日产1200td氧化铝循环流态化焙烧炉设计毕业论文

本科课程设计说明书题目：日产1200t/d氧化铝循环流态化焙烧炉学 院：材料学院 专 业：班 级： 学 号：学生姓名： 指导教师： 内容摘要氧化铝作为一种基础的工业原材料,对国民经济的发展起着相当重要的作用,而我国氧化铝生产无论从数量还是质量上都不能满足国内市场的需要,每年都要大量进口,同时,国内的氧化铝生产成本居于世界前列。如何开展国内的氧化铝焙烧系统研究是一项重要的课题。 本文首先对国内外的焙烧方式进行了分析和比较,并对目前世界上主要的三种流态化焙烧方式和装置现状进行了概述。然后根据流程图对焙烧系统流程进行了分析,了解了湿物料的脱水过程及其工艺性能; 通过对系统进行物料及能量平衡计算并作比较,掌握了焙烧系统的物料及能量的分布情况,为焙烧系统的设计提供了依据。同时还分析讨论了系统中各参数变化对系统运行的影响。关键词 氧化铝，焙烧炉，热工AbstractAlumina as a basis for industrial raw materials, the development of the national economy plays an important role, and Chinas alumina production in terms of quantity or quality can not meet the needs of the domestic market, every year a large number of imports, while domestic Alumina production cost of living in the forefront of the world. How to carry out domestic alumina roasting system is an important issue. This paper on the baking at home and abroad conducted an analysis and comparison, and the worlds three major fluidization roasting methods and devices had outlined the status quo. Then under the baking system process flow chart on an analysis of the wet materials to understand the dehydration process and its technology performance through the system of materials and energy balance calculations and for comparison, master of the baking system of materials and energy distribution, Roasting system design provides a basis. Also discussed the parameters of the system change on the impact of the system is running.Keywords Alumina，Thermal，Roaster目目录第一章：概述 1-1、流态化焙烧新技术在国内外发展概况31-2、我国氧化铝焙烧技术和装置现状4 1-3、氧化铝循环焙烧炉工艺特性、能耗状况5 1-4、氧化铝循环焙烧炉工作原理6 第二章：氧化铝循环焙烧炉热工艺性能 2-1、氧化铝循环焙烧炉工艺流程介绍72-2、氢氧化铝的干燥和预热的工艺流程、热工特点82-3、氢氧化铝的焙烧的工艺流程、热工特点9 2-4、氢氧化铝的冷却的工艺流程、热工特点10 2-5、氧化铝循环焙烧炉工艺特点、热工特点、热效能10 2-6、氧化铝循环焙烧炉工艺性能与气态悬浮焙烧炉工艺性能、热工特点比较 112-7、氧化铝循环焙烧炉工艺性能与回转窑工艺性能及热工特点比较13第三章：氧化铝循环焙烧炉热工计算 3-1、氧化铝循环焙烧炉工艺计算的原始数据及条件 13 3-2、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的物料平衡及物料平衡表15 3-3、燃料的燃烧计算及结果表 16 3-4、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的热平衡计算 