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煅烧氧化镁的生产工艺流程及主要设备
发布时间:2023-09-13 浏览量:544

煅烧氧化镁的生产方法包括菱镁矿煅烧法和水镁石煅烧法,我国目前主要采用菱镁矿煆烧法。菱镁矿石中,MgCO3含量高达90%以上,另外含少量CaCO3及其他微量杂质。在高温下煅烧,MgCO3和CaCO3分解为MgO和CaO,同时放出CO2气体,该过程为吸热过程。菱镁矿加热至500℃即开始分解,其热分解是发生于界面附近的离子扩散反应,属于界面收缩机理,即缩壳机理,原矿晶粒外表面逐渐分解剥离,其中CO32-的扩散为控制步骤。

具体的生产工艺流程及主要设备如下所示:

1、生产工艺流程

(1)菱镁矿煅烧法工艺流程

以菱镁矿为原料经预处理、煅烧、粉碎制取煅烧氧化镁时,因用燃料不同可分为:以无烟煤或焦炭为燃料的混料式煅烧立窑工艺、间壁式煅烧工艺;以煤气或重油为燃料的直燃式煅烧立窑、回转窑等煅烧设备及工艺。本章重点介绍以煤气为燃料直燃式煅烧工艺。其流程见图1所示。


图1 菱镁矿煅烧法制取煅烧氧化镁工艺流程图

菱镁矿经预处理剔除红筋,水洗泥土等,破碎成一定粒度,经提升装置提升到立窑顶部加入料钟中,定时按工艺要求定量加入窑中;一定粒度的白煤、或焦炭、或不黏煤等,由加料装置提升到煤气发生炉顶部,通过料钟加入炉中。在发生炉底部通入空气和水蒸气在炉中产生煤气,经除尘装置、换热器进入立窑下部烧嘴,并由鼓风机吹入空气经预热后,同煤气进行燃烧。根据工艺要求控制不同温度对菱镁矿进行煅烧反应。当温度控制在1500~1800℃时,从窑底部卸出烧成料,经破碎、筛选制取重烧镁砂;当温度控制在700~900℃时,从窑底部卸出烧成料,经破碎、筛选制取轻烧镁粉。

重烧镁砂每吨消耗定额:菱镁矿2.0~2.5t;煤耗随使用燃料类型不同折合成标煤耗不同,一般在0.22~1.0t;电耗30~50kW·h;轻烧镁粉每吨消耗定额:菱镁矿2.2~2.6t,煤耗0.2~0.8t,电耗30~50kW·h。

(2)水镁石煅烧法工艺流程

以水镁石为原料,预处理、粉碎,送煅烧窑煅烧,因燃料不同,煅烧窑各异,本文以间接加热回转窑为例,燃料为煤或煤气,其工艺流程详见图2所示。


图2水镁石煅烧法制取轻烧氧化镁工艺流程图

水镁石经预处理剔除红筋,水洗泥土等,粉碎到一定粒度(约100~200目),经提升加入到回转煅烧窑,由煤气、燃油或燃煤间接加热,进行煅烧反应,轻烧氧化镁经冷却回收热量后,粉碎、分级、包装制取产品。

煤气在煅烧段回转筒体外燃烧,空气经冷却段预热提高温度,进入锻烧段,保证煤气充分燃烧,提供水镁石分解所需热量,烟道气经预热段筒体外部加热达到炉内水镁石粉温度,烟气降温后经引风机排入放空烟囱。

煅烧窑预热段温度控制在200~400℃;锻烧段温度控制在400~700℃;冷却段温度控制在100℃以下。煅烧时间与水镁石粒度、温度有关,根据实际情况进行调整。

2、主要设备

(1)燃气煅烧立窑

以煤气、天然气、焦炉气等为燃料,采用立窑、回转窑、悬浮窑、旋转动态煅烧窑等煅烧菱镁矿或水镁石,制取锻烧氧化镁。唐山化工机械有限公司设计与制造的燃气煅烧立窑结构详见图3所示。


