化工中鈦白煅燒回轉(zhuǎn)窯技術的研究和發(fā)展

鈦白煅燒回轉(zhuǎn)窯技術的研究進展摘要 本文介紹了鈦白煅燒回轉(zhuǎn)窯強化的技術途徑: 降低進窯料的含水量、選擇低成本的燃料、改進窯襯里結(jié)構(gòu)、運用自動化控制系統(tǒng)通過對回轉(zhuǎn)窯裝置進行改進來提高鈦白的技術水平和經(jīng)濟指標以及鈦白生產(chǎn)中轉(zhuǎn)窯煅燒工序節(jié)能技術的探討關鍵詞 回轉(zhuǎn)窯 鈦白粉 煅燒 節(jié)能Abstract This paper introduces the titanium white calcining rotary kiln strengthening technical ways: reducing the kiln material moisture content, choose low cost of fuel, improve kiln lining structure, using automatic control system. Through the rotary kiln device was improved to improve titanium white technology level and economic index. , and titanium white production transfer kiln calcining process of energy-saving technology to explore.Keywords Rotary kiln titanium pigment calcined energy saving1 前 言鈦白粉是一種優(yōu)質(zhì)的白色顏料, 具有優(yōu)異的物理、化學、光學和顏料性能, 在涂料、塑料、造紙、橡膠、 化纖等行業(yè)中有廣泛的應用。

隨著近幾年對鈦白需求的增加, 我國鈦白行業(yè)獲得了飛速發(fā)展, 生產(chǎn)廠家 增多, 產(chǎn)能擴大自前兩年的擴產(chǎn)高潮后我國鈦白粉 產(chǎn)能達到 40萬t, 已超過日本, 位居世界第二, 但同期 對鈦白粉的表觀需求并未同步增加, 2001 年下半年 起行情下滑, 鈦白粉價格下降, 各廠家均有不同程度的庫存各生產(chǎn)廠家為求生存、圖發(fā)展竟相采取不同的措施, 提高生產(chǎn)效率和降低成本, 以求在激烈的競 爭中處于有利地位煅燒是鈦白生產(chǎn)中水解之后直接影響到成品光學性能和顏料性能等的重要生產(chǎn)工序, 且煅燒過程是強烈的吸熱過程, 能源消耗高, 直接影響鈦白粉的生 產(chǎn)成本因此, 從煅燒過程入手, 對回轉(zhuǎn)窯進行強化, 以提高裝置效率、增大產(chǎn)能、提高煅燒質(zhì)量、降低能耗, 是鈦白企業(yè)提高技術經(jīng)濟指標和競爭力的重要手段近兩年來, 很多企業(yè)在強化回轉(zhuǎn)窯的技術途徑上進行了有效的嘗試, 取得了令人滿意的成效在硫酸法鈦白生產(chǎn)中, 偏鈦酸在轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)脫水、脫硫和晶型轉(zhuǎn)化等階段, 才能生產(chǎn)出合格的顏料鈦白煅燒占鈦白能耗約20%, 是鈦白生產(chǎn)中能耗最大的工序因此，如何有效利用轉(zhuǎn)窯輸出的熱量和減少進轉(zhuǎn)窯偏鈦酸含水量, 是鈦白生產(chǎn)節(jié)能的重要課題2 影響煅燒的因素及回轉(zhuǎn)窯強化措施 2.1降低進料偏鈦酸含水量煅燒是水合二氧化鈦( 偏鈦酸) 轉(zhuǎn)變成二氧化鈦 的過程, 該過程主要是除去水合二氧化鈦中的水分和三氧化硫, 同時使二氧化鈦轉(zhuǎn)變成所需要的晶型, 并 顯現(xiàn)出鈦白的基本顏料性能。