18 3-5、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的热平衡计算表 21 3-6、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的热平衡与气态悬浮焙烧炉的热平衡比较22第四章：氧化铝循环焙烧炉设计热耗与实际热耗的效能分析 4-1、热力学分析 25 4-2、测量误差分析 26 4-3、影响产品质量的因素分析 28 结束语29参考文献29第一章 概述1-1 流态化焙烧新技术在国内外发展概况 氧化铝生产采用流态化焙烧技术的试验研究开始于20世纪40年代，近40年来，流态化焙烧在工业生产中显示出其优质、低耗的强大优势，技术发展十分迅速。目前广泛应用于氧化铝生产的焙烧技术为美国的闪速焙烧、德国的循环焙烧、丹麦的气态悬浮焙烧三种，其中气态悬浮焙烧技术起步最晚，但技术先进，代表着最新流态化焙烧水平，号称“第三代”。然而，因其在工业生产中应用较晚，实际运行中，仍然存在许多问题，若能很好地解决，进一步完善其工艺，则气态悬浮焙烧技术无疑是氧化铝生产的最佳选择。我国自1987年山西铝厂引进第一台美铝闪速焙烧炉以后，十多年来，相继又引进了德国鲁奇循环流态化焙烧炉、丹麦史密斯气态悬浮焙烧炉，其中以气态悬浮焙烧炉为主，占到总数的70%。目前国内氧化铝几乎全部采用流态化焙烧。 当今世界成功地应用于工业生产的流态化焙烧炉有四种：美国铝业公司的流态闪速焙烧炉(FFC)。原西德鲁奇公司的循环流态焙(CFC).丹麦史密斯公司的气体悬浮焙烧炉(GSC)。法国弗夫卡乐巴柯克公司的气体悬浮焙烧炉(FCB)。前三种流态化焙烧炉在世界上得到了广泛采用，我国也相继在中铝山西分公司、中州分公司、苹果分公司和贵州分公司引进了前三种炉型。已经投用的流态化焙烧炉设计能力为国内焙烧氧化铝总规模的80以上，采用流态化焙烧炉已成为我国氧化铝工业必然的发展趋势。 流态化焙烧技术与回转焙烧窑相比不仅热耗低，而且产品质量好、投资省、占地面积小，对环境污染轻和设备简单、使用寿命长、维修费用低等明显的优点。我国新建的山西铝厂，中州铝厂和苹果铝厂均采用了世界上先进的流态化焙烧技术。自建成投产运行以来，运行良好，各项技术经济指标先进，取得了良好的节能效果。而后，郑州铝厂，山东铝厂和贵州铝厂也相继各引进了一套流态化焙烧技术和装置，以代替原有的回转焙烧窑，降低能耗。提高产能和技术经济指标。1-2 我国氧化铝焙烧技术和装置现状我国近年来所建的氧化铝厂技术装备已达到当今世界先进水平，氧化铝循环焙烧技术主要引进的是鲁奇循环焙烧炉(CFC)，多数的铝业公司都是先引进后消化吸收并创新。在世界氧化铝工业中，目前90%以上的氧化铝生产厂(包括美铝、加铝所属)均采用拜耳法处理以三水铝石为主的低硅铝土矿生产氧化铝。而我国则分别采用联合法、烧结法处理的我国高硅一水硬铝石铝土矿和采用拜耳法处理我国低硅一水硬铝石和进口国外低硅三水铝石铝土矿生产氧化铝。目前，国内、外主要技术装备有：氧化铝生产的技术装备，随着生产方案不同而不同。烧结法主要用于中国和俄罗斯处理高硅铝土矿或霞石生产氧化铝，其总产量约世界总产量的10%。世界其他铝业公司均采用拜耳法生产氧化铝。因此，这里仅对拜耳法的技术装备作简要比较。拜耳法的技术装备主要反映在工艺流程中的主要工艺过程。即：铝土矿溶出、赤泥分离洗涤、种子分解、母液蒸发和氢氧化铝焙烧工序。我国各大氧化铝厂在氧化铝生产过程中，氢氧化铝焙烧是主要工序之一，无论是采用拜耳法还是烧结法或是联合氢氧化铝焙烧是不可缺少的最后一到工序，而且是主要耗能工序之一，一般占13%26%MJ/Kg。它的技术和装置大体有三类：a老式回转焙烧窑，热耗最高，一般在5.0245.443 MJ/Kg- Al2O3;b带有旋风预热器的回转焙烧窑，热耗居中，一般在3.9784.187 MJ/Kg Al2O3； c液态化焙烧炉，热耗最底，一般在2.9133.349 MJ/Kg Al2O3。 20世纪80年代以来，我国山铝公司、苹果铝厂、中州铝厂、山东铝厂、贵州铝厂、郑州铝厂等几大厂先后从国外引进了11台氢氧化铝焙烧炉，包括美国铝业K.H.D公司为代表的为稀相换热闪电焙烧与浓相流态化相结合；以F.L.S公司为代表的稀相换热气体悬浮焙烧；以LURGI公司为代表的循环流态化焙烧三种炉型。国内氢氧化铝流态化的发展，一是引进，二是消化创新，但这两者都必须结合国内氧化铝工业的实情，我国应在消化流态化焙烧技术的基础上创新，形成有自己特色的焙烧炉装置。1996年，山铝公司为改变焙烧工序能耗高，环境污染严重的状况，引进了德国鲁奇特公司1600t/d循环炉，贵州铝厂和苹果铝厂也相继引进可该技术和装置，大大提高了我国氢氧化铝焙烧生产控制水平。