图3 120m3气烧立窑结构图

该窑由喂料装置、窑体、煤气烧嘴、卸料装置、热回收装置等组成。喂料装置包括受料溜槽、提升机、电动料钟、受料斗、料位探尺及卷扬机等组成,通过该装置将原料矿石提升到窑顶,按工艺要求加入到立窑中;煅烧立窑窑体一般由里向外由耐火砖、保温隔热材料、铁皮等组成,确保锻烧反应正常进行,热损失尽量小,铁皮保证立窑严密,整体结构强度符合要求等;煤气烧嘴一般釆用套筒式多个喷嘴组成,在立窑下部适当位置设置1~2排烧嘴,每排沿窑圆周方向按不同角度设置4~10个烧嘴,上下排烧嘴要错开,确保立窑圆截面同一平面温度分布均匀;立窑底部设置螺锥出灰机,由出灰斗、检修门、受料槽、管形出灰阀等组成,保证烧成物连续均匀卸出窑外;为了回收窑气带出的热量,在窑气出口管道设置煤气预热器、空气预热器、水加热器,降低窑气温度,提高煤气、空气进入烧嘴时温度,回收热量,一举两得。

(2)间接加热回转锻烧窑

在使用煤气、油等气体或液体为燃料,采用回转煅烧窑时,可以釆用直接加热或采用间接加热式。二者各具特点:直接加热式热利用率高,设备结构简单,但窑气中CO2浓度较低,回收高纯度CO2较复杂,投资大、成本高;间接加热式热利用率较低,设备结构较复杂,但窑气CO2浓度高,可直接回收高纯干冰,且投资少、成本低,另外还可采用固体燃料,燃料适应面广。

靖江大东机电制造有限公司制造生产的DGWB型高温煅烧窑结构见图4所示。

该转窑由回转窑体在电机驱动下做回转运动,体外用耐火材料砌注而成,墙体中间部位设置多个煤气烧嘴,为煅烧带。炉前部设置烟气热回收段,预热进炉原料矿石,窑气降温后,通过引风机、烟肉排入大气;燃烧用空气在窑的后部与产品进行热交换,提高空气温


图4DGWB型高温煅烧窑结构图

1-引风机;2-回转窑高温段;3-振打机构;4-回转窑冷却段;5-密封下料机构;6-加料机;7-托轮机构;8-支撑机构;9-燃烧器;10-传动机构

度、降低产品温度,回收余热,提高热利用率。该设备具有产品质量指标稳定,占地面积小,连续化生产,生产能力高,劳动强度低,环境污染轻等特点。全系统封闭、负压操作,安全卫生,废气排放符合国标;窑内气氛、温度、进料、转速、倾斜角度可调,适应高品质产品生产及不同档次产品调整。该机高温段长度12m,物料可停留1h;加热方式可根据用户要求使用燃气、燃油或用电。其主要技术参数见表1所示。

表1DGWB型高温煅烧窑主要技术参数表


(3)悬浮煅烧窑

悬浮锻烧窑是20世纪70年代全世界能源危机的产物。当时氧化铝行业采用悬浮焙烧炉代替回转窑,水泥行业采用悬浮分解炉进行窑外分解,不仅降低了单位投资,还取得了节能40%的显著效果。悬浮煅烧窑在镁盐行业的首例应用是辽宁海城镁矿的菱镁矿煅烧,于20世纪90年代从丹麦引进。到现在,悬浮煅烧窑在分解碳酸盐、焙烧金属氢氧化物、热解羟基氯化物和碱式碳酸盐等方面都有国产化应用,有关行业已经不再搞重复引进了。

现以沈阳金博工业技术发展有限公司设计与制造的悬浮煅烧窑为例介绍其结构、特点、热耗、工艺流程及设备规格等。

悬浮锻烧窑是一整套工业装置,包括计量给料系统、物料预热(干燥)系统、煅烧窑、产品冷却系统、排风除尘系统和燃烧系统。大型装置采用计算机集散系统进行控制。

煅烧窑是一个圆柱体,底部带有空气导管,从产品冷却系统来的热空气经导管进入炉底后与喷入的燃料相遇形成火焰并产生燃烧产物气体,将颗粒悬浮起来。炉断面的选择使物料既循环又悬浮上升,停留一定时间后经热旋风分离进入冷却系统。悬浮煅烧窑可以使用各种燃料。当产品纯度有要求时,应使用气体或液体燃料,其中以煤气最为经济。悬浮煅烧窑具有以下特点:

①无焰燃烧,闪速传热,瞬间完成升温和化学反应;

②由于配备原料预热器回收废气热量,配备产品冷却器回收产品热量,可以最大限度节省燃料;

③炉内气氛和温度可调,适应高品质产品的生产和不同产品品种的调整和更换;

