我厂当前供有5 台GSC, 该设备是当前比较先进的生产设备, 具有投资成本低、产品质量高、施工寿命长、操作便捷、维修简单、节能环保等多种优势。但是, GSC的使用缺陷在于生产初期会产生大量热耗, 针对这一问题, 我厂也先后从设备设计、燃料、原料含水以及炉内保热等多个方面入手, 采取了一些降低热耗成本的方法, 取得的效果比较显著。
1 改善传统设计
下图所示的是GSC的工艺流程图:
在设备运行过程中, 发现设备的PO2部分存在热耗出现问题, 收尘出口的漏风量过大, 使得设备常常处于负压操作状态, 外界冷风向设备中吸入过多, 与此同时, 设备排出的废气会也会将热量带走, 从而使热耗增加。针对这种情况, 我厂采取了以下措施:
第一, 原本设备的PO2 部分是没有内衬的, 而这一环节的物料温度较高, 普遍在400—600 ℃, 经过高温物料的长期冲刷, 这一部分出现了很多漏缝, 提升了设备的漏风量。因此, 我厂在PO2部分的顶部加设了厚度为20毫米的陶瓷内衬, 提升了设备的耐磨性, 从而减少因设备磨损而造成了漏风情况。
第二, 原本设备的PO2 部分伸缩节的材料为织物, 由于这种材料不耐高温, 所以需要经常更换, 之后曾将其改成钢制膨胀节, 以解决温度需求, 但由于材料的焊缝很多, 所以经常会出现漏风现象[1]。因此, 我公司运用一体成型的不锈钢材料来代替传统伸缩节, 取得了良好的效果。
运用上述方法, 设备的漏风现象得到了明显改善, 达到降低了因漏风所造成了热耗, 每吨氧化铝能够节约3元左右的生产成本。
2 优化传统燃料
下表所示的是GSC热平衡表:
由表1可见, 煤气燃烧热是设备运行过程中的主要热耗, 我厂的GCS在投入使用初期, 设备的煤气热值始终不太稳定, 而且相对较低, 生产过程中会产生大量废气, 造成很多热量流失。煤气热值的不稳定使得设备主路也不得不随之不断调整温度, 导致整个系统的稳定性差, 降低产品的质量与产量。
针对这种现象, 我厂采取了“中负荷操作法”来解决煤气热值不稳定问题, 原本产品生产过程中, 经常使用单台炉进行生产, 工作强度较大, 单台产能常常会超过8000 m3/h, 超出设备5000—7500 m3/h的设计值。而运用“中负荷操作法”之后, 将传统的单炉生产改为多炉生产, 使单炉产能得到有效控制, 设备运行过程中所产生的煤气热值也得到明显提升, 而且更加稳定, 不仅降低了设备热耗, 还提升了产品产量。
另外, 焦炉煤气也是一种很好的煤气资源, 我厂也尝试利用焦炉煤气中所含有的氢气与甲烷, 将其与传统燃料混合, 提升氧化铝生产过程中的GSC燃料热值 (混合后) [2]。相比于传统燃料, 焦炉煤气的成本更低, 每立方米的价格为0.19—0.2 元, 而传统燃料的价格是它的2.8 倍, 因此, 利用焦炉煤气, 也能够在很大程度上降低GSC所产生的热耗成本, 生产每吨氧化铝的成本能够降低13 元左右。
3 降低进料含水
由表1可知, 氢氧化铝的含水量, 也是影响GSC热平衡的一个重要因素, 因此, 在生产过程中也不能忽视。我厂的氢氧化铝来源于平盘过滤机, 氢氧化铝含水一般在8%—10%。而高含水会大大提升单位产品热耗, 如含水10%的单位产品, 其热耗为3278 MJ/t, 如果将其含水提升至15%, 其热耗便会提升至3586 MJ/t, 生产每吨产品的成本也会相应增加11元左右。
为了尽可能降低进料含水, 以降低焙烧炉热耗, 我厂对平盘过滤机进行一些改造和工艺参数的调整。一、更改盘面滤布冲洗管道位置;调整冲洗管道位置至最佳, 提高冲洗效果以保证最佳滤布再生效果。二、脱水剂的添加量标准化;通过试验确定脱水剂的添加量的标准, 按标准调节脱水剂泵的转速。保证使用最少的脱水剂达到最好的脱水效果;同时避免用量的大幅度波动造成含水量的波动。通过这两项措施的实施, 取得了良好的生产效果。
