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煅燒氧化鎂的生產(chǎn)方法包括菱鎂礦煅燒法和水鎂石煅燒法，我國(guó)目前主要采用菱鎂礦煆燒法。菱鎂礦石中，MgCO3含量高達(dá)90%以上，另外含少量CaCO3及其他微量雜質(zhì)。在高溫下煅燒，MgCO3和CaCO3分解為MgO和CaO，同時(shí)放出CO2氣體，該過(guò)程為吸熱過(guò)程。菱鎂礦加熱至500℃即開(kāi)始分解，其熱分解是發(fā)生于界面附近的離子擴(kuò)散反應(yīng)，屬于界面收縮機(jī)理，即縮殼機(jī)理，原礦晶粒外表面逐漸分解剝離，其中CO32-的擴(kuò)散為控制步驟。
具體的生產(chǎn)工藝流程及主要設(shè)備如下所示：
1、生產(chǎn)工藝流程
(1)菱鎂礦煅燒法工藝流程
以菱鎂礦為原料經(jīng)預(yù)處理、煅燒、粉碎制取煅燒氧化鎂時(shí)，因用燃料不同可分為：以無(wú)煙煤或焦炭為燃料的混料式煅燒立窯工藝、間壁式煅燒工藝;以煤氣或重油為燃料的直燃式煅燒立窯、回轉(zhuǎn)窯等煅燒設(shè)備及工藝。本章重點(diǎn)介紹以煤氣為燃料直燃式煅燒工藝。其流程見(jiàn)圖1所示。
圖1 菱鎂礦煅燒法制取煅燒氧化鎂工藝流程圖
菱鎂礦經(jīng)預(yù)處理剔除紅筋，水洗泥土等，破碎成一定粒度，經(jīng)提升裝置提升到立窯頂部加入料鐘中，定時(shí)按工藝要求定量加入窯中;一定粒度的白煤、或焦炭、或不黏煤等，由加料裝置提升到煤氣發(fā)生爐頂部，通過(guò)料鐘加入爐中。在發(fā)生爐底部通入空氣和水蒸氣在爐中產(chǎn)生煤氣，經(jīng)除塵裝置、換熱器進(jìn)入立窯下部燒嘴，并由鼓風(fēng)機(jī)吹入空氣經(jīng)預(yù)熱后，同煤氣進(jìn)行燃燒。根據(jù)工藝要求控制不同溫度對(duì)菱鎂礦進(jìn)行煅燒反應(yīng)。當(dāng)溫度控制在1500~1800℃時(shí)，從窯底部卸出燒成料，經(jīng)破碎、篩選制取重?zé)V砂;當(dāng)溫度控制在700~900℃時(shí)，從窯底部卸出燒成料，經(jīng)破碎、篩選制取輕燒鎂粉。
重?zé)V砂每噸消耗定額：菱鎂礦2.0~2.5t;煤耗隨使用燃料類型不同折合成標(biāo)煤耗不同，一般在0.22~1.0t;電耗30~50kW·h;輕燒鎂粉每噸消耗定額：菱鎂礦2.2~2.6t，煤耗0.2~0.8t，電耗30~50kW·h。
(2)水鎂石煅燒法工藝流程
以水鎂石為原料，預(yù)處理、粉碎，送煅燒窯煅燒，因燃料不同，煅燒窯各異，本文以間接加熱回轉(zhuǎn)窯為例，燃料為煤或煤氣，其工藝流程詳見(jiàn)圖2所示。
圖2水鎂石煅燒法制取輕燒氧化鎂工藝流程圖
水鎂石經(jīng)預(yù)處理剔除紅筋，水洗泥土等，粉碎到一定粒度(約100~200目)，經(jīng)提升加入到回轉(zhuǎn)煅燒窯，由煤氣、燃油或燃煤間接加熱，進(jìn)行煅燒反應(yīng)，輕燒氧化鎂經(jīng)冷卻回收熱量后，粉碎、分級(jí)、包裝制取產(chǎn)品。
煤氣在煅燒段回轉(zhuǎn)筒體外燃燒，空氣經(jīng)冷卻段預(yù)熱提高溫度，進(jìn)入鍛燒段，保證煤氣充分燃燒，提供水鎂石分解所需熱量，煙道氣經(jīng)預(yù)熱段筒體外部加熱達(dá)到爐內(nèi)水鎂石粉溫度，煙氣降溫后經(jīng)引風(fēng)機(jī)排入放空煙囪。
煅燒窯預(yù)熱段溫度控制在200~400℃;鍛燒段溫度控制在400~700℃;冷卻段溫度控制在100℃以下。煅燒時(shí)間與水鎂石粒度、溫度有關(guān)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
2、主要設(shè)備
(1)燃?xì)忪褵⒏G
以煤氣、天然氣、焦?fàn)t氣等為燃料，采用立窯、回轉(zhuǎn)窯、懸浮窯、旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)煅燒窯等煅燒菱鎂礦或水鎂石，制取鍛燒氧化鎂。唐山化工機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)與制造的燃?xì)忪褵⒏G結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖3所示。
圖3 120m3氣燒立窯結(jié)構(gòu)圖
