沈明科，尹孝剛，烏紅緒，邱少花

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 華縣 714101)

0 引 言

金鉬股份鉬爐料產(chǎn)品部為適應(yīng)國內(nèi)外鉬產(chǎn)業(yè)日益發(fā)展的需要，提高工業(yè)氧化鉬的產(chǎn)品質(zhì)量及其穩(wěn)定性，擴(kuò)大工業(yè)氧化鉬的生產(chǎn)規(guī)模，提高其裝備水平，在總結(jié)國內(nèi)外多膛爐焙燒技術(shù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了國外公司的多膛爐焙燒生產(chǎn)線。

在項(xiàng)目前期試驗(yàn)階段，因鉬精礦油水含量較高，易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，在鉬精礦進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯及多膛爐進(jìn)行試焙燒時(shí)，導(dǎo)致爐況不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生生料包裹現(xiàn)象，脫硫不徹底，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。鉬爐料產(chǎn)品部技術(shù)人員結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，在充分總結(jié)借鑒國內(nèi)外鉬精礦干燥的成功案例后，提出利用硫酸廠余熱蒸汽作為熱源、空心槳葉干燥機(jī)作為干燥主機(jī)解決油水含量為10%左右的鉬精礦的干燥技術(shù)方案并付諸實(shí)施。

1 干燥前鉬精礦供礦及鉬精礦預(yù)處理現(xiàn)狀

1.1 選礦廠生產(chǎn)的鉬精礦供礦情況

(1)選礦廠生產(chǎn)的鉬精礦油水含量較高，高者達(dá)到11%，平均達(dá)8%;

(2)50 kg 袋裝后部分批號的產(chǎn)品中鉬精礦有結(jié)球、結(jié)塊團(tuán)聚現(xiàn)象;

1.2 鉬爐料產(chǎn)品部預(yù)處理現(xiàn)狀

(1)2000 年鉬爐料產(chǎn)品部采用簡易磨粉機(jī)磨料，僅將鉬精礦中的團(tuán)塊粉碎，達(dá)不到脫水的目的。該工藝設(shè)備落后，投料、接料、裝料均為人工操作，鉬精礦飛揚(yáng)現(xiàn)象十分嚴(yán)重。

(2)2002 年鉬爐料產(chǎn)品部采用鏈?zhǔn)綄痈蓹C(jī)，對鉬精礦進(jìn)行烘干及焙燒試驗(yàn)。由于干燥過程直接利用燃煤燃燒的煙氣傳熱，導(dǎo)致鉬精礦二次污染，加之干燥溫度較難控制，干燥后的水分變化較大，包裝時(shí)飛揚(yáng)損失較多。另外，該設(shè)備無煙塵回收系統(tǒng)，因此設(shè)備未投入使用。

(3)2007 年選用閃蒸干燥機(jī)處理鉬精礦。最初設(shè)計(jì)利用焙燒煙氣余熱供熱風(fēng)，閃蒸干燥機(jī)所供熱風(fēng)溫度較低，僅80 ℃左右，干燥效果不理想。

2 干燥工藝方案論證、選擇及確定

2.1 工藝方案論證

目前國內(nèi)干燥物料主要有蒸汽加熱式螺旋干燥機(jī)、空心漿葉干燥、閃蒸干燥機(jī)等幾種方式。

2.1.1 蒸汽加熱式螺旋干燥機(jī)

優(yōu)點(diǎn):(1)干燥熱源采用蒸汽。干燥初水含量為最大20%，干燥后終水含量最低為3%;(2)干燥過程溫度均勻，能保證物料粒級和質(zhì)量不發(fā)生變化;(3)操作維護(hù)簡單，設(shè)備維修費(fèi)用低，勞動(dòng)強(qiáng)度低;(4)在鉬行業(yè)已應(yīng)用。

缺點(diǎn):(1)利用蒸汽間接加熱，減少物料損失，但熱利用率低約達(dá)60%左右;(2)干燥過程蒸發(fā)時(shí)水份帶出的含鉬物料無法回收;(3)干燥汽源為鍋爐蒸汽，對水加熱耗煤大且污染嚴(yán)重。

