我国延迟石油焦原料现状及煅烧对策
轻 金 属 2005年第10期・60・
我国延迟石油焦原料现状及煅烧对策
孙舫
(贵阳铝镁设计研究院, 贵州贵阳550004)
摘要:由于延迟石油焦原料的粉料较多, 导致在回转窑煅烧工艺过程中实收率降低。建议采用罐式煅烧炉工艺或者粉料成球+回转窑煅烧工艺, 以提高延迟石油焦的煅烧实收率。关键词:延迟石油焦; 粉料; 煅烧; 实收率; 罐式煅烧炉; 回转窑; 成球
中图分类号:TE626. 8+7 文献标识码:A 文章编号:10021752(2005) 10006003
R etard Petroleum Coke Status and C alcining Measures
SUN Fang
(Guiyang Aluminum and Magnesium Research and
Design institute , Guiyang , )
Abstract :There is much more powder in the retard petroleum coke ,wihich leads to Pot pelleting process combined with rotary kiln calcining process is recommended to K ey w ords :retard petroleum coke ;powder ;calcining yield ;pot 1 目前, 转窑煅烧延迟焦的工艺过程中, 实收率相对较低, 一般在72%～68%之间。原因之一, 是市场上采购到的原料延迟石油焦中的粉料量较大, 因此在煅烧过程中, 除去挥发分、水分之外, 还有大量的粉焦被烧损或者被气流带走。其所造成的结果是:
(1) 煅烧的实收率低, 致使预焙阳极生产原料消耗增加, 增加生产成本。
(2) 由于大量的焦粉在回转窑后面的沉灰室中燃烧, 大大地增加了废热量, 而对于工厂来说废热利用的能力是有限的, 因而不得不减少加料量, 导致煅烧系统达不到设计产能。为了保证产量, 必须增加总的系统运行时间或加大系统处理能力, 同样需增加生产成本。
⑴γa
式中:ω———需要的气流速度m/s (本文视为窑尾烟
气的工况气流速度) ; k ———经验系数, 取k =1. 3; d m ax ———最大颗粒直径m (本文视为石油焦
的粒径) ; γ——固体物料重度kg/m 3(本文视为生石油s —
焦的重度) ; γa ———空气重度kg/m 3(本文视为窑尾烟气的重度) 。
(1) 在窑尾下料处的平均直径(内径) 为:
D 内==1. 45(m )
2
其断面面积为:A =×1. 452=1. 65m 2
4
设生石油焦在此处的填充系数为8%, 则下料处的有效截面积A 1为:
A 1=1. 65×0. 92≈1. 52(m 2)
ω=k ・5. 33
γ2 回转窑煅烧气流带走物料分析
回转窑内气流速度, 气流重度与带走得物料粒
径直接相关。
以目前国内使用最多的Ф2. 2×45m 回转窑为例, 参考气力输送的计算公式:
收稿日期:2005-07-27
(2) 窑尾处烟气流量为22000Nm 3/hr 、烟气温
度为600℃, 则工况下的烟气量Q 1为:
Q 1=22000≈65549(m 3/h )
20+273
(3) 窑尾下料处的平均烟气流速
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ω=
=≈12(m/s ) A 11. 52×3600
b. 计算的d m ax 的值为理想的圆形颗粒。实际
(4) 烟气的重度:考虑烟气中含有水分、炭尘,
其标准状态下的重度设为空气重度(1. 29kg/Nm 2)
的1. 3倍, 则其重度为:
γa =≈0. 524(kg/m 3)
273+600
3
(5) 生焦的重度:γs 取1500kg /m
根据公式⑴, 计算得出被窑尾气流带走的石油焦最大颗粒粒径d m ax 为:
d m ax ≈1. 05(mm ) 取1. 0mm
根据以上计算结果的分析:
a. 如计算过程中所设定的各数据条件是接近实
上, 一些平均直径略大于d m ax 值的颗粒, 若其形状不完全为圆形而偏于片状或长方形时, 其受风面积较大也易被气流带走。
c. 烟气量22000Nm 3/h , 是指生焦挥发分含量为12%, 水分为3%, 实收率为77%, 煅烧焦产能5. 5t/h (下料量约7. 2t/h ) 时的数据, 若水分、挥发分及下料量增加, 则烟气量、烟气重度增加, 因此d m ax 值也会加大, 进一步导致实收率降低。
d. 以上数据仅为对回转窑实收率较低的现象进行定性分析, 在正常运转状态下d m ax 实际值是多少, 可由窑尾沉灰室处取样分析。根据对沉灰室沉料的观察, d m ax 大于上述计算值。因为生焦进入窑尾时, 由于被翻动已有初速度, 加之此处气流呈涡流状, 大于计算值d m ax 的物料也常被带出。
际的, 在窑尾下料处, ≤1. 0mm 粒径的生石油焦将被带出窑尾进入沉灰室。因此煅烧实收率与原料中该粒级以下的粉料含量有直接关系。
表1 Table 1. Comparison of coke kiln 序号11. 11. 21. 31. 41. 51. 5. 1
项 目工艺及操作特点对原料的适应性运行费用新水
回转窑 式 煅 烧 炉备 注
可以利用
容易自动化, 劳动生产率较高对挥发分含量基本无要求