偏鈦酸加熱所得的差熱曲線( 與燒結(jié)氧化硅對 比) 結(jié)果如圖 1 所示從圖 1 中可見, 由于脫水所產(chǎn) 生的吸熱過程發(fā)生在 150 e , 脫硫的吸熱過程發(fā)生在 650 e , 900 e 下的放熱過程是由于粒子表面積的縮 小從圖 1 中還可見, 水分蒸發(fā)所需要的總熱量比脫 硫所需的熱量大得多因此, 從節(jié)能上強化轉(zhuǎn)窯的關 鍵是降低進回轉(zhuǎn)窯偏鈦酸的含水量我們采取如下改進措施: 其一取消真空葉濾機鹽 抽, 全部用真空轉(zhuǎn)鼓脫水; 其二將轉(zhuǎn)鼓真空系統(tǒng)與水洗 真空系統(tǒng)分開, 提高轉(zhuǎn)鼓真空系統(tǒng)的真空度, 真空度由-0103~ - 0104 MPa 提高到- 0105~ - 0106 MPa1 ) TiO2; 2 ) 石英圖1 TiO2的差熱曲線實施改進措施后, 為水洗擴能改造騰出空間, 轉(zhuǎn)鼓真空增大后, 脫水能力加大, 回轉(zhuǎn)窯的進料偏鈦酸 的固含量提高到 33% 以上, 含水量較鹽抽降低 3 個 百分點2.2 合理選擇燃料, 降低回轉(zhuǎn)窯能耗成本燃料和燃燒裝置的選擇是影響能耗的重要因素, 鈦白粉產(chǎn)品要求白度高, 工業(yè)上都必須使用優(yōu)質(zhì)燃料, 現(xiàn)常用的燃料是輕柴油、煤氣和天然氣從行業(yè) 有關報表中可知, 燃料的消耗費用一般占生產(chǎn)成本的 10% ~ 20% 。

結(jié)合質(zhì)量要求, 較快適應燃料市場變化, 選擇低成本的優(yōu)質(zhì)燃料是降低成本的有效方法之 一我公司多年之前因有充足的 H2, 油、氫混燒在能 源上具有優(yōu)勢, 后因氫氣作為它用, 改用輕柴油, 柴油 消耗費用高達 1 100 元/ t TiO2, 占鈦白粉生產(chǎn)成本的 17% 針對此情況, 我們通過考察, 分析燃料市場, 并 綜合分析各燃料對鈦白粉質(zhì)量的影響, 最后確定采用 優(yōu)質(zhì)低價的燃料油( 180# ) 代替輕柴油, 相應對供油 系統(tǒng)、燃燒裝置進行了優(yōu)化設計、改造, 解決燃料油流 動性差, 霧化不好, 燃燒噴嘴積炭的毛病應用后節(jié) 能降耗明顯, 而產(chǎn)品質(zhì)量未受任何影響2.3 改進回轉(zhuǎn)窯的襯里結(jié)構(gòu), 提高設備能力鈦白粉要有良好的性能, 很大程度上取決于回轉(zhuǎn) 窯中達到的煅燒強度煅燒強度是煅燒溫度和時間 的函數(shù), 即 f= q(T, t) , T、t分別為煅燒的溫度和時間 生產(chǎn)當中要控制合適的煅燒強度, 達到最佳的顏料及 光學性能, T 和 t 有一個最佳組合, 而這種最佳組合 并不是唯一的實際中可以通過改變某一參數(shù), 調(diào)整 T、t最佳組合, 以滿足質(zhì)量及提高裝置能力的要求保持溫度及溫度分布不變, 增加進料量, 提高窯的填充系數(shù), 雖然物料在窯內(nèi)停留時間延長, 但物料與表面高溫氣氛接觸時間減少, 即T 與 t 仍能保證在 最佳組合。