該窯由喂料裝置、窯體、煤氣燒嘴、卸料裝置、熱回收裝置等組成。喂料裝置包括受料溜槽、提升機(jī)、電動(dòng)料鐘、受料斗、料位探尺及卷?yè)P(yáng)機(jī)等組成，通過(guò)該裝置將原料礦石提升到窯頂，按工藝要求加入到立窯中;煅燒立窯窯體一般由里向外由耐火磚、保溫隔熱材料、鐵皮等組成，確保鍛燒反應(yīng)正常進(jìn)行，熱損失盡量小，鐵皮保證立窯嚴(yán)密，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合要求等;煤氣燒嘴一般釆用套筒式多個(gè)噴嘴組成，在立窯下部適當(dāng)位置設(shè)置1~2排燒嘴，每排沿窯圓周方向按不同角度設(shè)置4~10個(gè)燒嘴，上下排燒嘴要錯(cuò)開(kāi)，確保立窯圓截面同一平面溫度分布均勻;立窯底部設(shè)置螺錐出灰機(jī)，由出灰斗、檢修門、受料槽、管形出灰閥等組成，保證燒成物連續(xù)均勻卸出窯外;為了回收窯氣帶出的熱量，在窯氣出口管道設(shè)置煤氣預(yù)熱器、空氣預(yù)熱器、水加熱器，降低窯氣溫度，提高煤氣、空氣進(jìn)入燒嘴時(shí)溫度，回收熱量，一舉兩得。
(2)間接加熱回轉(zhuǎn)鍛燒窯
在使用煤氣、油等氣體或液體為燃料，采用回轉(zhuǎn)煅燒窯時(shí)，可以釆用直接加熱或采用間接加熱式。二者各具特點(diǎn)：直接加熱式熱利用率高，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但窯氣中CO2濃度較低，回收高純度CO2較復(fù)雜，投資大、成本高;間接加熱式熱利用率較低，設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但窯氣CO2濃度高，可直接回收高純干冰，且投資少、成本低，另外還可采用固體燃料，燃料適應(yīng)面廣。
靖江大東機(jī)電制造有限公司制造生產(chǎn)的DGWB型高溫煅燒窯結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4所示。
該轉(zhuǎn)窯由回轉(zhuǎn)窯體在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，體外用耐火材料砌注而成，墻體中間部位設(shè)置多個(gè)煤氣燒嘴，為煅燒帶。爐前部設(shè)置煙氣熱回收段，預(yù)熱進(jìn)爐原料礦石，窯氣降溫后，通過(guò)引風(fēng)機(jī)、煙肉排入大氣;燃燒用空氣在窯的后部與產(chǎn)品進(jìn)行熱交換，提高空氣溫
圖4DGWB型高溫煅燒窯結(jié)構(gòu)圖
1-引風(fēng)機(jī);2-回轉(zhuǎn)窯高溫段;3-振打機(jī)構(gòu);4-回轉(zhuǎn)窯冷卻段;5-密封下料機(jī)構(gòu);6-加料機(jī);7-托輪機(jī)構(gòu);8-支撐機(jī)構(gòu);9-燃燒器;10-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
度、降低產(chǎn)品溫度，回收余熱，提高熱利用率。該設(shè)備具有產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)定，占地面積小，連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)能力高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，環(huán)境污染輕等特點(diǎn)。全系統(tǒng)封閉、負(fù)壓操作，安全衛(wèi)生，廢氣排放符合國(guó)標(biāo);窯內(nèi)氣氛、溫度、進(jìn)料、轉(zhuǎn)速、傾斜角度可調(diào)，適應(yīng)高品質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)及不同檔次產(chǎn)品調(diào)整。該機(jī)高溫段長(zhǎng)度12m，物料可停留1h;加熱方式可根據(jù)用戶要求使用燃?xì)狻⑷加突蛴秒?。其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1所示。
表1DGWB型高溫煅燒窯主要技術(shù)參數(shù)表
(3)懸浮煅燒窯
