王生普

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

氧化銅煅燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王生普

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

氧化銅是一種重要的工業(yè)原材料，在高新領(lǐng)域及功能材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，本文敘述了用銅碳水化合物煅燒生產(chǎn)氧化銅的工藝設(shè)計(jì)，設(shè)備布置，主要控制，以及安全和環(huán)保措施。

氧化銅； 煅燒； 工藝設(shè)計(jì)

0 概述

金屬氧化物是一類極其重要的化合物,在高新技術(shù)領(lǐng)域,諸如高頻高磁感應(yīng)、精細(xì)陶瓷、電子元件、傳感器、催化劑、高能二次電池、高溫超導(dǎo)以及功能材料領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用[1]。

氧化銅粉體廣泛用于電極材料、玻璃、催化劑(載體)等領(lǐng)域。粒子的超細(xì)化,可以顯著的改善氧化銅的應(yīng)用性能[2]，并且少量的氧化銅還能明顯降低硅酸鹽水泥熟料的燒成溫度和提高水泥質(zhì)量[3]。

國(guó)內(nèi)某項(xiàng)目采用了夾套式回轉(zhuǎn)煅燒窯生產(chǎn)氧化銅，本文介紹了該項(xiàng)目的工藝設(shè)計(jì)，設(shè)備布置，主要控制，安全和環(huán)保措施。

1 工藝原理

1.1 回轉(zhuǎn)煅燒特點(diǎn)

回轉(zhuǎn)煅燒法廣泛應(yīng)用于對(duì)物料進(jìn)行機(jī)械、物理或化學(xué)處理[4]。

回轉(zhuǎn)煅燒窯傳熱過程主要包括窯內(nèi)、窯壁和窯外三部分。煅燒窯內(nèi)的溫度依次分幾個(gè)不同溫度逐漸升高的區(qū)域, 物料在窯內(nèi)高溫狀態(tài)下持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),窯內(nèi)氣體湍流程度高, 攪拌效果很好,氣、固體接觸良好, 有利于物料煅燒處理；窯內(nèi)無移動(dòng)的機(jī)械組件,操作穩(wěn)定, 控制方便, 能實(shí)現(xiàn)連續(xù)出料, 產(chǎn)生的二次廢物較少； 同時(shí)煅燒后的氧化物比表面積大,易于后續(xù)固化處理。缺點(diǎn)是過量空氣需求高, 整個(gè)系統(tǒng)對(duì)氣密性要求高, 排氣中粉塵含量高, 熱效率較低[5]。

本項(xiàng)目采用夾套式回轉(zhuǎn)煅燒窯，以氫氧化鋁為載體，以淀粉為助劑，采用天然氣為燃料間接加熱方式煅燒碳酸銅化合物。煅燒窯規(guī)格φ1.36 m×9.2 m，物料處理量400 kg/h，煅燒溫度1 050 ℃。

1.2 工藝原理

煅燒過程主要發(fā)生碳酸銅化合物的分解反應(yīng)：

載體-mCu(OH)2nCuCO3(s)+XC6H10O3+7XO2=載體-(m+n)CuO(s)+(n+6X-Z)CO2(g)+(m+5X)H2O(g)+ZCO

(1)

載體為氫氧化鋁、陶土、氧化硅、漂白土、硅膠中的一種或幾種，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。

淀粉((C6H10O3)n)作為助劑，在高溫下燃燒：

(2)

(3)

煅燒過程中，淀粉中的C元素85%轉(zhuǎn)化為CO2， 15%燃燒不完全，轉(zhuǎn)化為CO。

最終產(chǎn)品為氧化銅和載體的混合物，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，載體不參與反應(yīng)。

2 工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 原料及產(chǎn)品特性

(1)原料特性 。主要成分為碳酸銅化合物，原料量400 kg/h，含水6%，安息角60°，比熱≤1.05 kJ/(kg·℃)，堆比重：1 200 kg/m3，粒度10～150 μm。

(2)產(chǎn)品要求。主要成分為氧化銅，產(chǎn)品含水0.5%，產(chǎn)品量376 kg/h，粒度10～150 μm。

2.2 工藝流程

氧化銅煅燒工藝流程見圖1。

1—加料斗； 2—閘閥； 3—旋轉(zhuǎn)給料器； 4—螺旋給料機(jī)； 5—夾套式回轉(zhuǎn)煅燒窯； 6—燃燒器； 7—助燃風(fēng)機(jī)； 8—空氣過濾器； 9—空氣過濾器； 10—除塵器； 11—引風(fēng)機(jī)圖1 氧化銅煅燒工藝流程圖

(1)給料系統(tǒng)。原料通過袋式卸料站或人工卸料到加料倉(cāng)，通過倉(cāng)底閘閥和旋轉(zhuǎn)給料器，下料到螺旋給料機(jī)，螺旋給料機(jī)將物料喂入煅燒窯。整個(gè)輸送過程密閉且無泄漏。

(2)加熱系統(tǒng)。燃料為天然氣，煅燒窯體每個(gè)加熱段設(shè)置兩臺(tái)燃燒器，燃燒后的熱風(fēng)溫度約1 200 ℃，廢氣和兌入的空氣混合到200 ℃后送尾氣處理中心。

