专利名称：循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置及方法
技术领域：
本发明属于化工技术领域，特别涉及一种循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置及方法。
背景技术：
高温氧化铝是以工业氧化铝水合物为主要原料，经焙烧脱水、晶相转化而成。高温氧化铝外观为白色粉末或细砂状，流动性较好，性能稳定，难溶于酸碱溶液中，是一种用途广泛、性能优异、价格经济的无机非金属材料。随着高科技产业的迅猛崛起，高温氧化铝的应用领域也得到了迅速拓展。高温氧化铝具有熔点高(2040°C)、化学惰性强而用于耐火材料、耐火浇注料等；具有高温高强度、优异电绝缘性等而用作汽车火花塞、电子基片、刀具等陶瓷制品的原材料；具有好的热稳定性、高硬度、耐磨性好等特点而主要用于研磨、耐磨的工程机械件及高铝陶瓷的生产原料。统计表明，高温氧化铝用于陶瓷料、耐磨料等的非冶金行业的市场容量占特种氧化铝总量的25%左右，应用前景非常广阔。高温氧化铝生产一般是将氢氧化铝原料通过回转窑在一定温度下进行焙烧再经过冷却筒冷却后，获得高温氧化铝，回转窑属于回转圆筒类设备。筒体内有耐火砖衬及换热装置，以低速回转，物料与热烟气一般为逆流换热，物料从窑的高端(又称冷端或窑尾端)加入。由于筒体倾斜安装，在回转时窑内物料在沿周向翻滚的同时沿轴向移动，燃烧器在低端(又称热端或窑头端)喷入燃料，烟气由尾端排出；物料在移动过程中得到加热，经过物理与化学变化成为合格产品从低端卸出。作为生产高温氧化铝的传统方式，回转窑在投资及建设占地都相对较大，热耗高， 维修费用大、尾气污染物成分高等方面的缺陷，已不再适应新形势下节能、减排、降耗的要求，因而制约了高温氧化铝行业的发展。
发明内容
针对现有高温氧化铝制备上存在的问题，本发明提供一种循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置及方法。本发明的循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置包括文丘里闪速干燥器、收尘器、气力提升泵、初级旋风分离器、1级预热旋风分离器、2级预热旋风分离器、3级预热旋风分离器、循环流化床焙烧炉、高温旋风分离器和冷却系统；文丘里闪速干燥器的顶部出料口与收尘器的进料口连通，收尘器的出料口与气力提升泵的进料口连通，气力提升泵的顶部出料口与初级旋风分离器的进料口连通，初级旋风分离器的出料口与1级预热旋风分离器的进料口连通，1级预热旋风分离器的出料口与2级预热旋风分离器的进料口连通，2级预热旋风分离器的出料口与3级预热旋风分离器的进料口连通，3级预热旋风分离器的出料口与循环流化床焙烧炉的上进料口连通，循环流化床焙烧炉的出料口与高温旋风分离器的进料口连通，循环流化床焙烧炉的侧部设有第一进气口，底部设有第二进气口 ；高温旋风分离器底部设有U型回料器，U型回料器的返料腿与循环流化床焙烧炉的循环进料口连通，U型回料器的密封腿与冷却系统连通。上述装置中，初级旋风分离器的出气口与循环流化床焙烧炉的第一进气口连通，1 级预热旋风分离器的出气口与文丘里闪速干燥器的进气口连通，2级预热旋风分离器的出气口与1级预热旋风分离器的进料口连通，3级预热旋风分离器的出气口与2级预热旋风分离器的进料口连通。上述装置中，文丘里闪速干燥器的进料口连接螺旋给料机的出口，螺旋给料机的进口连接料仓。