鉬精礦焙燒回轉(zhuǎn)窯熱平衡測試與分析

李良元

（西寧特殊鋼股份有限公司 加工分廠，青海 西寧 810005）

0 引言

鉬精礦回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應過程十分復雜，既有物料內(nèi)部的物理化學反應，又有窯內(nèi)氣體流動、燃料燃燒和傳熱，且影響窯內(nèi)熱工過程的因素很多[1-3]，若要改進回轉(zhuǎn)窯設(shè)計，優(yōu)化焙燒工藝操作，都必須借助回轉(zhuǎn)窯的熱量平衡和物料平衡來進行評估，因此需要對回轉(zhuǎn)窯的熱工過程進行綜合測試。通過對回轉(zhuǎn)窯的熱工測定，我們可以了解回轉(zhuǎn)窯的物料燒損和能量利用狀況，編制相應的熱平衡表，再對測試結(jié)果進行分析，結(jié)合回轉(zhuǎn)窯的熱工操作、窯體結(jié)構(gòu)等具體情況，可以從中得到有價值的節(jié)能經(jīng)驗并提出節(jié)能措施。

1 熱工測試

表1 測定對象基礎(chǔ)調(diào)研

表2 測試數(shù)據(jù)記錄表

1.1 測定對象的確定

本次測試對象為某焙燒車間1#回轉(zhuǎn)窯，其基礎(chǔ)情況如表1所示。

1.2 測試方法及測試數(shù)據(jù)（見表2）

2 熱平衡計算

本次熱工測試中熱平衡測定與計算方法以《中華人民共和國有色金屬行業(yè)標準》YS/T124-1.1-94《回轉(zhuǎn)窯熱平衡測定與計算方法》為依據(jù)，并根據(jù)測試窯的特點進行了適當調(diào)整。

2.1 熱收入相

2.1.1 燃料化學熱

式中：QC——每小時燃料煤帶入的化學熱，kJ/h

qc——原料煤的低位發(fā)熱量，kJ/kg

mc——原料煤的小時投入量，kg/h

2.1.2 化學反應熱

式中：Mm——鉬精礦投入摩爾數(shù)，mol；

ΔH——鉬精礦氧化反應熱效應，J/molS2。

2.2 熱支出相

2.2.1 出窯物料帶出熱

式中：Co——氧化鉬比熱容，kJ/kg·℃；

qo——出窯物料量中氧化鉬量，kg/h。

2.2.2 煙氣帶出熱

式中：Vf——窯尾煙氣流量，m3/h；

Cf——窯尾煙氣比熱容，kJ/m3·℃；

te——環(huán)境溫度，℃。

2.2.3 窯體散熱量按圖1所示，分成幾段計算，

圖1 回轉(zhuǎn)窯散熱分段計算示意圖

式中：qi——測定體系分段部位的表面熱流量，kJ/m2·℃；

ti——測定體系分段部位的表面平均溫度，℃；

εi——測定體系分段部位的表面黑度，統(tǒng)一取0.35；

αi——測定溫度段的對流換熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃)。

2.2.4 窯門溢氣散熱

Qs=Vs·Cs（ts－th）

2.2.5 其他熱損失

通過上述計算得到了鉬精礦焙燒回轉(zhuǎn)窯的熱量收支情況，如表3所示。

表3 回轉(zhuǎn)窯熱量收支平衡表

3 熱平衡測定結(jié)果分析與建議

由熱平衡計算可知，此回轉(zhuǎn)窯實際回收率為96%，燃料消耗量為93.75kg/h,單位產(chǎn)品燃料消耗耗為275kg/噸礦，絕大部分支出項熱量由煙氣及窯體散熱帶出，該回轉(zhuǎn)窯在節(jié)能降耗方面上還有很大潛力可挖。

通過熱平衡計算，揭示了鉬精礦回轉(zhuǎn)窯的熱量分配情況，在熱量支出項中：

3.1 出窯物料帶走的熱量

焙燒物料的出窯溫度為776℃，這部分熱量占到了總支出的3.2%，回收這部分熱量對降低能耗也有一定的意義。為了回收這些熱量，可以采用高效的氣化冷卻系統(tǒng)，在冷卻出窯物料的同時加熱氣體，然后利用加熱后的的氣體進行諸如對入窯物料閃蒸干燥之類的生產(chǎn)操作，也可以直接利用這部分熱量加熱入窯空氣。

3.2 煙氣帶出熱

計算顯示，煙氣帶出的熱量占到了總熱支出的大部分（約占熱支出的56%）。在保證窯內(nèi)溫度能夠滿足焙燒工藝水平的基礎(chǔ)上，采取有效措施對這部分熱量進行回收有重要意義。在回轉(zhuǎn)窯尾部設(shè)置余熱換熱器或者余熱鍋爐均是回收利用煙氣中的余熱的有效方法。這就需要深入分析窯內(nèi)溫度分布，合理設(shè)置焙燒氣體參數(shù)，使窯內(nèi)各段溫度保持在一個合理范圍內(nèi)。

3.3 窯體表面散熱損失

由熱平衡計算可知，窯體表面散熱占總熱耗的33.3%，這部分熱量相比較其他爐窯而言有些偏高，為了降低這部分熱耗可以從減少窯體散熱的傳熱系數(shù)方面進行考慮，一般來說一定的爐體結(jié)構(gòu)對應著一定的產(chǎn)能，所以產(chǎn)能大小確定以后其窯體結(jié)構(gòu)便以確定。但是，在不改變窯體結(jié)構(gòu)的情況下（即不改變窯的內(nèi)外徑），可以在耐火材料層進行適當改造，這對節(jié)能降耗有相當重要的意義。

［1］稀有金屬編輯委員會.稀有金屬手冊：下冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995，12：34-40.

［2］黃培云.粉末冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1982，11：20-23.

［3］徐潤澤.粉末冶金結(jié)構(gòu)材料學[M].長沙：中南工業(yè)大學出版社，1998，12：50-53.