵌入式揚(yáng)料板的耐火磚必須能夠牢固地將揚(yáng)料板固定在磚砌內(nèi)襯里。根據(jù)嵌入式揚(yáng)料板的外觀形狀可將耐火磚設(shè)計(jì)成如圖6形狀。這種形狀有利于耐火磚的壓力成型，耐火磚的材質(zhì)可選用N-1粘土質(zhì)磚，耐火磚必須有比較準(zhǔn)確的尺寸精度，以保證能將嵌入式揚(yáng)料板固定牢固。一般來(lái)講，上述壓力成型的燒結(jié)粘土磚在制作成型時(shí)其難度較一般楔形磚略大，但與澆筑料成型的異型磚相

29、比，制作成本大幅度下降，減少了內(nèi)襯的成本。值得引起注意的是，由于該耐火磚必須附著嵌入式揚(yáng)料板，其厚度設(shè)計(jì)要比內(nèi)襯中其他一般楔形磚略大，從而增加其在內(nèi)襯中的穩(wěn)定性。1.5.4 濕法回轉(zhuǎn)窯強(qiáng)制換熱區(qū)域內(nèi)襯的設(shè)計(jì)及施工如圖1所示，對(duì)于4.5米×100米的濕法回轉(zhuǎn)窯，其強(qiáng)制換熱區(qū)域一般在距離窯頭70米86米之間，在濕法回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行期間，該區(qū)域的物料溫度約180攝氏度，氣流溫度約500攝氏度，普通耐火泥漿在這樣的溫度范圍內(nèi)強(qiáng)度比較低。為了保證內(nèi)襯的整體強(qiáng)度，該區(qū)域選用的耐火泥漿必須具有比較高的中低溫強(qiáng)度。某耐火材料材料廠生產(chǎn)的PA-80耐高溫膠泥在用于粘土磚內(nèi)襯時(shí)其中低溫抗折粘結(jié)強(qiáng)度均大于12兆

30、帕，比較適合該區(qū)域內(nèi)襯。強(qiáng)制換熱區(qū)域內(nèi)襯設(shè)計(jì)如圖19所示。圖19 強(qiáng)制換熱區(qū)域內(nèi)襯示意圖N-1粘土磚內(nèi)襯在強(qiáng)制換熱區(qū)域的使用壽命一般在3年左右，而采用耐熱鋼制作的嵌入式揚(yáng)料板的使用壽命也在3年左右，二者的使用壽命基本上是同步的。在內(nèi)襯更換時(shí)，清理出的舊揚(yáng)料板可以回收再利用，有利于降低成本。內(nèi)襯砌筑采用支撐法砌筑工藝。附著揚(yáng)料板的耐火磚在砌筑之前要經(jīng)過(guò)比較細(xì)致的挑選，并且要和揚(yáng)料板進(jìn)行預(yù)組裝，從而保證揚(yáng)料板與耐火磚組裝合適，組裝之后的揚(yáng)料板與耐火磚必須做好顯著的標(biāo)記，以免混亂。砌筑中，楊料板與耐火磚之間要涂抹適量的耐火膠泥，保證揚(yáng)料板在砌體中穩(wěn)定牢固。強(qiáng)制換熱區(qū)域內(nèi)襯的砌筑工藝與其他區(qū)域內(nèi)襯砌筑工藝相同。在砌筑質(zhì)量上強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：1.5.4.1楔形磚梯形截面的中心線一定要和窯體的法線相吻合，嚴(yán)格控制“拔牙”現(xiàn)象發(fā)生，確保運(yùn)行中內(nèi)襯穩(wěn)定，不變形，不松動(dòng)。1.5.4.2不論是平縫還是豎縫，磚縫大小一定要控制在1.53毫米之間，并且磚縫內(nèi)的灰漿飽滿度不低于85%。濕法回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯中嵌入了金屬揚(yáng)料板，有效提高了窯系統(tǒng)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)能。和傳統(tǒng)的安裝方式相比，嵌入式揚(yáng)料板安裝更加方便。采用嵌入式揚(yáng)料板的強(qiáng)制換熱區(qū)域內(nèi)襯全部為磚砌內(nèi)襯，施工更加簡(jiǎn)便，內(nèi)襯使用壽命大幅度延長(zhǎng)，內(nèi)襯施工費(fèi)用顯著降低。同時(shí)，隨著耐熱鋼性能的不斷改進(jìn)，強(qiáng)制換熱區(qū)域的長(zhǎng)度也會(huì)不斷向窯頭防向延長(zhǎng)，為進(jìn)一步提高窯系統(tǒng)的產(chǎn)能，為進(jìn)一