经过数年的探索与改进，流态化焙烧炉适应了我国氧化铝生产的特点，基本上取代了传统的回转窑。由于，我国在近10年氧化铝工业的发展中，不断了解、认识、引进、实践当今国际先进的的技术装备，使氧化铝生产的技术装备水平有长足发展。近两年所建厂的技术装备水平已达到当今世界先进水平，其中铝土矿高温溶出的技术装备达到国际领先水平，至2005年底，中国铝业公司氧化铝产能787万吨，电解铝产量210万吨，成为仅次于美铝和加铝的世界第三大铝业公司，中铝公司目前也已形成完整的铝工业布局，氧化铝和电解铝的产能基本平衡。同时，国内经济发展速度快，金属铝消费市场旺盛，迄今为止，国内氧化铝生产的原料、动力和人力仍存在一定的价格优势，因此，境外资源开发和投资建厂有较大发展空间，但是我国铝土矿属高硅一水硬铝石，其处理难度及其能耗比国外高，当然也还具有进一步节能降耗的空间。 1-3 环流态化焙烧炉工艺性能，能耗状况a 产品质量好。这是由于炉衬磨损少，德国循环流态化焙烧产品中SiO2含量比回转窑产品约低0.006%，不同粒级氢氧化铝焙烧均匀，相同比表面积的氧化铝中- Al2O3含量低，与回转窑比，流态化焙烧的产品中小于45m粒级增加约4%，而小于15m的粒级没有改变。各类型流态化焙烧炉都能制取砂状氧化铝。b 投资少。流化床焙烧炉单位面积产能高、设备紧凑、占地少。它的机电设备重量仅为回转窑的1/2，建筑面积仅为1/32/3，投资比回转窑低4060%（以1983年国内价格计），国外发表数据，美国少5070%，西德少20%，法国少1520%。 c 设备简单、寿命长、维修费用低。流态化焙烧系统除了风机、油泵与给料设备之外没有大型的转动设备。焙烧炉内衬使用寿命可长达10年以上。维修费用比回转窑低得多。如德国的循环流态化焙烧炉的维修费仅为回转窑的35%。d对环境污染轻。燃料燃烧完全，过剩空气系数低，废气中氧的含量低（12%），SO2和NOX的生成量均低于回转窑。e 自动化水平高。流态化焙烧炉（固定式）较回转窑易于实现自动化。集中一分散系统可完成全套装置的起动、生产控制、设备保护、停车，可保障设备的安全运行和生产的均衡稳定进行。f热效率高、热耗低。热耗3.13.2GJ/t，流态化焙烧炉中燃料燃烧稳定，温度分布均匀，氢氧化铝和燃烧产物以及高温氧化铝和助燃空气间接触密切，换热迅速，空气预热温度高，过剩空气系数低，燃料燃烧温度提高，系统热效率大大提高，废气量则随之减少，加之散热损失只有回转窑的30%，流态化焙烧炉的热效率可达7580%，而回转窑最好情况下的热效率也低于60%，流态化焙烧炉单位产品热耗比回转窑降低约1/3。国外回转窑热耗先进水平约为4.186GJ/t- Al2O3，而国内回转窑焙烧热耗约为5.032GJ/t- Al2O3。 循环焙烧炉1997年9月投用，节能效果非常明显，1997年8月回转窑焙烧和2000年8月循环焙烧在油耗，电耗，水耗方面的对比如下表所示 循环炉与焙烧窑指标对比表1.1 单位 循环炉 回转窑 差值 油耗 /tAo 82.99 127.68 44.69 电耗 kwh/tAo 20.21 30.74 10.53上水耗 m3/tAo 0.20 1.61 1.41回水耗 m3/tAO 0 8.30 8.30 通过上述循环焙烧和回转窑节能的比较看，循环焙烧大大降低了生产成本，提高了产品质量。有利于环境保护。用循环焙烧炉代替回转窑焙烧是氧化铝焙烧的发展方向。1-4 氧化铝循环焙烧炉工作原理流化态焙烧炉工作的基本原理是利用流态化技术，使参与反应热，质传递的气体和固体充分接触，实现它们之间最快的传质、传热和动量，传递速度，获得最大的设备生产能力。流化床的形成当流体的表观速度继续增大到一定值，床层开始膨胀和变松，全部颗粒都悬浮在向上流动的流体中，形成强烈搅混流动。这种具有流体的某些表观特征的流-固混合床称为流化床，在气-固流化床中，形成颗粒强烈翻滚，故又称为沸腾床。流化范围与操作速度从临界速度开始流态化，到带出速度下流化床开始破坏这一速度范围。它是选择操作流态化速度的上下限。流态化范围越宽，流化床的操作越稳定。这一范围大小可以用带出速度Uout与临界流态化速度Uin的比（UoutUin）来表征。理论和实践证明，颗粒越细则流态化范围越小，不规则宽筛分物料的流态化范围比球形粒子的要小。图11第二章 氧化铝循环焙烧炉热工性能2-1 氧化铝循环焙烧炉工艺流程介绍氧化铝循环焙烧是以稀相为主，稀浓相结合的焙烧装置，是一种结合式冶金炉，一般由物料干燥脱水预热，主反应炉和成品冷却三大系统组成。循环炉工艺流程可简述为一级文丘干燥脱水加一段载流预热，循环流化床焙烧，一级载流冷却加流花床冷却。