化工中钛白煅烧回转窑技术的研究和发展

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1、钛白煅烧回转窑技术的研究进展 摘要 本文介绍了钛白煅烧回转窑强化的技术途径: 降低进窑料的含水量、选择低成本的燃料、改进窑衬里结构、运用自动化控制系统。通过对回转窑装置进行改进来提高钛白的技术水平和经济指标。,以及钛白生产中转窑煅烧工序节能技术的探讨。 关键词 回转窑 钛白粉 煅烧 节能 Abstract This paper introduces the titanium white calcining rotary kiln strengthening technical ways: reducing the kiln material moisture con

2、tent, choose low cost of fuel, improve kiln lining structure, using automatic control system. Through the rotary kiln device was improved to improve titanium white technology level and economic index. , and titanium white production transfer kiln calcining process of energy-saving technology to expl

3、ore. Keywords Rotary kiln titanium pigment calcined energy saving 1 前 言 钛白粉是一种优质的白色颜料, 具有优异的物理、化学、光学和颜料性能, 在涂料、塑料、造纸、橡胶、 化纤等行业中有广泛的应用。随着近几年对钛白需求的增加, 我国钛白行业获得了飞速发展, 生产厂家 增多, 产能扩大。自前两年的扩产高潮后我国钛白粉 产能达到 40万t, 已超过日本, 位居世界第二, 但同期 对钛白粉的表观需求并未同步增加, 2001 年下半年 起行情

4、下滑, 钛白粉价格下降, 各厂家均有不同程度的库存。各生产厂家为求生存、图发展竟相采取不同的措施, 提高生产效率和降低成本, 以求在激烈的竞 争中处于有利地位。 煅烧是钛白生产中水解之后直接影响到成品光学性能和颜料性能等的重要生产工序, 且煅烧过程是强烈的吸热过程, 能源消耗高, 直接影响钛白粉的生 产成本。因此, 从煅烧过程入手, 对回转窑进行强化, 以提高装置效率、增大产能、提高煅烧质量、降低能耗, 是钛白企业提高技术经济指标和竞争力的重要手段。近两年来, 很多企业在强化回转窑的技术途径上进行了有效的尝试, 取得了令人满意的成效。 在硫酸法钛白生产中, 偏钛酸在转窑内经脱水、脱硫和晶型

5、转化等阶段, 才能生产出合格的颜料钛白。煅烧占钛白能耗约20%, 是钛白生产中能耗最大的工序。因此，如何有效利用转窑输出的热量和减少进转窑偏钛酸含水量, 是钛白生产节能的重要课题 2 影响煅烧的因素及回转窑强化措施 2.1降低进料偏钛酸含水量 煅烧是水合二氧化钛( 偏钛酸) 转变成二氧化钛 的过程, 该过程主要是除去水合二氧化钛中的水分和三氧化硫, 同时使二氧化钛转变成所需要的晶型, 并 显现出钛白的基本颜料性能。 偏钛酸加热所得的差热曲线( 与烧结氧化硅对 比) 结果如图 1 所示。从图 1 中可见, 由于脱水所产 生的吸热过程发生在 150 e , 脱硫的吸热过程发生在 650

6、e , 900 e 下的放热过程是由于粒子表面积的缩 小。从图 1 中还可见, 水分蒸发所需要的总热量比脱 硫所需的热量大得多。因此, 从节能上强化转窑的关 键是降低进回转窑偏钛酸的含水量。 我们采取如下改进措施: 其一取消真空叶滤机盐 抽, 全部用真空转鼓脱水; 其二将转鼓真空系统与水洗 真空系统分开, 提高转鼓真空系统的真空度, 真空度由-0103~ - 0104 MPa 提高到- 0105~ - 0106 MPa 1 ) TiO2; 2 ) 石英 图1 TiO2的差热曲线 实施改进措施后, 为水洗扩能改造腾出空间, 转鼓真空增大后, 脱水能力加大, 回转

7、窑的进料偏钛酸 的固含量提高到 33% 以上, 含水量较盐抽降低 3 个 百分点。 2.2 合理选择燃料, 降低回转窑能耗成本 燃料和燃烧装置的选择是影响能耗的重要因素, 钛白粉产品要求白度高, 工业上都必须使用优质燃料, 现常用的燃料是轻柴油、煤气和天然气。从行业 有关报表中可知, 燃料的消耗费用一般占生产成本的 10% ~ 20% 。结合质量要求, 较快适应燃料市场变化, 选择低成本的优质燃料是降低成本的有效方法之 一。我公司多年之前因有充足的 H2, 油、氢混烧在能 源上具有优势, 后因氢气作为它用, 改用轻柴油, 柴油 消耗费用高达 1 100 元/ t TiO2, 占钛白粉生产成