间接加热可以利用
不易自动化, 劳动生产率较低要求挥发分含量在10%以下
较多(直接消耗)
较多
40～60×104(kJ/t. 煅烧焦)
较少(无直接消耗)
较少
-30×104(kJ/t. 煅烧焦)
1. 5. 2电耗(操作用电) 1. 5. 31. 5. 41. 5. 51. 5. 622. 12. 22. 32. 42. 53
燃料消耗维修费用大修周期固定资产析旧煅烧实收率
烧损细粉损失实收率原料消耗原料成本产品质量
灰分%
较多短
较低(单位产能投资较低)
较少长
较高(单位产能投资较高)
按单位产品计
8%以上3%以下
大(程度与原料中细粉的比例有关) 低(72%～68%, 与原料细粉料比例有关)
1. 42(t/t. 煅烧石油焦)
基本无
高(～80%, 基本与原料粉料比例无关)
1. 25(t/t. 煅烧石油焦)
～1450(元/t. 煅烧焦) 挥发分%0. 5～1. 0
～1240(元/t. 煅烧焦)
粉末电阻率μΩm
灰分%
硫分%
真密度g/cm 3
挥发分%
硫分%
真密度粉末电阻率g/cm 3
μΩm ≤500
≤0. 50≤1. 52. 0～2. 05560～600≤0. 50≤0. 5≤1. 5≥2. 05
3 对策
3. 1 罐式煅烧炉方案
因为在煅烧过程中, 罐式煅烧炉煅烧石油焦的过程是物料在料箱中被间接加热和冷却的过程。
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(1) 石油焦填充在料箱中, 没有足以带走其中
大量粉料的气流, 因此粉料几乎没有损失;
(2) 石油焦中含有一定的挥发分, 在煅烧过程中由于在缺氧环境中被间接加热, 其中的大分子环烃化合物不存在被氧化的条件, 在挥发溢出过程中又受到一定的阻力, 因此在较高的温度下裂化结焦。这样, 其中的细粉在煅烧过程中粘结成颗粒状态, 这就是我们看到的罐式煅烧炉在煅烧石油焦时其排出的煅烧料细粉料较少的原因之一。
(3) 由于石油焦是在料箱中被间接加热的, 灼热的焦炭不易与空气接触, 因而在煅烧过程中, 焦炭的烧损很少, 一般在3%以下。
以上工艺特点, 使得罐式煅烧炉在煅烧石油焦的时候实收率较高。也就是说, 在这种工艺过程中除了必不可少的物料中的挥发分、水分极少量烧损损失外, 没有其它的损失。
另外, 使用罐式炉煅烧工艺, 还具有煅烧质量好且稳定、运行费用和能量消耗较低等特点。
以上罐式煅烧炉煅烧工艺的优点, 正是回转窑煅烧工艺所没有。当然, 也有产能低(表1:
由表1可以看出:
(1) 与回转窑比较, 采用罐式煅烧炉, 含固定资产折旧的运行费用基本相当, 或罐式煅烧炉略低。但需要说明的是, 罐式煅烧炉煅烧工艺目前生产自动化程度较低, 是基于上世纪80年代的设计水平。当时, 我国石油焦原料的问题尚未如此突出, 因此对罐式炉煅烧工艺技术的开发和优化的重视程度不够。实际上由于回转窑和罐式炉煅烧工艺过程大同小异, 以我们现已掌握的技术手段, 实现罐式煅烧炉煅烧工艺过程自动化控制是完全可能的。
(2) 由于实收率不同的原因, 就其原料消耗来看, 吨煅烧焦的原料成本, 罐式煅烧炉煅烧工艺较回转窑约低210元, 以200kt/a 规模的电解铝厂为例, 其预焙阳极生产所需要的煅烧焦大约为80kt/a , 采用罐式煅烧炉煅烧工艺的原料成本较回转窑低约1680万元/a , 这是一个不小的数目。而且还存在煅烧焦质量对预焙阳极质量影响的经济效益的潜在因素。
所以就目前乃至今后较长一段时间内国内石油焦的供应状况而言, 罐式煅烧炉煅烧工艺的优越性
是明显的, 值得我们投入力量去重新认识和研究开发。
3. 2 原料预处理+回转窑煅烧方案
对于当前延迟石油焦, 采用回转窑煅烧, 其实收率低的原因, 除了其本身的烧损较高(～8%) 的工艺特点外, 另一主要的损失为其中的细粉料(估计约为投料量的10%) 被煅烧过程中所产生的烟气带出回转窑外而不能回收。只有将细粉加工成块状才能避免这部分料被带出回转窑外。
可能的方法是在对石油焦原料粗碎后进行筛分, 将筛出的小于一定粒度的料用压团机压制成直径约30～40mm 的球团后再加入回转窑煅烧, 球团应具有一定强度以至于在机械输送过程中不被破碎。因为生石油焦中含有较高的挥发分, 在模具内一定的压力下成球是可能的。这样煅烧实收率应该提高到75%以上。
目前, , 在制团工艺, 需。
, 对于相当规模的回转窑煅烧, 其基建投资和运行费用及原料成本也会远大于罐式炉煅烧工艺。但是与目前的回转窑煅烧工艺比较, 其实收率高出约5%。对于200kt/a 规模的电解铝厂来说, 每年石油焦的原料成本可以降低大约864万元, 估计大于其所需要的基建投资。应可获得较好的投资效益。
4 结语
⑴目前或今后相当长的一段时间内, 罐式煅烧炉煅烧工艺可能是解决我国延迟石油焦煅烧问题的较好途径。
⑵在回转窑煅烧系统增加粉料成球工序, 可以解决回转窑煅烧工艺实收率低的问题。
⑶由于我国延迟石油焦供应偏紧, 高质量的原料特别短缺, 价格逐年攀升。煅烧过程中实收率的高低, 直接关系到预焙阳极生产的成本, 也关系到有限能源的有效利用问题, 应当引起我们足够的重视。因此, 组织力量, 对我国延迟石油焦的生产、质量、用途、煅烧工艺状况进行调查研究, 找到合理的解决办法和利用途径是十分必要的。
参考资料:
〔1〕《水泥厂工艺设计手册》下册〔Z 〕. 中国建筑工业出版社,1985,4.
(责任编辑 潘玉敏)