工艺流程包括三个部分：a氢氧化铝的干燥和预热 b氢氧化铝的焙烧 c氧化铝的焙烧。工艺流程图如下： 2-2 氢氧化铝的干燥和预热的工艺流程、热工特点1） 一级干燥来自分解车间的湿氢氧化铝，由皮带输送机送到焙烧炉氢氧化铝小仓110，再由螺旋喂料机062将物料喂入文丘里一级干燥器120。在此物料与二级干燥器来的热废气混合，蒸发掉湿氢氧化铝的附着水。 a) 电收尘器热废气携带已被干燥的干氢氧化铝与废气组成含尘废气流，进入两级静电收尘器（ESP）122。在第一级机械收尘，夹带的大部分固体物料被收下，剩余的含尘废气进入第二级静电收尘器，用静电除尘方法将废气进行净化，达到排放标准后排放。 b) 干氢氧化铝的主流向 由第二级电收尘器收下的固体物料，通过螺旋输送机063/063.1和064/064.1 输送到机械收尘器下部，汇同机械收尘收下的固体物料进入空气斜槽124。空气斜槽124排出的干氢氧化铝经翻板阀124.13，送入空气提升机125。然后，被罗茨风机078提供的压缩风吹送起来，经管道126到旋风收尘器127，经127收下的大部分物料，通过喂料密封槽128被送入文丘里二级干燥器130的下部。经127净化的空气，通过管道129，进入二次风旋风收尘器152，最终做为二次燃烧空气。 c) 电收尘（ESP）细粉1炉电收尘器收下的细粉可以通过调速回转阀091和092排出，经螺旋输送机065、065.1、065.2输送到流化床冷却器155的第一室（用来调节产品的灼减值，降低消耗）。 d) 二级干燥器的旁路 为了调节炉内温度和电收尘进口温度，来自一级干燥器的一小部分物料可以经调速回转阀093和管道137，直接进入流化床焙烧炉140或直接经137、138管道进入管道151（1炉）；经137管道、回转阀094和139管道进入146混料槽（2炉）。2） 二级干燥 进入二级文丘里干燥器130的干氢氧化铝与来自循环旋风收尘器142的热废气相混合，并被部分脱水和预焙烧。气体和物料将再一次在130后面的旋风收尘器132中进行分离。经132分离出来的预焙烧氧化铝，通过下料管134，进入流化床焙烧炉140。下料管上的翻板阀135、136保证了焙烧炉的压力密封，防止热废气反窜。出132的废气经管道133，进入一级干燥器120。 万一发生喂料故障，可以用注入被蒸汽雾化的应急冷却水到管道133和干燥器120的办法，来控制废气温度。2-3 氢氧化铝的焙烧的工艺流程、热工特点1)氢氧化铝的焙烧的工艺流程经预热和部分脱水的氢氧化铝在流化床焙烧炉140中进行最终焙烧。焙烧所需热量是由燃油（重油）在流化床焙烧炉直接燃烧所产生的；供燃烧用的燃油，通过插入流化床焙烧炉140下部的四支油枪喷入流化床，用蒸汽将燃油雾化；焙烧炉温度可以通过温度控制器保持稳定。 燃油燃烧所需要的空气，分为一次风和二次风。一次风是由风机070、071提供，这部分燃烧用风通过流化床冷却器155内间接加热盘管，经管道157导入流化床焙烧炉140中。二次风作为补充燃烧所需空气不足部分，通过140上方炉壁进入流化床焙烧炉140中。二次风主要由风机073、074提供。二次风首先作为流化床冷却器155和156的流化风，最终经管道151、二次风旋风收尘器152和管道153，被导入流化床焙烧炉140中。辅助风机072和空气提升风机078也做二次风用，同样被正常引入管道151。由于焙烧炉中强烈的混合和热交换，焙烧温度是燃烧温度和物料温度之间的混合温度。这个温度可以调节和稳定保持在预设范围内。 在炉子下半区，存在一个固体物料浓度较高的流化床，这有利于燃油的燃烧和增加物料在炉内平均停留时间。在焙烧炉上半区，二次风进口上方，随着固体物料扩散到焙烧炉140的顶部，固体物料浓度随之降低。热气流进入再循环旋风收尘器142，固体物料在那里得到分离，分离出的热氧化铝，经密封槽143重新进入流化床焙烧炉。在由140、142和143组成的整个焙烧阶段中，固体物料的再循环导致了产品和气流温度几乎一致。 密封槽143的流化风由密封槽风机076提供，保证了再循环的需要。从143中取出部分焙烧段的物料作为成品，通过出料阀144排入氧化铝冷却系统。用压差控制器来控制出料量，保持焙烧炉内压差恒定。2)氢氧化铝的焙烧的热工特点全部脱除物料中的结晶水、附着水和进行一系列的相变过程，从而生产出一种由 -Al2O3和-Al2O3混合物构成的氧化铝产品。2-4、氢氧化铝的冷却的工艺流程、热工特点1)氢氧化铝的冷却的工艺流程 从焙烧系统排出的氧化铝，经二次风旋风收尘器152和流化床冷却器155、156，被冷却到约80100。经铝氧皮带送入铝氧储存大仓.