懸浮鍛燒窯是20世紀(jì)70年代全世界能源危機(jī)的產(chǎn)物。當(dāng)時(shí)氧化鋁行業(yè)采用懸浮焙燒爐代替回轉(zhuǎn)窯，水泥行業(yè)采用懸浮分解爐進(jìn)行窯外分解，不僅降低了單位投資，還取得了節(jié)能40%的顯著效果。懸浮煅燒窯在鎂鹽行業(yè)的首例應(yīng)用是遼寧海城鎂礦的菱鎂礦煅燒，于20世紀(jì)90年代從丹麥引進(jìn)。到現(xiàn)在，懸浮煅燒窯在分解碳酸鹽、焙燒金屬氫氧化物、熱解羥基氯化物和堿式碳酸鹽等方面都有國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用，有關(guān)行業(yè)已經(jīng)不再搞重復(fù)引進(jìn)了。
現(xiàn)以沈陽(yáng)金博工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司設(shè)計(jì)與制造的懸浮煅燒窯為例介紹其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、熱耗、工藝流程及設(shè)備規(guī)格等。
懸浮鍛燒窯是一整套工業(yè)裝置，包括計(jì)量給料系統(tǒng)、物料預(yù)熱(干燥)系統(tǒng)、煅燒窯、產(chǎn)品冷卻系統(tǒng)、排風(fēng)除塵系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)。大型裝置采用計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)進(jìn)行控制。
煅燒窯是一個(gè)圓柱體，底部帶有空氣導(dǎo)管，從產(chǎn)品冷卻系統(tǒng)來(lái)的熱空氣經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入爐底后與噴入的燃料相遇形成火焰并產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物氣體，將顆粒懸浮起來(lái)。爐斷面的選擇使物料既循環(huán)又懸浮上升，停留一定時(shí)間后經(jīng)熱旋風(fēng)分離進(jìn)入冷卻系統(tǒng)。懸浮煅燒窯可以使用各種燃料。當(dāng)產(chǎn)品純度有要求時(shí)，應(yīng)使用氣體或液體燃料，其中以煤氣最為經(jīng)濟(jì)。懸浮煅燒窯具有以下特點(diǎn)：
①無(wú)焰燃燒，閃速傳熱，瞬間完成升溫和化學(xué)反應(yīng);
②由于配備原料預(yù)熱器回收廢氣熱量，配備產(chǎn)品冷卻器回收產(chǎn)品熱量，可以最大限度節(jié)省燃料;
③爐內(nèi)氣氛和溫度可調(diào)，適應(yīng)高品質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)和不同產(chǎn)品品種的調(diào)整和更換;
④自動(dòng)化程度高、占地小、投資低、建設(shè)周期短，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備少，維修費(fèi)用低;
⑤可根據(jù)原料水分配置各種千燥器組成干燥和煅燒一體化裝置系統(tǒng)。
原料平均粒度一般以100μm以下為好，其化學(xué)成分應(yīng)符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。天然礦物經(jīng)磨礦后自由水含量在4%以下，可以直接給料而不必專門設(shè)置干燥器。對(duì)于從生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的物料，如氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、結(jié)晶氯化鎂等，一般以濾餅的形態(tài)進(jìn)入鍛燒工序，被窯廢氣干燥后鍛燒。
煅燒氧化鎂有各種不同的產(chǎn)品規(guī)格，有些還是中間品。煅燒工藝、設(shè)備選型、系統(tǒng)配置和控制是根據(jù)原料性質(zhì)和產(chǎn)品規(guī)格來(lái)確定的。根據(jù)產(chǎn)品用途一般有以下幾種要求：化學(xué)組成、灼燒減量或煅燒度、化學(xué)活性、白度及孔徑和孔容。
當(dāng)上述一項(xiàng)或幾項(xiàng)被確定以后，就可以按生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。
懸浮鍛燒窯工藝流程分兩種，即干法給料流程和濕法給料流程。
①干法給料流程。