2.1.2 空心漿葉干燥裝置

優(yōu)點(diǎn):(1)單位有效容積內(nèi)傳熱面積很大，熱介質(zhì)溫度從－40 ℃到320 ℃，可以是水蒸汽，也可以是液體型:如熱水、導(dǎo)熱油等。間接傳導(dǎo)加熱，沒有攜帶空氣帶走熱量，熱量均用來加熱物料。熱量利用率可達(dá)80% ～90%;(2)由于設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，且輔助裝置少，散熱損失也減少;(3)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，裝置占地面積小;(4)楔形槳葉具有自凈能力，可提高槳葉傳熱作用;(5)由于氣體用量少，干燥器內(nèi)氣體流速低，被氣體挾帶出的粉塵少，干燥后系統(tǒng)的氣體粉塵回收方便，可以縮小旋風(fēng)分離器尺寸，省去或縮小布袋除塵器;(6)物料適應(yīng)性廣;(7)根據(jù)粉體物料的磨蝕性、壓縮性、內(nèi)摩擦、外摩擦以及隨水分或溶劑的連續(xù)脫除物料各種性質(zhì)的不斷變化，而采用相應(yīng)的葉片結(jié)構(gòu)，是空心槳葉干燥機(jī)的核心技術(shù)。

缺點(diǎn):在鉬精礦干燥中無應(yīng)用實(shí)例。

2.1.3 閃蒸干燥機(jī)

優(yōu)點(diǎn):(1)干燥主機(jī)具有機(jī)械分散和干燥物料粒度調(diào)整功能，高含濕膏糊狀、濾餅狀物料進(jìn)入干燥主機(jī)后與被加熱的熱風(fēng)混合，物料在熱風(fēng)與機(jī)械分散力的作用下形成顆粒狀流態(tài)化，瞬間完成熱質(zhì)交換，干燥后的物料進(jìn)入捕集器獲得粉狀產(chǎn)品;(2)瞬間干燥，干燥時(shí)間1 ～5 s，產(chǎn)品不過熱，品質(zhì)均勻，流動(dòng)性好;(3)系統(tǒng)封閉無交叉污染，收率＞99%以上;(4)熱源采用熱風(fēng)爐、蒸汽、電、煙道氣，以煤、氣體和液體為燃料，燃燒方式為直接或間接式;(5)熱效率高，蒸發(fā)能力強(qiáng);(6)適應(yīng)濾餅、膏糊狀高含濕物料干燥，物料含水率可達(dá)85%以上，終含水0.5%以下;(7)主機(jī)配套附屬設(shè)備較多，設(shè)備系統(tǒng)戰(zhàn)線較長，占地面積多;(8)在鉬行業(yè)已應(yīng)用。

缺點(diǎn):(1)燃煤加熱產(chǎn)生的燃煤煙氣排放后造成環(huán)境污染，并且較難治理;(2)因旋風(fēng)及布袋收塵后的含鉬廢氣排空，會(huì)造成鉬金屬的損失。

綜合以上情況比較得到以下結(jié)論:

(1)除利用焙燒煙氣余熱作為熱源外，閃蒸干燥機(jī)也可以采用燃煤作為熱源，在干燥初水相同的條件下，閃蒸干燥機(jī)因其工作時(shí)干燥物料與干燥介質(zhì)直接接觸，傳熱傳質(zhì)效果較好，熱利用率高，并且終水較蒸汽螺旋干燥機(jī)和空心槳葉干燥機(jī)低。但主機(jī)配套附屬設(shè)備較多，占地面積大，旋風(fēng)及布袋收器排出的含鉬廢氣排空，造成部分鉬金屬的損失，加之燃煤加熱產(chǎn)生的煙氣排放后容易造成環(huán)境污染難以治理，因此不擬選用。

(2)蒸汽螺旋干燥機(jī)熱利用率較低約為60%，干燥時(shí)對鉬精礦的適應(yīng)性較差，干燥終水含量波動(dòng)較大，因此不擬選用。

(3)空心漿葉干燥裝置采用蒸汽為熱源，熱量損失僅透過殼體保溫層向周圍環(huán)境散熱，傳質(zhì)效果及熱利用率較其它方案高，熱利用率可達(dá)80%以上，且蒸發(fā)氣體挾帶出的粉塵少，干燥后系統(tǒng)的氣體粉塵利用水沫收塵方便，收塵率高。

綜上所述:擬選用空心漿葉干燥裝置作為干燥鉬精礦的主要設(shè)備，并采用硫酸廠余熱蒸汽作為熱源。

2.2 空心槳葉干燥機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

空心槳葉干燥機(jī)用于干燥生產(chǎn)流程見圖1。

圖1 空心槳葉干燥機(jī)用于干燥生產(chǎn)流程圖

空心軸上密集排列著楔型中空槳葉，熱介質(zhì)經(jīng)空心軸流經(jīng)槳葉。單位有效容積內(nèi)傳熱面積很大，熱介質(zhì)溫度從－40 ℃到320 ℃，可以是水蒸汽，也可以是液體型:如熱水、導(dǎo)熱油等。熱介質(zhì)通過旋轉(zhuǎn)接頭，流經(jīng)殼體夾套及空心攪拌軸，空心攪拌軸依據(jù)熱介質(zhì)的類型而具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以保證最佳的傳熱效果。