一次风经冷却器三个管道调节器，压送到流化床冷却器155的三个室中，在那里空气和热氧化铝进行间接热交换。二次风为氧化铝直接冷却和流化床冷却器155、156六个室流化用风。 二次风进二次风旋风收尘器152，在152中，固体物料从二次风中分离出来，进入155冷却器，二次风经二次风管道153，进入焙烧炉140。2)氢氧化铝的冷却的热工特点 罗茨风机之间通过管道226互联，这样，即使有一些风机不能运行，仍能够提供稳定的风源。2-5 氧化铝循环焙烧炉工艺特点，热工特点，热效能 1) 循环炉的核心部分是由反应器和旋风筒组成的再循环系统。燃料从反应器的下部喷入燃烧提供热量。焙烧产品带出的热量，在流化床冷却机内由一次风和二次风将其冷却回收，旋风筒废气所带出的热量，用于两级预热干燥段的氢氧化铝预热干燥及部分物料结晶脱水，从而回收热量，降低热耗。 2) 由于大量的固体物料在不断地循环，携带着大量的蓄热，因而焙烧温度均匀，即使在供料或干供油出现短暂波动的情况，也能保持反应器和旋风筒中的温度均匀稳定。物料循环的同时增加了在焙烧炉内的停留时间，从而可以降低氢氧化铝的焙烧温度。通常炉温控制在左右。 3) 整个系统为正压操作，无主排风机，供风采用罗茨风机。该风机的优点是供风量几乎不随系统的压力波动而变化，即使炉内出现短暂异常波动，供风量也可保持稳定，通过增，减氢氧化铝的下料量或重油的喷入量为调节焙烧温度，生产所需质量的氧化铝。循环炉的调节范围大，可在间调节。当产量调低时，助燃空气量随之调低，仍保持较小的空气过剩系数，因此热耗仍保持在较低水平。 4) 循环炉配置紧凑，可有效地利用空间，占地面积较回转窑减少，钢机构框架较其他炉型轻巧，单位投资较回转窑低。由于焙烧温度较回转窑低，内村热冲击小，使用寿命长达年，维修费用约为回转窑的。2-6 氧化铝循环焙烧炉工艺性能与气态悬浮焙烧炉工艺性能、热工特点比较 两种流态化焙烧炉都是目前国际上最先进的节能型氧化铝焙烧炉，与回转窑相比，热耗降低20-30%，焙烧出的氧化铝质量达到冶金级标准，破损率小，比表面积大，比回转窑焙烧的三氧化二铝质量提高很多。 两种焙烧炉综合性能比较表2.1 炉型 德国LURGI公司循环 丹麦FLS公司比较项目 流态化焙烧炉 悬浮焙烧炉工艺特点及操作参数：焙烧温度 9501150 11501250工艺特点 循环流态化焙烧炉 希相换热气态悬浮焙烧系统压力状况 鼓风流程正压操作 鼓风、排风相结合、负 压操作经济技术指标:月产能力 t/d 1300 1300 单位热耗Mj/t-Ao 3472 4346单位电耗Kwh/t-Ao 20.3 16年运转率% 9294 8090热效率 % 7480 7280 循环流态化焙烧炉与悬浮焙烧炉热工比较 某铝厂氢氧化铝循环流态化焙烧炉热平衡表2.2热收入项目 数据 热支出项目 数据 Mj/t-Ao % Mj/t-Ao % 重油燃烧热 3099 89.26 三氧化二铝带出热 170.47 4.910重油带入的 29.7 0.855 12%的湿氢氧化铝蒸 468.7 13.50 物理量 发耗热 12%的氢氧 158.5 4.567 氢氧化铝分解热耗 1884 54.263化铝附着水冷却水带 14.93 4.30 出炉废气带走热 495.4 14.271入物理量 空气带入 35.79 1.030 未回收的氧化铝粉 53.36 1.537 物理热 尘带走热 焙烧炉体散热 327.2 9.426 72.8 2.O98合计 3472 100 合计 3472 100 某铝厂气态悬浮焙烧炉热平衡表2.3 热收入项目 数据 热支出项目 数据 Mj/t-Ao % Mj/t-Ao % 煤气燃烧热 4137 95.2 产品氧化铝带出热 202 4.64煤气物理热 32.523 0.748 10%氢氧化铝附水蒸发吸热 493.955 11.4010%氢氧化铝附水热 29.245 0.676 反应耗热 2362.001 54.30干氢氧化铝物理热 77.684 1.787 粉尘热损失 68.003 1.564入炉空气物理热 51.934 1.194 烟气带走热 566.486 13.10返回物料带入热 17.157 0.394 炉体表面散热 515.383 11.90 差值 138.810 3.10合计 4346.457 100 合计 4346.457 1002-7 氧化铝循环焙烧炉工艺性能回转窑工艺性能,热工特点比较表2.4 氧化铝循环焙烧炉与回转窑工艺性能,热工特点比较表： 炉型 流态化循环培烧炉 回转窑培烧比较项目培烧温度OC 9501150 130-1350 热耗MJ/t-40 3.2 5.0245.495电耗KWH/t-AO 20 