其流程見(jiàn)圖5所示。給料倉(cāng)內(nèi)的物料經(jīng)沖量流量計(jì)計(jì)量后經(jīng)輸送設(shè)備給入旋風(fēng)預(yù)熱器，進(jìn)行多級(jí)換熱后喂入懸浮煅燒窯。物料在爐內(nèi)懸浮上升，停留一段時(shí)間后在旋風(fēng)分離器內(nèi)分離，經(jīng)多級(jí)冷卻后排出系統(tǒng)。
冷空氣從末級(jí)冷卻器進(jìn)入系統(tǒng)，被物料加熱到一定溫度后入爐，與噴入爐內(nèi)的燃料進(jìn)行混合產(chǎn)生熱量和燃燒煙氣。煙氣經(jīng)多級(jí)預(yù)熱器冷卻后進(jìn)入電除塵器或袋式除塵器凈化，由引風(fēng)機(jī)排入煙囪。
圖5 干法給料工藝流程圖
圖6 濕法給料工藝流程圖
②濕法給料流程圖。
其流程見(jiàn)圖6所示。給料倉(cāng)內(nèi)的物料經(jīng)電子皮帶秤計(jì)量后由螺旋給料機(jī)喂入文丘里干燥器(若原料黏性大則配置其他干燥器)，干燥后再進(jìn)入預(yù)熱系統(tǒng)。其余與干法給料流程類似。
菱鎂礦、白云石鍛燒熱耗與生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)系見(jiàn)圖7所示
圖7熱耗與生產(chǎn)規(guī)模關(guān)系圖
(lkcal=4.1868kJ)
尾氣處理系統(tǒng)根據(jù)尾氣用途不同，處理方法各異。如果只生產(chǎn)固體產(chǎn)品，尾氣處理系統(tǒng)配置增濕塔-電除塵器，或增濕塔-袋式除塵器，尾氣經(jīng)除塵降溫后排入大氣;如果使用尾氣中co2時(shí)，則尾氣處理系統(tǒng)為填料塔式除塵器或濕式板式除塵器或用噴水降溫后用沖擊式水力除塵器工藝凈化后，送入壓縮機(jī)，升壓后送到應(yīng)用設(shè)備處。
利用懸浮煅燒窯所制得窯氣中CO2濃度：煅燒石灰石窯氣CO2濃度可達(dá)37%(體積分?jǐn)?shù));煅燒白云石窯氣CO2濃度可達(dá)39%(體積分?jǐn)?shù));煅燒菱鎂礦窯氣CO2濃度可達(dá)42%(體積分?jǐn)?shù))。
沈陽(yáng)金博工業(yè)技術(shù)有限公司所設(shè)計(jì)的懸浮鍛燒窯技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2所示。
表2懸浮鍛燒窯技術(shù)參數(shù)表
4)煤氣發(fā)生爐煤氣發(fā)生是利用塊狀無(wú)煙煤、焦炭、不黏性煤等進(jìn)行氣化制取煤氣的專用設(shè)備，石家莊科新環(huán)保設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)與制造的DQ煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8所示。
圖8 煤氣發(fā)生爐結(jié)構(gòu)
煤氣發(fā)生爐內(nèi)由耐火磚砌成，外設(shè)全水夾套，能生產(chǎn)294kPa蒸汽，滿足探火孔及自身煤的氣化使用，不需要外供蒸汽;可采用雙鐘罩加煤箱手動(dòng)或電動(dòng)等加煤;濕式灰盤機(jī)械出渣，操作簡(jiǎn)單;爐頂用耐火混凝土保溫，節(jié)約冷卻水。上煤系用單斗提升機(jī)構(gòu)。產(chǎn)生煤氣經(jīng)除塵裝置后送去做燃料。一般煤出口設(shè)防爆水封。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作、維修方便，安全可靠，節(jié)約能源。
DQ煤氣發(fā)生爐屬專利產(chǎn)品(專利號(hào)ZL97223974.4)，生產(chǎn)煤氣可直接用于煅燒窯、回轉(zhuǎn)干燥窯、熱風(fēng)爐、隧道窯、鍋爐等煅燒及干燥等設(shè)備作為熱源，熱效率高，不產(chǎn)生煙塵和廢物，從根本上解決環(huán)境污染。建立煤氣發(fā)生站可采用雙套系統(tǒng)，確保煤氣供應(yīng)，詳見(jiàn)圖19所示。
圖9 煤氣發(fā)生站工藝流程圖
石家莊科新環(huán)保設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DQ煤氣發(fā)生爐主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3所示。
表3 煤氣發(fā)生爐主要技術(shù)指標(biāo)
工業(yè)煤氣發(fā)生爐對(duì)煤的基本要求見(jiàn)表4所示。
表4工業(yè)煤氣發(fā)生爐對(duì)煤的基本要求
評(píng)論區(qū)
