石煤提钒富氧焙烧工业化展望

1石煤提钒富氧焙烧工业化展望一、 引论从石煤提钒富氧焙烧试验一文中，我们可以看出对含钒石煤经过沸腾炉或循环流化床锅炉脱碳后的脱碳渣直接进行富氧焙烧能明显提高原矿中三氧化二钒转化为五氧化二钒的转化率。通过进一步的小型试验发现，直接对脱碳渣进行富氧焙烧，原料非常容易结焦，原因是目前所有的沸腾炉或循环流化床锅都不可能将原矿中的碳脱干净，一般脱碳渣中含有 2%左右的残碳，其发热量为 140 大卡每公斤，高温下遇到富氧，残碳快速燃烧，灰渣导热系数又很低，几乎就是隔热材料，所以造成局部高温而结焦。在实际生产中，结焦将使生产无法连续进行。据此就石煤提钒富氧焙烧如何实际运用到工业化大生产中这个问题，我们提出了一个新方法-一种提炼五氧化二钒的三段式脱碳及富氧焙烧方法; 并设计出与之配套的立式焙烧设备-一种提炼五氧化二钒的二段式焙烧装置。二、一种提炼五氧化二钒的三段式脱碳及富氧焙烧方法（1） 、第一段原料加热：在本阶段采用常用加热及脱碳装置或加热装置对原料进行加热及初步脱碳或加热，其脱碳过程为燃烧过程，其产生的热量用于发电或者其他用途，出料温度不低于摄氏 730 度；（2） 、第二段深度脱碳及初步焙烧：本段的焙烧室为第一级焙烧室，第一级焙烧室内只通入压力空气，将物料中的残碳2充分燃烧；进料温度不低于摄氏 730 度，深度脱碳及初步焙烧时间为 30-120 分钟，出料温度控制在摄氏 800-950 度；（3） 、第三段富氧焙烧：本段的焙烧室为第二级焙烧室，第二级焙烧室内通入富氧气体；焙烧时间为 60-360 分钟；进料温度为摄氏 800-950 度，焙烧温度为摄氏 800-900 度；焙烧的高温物料经出料冷却后，进行提炼五氧化二钒的后续工序；以上三段式加热及焙烧方式，根据原料发热量的不同，单独或者组合使用；三、一种提炼五氧化二钒的二段式焙烧装置。1. 上图为原理示意图：如图所示:包括进料管（1） 、出料管3（14） 、温度传感器（6） 、氧气传感器（9） 、电动排气阀（18） 、设置保温层（3）的焙烧室；其特征在于：所述焙烧室分为第一级焙烧室（4）和第二级焙烧室（15） ，第一级焙烧室（4）和第二级焙烧室（15）之间采用传料管（16）串联组成；所述第一级焙烧室（4）上安装电动排气阀（18） ，其内安装温度传感器（6）和至少一组空气喷管（5） ，空气喷管（5）连接在空气主管（7）上，空气主管（7）伸出到第一级焙烧室（4）外侧的一端上顺序连接供气控制器（8）和气源；温度传感器（6）与供气控制器（8）和电动排气阀（18）的控制部分电连接；所述第二级焙烧室（15）上安装电动排气阀（18） ，其内安装温度传感器（6） 、氧气传感器（9）和一组富氧喷管（10） ，富氧喷管（10）连接在供气主管（11）上，供气主管（11）伸出到第二级焙烧室（15）外侧的一端上顺序连接供氧控制器（12）和气源；氧气传感器（9）与电动排气阀（18）和供氧控制器（12）的控制部分电连接；温度传感器（6）与供氧控制器（12）和电动排气阀（18）的控制部分电连接。2.实际运用中每段内部结构优先选择如下方式：4炉体（7） ，保温层（1） 、温度传感器（2） 、氧气传感器（6） 、安全阀（4） 、排气阀（3） 、进料口（5） 、出料口（11） 、带喷气孔的气管（12） 、气源切换阀（10） 、气源；所述气源为压力空气和富氧；所述气管（12）至少为一组，每根或/和每组气管（12）与气源之间连接气源切换阀（10） ，其特征在于：所述气管（12）分层布置，相邻两气管（12）之间的净间距为 20-60 厘米；所述温度传感器（2） 、氧气传感器（6） 、排气阀（3）的电气控制部分、气源切换阀（10）的电气控制部分均与中央控制单元电连接，中央控制单元设置人机对话单元。四、二段式焙烧装置在实际生产中的三种典型运用方式：1. 原矿发热量大于每公斤 800 大卡，其工艺流程图如下：5发电净收入 30 元/吨矿 全成本 600 元/吨钒成本 30 元/吨矿 从上图可以看出：按 190 吨矿产一吨钒计，其火法部分吨钒成本为 19030-19030+600+190306300 元。