30水耗m3/t-AO 0.184 1.4 含附水12%的AH热MJ/Kg-AO 158.5 2.45烟气排放浓度mg/Nm3-AO 60 400工艺特点 循环流态化培烧 高温辐射对流旋转焙烧系统压力状况 鼓风流程正压操作 高温气流正压操作 燃料带入物理热MJ/t 29.7 41.4燃料燃烧MJ/t-AO 3099 4701炉/窑散热量MJ/t-AO 327.2 555.7年运转率% 9294 60第三章氧化铝循环焙烧炉热工计算3-1、氧化铝循环焙烧炉工艺计算的原始数据及条件一、设计日产1200吨氧化铝流态化焙烧炉二、焙烧炉工艺原始数据及工艺特点 以贵州铝厂为例，工艺流程均引进德国鲁奇流态化焙烧炉1、工艺条件焙烧物料：氢氧化铝Al(OH)3；氢氧化铝含水率：10%12%；氢氧化铝温度：54；氢氧化铝成分：(见表31)表31 氢氧化铝成分成 分Al(OH)3Fe2O3SiO2Na2O灼 碱%65.0970.0060.0310.37634.49氢氧化铝颗粒平均直径：ds=7.510-5 m；氢氧化铝重度：Y=2500 kg/m3；燃料：重油预热温度=150；电收尘器烟气温度：重油预热温度t油=150；烟气排空含尘量： 50 mg/Nm3；炉窑灰循环量：35倍；出炉窑(140)氧化铝温度：=9601000；出冷却机(156)氧化铝温度： =8082；氧化铝密度：=3900 kg/m3；重油的近似成分如下：C燃%=86.4 H燃%=12.7 N燃%+O燃%=0.5S燃%=0.4 A干=0.1 W用%=2 重油的比热(近似取)：=1.802.10 KJ/kg 重油的潜热(近似取)：=167251 KJ/kg 助燃空气的入口温度：=2530 空气过剩系数：n=1.11.2。2、工艺流程及热工操作制图见附图。3、工艺特点请参照山东铝厂鲁奇流态化焙烧炉。4、设计任务说明书及工艺流程图主体炉图。3-2、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的物料平衡及物料平衡表一、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的物料衡算 1、焙烧氢氧化铝的物料平衡 2Al(OH)3=Al2O3+3H2O 278 =101.96 +3181.53kg Al(OH)3=1kg Al2O3+0.53kg H2O因此，生产1 Kg氧化铝析出 54102=0.53 kg结晶水/kgAO0.804换算成标准状态下蒸汽的密度(18/22.4)。已知氢氧化铝的含水率12%，则1 KgAl2O3析出 1.530.120.88=0.208 kg-附着水 或 0.2080.804=0.259 m3/kg-AO 焙烧炉的产能为 1200t/d，则为50吨/时氧化铝将有 (0.66+0.259)50103=45950m3/h的蒸汽进入气相，因此必须向焙烧炉中加入Al(OH)3 (1+0.5+0.208)=86900 kg/h 入炉时干料：(1+0.53)=76500kg/h表3-2：氧化铝循环焙烧炉工艺过程的物料平衡及物料平衡表进入物料输出物料项目数值项目数值kg/t-AlO%kg/t-AlO%入炉重油70.72.3产品氧化铝100032.4入炉干AH1530.150.3出炉干烟气1866.860.6AH附着水208.66.9出炉水汽21486.9入炉干空气1235.340.5进出差值36.91.2收入物料总量3044.7100支出合计3081.61003-3、燃料的燃烧计算及结果表已知发生炉重油成分为：C燃%=86.4 H燃%=12.7 N燃%+O燃%=0.5S燃%=0.4 A干%=0.1 W用%=2重油初始温度为150，空气过剩系数1.11.21）将重油成分换算成应用基y，（W用=Wy=Ww.） 燃料计算应根据燃料的供用成分来进行，因此，需将可燃组成换算成供用成分。故可得重油各成分的供用成分如下：A用%=A干%=0.1=0.098供用成分的换算系数为：=-干燥成分值换算为供用成分值的换算系数C用%=C燃=86.40.979=84.59(N用%+O用%)=( N燃%+O燃%)=0.9790.5=0.49N用%=76.8%(N用%+O用%)=0.7680.49=0.38O用%= （N用%+O用%）- N用%=0.49-0.38=0.11S用%= S燃%=0.40.979=0.39H用%= H燃%=12.70.979=12.43W用%=22）燃料(重油)低发热QDW的计算：QDW=339 C用%+1030 H用%-109(O用%- S用%)-25 W用% =33984.59+103012.43-109(0.11-0.39)-252 =41459.4 KJ/kg-重油3) 理论空气需要量Lo及实际空气需要量的计算： (Nm3-空气/kg-重油)Lo= =10.84 ( Nm3-空气/kg-重油)取过剩空气系数1.2，则=nLo=1.210.84=13.01 (Nm3-空气/Kg-重油)4) 燃料产量Vo、Vn的计算： (Nm3空气/Nm3重油)由质料得： V=1.579Nm3/kg V=(+)=1.417 Nm3/kg V=0.00273 Nm3/kg V=(13.01-10.84)=0.456 Nm3/kg V=+13.01=10.281 Nm3/kg 即：Vn=V+V+V+ V+ V=13.736 Nm3/kg 理论燃烧产物Vo = Vn -(n-1)Lo 即：Vo =13.736-(1.2-1)10.84=11.566 Nm3/kg5) 燃烧产物成分计算%CO2=100%=100%=11.49%H2O=100%=100%=10.32%O2=100%=100%=3.32%N2=100%=100%=74.85%SO2=100%=100%=0.02%重油燃烧成分%如下:CO2%=11.49 H2O%=10.32 O2%=3.32N2%=74.85 SO2%=0.023-4、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的热平衡计算按1kg氧化铝计算，并假设焙烧无逸尘一、热收入： KJ/kgAO MJ/tAO1、全部燃料的燃烧热：(KJ)=41459.4 (KJ) 燃料单耗 kg-重油/kgAO 2、燃料带入物理热： (KJ) =T =2.0KJ/kg T=150 =2.0150=300 (KJ)3、入炉空气带入物理热：(KJ)= 取=2030，查附表=1.372 KJ/Nm3=13.011.37225=446.2 (KJ)4、预热焙烧前湿氢氧化铝带入的物理热：(KJ) = 已知：=1.53kg重量 =1.35KJ/kgAH比热 =54 =0.208kg附着水重量 =4.187 KJ/kg=(1.531.35+0.2084.187)54=158.6 (KJ)其中，干AH的物理热 =(1.531.35)54=111.5 (KJ) 附着水带入的物理热 =-=158.6-111.5=47.1 (KJ)5、转变为时放出的热： (KJ) 设转变量为20%30%， 转变为放热92KJ/kg-Ao 即：=920.3=27.6 (KJ)热收入总计：=41459.4+300+446.2+158.6+27.6=42205.6+186.2 (KJ)二、发热支出： KJ/kgAO MJ/tAO1、焙烧和冷却后带走的热： (KJ)设只用空气冷却到8082，并忽略不能回收的冷却水带走热。 = =1kg =0.841KJ/kg =80=10.84180=67.28 (KJ)2、蒸发水份和加热水蒸气到废气温度的耗热：(KJ) =(100-)+595+(-100) -水蒸气在排气温度下的比热KJ/kg =150 =0.3567千卡/标m3 595-水蒸气在100的潜热 千卡/kg =0.53+0.208=0.738 kg =54-湿的初始温度=0.7381(100-54)+595+0.3567(150-100) 4.187 =2049.28 (KJ)3、分解用热： (KJ) =1460=460 (KJ) 460-转变为和的吸热4、燃料燃烧后排出废气带走的热： (KJ) =(+) =(1.300.0332+1.750.1149+1.500.1032+1.300.7485)13.736150 =2827.04 (KJ)5、焙烧炉散热损失热： (KJ)设散热损失为热收入的10% =0.10=0.10(42205.6+186.2) =4220.56+18.62 (KJ)热支出总计：=+ =67.28+2049.28+460+2827.04+(4220.56+18.62) =7047.6+2595.2 (KJ)令： 即：42205.6+186.27047.6+2595.2 =0.06852 Kg-重油/Kg-AO已知燃料单耗为68.52 Kg-重油/t-AO则： 重油燃烧热：0.0685241459.4=2840.8 KJ/kg-AO 单位时间重油消耗量（产能为1200t/d） 0.068521200103kg/24h=3426 kg /h 每小时耗空气量 3426 kg /h=342613.01=44572.26 