8、本的 17% 。针对此情况, 我们通过考察, 分析燃料市场, 并 综合分析各燃料对钛白粉质量的影响, 最后确定采用 优质低价的燃料油( 180# ) 代替轻柴油, 相应对供油 系统、燃烧装置进行了优化设计、改造, 解决燃料油流 动性差, 雾化不好, 燃烧喷嘴积炭的毛病。应用后节 能降耗明显, 而产品质量未受任何影响。 2.3 改进回转窑的衬里结构, 提高设备能力 钛白粉要有良好的性能, 很大程度上取决于回转 窑中达到的煅烧强度。煅烧强度是煅烧温度和时间 的函数, 即 f= q(T, t) , T、t分别为煅烧的温度和时间。 生产当中要控制合适的煅烧强度, 达到最佳的颜料及 光学性能, T

9、和 t 有一个最佳组合, 而这种最佳组合 并不是唯一的。实际中可以通过改变某一参数, 调整 T、t最佳组合, 以满足质量及提高装置能力的要求。 保持温度及温度分布不变, 增加进料量, 提高窑的填充系数, 虽然物料在窑内停留时间延长, 但物料与表面高温气氛接触时间减少, 即T 与 t 仍能保证在 最佳组合。据此, 我们对窑衬里的耐火砖进行改造, 增设几道挡圈, 如图 2 所示。 图2 回转窑筒体内档圈示意图 增加进料量后, 保持温度及温度分布不变, 物料 在窑内停留时间足够长, 而与高温气体接触较之前几 率降低, 避免形成硬度很高的角质粒子, 产品吸油

10、量 大大降低。经过比较, 改造后成品的吸油量由 25~ 26 g/ 100 g 降低到 23 g/ 100 g。煅烧后物料的消色率 保持在 105% ~ 110%, 而增加填料系数后, 每条窑( 52 300 mm × 36 000 mm) 的生产能力由平均 211375 t/ d 提高到了 251875 t/ d, 增加了 21% 。另外, 我们正 在考虑将窑加长改造, 同时对窑尾气处理装置进行配 套改造, 这样能保证窑填充系数增加后所需的煅烧气 氛, 延长物料停留时间, 降低窑尾温度, 调整窑内温度 分布, 进一步充分利用能量, 扩大窑的能力, 使每条窑 生产能力达到 110 万 t/ a

11、。 2.4 运用自动化控制系统, 提高转窑的控制水平 回转窑采用常规仪表控制, 控制水平相对落后, 凭操作人员的感觉来判断工况, 产品质量和产量依赖 于他们的责任心和经验, 难免造成能源浪费。进料量 的不稳定、产品质量的滞后检测, 是造成产品质量、色相不稳定, 消色率高低不同的主要原因之一。 在对回转窑的结构改造中, 同有关科研院所合 作, 采用自动化控制系统, 自动调节原料入窑量、燃油 的流量。自动控制系统的优点为: ( 1) 进窑浆料流量 稳定、均匀, 为保证产品质量稳定提供条件; ( 2) 确保 燃油、风量最佳配比, 油枪燃烧合理, 节能降耗明显; ( 3) 确保转窑维持在最佳物料

12、平衡和热平衡状况下运 行, 确定最佳控制曲线, 使窑在高负荷生产条件下长期稳定运行, 大幅度提高产量及产品质量。 3 钛白生产中转窑煅烧工序节能技术 3.1偏钛酸脱水 采用叶滤机、真空转鼓过滤机和压滤机对进 转窑的偏钛酸脱水时, 其偏钛酸含固量分别为30%-32%, 40%-42% 和 50%-60% 。由于偏钛酸含固量增加, 含水量减少, 吨钛白在转窑 中蒸发水量用的热量: 叶滤机脱水为 6103 ×106 kJ, 压滤机脱水为 3160 × 106 kJ, 压滤机比叶 滤机脱水节能 21428 × 106 kJ, 相当于吨钛白节省 标煤 8218kg。同时, 由于压滤机脱水使偏钛

13、酸 含水量低, 转窑内脱水段的长度也可减少, 可提 高转窑的生产能力, 如 5 2400 × 38000 的转窑, 日产可以达 35 t。新的工程设计, 可适当缩短转 窑脱水段的长度。 3.2窑体散热 从表 2可见, 窑体的散热占 39153%, 为该 工序最大的热能消耗。为了有效减少窑体散热, 四川某钛白企业采用两层砖砌窑, 如 5 2800 ×53000mm 的转窑, 生产能力 20kt/ a钛白, 原有 耐火砖厚度 200mm, 现仍保持原耐火砖的厚度, 但改为一层厚 150mm 耐火砖, 一层厚度 45mm 保温砖, 两层间灰缝 5mm, 经测定吨钛白能耗( 9121~ 10147