破碎后制备出粒度小于 10 毫米的原料。原料先进入循环流化床锅炉加热并初步脱碳, 其高温脱碳矿渣以高于摄氏 740 度的温度直接落入第一级焙烧室，第一级焙烧室可以填充到 90%的容积(其容积为可容锅炉 2 小时左右的出渣量),通过布置在焙烧室内被埋在高温脱碳渣中众多带小气孔的气管向第一级焙烧室内的各部分原料中注入压力空气，使物料中的残碳继续充分燃烧，通过控制注入不同部位物料的空气量，控制出料温度在摄氏 800950 度；第一级焙烧室内物料经过大约 2 小时左右深度脱碳和初步焙烧后(使其含可烧碳0.3%以下)，其物料以摄氏 800950 度的温度通过传料管进入第二级焙烧室，第二级焙烧室可以填充到 90%的容积(其容积为可容锅炉1-6 小时左右的出渣量)，通过布置在焙烧室内被埋在高温脱碳渣中众多带小气孔的气管向第二级焙烧室内的物料中注入富氧,对物料进行富氧焙烧，焙烧室內氧浓度受氧含量测量仪监测，只有当氧浓度低于 30%时，才打开电动排气阀进入排废气进新氧的工作;焙烧时原矿破碎，粒度10 毫米CFB 锅炉脱碳、发电 二段炉富氧焙烧转化率高 10%左右成本 30 元/吨矿冷却湿式磨粉-120目下段工序，稀酸浸出6成本 50 元/吨矿 全成本 800 元/吨钒成本 30 元/吨矿间为 16 小时。传料管(不止一根)伸入第二级焙烧室 1 米左右，当第二级焙烧室装满后灰渣自然封堵，隔开二级焙烧室，使第二级焙烧室中富氧气氛不会跑到第一级焙烧室去。第二、第一级焙烧室装满后(达到工艺要求容量),出料机构以进料速度一致的速度出料。出料经冷却后进入下一步磨矿、稀酸浸出工序.从上面的工艺流程图可以看出,其火法部分总运行直接成本为: 6300 元/吨钒2、原矿发热量为每公斤 400 大卡左右，其工艺流程图如下：从上图可以看出：按 190 吨矿产一吨钒计，其火法部分吨钒成本为 190（30+50）+80016000 元。粉碎后制备出粒度小于-80 目的原料，直接进入第一级焙烧室对原料进行加热和深度脱碳,时间 4 小时左右，原料以 800950 度的温度进入第二级焙烧室，进行第三段富氧焙烧，第二级焙烧室可以填充到 90%的容积，向第二级焙烧室内的物料中注入富氧进行富氧原矿破碎，粒度10 毫米干式磨粉 -120 目 二段炉富氧焙烧转化率高 10%左右冷却下段工序，稀酸浸出7焙烧，焙烧时间为 16 小时。出料经冷却后直接进入稀酸浸出工序，省去磨矿工序。从上面的工艺流程图可以看出,其火法部分总运行直接成本为: 16000 元/吨钒3、原矿发热量为每公斤 40 大卡左右，粉碎后制备出粒度小于80 目的原料, 采用燃油或燃气或电加热或高温烟气加热方式加热，使物料温度达到摄氏 800-950 度后，高温物料直接进入第二级焙烧室，焙烧室可以填充到 90%，向焙烧室内的物料中注入富氧,对物料进行富氧焙烧，焙烧时间为 16 小时。出料经冷却后直接进入稀酸浸出工序，省去磨矿工序。4.二段富氧焙烧直接运行成本详细分析:(1)鼓风成本以脱碳渣含可燃碳 2%计：其发热量 Q 为207.86=157.2Kcal/kg，物料进入第一级焙烧室为 750，进入第二级焙烧室时为 900。升温T=150、吸热 Q1=1500.25=37.5 Kcal/kg，需要空气带走的热量 Q2=119.7 Kcal/kg;空气平均比热(20-900)为 1.06978KJ/Kg.K、散热需要 20空气的质量为M=119.74.18/(1.06978880)=0.5317Kg、体积 V=0.4412 立方米/kg 矿。结论为:在第一级焙烧室,每吨脱碳渣再脱掉残碳并升温到 900需要消耗 20空气 441 立方米，鼓风成本为每吨矿 0.21.0 元之间。8成本 50 元/吨矿 成本 20 元/吨矿成本 30 元/吨矿发电净收入 30 元/吨矿50%50%(2).