Nm3空气/h流态化焙烧炉的热效率：100%=100%=100%=88.33%3-5、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的热平衡计算表(见表3-3)根据3-2、3-3、3-4的计算可制出表3-3：以生产吨产品氧化铝为基础的1200t循环流态化焙烧炉的热平衡表热 收 入 热 支 出项 目 MJ/t-AO (%) 项 目 MJ/t-AO (%) 燃料燃烧热 2840.80 92.29 焙烧和冷却后氧化铝带出热 67.28 2.19 燃料带入物理热 20.56 0.67 附着水蒸发吸热 2049.28 66.58 入炉空气带入物理热 30.57 0.99 氢氧化铝分解用热 460.00 14.94湿氢氧化铝带入的物理热 158.60 5.15 废气带走热 193.71 6.29氧化铝晶型转变放热 27.60 0.90 炉体散热损失 307.81 10.00总热收入 3078.13 总热支出 3078.08误差=总热支出-总热收入=3078.13 -3078.08=0.05 3-6、氧化铝循环焙烧炉工艺过程的热平衡与气态悬浮焙烧炉的热平衡比较表3-4 贵州某铝厂氢氧化铝循环流态化焙烧炉热平衡表热 收 入 热 支 出项 目 MJ/t-AO (%) 项 目 MJ/t-AO (%) 重油燃烧热 3099 89.25 成品氧化铝带出热 170.4 4.91 重油带入物理热 29.7 0.86 12%氢氧化铝蒸发热 468.7 13.5012%的氢氧化铝附着水热 158.5 4.56 氧化铝分解耗热 1884 54.26 冷却水带入物理热 149.3 4.30 出炉废气带走热 495.4 14.27 空气带入物理热 35.75 1.03 未回收氧化铝粉尘带走热 53.36 1.54 焙烧炉体散热 327.2 9.42 焙烧和冷却后氧化铝带出热 72.8 2.10总热收入 3472.25 总热支出 3471.86误差=总热支出-总热收入=3471.86-3472.25=-0.39 表3-5 某铝厂氧化铝悬浮焙烧炉工艺过程的热平衡计算表热 收 入 热 支 出项 目 KJ/kg-AO (%) 项 目 KJ/kg-AO (%)燃料燃烧热 3158.2 93.30 燃烧和冷却氧化铝带出热 242.84 7.17燃料带入物理热 13.43 0.39 附着水吸热 2061.62 60.91入炉空气带入物理热 21.62 0.64 氧化铝分解耗热 460.0 13.59湿氢氧化铝带入物理热 147 4.34 粉尘热损失 39.7 1.17氧化铝晶型转变放热 27.6 0.82 废气带走热 242.12 7.15循环物料带入热 17 0.50 炉体散热 338.49 10.0流化冷却器带入热 略 误差=热支出-热收入=3384.77-3384.88=-0.11总热收入 3384.88 总热支出 3384.77由上两表知：在表 3-4中，由表中数据可计算出该炉的热效率： 而在表 3-5 中，其热效率为： 比较与流态化循环焙烧炉相比，悬浮焙烧炉的热耗高、效率低。悬浮焙烧炉的热效率为69.0%，而流态化焙烧中为75.9%，就那上面所计算的数据可知不管在热耗方面，还是在效率方面，都比悬浮焙烧有更好的优越性。现将实际测量热耗分布与设计值在同等条件下进行比较知，炉子热耗高有本身的原因，也与运行热工机制不佳有关。a、焙烧反应热耗高、这是设计计算与产品品的型结构不符合造成的，其中转晶热是不变的。由计算知，设计上给出的反应热是以生成氧化铝产品的组成为r-Al2O360%、-Al2O3 40%尽心的计算，而文字说明氧化铝产品中-Al2O3 含量不大于20%， 可见设计计算与实际不符。而3-5表中铝厂产品-Al2O3实测为5.6%，按本行业标准，焙烧过程中的转晶吸热为828.53 MJ/t-AO,比设计理论值593MJ/t-AO高出235.5MJ/t-AO,另外由于出炉废气温度比设计值高近500C，也使反应热中的结晶水蒸发发热增大，而要降低反应热损失必须强化转晶反应，提高氧化铝产品中-Al2O3含量（r-Al2O3 60转为-Al2O3是放热过程且促成必须反应的升温耗热下于转晶放热）；同时降低放热出炉温度。如按r-Al2O320%计算，则反应热至少可降低106MJ/t-AO,使反应热降为2256MJ/t-AO,但要达到设计值很困难，是不现实的。b、出炉废气热耗高这一项结果大的主要原因是产品颗粒细。造成炉里面的物料、热量后移，出炉废气量大及温度高所致。按设计要求，PO1出口温度可控制在1500C左右，同时由于热量后移，使PO2下降管阻力增大，从而排风机负荷增加，导致PO3PO2PO1出口管漏风量大，如能将出炉咽气温度降为150左右，则可降低出炉咽气热损失160MJ