據(jù)此, 我們對窯襯里的耐火磚進行改造, 增設幾道擋圈, 如圖 2 所示圖2 回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)檔圈示意圖增加進料量后, 保持溫度及溫度分布不變, 物料 在窯內(nèi)停留時間足夠長, 而與高溫氣體接觸較之前幾 率降低, 避免形成硬度很高的角質(zhì)粒子, 產(chǎn)品吸油量 大大降低經(jīng)過比較, 改造后成品的吸油量由 25~ 26 g/ 100 g 降低到 23 g/ 100 g煅燒后物料的消色率 保持在 105% ~ 110%, 而增加填料系數(shù)后, 每條窯( 52 300 mm × 36 000 mm) 的生產(chǎn)能力由平均 211375 t/ d 提高到了 251875 t/ d, 增加了 21% 另外, 我們正 在考慮將窯加長改造, 同時對窯尾氣處理裝置進行配 套改造, 這樣能保證窯填充系數(shù)增加后所需的煅燒氣 氛, 延長物料停留時間, 降低窯尾溫度, 調(diào)整窯內(nèi)溫度 分布, 進一步充分利用能量, 擴大窯的能力, 使每條窯 生產(chǎn)能力達到 110 萬 t/ a2.4 運用自動化控制系統(tǒng), 提高轉(zhuǎn)窯的控制水平回轉(zhuǎn)窯采用常規(guī)儀表控制, 控制水平相對落后, 憑操作人員的感覺來判斷工況, 產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量依賴 于他們的責任心和經(jīng)驗, 難免造成能源浪費。

進料量 的不穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量的滯后檢測, 是造成產(chǎn)品質(zhì)量、色相不穩(wěn)定, 消色率高低不同的主要原因之一在對回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)改造中, 同有關科研院所合 作, 采用自動化控制系統(tǒng), 自動調(diào)節(jié)原料入窯量、燃油 的流量自動控制系統(tǒng)的優(yōu)點為: ( 1) 進窯漿料流量 穩(wěn)定、均勻, 為保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提供條件; ( 2) 確保 燃油、風量最佳配比, 油槍燃燒合理, 節(jié)能降耗明顯; ( 3) 確保轉(zhuǎn)窯維持在最佳物料平衡和熱平衡狀況下運 行, 確定最佳控制曲線, 使窯在高負荷生產(chǎn)條件下長期穩(wěn)定運行, 大幅度提高產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量3 鈦白生產(chǎn)中轉(zhuǎn)窯煅燒工序節(jié)能技術3.1偏鈦酸脫水采用葉濾機、真空轉(zhuǎn)鼓過濾機和壓濾機對進 轉(zhuǎn)窯的偏鈦酸脫水時, 其偏鈦酸含固量分別為30%-32%, 40%-42% 和 50%-60% 由于偏鈦酸含固量增加, 含水量減少, 噸鈦白在轉(zhuǎn)窯 中蒸發(fā)水量用的熱量: 葉濾機脫水為 6103 ×106 kJ, 壓濾機脫水為 3160 × 106 kJ, 壓濾機比葉 濾機脫水節(jié)能 21428 × 106 kJ, 相當于噸鈦白節(jié)省 標煤 8218kg同時, 由于壓濾機脫水使偏鈦酸 含水量低, 轉(zhuǎn)窯內(nèi)脫水段的長度也可減少, 可提 高轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)能力, 如 5 2400 × 38000 的轉(zhuǎn)窯, 日產(chǎn)可以達 35 t。

