回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機在銅閃速熔煉工藝中的應(yīng)用

鄧文濤，張冰

(中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

1 回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及特點

回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機是一種利用蒸汽的熱量，通過間接換熱方式對物料進(jìn)行干燥的回轉(zhuǎn)設(shè)備，主要由干燥機筒體、加熱系統(tǒng)（包括換熱管、旋轉(zhuǎn)接頭、汽室等）、進(jìn)料裝置（螺旋給料裝置和皮帶給料裝置）、傳動系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、密封和潤滑系統(tǒng)、蒸汽閥組和凝液回收系統(tǒng)、配套電氣控制系統(tǒng)等部件構(gòu)成?；剞D(zhuǎn)式蒸汽干燥機主體設(shè)備結(jié)構(gòu)示意，見圖1。

圖1 回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機主體設(shè)備結(jié)構(gòu)示意

隨著國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷提高，蒸汽干燥機已被廣泛應(yīng)用于石油化工、煤炭化工、鋼鐵和有色金屬冶煉、污泥和固廢環(huán)保等多個行業(yè)領(lǐng)域，目標(biāo)介質(zhì)涉及高密度聚乙烯（HDPE）、對苯二甲酸（PTA）、聚甲醛（POM）、煤粉[1]、活性炭、污泥[2]、銅精礦、鉛精礦[3]、鐵精粉等多種物料。與傳統(tǒng)干燥設(shè)備相比，蒸汽干燥機具有如下優(yōu)點：1）熱面積大，熱效率高，可達(dá)80%~90%；2）能力大，適用于連續(xù)操作；3）操作簡單，使用方便，運行穩(wěn)定，操作彈性大；4）僅帶走攜揮發(fā)組分的濕氣，蒸汽用量較少，粉塵回收設(shè)備簡單；5）不與物料直接接觸，不污染物料，密封良好，環(huán)境污染小。

1.2 重要工藝參數(shù)分析

根據(jù)回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機結(jié)構(gòu)特點，為確保物料的干燥達(dá)到工藝使用要求，一般要求停留時間大于物料干燥所需要的時間，因此蒸汽干燥機中物料在筒體內(nèi)的停留時間是蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機的重要工藝參數(shù)。然而，在工程應(yīng)用過程中物料在筒體內(nèi)的停留時間需結(jié)合筒體的尺寸、安裝傾角、操作條件、物料與載氣的相對流向等多因素考量，并且很大程度上受干燥機供汽條件和物料含水率波動制約，因此物料的停留時間不能作為工藝控制經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[1]。

根據(jù)熱量守衡和物料守衡原理，干燥物料所需熱量由冷凝液排出量確定，排出冷凝液越多，蒸汽流量越大，設(shè)備的干燥能力越大。在生產(chǎn)應(yīng)用過程中，物料尚未達(dá)到干燥終點時，換熱管內(nèi)的蒸汽在筒體內(nèi)與未干燥的物料相接觸，釋放汽化熱后凝結(jié)成冷凝水迅速排出，此時蒸汽壓力將降低，需要不斷補入蒸汽才能維持蒸汽總管壓力的平衡。因此，蒸汽總管的壓力變化情況能直觀反應(yīng)回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機筒體內(nèi)物料的干燥進(jìn)度和設(shè)備的作業(yè)負(fù)荷。生產(chǎn)上常將回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機所需低壓蒸汽流量與蒸汽壓力形成連鎖控制，以確?；剞D(zhuǎn)式蒸汽干燥機穩(wěn)定運行。

2 回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機的應(yīng)用

銅閃速熔煉工藝是一種常用的強化熔煉工藝，它將焙燒、熔煉和部分吹煉過程集成在一個主體設(shè)備內(nèi)完成，具有能耗低、煙氣量小、生產(chǎn)速率高、節(jié)能環(huán)保等特點。閃速熔煉是將粉狀精礦經(jīng)噴嘴和氧氣混合從反應(yīng)塔頂部高速噴入，銅精礦顆粒被氣體包圍，處于懸浮狀態(tài)，并在短時間內(nèi)完成硫化物的分解、氧化和熔化等過程。因此，該工藝對銅精礦脫水要求極高，需深度脫水（含水率小于0.3%）。而銅精礦原料成分復(fù)雜，干燥前含水率在8.5%左右，這就要求對銅精礦進(jìn)行干燥的設(shè)備具有處理能力大，能處理硬度高、含有腐蝕性介質(zhì)物料的特點。基于此，大型的回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機是銅閃速熔煉工藝的首選。

