焙砂粒度的變化對沸騰焙燒的影響分析

蔣 文

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南 株洲 412004）

焙砂粒度的變化對沸騰焙燒的影響分析

蔣 文

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南 株洲 412004）

分析了焙砂粒度的變化對沸騰焙燒的影響，并對實(shí)際生產(chǎn)中焙砂的粒度分布進(jìn)行了簡要分析，提出焙砂粒度的控制調(diào)整措施。通過焙砂粒度的分析調(diào)整，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)沸騰爐的穩(wěn)定運(yùn)行，并為沸騰爐的長效穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了監(jiān)控手段。

沸騰焙燒；沸騰層；焙砂粒度；粒度分布

沸騰焙燒爐分為道爾型和魯奇型，隨著冶煉行業(yè)的發(fā)展與技術(shù)水平的提升，大型沸騰爐特別是魯奇型沸騰爐更適合規(guī)?；纳a(chǎn)需求，相比于道爾型沸騰爐，魯奇型沸騰爐擁有床能力大、原料適應(yīng)性強(qiáng)、利于操作等優(yōu)點(diǎn)，且大型沸騰爐內(nèi)熱容量大且均勻，操作方便，原料適應(yīng)能力強(qiáng)，因爐內(nèi)線速度高，能明顯地提高焙燒能力和產(chǎn)物質(zhì)量。現(xiàn)階段109 m2的沸騰爐大規(guī)模運(yùn)用在各大冶煉企業(yè)，但是在生產(chǎn)實(shí)踐中存在處理量波動(dòng)大、鍋爐粘結(jié)頻繁等嚴(yán)重影響沸騰爐經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的情況，故結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，從焙砂的粒度對沸騰焙燒的影響進(jìn)行分析。

1 沸騰焙燒的流態(tài)化現(xiàn)象

目前沸騰爐所接觸的基本上都是使用氣體作為流態(tài)化的流化劑，當(dāng)氣體通過固體爐料層時(shí)，由于氣體的速度不同，可分為三相階段：即固定床、膨脹床和流態(tài)化床。

沸騰焙燒時(shí)粉料密度與汽流速度的關(guān)系如圖1所示。當(dāng)氣體流速非常小時(shí)，固體物料是靜止的，這時(shí)物料層物理性狀逐漸發(fā)生變化，但體積不變，此時(shí)的物理層稱為固定床；當(dāng)氣體的流速達(dá)到一定臨界速度數(shù)值時(shí)（A點(diǎn)），料層開始蠕動(dòng)，體積開始膨脹，固定床內(nèi)的顆粒開始分離而被氣體浮起，此時(shí)便稱為膨脹床；在氣體速度繼續(xù)增大，超過了臨界速度的數(shù)值時(shí)，顆粒之間的空隙變大，但到了一定的范圍內(nèi)（B點(diǎn)），膨脹床便形成激烈的攪動(dòng)，此時(shí)固體顆粒所構(gòu)成的“濃相”層稱為流態(tài)化床，這時(shí)“濃相”和“稀相”間有明顯的分界線。當(dāng)氣流速度再增大時(shí)，沸騰層表面上部空間的顆粒數(shù)目增加，便開始沸騰，并拋出塵粒，形成類似蒸氣（稀相），這時(shí)候“稀相”的濃度不斷增加，而“濃相”不斷減少，并且兩相可能同時(shí)存在，正像沸騰時(shí)的液體和蒸氣同時(shí)存在一樣。

圖1 “濃相”與“稀相”的轉(zhuǎn)變

2 焙砂粒度對焙燒過程中沸騰層的影響

穩(wěn)定的沸騰爐沸騰層是由“濃相”與“稀相”構(gòu)成的，在沸騰爐停爐后可以在爐內(nèi)壁上看到明顯的“濃相”與“稀相”的分界線，當(dāng)沸騰層發(fā)生變化時(shí)，“濃相”與“稀相”發(fā)生變化，在停爐后的爐內(nèi)壁上就可明顯看出分界線的變化。

“濃相”與“稀相”的變化實(shí)質(zhì)上就是沸騰爐內(nèi)物料粒度的改變，即焙砂粒度的變化。在正常的生產(chǎn)過程中，沸騰爐內(nèi)焙砂的粒度是保持在一定的比例范圍之內(nèi)的，焙砂粒度的增粗或者變細(xì)都會(huì)對沸騰爐產(chǎn)生一定的影響。

2.1 焙砂粒度變粗

沸騰爐內(nèi)的燃燒過程實(shí)際上就是固體與固體、固體與氣體之間熱交換的過程，焙砂粒度變粗，爐內(nèi)物質(zhì)的碰撞減少，熱傳遞減少，最直接的反映就是埋管的換熱能力下降，蒸汽產(chǎn)量降低，從而導(dǎo)致沸騰爐產(chǎn)量下降。

如果焙砂粒度差距過大，氣體就不能均勻地流過沸騰層，如果不均勻性嚴(yán)重，可能形成部分區(qū)域流動(dòng)慢、部分區(qū)域流動(dòng)快的狀況，甚至形成部分區(qū)域“死區(qū)”，出現(xiàn)“溝流”現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 “溝流”現(xiàn)象示意圖

此外，在同一操作速度下，焙砂的粒度越大，沸騰層的有效黏度也越大，有效黏度大，在沸騰層內(nèi)形成的氣泡就大，當(dāng)沸騰層內(nèi)形成大氣泡集中向上涌時(shí)，沸騰層就會(huì)被分割，大氣泡將整個(gè)上部物料抬起，造成大量物料被氣泡帶走，形成“沸涌”現(xiàn)象，從而破壞了沸騰層的穩(wěn)定性，如圖3所示。