特點(diǎn):(1)槳葉干燥機(jī)能耗低:由于間接傳導(dǎo)加熱，熱量損失僅為通過器體保溫層向環(huán)境的散熱，可通過在干燥器外壁設(shè)置保溫層，減低熱量損失;(2)處理物料范圍廣:使用不同熱介質(zhì)，既可處理熱敏性物料，又可處理需高溫處理的物料。常用介質(zhì)有:水蒸汽、導(dǎo)熱油、熱水、冷卻水等。既可連續(xù)操作也可間歇操作，可在很多領(lǐng)域應(yīng)用;(3)操作費(fèi)用低:該設(shè)備正常操作，僅1 ～2 人/天。低速攪拌及合理的結(jié)構(gòu)。磨損量小，維修費(fèi)用低;(4)操作穩(wěn)定:由于楔型槳葉特殊的壓縮—膨脹攪拌作用，使物料顆粒充分與傳熱面接觸，在軸向區(qū)間內(nèi)，物料的溫度、濕度、混合度梯度很小，從而保證了工藝的穩(wěn)定性。

2.3 利用空心槳葉干燥機(jī)進(jìn)行干燥含鉬物料小型試驗(yàn)

2010 年，項(xiàng)目組利用空心槳葉干燥機(jī)分別進(jìn)行了鉬精礦、含鉬雜料、煙灰3 種類型的物料干燥試驗(yàn)。

2.3.1 干燥試驗(yàn)樣機(jī)有關(guān)性能參數(shù)

干燥面積:10 m2，傳動(dòng)速比:3 ～22.8。

2.3.2 試驗(yàn)過程及試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

2.3.2.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

(1)從硫酸廠引入余熱蒸汽作為干燥熱源;(2)開機(jī):開啟電源，啟動(dòng)干燥機(jī)將調(diào)速器置于3 r/min位置，使機(jī)器空轉(zhuǎn);(3)緩慢開啟蒸汽閥門使壓力升至0.1 MPa，保壓10 min，檢查各管道閥門連接點(diǎn)是否泄漏;(4)升壓:繼續(xù)緩慢升壓至試驗(yàn)用壓力并保壓，使機(jī)殼溫度均勻。

2.3.2.2 開始加料仔細(xì)觀察物料各方面情況，及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速、壓力等參數(shù)，物料通過一段時(shí)間后打開出料門。

2.3.2.3 取樣測定及試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

從出料口取樣化驗(yàn)含水量，并記錄試驗(yàn)中的壓力等數(shù)據(jù)。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 干燥試驗(yàn)樣機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.3.2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及試驗(yàn)結(jié)論

(1)對于含水≤10%的鉬精礦，干燥后水分均能降低到4%以內(nèi);(2)對含鉬雜料目測水分約達(dá)70%左右，調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)速干燥后水分也能達(dá)到4.84%;(3)對酸廠煙灰目測水分約達(dá)60%左右，調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)速干燥后水份達(dá)到7. 15%，但物料在機(jī)內(nèi)、螺旋及主軸表面粘接物料現(xiàn)象嚴(yán)重，另外干燥后物料仍團(tuán)聚結(jié)塊嚴(yán)重。

試驗(yàn)結(jié)論:通過利用空心槳葉干燥機(jī)小型試驗(yàn)表明選用的干燥設(shè)備能能將含鉬物料中的水分由10%降至4%以下，因此選用空心槳葉干燥機(jī)是適合于對鉬精礦干燥的理想設(shè)備。

3 空心槳葉干燥機(jī)的應(yīng)用

3.1 硫酸廠余熱蒸汽有關(guān)參數(shù)

硫酸廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量過熱飽和蒸汽，過熱蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)發(fā)電后，仍然產(chǎn)生壓力為0.6 ～10 MPa、溫度約160 ～200 ℃、流量28 t/h 的飽和蒸汽，這部分蒸汽可用作生產(chǎn)、生活用汽。

3.2 物料、熱平衡及干燥鉬精礦所需蒸汽量計(jì)算

3.2.1 物料計(jì)算( 見表2)

表2 物料計(jì)算表

3.2.2 熱平衡計(jì)算( 見表3)

表3 熱平衡計(jì)算表

查表知蒸汽壓力0.6 Mp，溫度為158.863 ℃;水的比熱容為4.2 ×103 kJ/kg·℃;蒸汽的比熱容為2. 1 × 103 kJ/kg ·℃;水 的 汽 化 熱 為10. 8 kJ/mol，相當(dāng)于2 257.2 kJ/kg;鉬精礦參照鉬焙砂的比熱，即鉬精礦比熱按0.47 kJ/℃。

3.2.3 蒸氣需要量計(jì)算( m)