新的工程設計, 可適當縮短轉(zhuǎn) 窯脫水段的長度3.2窯體散熱從表 2可見, 窯體的散熱占 39153%, 為該 工序最大的熱能消耗為了有效減少窯體散熱, 四川某鈦白企業(yè)采用兩層磚砌窯, 如 5 2800 ×53000mm 的轉(zhuǎn)窯, 生產(chǎn)能力 20kt/ a鈦白, 原有 耐火磚厚度 200mm, 現(xiàn)仍保持原耐火磚的厚度, 但改為一層厚 150mm 耐火磚, 一層厚度 45mm 保溫磚, 兩層間灰縫 5mm, 經(jīng)測定噸鈦白能耗( 9121~ 10147) × 106 kJ, 而 5 3200 × 55000 轉(zhuǎn)窯 內(nèi)襯單層厚度 200mm 的耐火磚, 生產(chǎn)能力 40kt/ a, 噸鈦白的能耗 91379 × 106 kJ, 上述兩例能耗基 本相當, 但兩者比較可以看出, 前者內(nèi)襯兩層磚的轉(zhuǎn)窯, 因減少散熱損失,具有一定的節(jié)能效果 據(jù)資料介紹, 德國T i- Cons公司有轉(zhuǎn)窯先進工藝, 即在轉(zhuǎn)窯內(nèi)耐火磚與窯體之間加襯一層厚152mm 輕質(zhì)保溫磚, 總厚度304mm, 以5 3200 × 55000mm轉(zhuǎn)窯為例, 可減少轉(zhuǎn)窯散熱損失1126 ×106 kJ, 相當于減少轉(zhuǎn)窯熱損的25% ,噸鈦白節(jié)省標煤43kg。

表 1 轉(zhuǎn)窯輸出熱量平衡表 (噸銳鈦型鈦白)項目熱量（KJ）所占比例（%）偏鈦酸水份蒸發(fā)帶走熱360722230.84窯體散熱462448739.53煙氣帶走熱262487222.44成品帶走熱8119776.94粉塵166980.14煙氣112870.11合計116965431003.3轉(zhuǎn)窯尾氣熱能的回收和利用噸鈦白轉(zhuǎn)窯尾氣帶出熱量約 6123 × 106 kJ ( 含偏鈦酸水份蒸發(fā)帶出熱量約 3160 × 106 kJ), 轉(zhuǎn)窯尾氣帶出的熱量分為兩部分: 一部分是水的 潛熱, 熱量大, 但屬于低品位熱, 可回收價值 低; 另一部分是氣體顯熱, 這部分為高品位熱, 可回收利用見圖 3圖 3 轉(zhuǎn)窯尾氣熱能回收利用工藝框圖圖3中設有高溫靜電除塵器, 目的是除去轉(zhuǎn) 窯尾氣所夾帶的 TiO2 粉末, 回收成品 T iO2, 同 時確保進低壓鍋爐氣體的凈度, 以提高鍋爐的運 行效果以噸鈦白轉(zhuǎn)窯尾氣量 15000m 3 計, 進低 壓鍋爐溫度為 350e , 出低壓鍋爐溫度為 200e , 噸鈦白可回收 016M Pa ( G ) 飽和蒸汽約 1112 t 經(jīng)測其與回轉(zhuǎn)窯配套的余熱鍋爐, 大約需要投資50萬元, 可回收 1112t蒸汽 / t T Oi2, 蒸汽以 150 元 /t計, 增加效益 168元 / t鈦白, 生產(chǎn)約 3000t鈦白便可收回投資。