14、) × 106 kJ, 而 5 3200 × 55000 转窑 内衬单层厚度 200mm 的耐火砖, 生产能力 40kt/ a, 吨钛白的能耗 91379 × 106 kJ, 上述两例能耗基 本相当, 但两者比较可以看出, 前者内衬两层砖的转窑, 因减少散热损失,具有一定的节能效果。 据资料介绍, 德国T i- Cons公司有转窑先进工艺, 即在转窑内耐火砖与窑体之间加衬一层厚152mm 轻质保温砖, 总厚度304mm, 以5 3200 × 55000mm转窑为例, 可减少转窑散热损失1126 ×106 kJ, 相当于减少转窑热损的25% ,吨钛白节省标煤43kg。

15、 表 1 转窑输出热量平衡表 (吨锐钛型钛白) 项目 热量（KJ） 所占比例（%） 偏钛酸水份蒸发带走热 3607222 30.84 窑体散热 4624487 39.53 烟气带走热 2624872 22.44 成品带走热 811977 6.94 粉尘 16698 0.14 烟气 11287 0.11 合计 11696543 100 3.3转窑尾气热能的回收和利用 吨钛白转窑尾气带出热量约 6123 × 106 kJ ( 含偏钛酸水份蒸发带出热量约 3160 × 106 kJ), 转窑尾气带出的热量分为两部分: 一部分是水的 潜热,

16、热量大, 但属于低品位热, 可回收价值 低; 另一部分是气体显热, 这部分为高品位热, 可回收利用见图 3。 图 3 转窑尾气热能回收利用工艺框图 图3中设有高温静电除尘器, 目的是除去转 窑尾气所夹带的 TiO2 粉末, 回收成品 T iO2, 同 时确保进低压锅炉气体的净度, 以提高锅炉的运 行效果。以吨钛白转窑尾气量 15000m 3 计, 进低 压锅炉温度为 350e , 出低压锅炉温度为 200e , 吨钛白可回收 016M Pa ( G ) 饱和蒸汽约 1112 t。 经测其与回转窑配套的余热锅炉, 大约需要投资50万元, 可回收 1112t蒸

17、汽 / t T Oi2, 蒸汽以 150 元 /t计, 增加效益 168元 / t钛白, 生产约 3000t钛白便可收回投资。 原工艺有文丘里洗涤器采用循环水喷淋转窑 尾气, 将尾气温度降至 80~ 90e , 喷淋后的循 环水温度升至 80e , 将 80e 的水经凉水塔降至 50~ 60e 再循环使用。该工艺因高温酸性水对凉 水塔设备有腐蚀作用, 故有时也直接外排, 结果 对环保造成压力, 同时也造成转窑尾气热能的浪 费。新方案拟采用二次洗水去文丘里洗涤器喷淋 转窑尾气, 使转窑尾气温度从 200e 降至 90e , 二次洗水的温度从 30e 升至 55e , 再供一次水洗使用。 一、

18、二次水洗用水量基本相当, 以吨 T iO2计, 水量为 16.7t。 吨钛白喷淋水吸收热量: Q 1 = 1617 × 1000 × 1 × ( 55- 30) = 417500 kcal 吨钛白转窑尾气放出热量: Q 2 = 150022140× 28108× 0125× ( 200- 90) = 51709812 kcal 扣除热损失等因素, Q2 值仍大于 Q1 值, 可 确保喷淋水吸收热量的要求。 3.4产品带走热量的收回 出转窑的高温粗二氧化钛,经空气冷却器回收TiO2 的余热,使空气温度升至 9215e 去燃烧器作为燃料的一次空气之用,经计算空

19、气回收出转窑的TOi2的余热有限,以天然气为燃料只收回38%,以煤气为燃料只收回54%今后工程设计或原装置技术改造应该重视粗TiO2热量回收系统的设计,可采用空气和水回收相结合,空气回收热量供转窑燃烧器一次空气之用,水回收热量可供其他工序之用。提高粗TOi2热量回收率, 还可以改善窑头的生产环境。 4结论 (1) 通过对回转窑实施多种强化措施后, 转窑装置产能提高了21%, 达到了少投入又扩能的目的。 (2) 装置利用率提高、进窑料含水量的降低及自动化控制系统的应用, 节能显著, 油耗下降。 (3) 国民经济/十一五0 规划纲要中提出,要实现单位产品GDP能耗降低20% 的约束性目

20、标, 对于高耗能的钛白工业来说, 更具有约束性的要求。 (4) 煅烧是钛白生产中能耗最大的工序,本文提出转窑煅烧四项节能措施, 对降低钛白生产的能耗有重要的意义, 同时也必须注意其他工序的节能工作, 使我国钛白生产的能耗实现国家发展和改革委员会等部委联合下发关于印发/十一五0 十大重点节能工程实施意见的通知的要求, 2012年的限额值: 吨锐钛型钛白能耗<1166t标煤, 金红石型钛白能耗< 1195 t标煤。 参考文献 [1] 彭长征等. 功能高分子学报, 1996, 9( 2) : 209. [2] 唐振宁. 从煅烧的热平衡数据探讨转窑的节能措施[ J] . 钛

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