Q 放=Q 吸=cm(158.863－110)+cm ×30%(110－100)+冷凝水吸熱2 257 ×m×30%

m=1.264 t/h，干燥鉬精礦蒸汽單耗指標(biāo):391 kg/t。

通過上述計(jì)算把含水10%左右的鉬精礦利用硫酸廠的飽和蒸汽干燥，干燥時(shí)理論計(jì)算所需要的蒸汽量為2.528 t/h(兩套設(shè)備)，由于硫酸廠余熱發(fā)電后產(chǎn)生實(shí)際壓力為0.6 MPa、溫度約160 ℃、流量28 t/h 的飽和蒸汽，因此在硫酸廠連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的條件下，干燥汽源和汽量能滿足工藝要求。

3.3 空心漿葉干燥系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

3.3.1 工藝流程

圖2 空心漿葉干燥系統(tǒng)工藝流程

3.3.2 系統(tǒng)設(shè)備組成

(1)空心槳葉干燥機(jī);(2)埋刮板輸送機(jī);(3)管道除鐵器;(4)螺旋輸送機(jī)(出料);(5)斗式提升機(jī);(6)緩沖包裝料倉;(7)布袋除塵器;(8)引風(fēng)機(jī);(9)氣力輸送裝置。

表4 干燥機(jī)性能參數(shù)表

3.3.3 物料流程

(1)鉬精礦由人工通過埋刮板輸送機(jī)送至空心槳葉干燥機(jī)。

(2)烘干物料通過螺旋輸送機(jī)、斗式提升機(jī)送至緩沖料倉。

(3)利用氣力輸送裝置將物料輸送至焙燒工段。

3.3.4 蒸汽系統(tǒng)流程

源蒸汽經(jīng)調(diào)壓控制系統(tǒng)輸送到干燥裝置;經(jīng)疏水站形成凝結(jié)水排送返回至硫酸廠再加以利用。

3.3.5 廢氣、廢水處理

干燥裝置干燥過程中產(chǎn)生蒸發(fā)濕氣，經(jīng)布袋除塵器凈化后排放;除塵器收集的沉淀固體物返回干燥機(jī)重新干燥。

3.4 工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用工藝參數(shù)監(jiān)測表(見表5)

工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測結(jié)果表明:因酸廠至該設(shè)備距離較長，熱量有一定的損失，壓力無法達(dá)到607. 95 kPa，按照工藝設(shè)計(jì)加料量為3.23 t/h，初水10%左右，轉(zhuǎn)速在3.65 r/min，表壓達(dá)到506.625 kPa 以上時(shí)，終水能達(dá)到5%以下，滿足下游焙燒生產(chǎn)需要。

4 結(jié) 論

(1)利用硫酸廠余熱蒸汽為熱源并采用空心漿液干燥裝置進(jìn)行干燥鉬精礦，節(jié)約了燃煤，減少了碳污染，且蒸汽冷凝后返回硫酸廠循環(huán)重復(fù)利用，它對金鉬股份節(jié)能減排起到了積極的作用。

(2)空心漿葉干燥裝置熱量利用率高，產(chǎn)品干燥均勻，在工業(yè)上進(jìn)行應(yīng)用效果較好，干燥終水分能達(dá)到＜4%，滿足入爐鉬精礦水分＜5%的技術(shù)要求，完全能滿足下游生產(chǎn)的需要。

(3)為保證干燥鉬精礦含水率的穩(wěn)定，還需要做好其一穩(wěn)定選礦廠出廠鉬精礦的含水率，異常含水率指標(biāo)出現(xiàn)時(shí)要及時(shí)通報(bào)和測試以便干燥工序做好干燥參數(shù)調(diào)整;其二加料應(yīng)保證相對均勻，確保鉬精礦干燥水份達(dá)到焙燒入爐要求;要定期維護(hù)保養(yǎng)，特別是清理管道除鐵器，以免大鐵塊器造成設(shè)備損壞以致造成物料含水率不波動(dòng)。

(4)為更好地發(fā)揮空心漿葉干燥裝置的使用效果，設(shè)備部門要做好相關(guān)優(yōu)化工作，一則改人工加料為自動(dòng)加料，減少為物料厚度變化引起干燥不均勻的現(xiàn)象;二則通過金屬膜過濾替代布袋收塵，有效降低細(xì)粉損失，提高材料回收率。

［1］ 謝國權(quán)，許建莊. 空心槳葉干燥機(jī)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究［J］.河南化工，1996，(2):40－41.

［2］ 徐 曉，盧 江，董金善.空心槳葉干燥機(jī)的設(shè)計(jì)［J］. 裝備制造技術(shù)，2008，(9):110－112.

［3］ 張文豪，汪任初.SK—25 楔形空心槳葉干燥機(jī)技術(shù)改造［R］.中國鋁業(yè)中州分公司特種氧化鋁廠.