④自动化程度高、占地小、投资低、建设周期短,转动设备少,维修费用低;

⑤可根据原料水分配置各种千燥器组成干燥和煅烧一体化装置系统。

原料平均粒度一般以100μm以下为好,其化学成分应符合相关行业标准。天然矿物经磨矿后自由水含量在4%以下,可以直接给料而不必专门设置干燥器。对于从生产流程中产生的物料,如氢氧化镁、碱式碳酸镁、结晶氯化镁等,一般以滤饼的形态进入锻烧工序,被窑废气干燥后锻烧。

煅烧氧化镁有各种不同的产品规格,有些还是中间品。煅烧工艺、设备选型、系统配置和控制是根据原料性质和产品规格来确定的。根据产品用途一般有以下几种要求:化学组成、灼烧减量或煅烧度、化学活性、白度及孔径和孔容。

当上述一项或几项被确定以后,就可以按生产规模进行工程设计。

悬浮锻烧窑工艺流程分两种,即干法给料流程和湿法给料流程。

①干法给料流程。

其流程见图5所示。给料仓内的物料经冲量流量计计量后经输送设备给入旋风预热器,进行多级换热后喂入悬浮煅烧窑。物料在炉内悬浮上升,停留一段时间后在旋风分离器内分离,经多级冷却后排出系统。

冷空气从末级冷却器进入系统,被物料加热到一定温度后入炉,与喷入炉内的燃料进行混合产生热量和燃烧烟气。烟气经多级预热器冷却后进入电除尘器或袋式除尘器净化,由引风机排入烟囱。


图5 干法给料工艺流程图


图6 湿法给料工艺流程图

②湿法给料流程图。

其流程见图6所示。给料仓内的物料经电子皮带秤计量后由螺旋给料机喂入文丘里干燥器(若原料黏性大则配置其他干燥器),干燥后再进入预热系统。其余与干法给料流程类似。

菱镁矿、白云石锻烧热耗与生产规模的关系见图7所示


图7热耗与生产规模关系图

(lkcal=4.1868kJ)

尾气处理系统根据尾气用途不同,处理方法各异。如果只生产固体产品,尾气处理系统配置增湿塔-电除尘器,或增湿塔-袋式除尘器,尾气经除尘降温后排入大气;如果使用尾气中co2时,则尾气处理系统为填料塔式除尘器或湿式板式除尘器或用喷水降温后用冲击式水力除尘器工艺净化后,送入压缩机,升压后送到应用设备处。

利用悬浮煅烧窑所制得窑气中CO2浓度:煅烧石灰石窑气CO2浓度可达37%(体积分数);煅烧白云石窑气CO2浓度可达39%(体积分数);煅烧菱镁矿窑气CO2浓度可达42%(体积分数)。

沈阳金博工业技术有限公司所设计的悬浮锻烧窑技术参数见表2所示。

表2悬浮锻烧窑技术参数表


4)煤气发生炉煤气发生是利用块状无烟煤、焦炭、不黏性煤等进行气化制取煤气的专用设备,石家庄科新环保设备有限公司设计与制造的DQ煤气发生炉的结构见图8所示。


图8 煤气发生炉结构

煤气发生炉内由耐火砖砌成,外设全水夹套,能生产294kPa蒸汽,满足探火孔及自身煤的气化使用,不需要外供蒸汽;可采用双钟罩加煤箱手动或电动等加煤;湿式灰盘机械出渣,操作简单;炉顶用耐火混凝土保温,节约冷却水。上煤系用单斗提升机构。产生煤气经除尘装置后送去做燃料。一般煤出口设防爆水封。该设备结构简单,操作、维修方便,安全可靠,节约能源。

DQ煤气发生炉属专利产品(专利号ZL97223974.4),生产煤气可直接用于煅烧窑、回转干燥窑、热风炉、隧道窑、锅炉等煅烧及干燥等设备作为热源,热效率高,不产生烟尘和废物,从根本上解决环境污染。建立煤气发生站可采用双套系统,确保煤气供应,详见图19所示。


图9 煤气发生站工艺流程图

石家庄科新环保设备有限公司生产的DQ煤气发生炉主要技术指标见表3所示。

表3 煤气发生炉主要技术指标


工业煤气发生炉对煤的基本要求见表4所示。

表4工业煤气发生炉对煤的基本要求



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