圖3 “沸涌”現(xiàn)象示意圖

2.2 焙砂粒度變細(xì)

根據(jù)固體流態(tài)化理論，沸騰層的流態(tài)化參數(shù)包括沸騰層的臨界速度、帶出速度等，它們與爐內(nèi)焙砂的粒度關(guān)系如下列公式：

式中：u為沸騰層的有效黏度／m2·s-1；g為重力加速度／m·s-2；d為爐內(nèi)焙砂的平均粒度／mm；r固為爐內(nèi)焙砂的堆積密度／kg·m-3；r氣為在實(shí)際溫度下的氣體密度／kg·m-3。

爐內(nèi)焙砂粒度越細(xì)，沸騰層的有效黏度越大，其臨界速度和帶出速度越小，則在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙塵量就越大，這不符合沸騰焙燒生產(chǎn)的工藝要求。

3 實(shí)際生產(chǎn)過程中的粒度分布情況與操作控制

為了更加直觀地觀察焙砂粒度對沸騰爐生產(chǎn)的影響，在某廠109 m3沸騰爐進(jìn)行了大量的焙砂粒度篩分跟蹤試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 沸騰爐運(yùn)行狀況與焙砂粒度分布

沸騰爐在一定的工況條件下，理論上沸騰層基本不會(huì)有較大的變化，從表1中焙砂的粒度分布就可以看出，相同的工況操作下，當(dāng)處理量較高時(shí)，粗顆粒與細(xì)顆粒焙砂的比例大致是差不多的，若比例發(fā)生改變，即粗顆粒增多或者細(xì)顆粒增多，則沸騰爐的處理能力將發(fā)生一定的改變。

針對焙砂粒度的改變，在生產(chǎn)操作控制中，可以采取以下方法來調(diào)整焙砂的粒度比例，以恢復(fù)沸騰層的穩(wěn)定。

3.1 調(diào)整入爐物料的顆粒度

入爐物料的顆粒度，可以通過以下幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整：一是在配料過程中搭配粒度較粗或較細(xì)的鋅精礦；二是在干燥過程中對干燥強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，爐內(nèi)焙砂粒度較粗則增加入爐物料干燥強(qiáng)度、降低水分，焙砂粒度較細(xì)則降低入爐物料干燥強(qiáng)度、提高水分；三是若沒有合適粒度的原料，在焙砂粒度偏小時(shí)，則可以適當(dāng)?shù)貙⒓?xì)顆粒原料進(jìn)行制粒處理。

3.2 優(yōu)化沸騰爐工藝操作

針對不同焙砂粒度比例，較快地進(jìn)行工藝操作調(diào)整，能夠及時(shí)恢復(fù)沸騰爐的運(yùn)行狀況。

在沸騰爐生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下，若焙砂粒度比例稍有改變，則應(yīng)先盡量維持“三穩(wěn)定”原則：穩(wěn)定風(fēng)量、穩(wěn)定料量、穩(wěn)定溫度，避免因錯(cuò)誤調(diào)整而造成沸騰層的惡化；適當(dāng)調(diào)整沸騰爐風(fēng)量：若焙砂粒度偏小，則適當(dāng)降低風(fēng)量，減少煙塵率；若焙砂粒度偏大，則適當(dāng)增高風(fēng)量并進(jìn)行適時(shí)大鼓風(fēng)，盡量將爐內(nèi)大顆粒焙砂排出，保障“濃相”與“稀相”的平衡。

此外，在調(diào)整風(fēng)量的同時(shí)，可以對標(biāo)溫進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，較高的溫度能夠加劇爐內(nèi)焙砂的燒結(jié)制粒。

4 結(jié) 論

沸騰爐內(nèi)“濃相”與“稀相”的變化，其實(shí)就是焙砂粒度分布的變化，在實(shí)際生產(chǎn)中，沸騰爐的處理能力發(fā)生變化時(shí)，如果不能知道爐內(nèi)的實(shí)際情況就進(jìn)行調(diào)整，則情況可能更加惡化。而焙砂的粒度分析，在日常操作中簡單易行，針對沸騰爐在不同工況下的生產(chǎn)，使用不同目數(shù)的小篩就能夠進(jìn)行分析，能夠較為簡便地查找出問題所在，對實(shí)際生產(chǎn)操作有較大的指導(dǎo)意義。

［1］朱連勇，李科立.鋅精礦的粒度對氧化焙燒的影響［J］.有色礦冶，2002，18（5）：30-33.

The Influence Analysis of Zinc Calcine Size Charge for Fluidized Roasting

JIANG Wen
（Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd.，Zhuzhou 412004，China）

This paper analyzed the influence of the change of grain size on the boiling roasting，and carried out a brief analysis of the grain size distribution of baked sand in the actual production，put forward control and adjustment measures of grain size of baked sand.By analysis and adjustment of the grain size of baked sand，that can restore the stable operation of the boiler in a relatively short period of time，which provides a monitor method for the long-term stability and economic operation of fluidized bed.

fluidized roasting；fluidized layer；calcine size；size distribution

TF806.11

A

1003-5540（2015）06-0045-03

2015-08-12

蔣 文（1988-），男，助理工程師，主要從事有色金屬冶煉技術(shù)工作。