上述装置中，冷却系统包括1级冷却旋风分离器，2级冷却旋风分离器，3级冷却旋风分离器、4级冷却旋风分离器、1级流态化冷却器和2级流态化冷却器；1级冷却旋风分离器的进料口与高温旋风分离器的出料口连通，1级冷却旋风分离器的出料口与2级冷却旋风分离器的进料口连通，2级冷却旋风分离器的出料口与3级冷却旋风分离器的进料口连通，3级冷凝器旋风分离器的出料口与4级冷却旋风分离器的进料口连通，4级冷却旋风分离器的出料口与1级流态化冷却器的进料口连通，1级流态化冷却器的出料口与2级流态化冷却器的进料口连通。上述装置中，1级冷却旋风分离器的出气口与循环流化床焙烧炉的第一进气口连通，2级冷却旋风分离器的出气口与1级冷却旋风分离器的进料口连通，3级冷却旋风分离器的出气口与2级冷却旋风分离器的进料口连通，4级冷却旋风分离器的出气口与3级冷却旋风分离器的进料口连通。上述装置中，1级流态化冷却器上设有流化风进风口、流化风出风口、风冷管道进风口和风冷管道出风口，1级流态化冷却器的流化风出风口与4级冷却旋风分离器的进风口连通，1级流态化冷却器的风冷管道出风口与循环流化床焙烧炉的第二进风口连通；2级流态化冷却器上设有进水口、出水口、流化风出风口和流化风进风口，2级流态化冷却器的流化风出风口与4级冷却旋风分离器的进风口连通。本发明的循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置的工作方法为
1、将含有附着水的氢氧化铝原料置于料仓中，再传输到文丘里闪速干燥器内，通过1级预热旋风分离器传来的热气进行干燥，形成水蒸气和干燥氢氧化铝；热气流速为 3(T40m/s ；氢氧化铝原料中附着水的重量含量为5 8% ；
2、干燥氢氧化铝和水蒸气从文丘里闪速干燥器的出料口进入收尘器中进行气固分离， 固体的干燥氢氧化铝通过气力提升泵被传输到初级旋风分离器内进行气固分离；
3、初级旋风分离器分离出的固体被依次被传输到1级预热分离器、2级预热分离器和 3级预热分离器中进行预热和气固分离，最后被传输到循环流化床焙烧炉中，从循环流化床焙烧炉底部通入热空气使物料处于流化状态并进行焙烧，焙烧过程中物料随同气流进入高温旋风分离器中进行高温气固分离，分离后的固体物料经U型回料器的返料腿返回到循环流化床焙烧炉中再次焙烧，固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内经过至少5 次循环后，从U型回料器的密封腿排出进入冷却系统；此过程中氢氧化铝脱除一个水分子形成Y氧化铝，再经高温转化成α氧化铝。上述方法中，初级旋风分离器分离出的气体进入循环流化床焙烧炉；1级预热旋风分离器分离出的气体进入文丘里闪速干燥器；2级预热旋风分离器分离出的气体进入1 级预热旋风分离器；3级预热分离器分离出的气体进入2级预热旋风分离器；高温旋风分离器分离出的气体进入3级预热旋风分离器。上述方法中，从高温旋风分离器分离出的固体物料依次进入1级冷却旋风分离器、2级冷却旋风分离器、3级冷却旋风分离器和4级冷却旋风分离器进行冷却和气固分离； 向1级流态化冷却器内通入流化空气，并向1级流态化冷却器的空冷管道中通入空气；向2 级流态化冷却器的冷却水管道内通入水，并向2级流态化冷却器通入流化空气；4级冷却旋风分离器分离出的冷却固体物料进入1级流态化冷却器，在流化风作用下呈流化状态进行空冷，然后进入2级流态化冷却器，在流化空气作用下呈流化状态经水冷至低于80°C后排出ο上述方法中，从1级冷却旋风分离器分离出的气体进入循环流化床焙烧炉中，从2 级冷却旋风分离器分离出的气体进入1级冷却旋风分离器的进料口中，从3级旋风分离器分离出的气体进入3级冷却旋风分离器的进料口中，从4级冷却旋风分离器分离出的气体进入3级冷却旋风分离器的进料口中，同时向4级冷却旋风分离器中通入空气进行冷却。