原工藝有文丘里洗滌器采用循環(huán)水噴淋轉(zhuǎn)窯 尾氣, 將尾氣溫度降至 80~ 90e , 噴淋后的循 環(huán)水溫度升至 80e , 將 80e 的水經(jīng)涼水塔降至 50~ 60e 再循環(huán)使用該工藝因高溫酸性水對涼 水塔設備有腐蝕作用, 故有時也直接外排, 結(jié)果 對環(huán)保造成壓力, 同時也造成轉(zhuǎn)窯尾氣熱能的浪 費新方案擬采用二次洗水去文丘里洗滌器噴淋 轉(zhuǎn)窯尾氣, 使轉(zhuǎn)窯尾氣溫度從 200e 降至 90e , 二次洗水的溫度從 30e 升至 55e , 再供一次水洗使用一、二次水洗用水量基本相當, 以噸 T iO2計, 水量為 16.7t 噸鈦白噴淋水吸收熱量:Q 1 = 1617 × 1000 × 1 × ( 55- 30) = 417500 kcal噸鈦白轉(zhuǎn)窯尾氣放出熱量:Q 2 = 150022140× 28108× 0125× ( 200- 90) = 51709812 kcal扣除熱損失等因素, Q2 值仍大于 Q1 值, 可 確保噴淋水吸收熱量的要求3.4產(chǎn)品帶走熱量的收回出轉(zhuǎn)窯的高溫粗二氧化鈦,經(jīng)空氣冷卻器回收TiO2 的余熱,使空氣溫度升至 9215e 去燃燒器作為燃料的一次空氣之用,經(jīng)計算空氣回收出轉(zhuǎn)窯的TOi2的余熱有限,以天然氣為燃料只收回38%,以煤氣為燃料只收回54%今后工程設計或原裝置技術改造應該重視粗TiO2熱量回收系統(tǒng)的設計,可采用空氣和水回收相結(jié)合,空氣回收熱量供轉(zhuǎn)窯燃燒器一次空氣之用,水回收熱量可供其他工序之用。

提高粗TOi2熱量回收率, 還可以改善窯頭的生產(chǎn)環(huán)境4結(jié)論(1) 通過對回轉(zhuǎn)窯實施多種強化措施后, 轉(zhuǎn)窯裝置產(chǎn)能提高了21%, 達到了少投入又擴能的目的2) 裝置利用率提高、進窯料含水量的降低及自動化控制系統(tǒng)的應用, 節(jié)能顯著, 油耗下降3) 國民經(jīng)濟/十一五0 規(guī)劃綱要中提出,要實現(xiàn)單位產(chǎn)品GDP能耗降低20% 的約束性目標, 對于高耗能的鈦白工業(yè)來說, 更具有約束性的要求4) 煅燒是鈦白生產(chǎn)中能耗最大的工序,本文提出轉(zhuǎn)窯煅燒四項節(jié)能措施, 對降低鈦白生產(chǎn)的能耗有重要的意義, 同時也必須注意其他工序的節(jié)能工作, 使我國鈦白生產(chǎn)的能耗實現(xiàn)國家發(fā)展和改革委員會等部委聯(lián)合下發(fā)關于印發(fā)/十一五0 十大重點節(jié)能工程實施意見的通知的要求, 2012年的限額值: 噸銳鈦型鈦白能耗<1166t標煤, 金紅石型鈦白能耗< 1195 t標煤參考文獻[1] 彭長征等. 功能高分子學報, 1996, 9( 2) : 209.[2] 唐振寧. 從煅燒的熱平衡數(shù)據(jù)探討轉(zhuǎn)窯的節(jié)能措施[ J] . 鈦白, 2006 ( 10) .[3] 陳文娟, 戴建軍. 鈦白粉煅燒尾氣處理工藝改進及余熱利用的研究[ J] . 鈦白, 2009 ( 10 ).[4] 唐文騫. 鈦白生產(chǎn)中先進節(jié)能技術應用的探討[ J] . 無機鹽工業(yè), 2008 ( 7) . [5] Pang Changchun etc. Preprints of First East- Asia Polymer Conference,Shanghai, 1995. 195 頁.[6] Civilly, J. V. Macromolecul e, 1977, 10( 6) : 1307.[7] P. E Sundell etc. Progress in Org. Coatings, 1996, ( 27) : 107~ 122.[8] EEC Commission Direcive, 1993, 93/ 21.[9] OECD Guideline 1992, ( 406) .[10] David Palmer Fields ABSTRACT OF THE DISCLOSURE．US Patent 3418147．1968—12—24．[11] D．N．FURLONG，F(xiàn)ROUQUEROL,J．ROUQUEROLK· etc． Adsorption Microcalorimetric Study of Ruffle and Silica-coated Rutile.Journal of Colloid and Interface Science，1980，75(1)：68—73．23。