措施实施完后, GSC的进料含水得到有效降低, 由之前的8%—10%降低至6%—8%, 设备的热耗成本也得到了良好控制。
4 提升炉内保热
从设计标准来看, GSC的炉体散热损失应控制在5.4%, 但在过去的很长一段时间里, 我厂设备的炉体散热损失都在10%以上。导致散热损失增加的主要原因为炉体内衬结构存在问题, 一般情况下, GSC的炉体内衬结构分为四种:其一, 钢板 (6毫米) 与浇注料 (125 毫米) 之间夹有两层硅酸钙板 (共100 毫米) ;其二, 钢板 (6毫米) 与浇注料 (125毫米) 之间夹有一层硅酸钙板 (50毫米) 与一层轻质砖 (65毫米) , 其中, 硅酸钙板靠近钢板, 轻质砖靠近浇注料;其三, 钢板 (6毫米) 与浇注料 (200毫米) 之间夹有一厚一薄两层保温板 (分别为75 毫米与50 毫米) , 之后还需要从浇注料端横插一块锚固砖;其四, 与第二种结构大体相同, 但浇注料略厚 (150毫米) [3]。
我厂2号炉层大修过一次, 在此之后, PO3和PO4两个部分的内衬结构便为第一种结构。从理论上讲, 这种结构的导热效率与第二种结构相比要高, 但在实际生产过程中, 却发现2号炉的炉体散热损失非常严重, 最高温度可以达到240℃。而且在生产过程中, 发现设备筒体出现了变形情况, 内衬结构中的硅酸钙板已经出现了不同程度的烧缩。究其原因, 是由于浇注料与碳酸钙板相接处的位置温度很容易升高, 如果在生产过程中浇注料中存在裂缝, 那么处于高温条件下的氧化铝, 就很容易进入到内衬结构中, 从而对硅酸钙板产生破坏作用。
在此之后, 我厂将2 号炉的一部分内衬结构改成了第二种结构。相比于硅酸钙板, 保温砖拥有更大的导热效率, 所以, 第二种结构的热通量比第一种结构大。而且轻质砖的耐高温性能较强, 当浇注料出现裂缝以后, 炉内的高温氧化铝因为有轻质砖的阻挡, 无法对硅酸钙板产生破坏。因此, 炉体散热损失也大大降低了, 而且不会出现内衬脱落的现象。
我厂3、4、5号炉中PO3和PO4两个部分的内衬结构为第四种, 增厚了浇注料, 其炉体表面温度与2号炉相比要低。我厂1号炉中PO3和PO4两个部分的内衬结构为第三种, 不仅增厚了浇筑料, 还增厚了保温材料, 并且在此基础上加设了锚固砖。这种结构能够将炉体的表面温度控制在90℃, 炉体散热损失最小。
通过改善炉体内村的方式, 能够在很大程度上提升炉体的保热效果, 使炉体散热损失得到了有效控制, 从而降低焙烧过程中的热耗成本。
5 结语
综上所述, 我厂在多年生产过程中, 不断摸索经验, 对GSC热耗成本较高这一实际生产问题进行了深入研究, 并运用改善传统设计的方式, 解决了设备漏风问题;运用优化传统燃料的方式, 提升了煤气热值的稳定性;运用降低进料含水的方式, 控制了单位产品热耗;运用提升炉内保热的方式降低了炉体散热损失。这些方法都帮助我厂降低了GSC使用过程中的热耗成本, 为我厂带来了更大的经济效益。
摘要：在氧化铝生产过程中, 焙烧是最后一个生产环节, 焙烧效果的好坏直接影响到产品质量的高低, 因此, 很多企业都对这一环节非常重视。气态悬浮焙烧炉 (GSC) 是现阶段运用的主要设备, 其热耗成本较高, 一直都是很多企业生产过程中面临的主要问题, 使氧化铝的生产成本得不到有效降低。本文便针对GSC, 从改善传统设计、优化传统燃料、降低进料含水以及提升炉内保热等方面, 分析如何降低设备的热耗成本。
关键词：气态悬浮焙烧炉,降低成本,热耗,氧化铝
参考文献
[1] 罗振勇, 张忠霞.气态悬浮焙烧炉一级旋风预热器的数值模拟[J].湿法冶金, 2015, 02:161—164.
[2] 苏寅彪, 周萍, 涂福炳等.气态悬浮焙烧炉排烟系统流场数值模拟及结构优化[J].有色冶金节能, 2011, 05:31—35﹢44.
[3] 段立林.氧化铝焙烧炉烟气余热回收解决方案的实例分析[J].科学中国人, 2015, 32:23.