回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機是銅閃速熔煉工藝過程中的核心設(shè)備之一，蒸汽干燥工段是銅閃速熔煉工藝的前序準(zhǔn)備工序。含水率約8.5%的銅精礦通過給料皮帶均勻地輸送進(jìn)回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機，與內(nèi)部通有飽和蒸汽的換熱管接觸并伴隨著筒體一起轉(zhuǎn)動。進(jìn)入干燥機內(nèi)的銅精礦在筒體內(nèi)受到換熱管的升舉和攪拌作用，并被換熱管提供的熱量干燥；干燥后的銅精礦借助于干燥機的傾斜度在筒體回轉(zhuǎn)的作用下從較高一端向較低一端移動，經(jīng)位于較低處的排料口自流至中間干礦倉。通過中間干礦倉后，干礦由濃相輸送輸送到位于閃速熔煉爐爐頂?shù)母傻V倉內(nèi)；由蒸汽干燥機排出的煙氣經(jīng)布袋收塵后，經(jīng)排風(fēng)機就近排放；收集的精礦粉塵經(jīng)刮板輸送機返回到中間干礦倉中。蒸汽干燥工段工藝設(shè)備流程，如圖2所示。

圖2 蒸汽干燥工段工藝設(shè)備流程示意

3 不同類型回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機對比

3.1 回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機機型分類

換熱管是回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機的主要換熱元件，結(jié)合目前國內(nèi)已投入生產(chǎn)運行的銅閃速熔煉工藝中的回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機，根據(jù)換熱管的結(jié)構(gòu)形式，可分為直管式和盤管式兩種機型。

1）直管式蒸汽干燥機換熱管采用多排同心圓排列，每根換熱管縱向單獨布置，其一端與汽室通過焊接連接，使蒸汽進(jìn)入，冷凝液排出；另一端支撐在干燥機的進(jìn)料端端板上，每根管采用填料密封，換熱管受熱后可自由膨脹，換熱管壁與礦料進(jìn)行間接換熱。直管式干燥機筒體斷面結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 直管式干燥機筒體斷面結(jié)構(gòu)示意

該設(shè)備具有以下特點：（1）蒸汽進(jìn)入換熱管阻力較小，蒸汽管損較低，在相同條件下，可以保證較高的進(jìn)料端溫度；（2）由于進(jìn)料側(cè)溫度較高，有利于提高干燥機的干燥效率，緩解干燥機前端的腐蝕問題和降低干燥機前端粘料問題；（3）設(shè)備密閉性好，筒體稍長，換熱管對接焊點只有1處，不易產(chǎn)生腐蝕和泄漏。

2）盤管式蒸汽干燥機換熱管由直管和環(huán)管等部件組成。環(huán)管與物料的接觸方式為順流全面積滑動式接觸換熱，干燥換熱的換熱組件由一系列與筒體同心圓的環(huán)形加熱管組成，每一個換熱管組件都可以簡單方便地從干燥機內(nèi)部抽出，從而進(jìn)行維修和更換。盤管式干燥機筒體結(jié)構(gòu)斷面示意，如圖4所示。

圖4 盤管式干燥機斷面結(jié)構(gòu)示意

該設(shè)備具有以下特點：（1）單位筒體容積內(nèi)具有較大的換熱面積，礦料與環(huán)管接觸面大，可增加礦料的分散性，強化傳熱效果，對礦料適應(yīng)性好；（2）換熱管的管間距可靈活設(shè)置，有效防止物料在進(jìn)料端堵塞；（3）設(shè)換熱管為可拆式結(jié)構(gòu)，便于維修更換，筒壁內(nèi)襯耐磨襯板可更換。

3.2 兩種類型回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機應(yīng)用情況對比

結(jié)合已投入生產(chǎn)運行的銅閃速熔煉工藝，兩種類型的回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機的應(yīng)用情況對比詳見表1。