富氧成本三氧化二钒转化为五氧化二钒所需要的氧的质量与生成的五氧化二钒的质量比为 32:180 即每转化一吨五氧化二钒理论耗氧 178kg体积为 119 立方米。估计氧的有效利用率为 50%,需要 93%氧气 256立方米，目前制取 93%氧气成本为 0.5 元每立方米。结论为:每转化一吨五氧化二钒，富氧消耗成本为 128 元。(3)人工成本采用四班三运转，每班二人。每人工资 120 元/班。一天总工资为 960 元。设备产量为 30 吨矿/小时.吨钒成本为 960/(720/190)=253 元。(按 190 吨矿产 1 吨钒计)二段式富氧焙烧装置直接生产运行成本为 533 元每吨钒,按 600元/吨钒计算。五、与其它窑型的比效1、与回转窑的比效:.(1)直接运行成本比效其工艺流程图如下：原矿破碎，粒度10 毫米干式磨粉 -120 目 制粒，10 毫米成本 4-6 万/吨钒CFB 锅炉脱碳、发电回转窑焙烧，喷煤气补热9成本 30 元/吨矿成本 50 元/吨矿 成本 20 元/吨矿成本 30 元/吨矿成本 30 元/吨矿煤气成本 5000 元/吨钒，操作成本 500 元吨钒从上图可以看出：按 210 吨矿产一吨钒计，其火法部分吨钒成本为 21030-10530+21050+21020+21030+5000074150 元(2)设备投资比效产能为 30 吨原矿/小时的二段式焙烧炉设备本体投资预计在500800 万之间,套配的制氧站为 100 万左右。同等产能的回转窑设备投资在 4000 万以上。(3)占地面积比效二段式焙烧炉设备本体占地面积为回转窑的二十分之一以下。2、与隧道窑比效.(1)直接运行成本比效其工艺流程图如下：冷却湿式磨粉-120目下段工序，稀酸浸出原矿破碎，粒度10 毫米干式磨粉 -120 目 制砖冷却二次破碎湿式磨粉-120 目下段工序，稀酸浸出隧道窑焙烧，喷煤气补热10从上面的工艺流程图可以看出,按 210 吨矿产一吨钒计其火法部分总运行直接成本为:210（30+50+20+30）+550032800 元/吨钒(2)设备投资比效产能为 30 吨/小时原矿的二段式焙烧炉设备本体投资预计在500800 万之间,套配的制氧站为 100 万左右。同等产能的隧道窑及煤气站设备投资在 1200 万以上。(3)占地面积二段式焙烧炉设备本体占地面积为隧道窑的 四十 分之一以下。3、结论：(1)对发热量 800 大卡每公斤以上的含钒石煤采用先使用循环流化床锅炉脱碳发电再使用二段式焙烧炉富氧焙烧方案,其火法部分直接生产成本为每吨钒 6300 元左右; 采用先使用循环流化床锅炉脱碳发电再使用回转窑焙烧方案,其火法部分直接生产成本为每吨钒74150 元左右。原因主要是使用二段式焙烧炉富氧焙烧方案省去了制粒和一次干磨矿二个环节、并且焙烧环节无需补充热量(喷煤气)、二段式焙烧炉运行操作成本低。(2)对发热量 400 大卡每公斤左右的含钒石煤采用二段式焙烧炉富氧焙烧方案,其火法部分直接生产成本为每吨钒 16000 元左右; 采用遂道窑焙烧方案,其火法部分直接生产成本为每吨钒 32000 元左右。原因主要是使用二段式焙烧炉富氧焙烧方案省去了制砖和二次干磨11矿二个环节、并且焙烧环节无需补充热量(喷煤气)、二段式焙烧炉运行操作成本低、同时转化率高 10%左右。(3)对发热量 800 大卡每公斤以的含钒石煤直接采用遂道窑焙烧方案,其火法部分直接生产成本要高于每吨钒 32000 元左右。原因主要是脱碳时间更长、或者要先部分脱碳再混合制砖。而采用先使用循环流化床锅炉脱碳发电再使用二段式焙烧炉富氧焙烧方案,其火法部分直接生产成本为每吨钒 6300 元左右。六、目前该技术开发的进展12从 2011 年 12 月到 2012 年 3 月,共进行了三次共一百多个小样的小型实验.经化验人员化验，焙烧转化率最高达 90%。具体数据详见附件 1。2012 年 5 月到 9 月建了一个高 7 米、截面积 11.2 米的冷态试验样机,进行了 10 种气管排列;3种出料方式的试验。目前已能实现同一水平面物料均匀下落,本焙烧法的装置在结构上