(3)煅燒。物料在窯內(nèi)分四段煅燒，末端水冷，煅燒的溫度約在1 050 ℃,在此溫度下物料在窯內(nèi)發(fā)生分解反應(yīng)。夾套內(nèi)溫度約在1 200 ℃左右，末端物料冷卻到60 ℃。窯內(nèi)為微負(fù)壓控制。

(4)尾氣系統(tǒng)。尾氣溫度為200 ℃，尾氣含有粉塵、CO,CO2,NOx，經(jīng)除塵器后，通過引風(fēng)機(jī)送尾氣處理中心。

(5)產(chǎn)品。煅燒后的氧化銅產(chǎn)品通過振動(dòng)輸送機(jī)，送去下游產(chǎn)品包裝或其它工段。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用夾套式煅燒窯，順流間接加熱；

加熱介質(zhì)為熱風(fēng)；

總停留時(shí)間55～80 min:煅燒段物料40～60 min；冷卻段物料15～20 min。

物料衡算見表1，熱量估算見表2。

由表2可知，需求熱量為199.37×104kJ/h。

表1 物料衡算

表2 熱量估算

2.4 設(shè)備及布置

燃燒器：?jiǎn)闻_(tái)功率 52.32×104kJ/h ，共8臺(tái)

煅燒窯：傾斜角2°，筒體直徑φ1 360 mm×9.2 m

除塵器：過濾面積 20 m2, 壓力降1 000 Pa, 除塵率為99.98%,

過濾器:過濾面積 2.5 m2，壓力降50 Pa

引風(fēng)機(jī)：2 570 Am3/h ，升壓5 676 Pa ，電機(jī)功率：5.5 kW

布置見圖2煅燒窯系統(tǒng)布置圖。

圖2 煅燒窯系統(tǒng)布置圖

3 主要控制

(1)料斗。料斗機(jī)架設(shè)置穩(wěn)重傳感器；料斗設(shè)置高、低位料位計(jì)；

(2)煅燒窯。測(cè)溫裝置有夾套測(cè)溫與轉(zhuǎn)筒內(nèi)測(cè)溫,詳見圖3煅燒窯測(cè)溫控制示意圖。

(3)燃燒系統(tǒng)。燃燒器直接安裝于夾套上，空氣與燃?xì)獗壤旌先紵a(chǎn)生熱量?，F(xiàn)場(chǎng)配點(diǎn)火控制柜。

(4)控制系統(tǒng)。二次控制回路系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)控制，所有電機(jī)及閥門的操作都統(tǒng)一在DCS控制系統(tǒng)操作站上進(jìn)行。

4 安全和環(huán)保措施

(1)微負(fù)壓操作，操作環(huán)境無煙氣泄露。

(2)夾套兩端與轉(zhuǎn)筒，采用多層軟接觸式密封結(jié)構(gòu)，多層耐高溫的纖維毯作密封材料，與轉(zhuǎn)筒直接接觸，密封性好，無煙氣泄漏。

(3)動(dòng)密封，進(jìn)、出料箱與轉(zhuǎn)筒之間采用動(dòng)密封。

(4)靜密封環(huán)為具有自潤(rùn)滑性且耐溫的石墨材料。

(5)動(dòng)環(huán)與轉(zhuǎn)筒一體加工。

圖3 煅燒窯測(cè)溫控制示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

該煅燒系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)無參考工廠，方案按外方意見進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，并注重環(huán)保，安全等措施，總體設(shè)計(jì)達(dá)到了該公司“最先進(jìn)的生產(chǎn)工廠”的要求。

[1] 王彥卿, 張朝平.納米金屬氧化物粉體的制備方法及其應(yīng)用[J] . 貴州大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版) , 2002 , 19(4):354-359.

[2] Linder D. Handbook of batteries [M].2nd edit. New York: Mcgraw-HiII Inc，1995.

[3] 侯貴華，沈曉冬，許仲梓. 高硅酸三鈣硅酸鹽水泥熟料組成及性能的研究 [J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào)，2004，32(4)：85-89.

[4] 羅上庚. 放射性廢物處理與處置[M] . 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2007: 130-140.

[5] 李江波, 張生棟.高放廢液煅燒工藝的研究現(xiàn)狀[J]. 核化學(xué)與放射化學(xué), 2014, 36 (增刊): 1-5.

SystemdesignforCuOproductionwithcalcinationprocess

WANG Sheng-pu

Copper oxide is an important industrial raw material, and it is widely used in the field of high-tech fields and various functional material fields. This paper describes the process system design for copper oxide production by calcining copper carbohydrates, the equipment selection, the instrumentation and control system, and the design of safety and environmental protection respectively.

CuO; calcination; process system design

TF811； TF802.67

B

1672-6103(2017)06-0014-04

王生普(1979—)， 男， 青?；ブ?， 東北大學(xué)碩士， 高級(jí)工程師， 從事海外項(xiàng)目前期開發(fā)及執(zhí)行工作。

2017-08-30