表1 兩種類型的回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機應(yīng)用情況對比

從表1數(shù)據(jù)可以看出，直管式蒸汽干燥機對蒸汽壓力的適應(yīng)性比盤管式蒸汽干燥機更強，正常工況下精礦干燥所需飽和蒸汽壓力低，僅為30%~50%；類似工況下，盤管式蒸汽干燥機的出料溫度較低，煙氣溫度較高。由此可知，兩種類型的干燥機作業(yè)率相差不大。另外，兩種干燥機轉(zhuǎn)速電機均采用變頻調(diào)速來控制礦料在干燥機中的停留時間。

3.3 40 kt/a銅閃速熔煉工藝應(yīng)用對比

為更好地對比上述兩種類型的回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機的應(yīng)用參數(shù)，以下以400 kt/a銅冶煉規(guī)模作為回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機的設(shè)備選型依據(jù)，單臺回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機設(shè)備能力擬定為180 t/h（濕基）進(jìn)行選型參數(shù)對比。結(jié)合類似項目的設(shè)備應(yīng)用技術(shù)資料和設(shè)備廠家資料，直管式和盤管式兩種蒸汽干燥機的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)詳見表2。根據(jù)設(shè)備選型差異，兩種干燥機主要部件材質(zhì)和配置差異對比詳見表3。

表2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

表3 主要部件材質(zhì)和配置差異對比

根據(jù)上述干燥機設(shè)備資料可以看出，兩種干燥機均能較好地滿足銅閃速熔煉工藝要求。

3.4 特點歸納

綜上所述，兩種干燥機具有以下特點：1）干燥機主電機采用變頻調(diào)速，以便于滿足在不同工況下銅精礦原料含水率的波動的需要；2）干燥機的出料溫度與主蒸汽壓力（或者蒸汽流量）連鎖調(diào)節(jié)，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了蒸汽的有效利用率；3）干燥機采用1.3~1.6 MPa的飽和蒸汽作熱源，具有較高的換熱效率，并且在此蒸汽溫度范圍內(nèi)能有效避免銅精礦的性變，控制干燥機排放的煙氣量及干燥后的礦料溫度，從而滿足環(huán)保和節(jié)能要求；4）設(shè)備分部檢修便捷,檢修周期短，運行穩(wěn)定可靠。

3.5 存在問題及處理方法

盡管兩種結(jié)構(gòu)形式的干燥機均能較好地滿足銅閃速熔煉工藝要求，但在生產(chǎn)運行過程中仍各自存在著一些問題。

1）盤管式蒸汽干燥機生產(chǎn)運行過程中存在的主要問題及其處理方法如下：（1）減速機的扭矩過大，齒式聯(lián)軸器螺栓易松動。定期檢查減速機內(nèi)部齒的磨損情況，適當(dāng)降低干燥機負(fù)載，減小扭矩，減小對減速機內(nèi)部的磨損，定期換油，保持良好的潤滑狀態(tài)。（2）加熱元件使用壽命短、疏水效果差。改進(jìn)加熱元件的材料性能，增加換熱管壁厚,提高加工處理的焊接工藝水平，適當(dāng)提高加熱元件的疏水背壓，優(yōu)化蒸汽冷凝配管布置，設(shè)置管路旁通。

2）直管式蒸汽干燥機生產(chǎn)運行過程中存在的主要問題及其處理方法如下：（1）換熱管應(yīng)力腐蝕較大，干燥機主筒內(nèi)載氣逆流。改良換熱管材質(zhì)采用SUS329J4L雙相不銹鋼,適當(dāng)增加換熱管壁厚；進(jìn)料口設(shè)置風(fēng)罩，適當(dāng)增大煙氣出口負(fù)壓。（2）汽液平衡能力差，疏水效果差。凝水排放口增置凝液平衡罐，平衡管與干燥機主蒸汽管聯(lián)通，從而增大疏水背壓，使得凝液迅速排除。

4 結(jié)語

隨著國內(nèi)銅“雙閃”工藝的飛速發(fā)展和裝備技術(shù)的不斷提升，閃速熔煉工藝已在國內(nèi)多家大型銅冶煉廠推廣應(yīng)用。與此同時，銅閃速熔煉工藝配置設(shè)計也趨近模塊化，回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機作為該工藝流程控制的主要設(shè)備，其經(jīng)歷了設(shè)備引進(jìn)到逐步國產(chǎn)化的發(fā)展歷程?；剞D(zhuǎn)式蒸汽干燥機在銅閃速熔煉工藝的應(yīng)用已趨近成熟，為銅冶煉廠規(guī)模化、智能化提供了保障。