上述方法中，从1级流态化冷却器中排出的流化空气进入4级冷却旋风分离器，1 级流态化冷却器的冷却管道内排出的被加热后的空气进入循环流化床焙烧炉；2级流态化冷却器排出的流化气体进入4级冷却旋风分离器。上述方法中，循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器进行循环焙烧时的温度为 1400士50°C，固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内的停留时间为2(T30s ；1 级预热旋风分离器、2级预热旋风分离器和3级预热旋风分离器分离物料时的温度依次为 ；340士 10°C、630士50°C和1100士50°C，干燥氢氧化铝的温度控制在145士 10°C。上述方法中，1级冷却旋风分离器、2级冷却旋风分离器、3级冷却旋风分离器和4 级冷却旋风分离器对物料进行冷却时的温度依次为1320士50°C、1210士50 V、1050士50 V 和990士50°C ；2级流态化冷却器出料温度小于80°C。上述方法中，从高温旋风分离器分离出的固体物料中α氧化铝的重量含量彡 95%。本发明的装置采用流态化焙烧的方法，使加热的物料在气流中悬浮，热气流与颗粒接触的表面积大大增加，颗粒的所有表面可以得到同时的加热，热交换过程能够剧烈进行，悬浮的物料在很短的时间内就可以得到加热；同时由于物料以及气流的扰动强烈，物料的温度分布也更为均勻；因而与传统工艺相比热耗降低30%以上，焙烧更为均勻；该装置及方法与传统技术相比需要的投资可节省15 20%，占地为回转窑焙烧装置的五分之一，且能够降低环境影响，维修费用仅为回转窑的35% ；本发明的装置使物料从前向后流动，空气从后向前与物料逆向流动，在流动过程中物料与空气实现逆流热交换；设置多级冷却系统一方面回收氧化铝的热量，同时预热助燃空气从而降低热耗，也便于产品的安全输送和存贮。
图1为本发明实施例中的循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置结构示意图； 图中1、料仓，2、文丘里闪速干燥器，3、收尘器，4、气力提升泵，5、初级旋风分离器，6、1
级预热旋风分离器，7、2级预热旋风分离器，8、3级预热旋风分离器，9、循环流化床焙烧炉， 10、高温旋风分离器，IlU级冷却旋风分离器，12、2级冷却旋风分离器，13、3级冷却旋风分离器，14、4级冷却旋风分离器，15、1级流态化冷却器，16、2级流态化冷却器，17、冷却水管道，18、空气管道，19、U型回料器。
具体实施例方式本发明实施例中采用的气力提升泵的流量为25t/h。本发明实施例中进入文丘里闪速干燥器内的氢氧化铝由热风进行干燥时干燥瞬间完成。本发明实施例中收尘器排放烟气的固体浓度为彡50mg/Nm3。本发明实施例中进入1级流态化冷却器空气管道的风量与进入文丘里闪速干燥器内的氢氧化铝的气固比为0. 35N m3/kg。本发明实施例中进入4级冷却旋风分离器的风量与进入文丘里闪速干燥器内的氢氧化铝的气固比为0. 35N m3/kg0本发明实施例中进入1级流态化冷却器和2级级流态化冷却器的流化空气和进入文丘里闪速干燥器内的氢氧化铝的气固比为0. 25N m3/kg。实施例1
循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置如图1所示，料仓1出口通过螺旋给料机与文丘里闪速干燥器2连通，文丘里闪速干燥器2的顶部出料口与收尘器3的进料口连通，收尘器3的出料口与气力提升泵4的进料口连通，气力提升泵4的顶部出料口与初级旋风分离器5的进料口连通，初级旋风分离器5的出料口与1级预热旋风分离器6的进料口连通， 1级预热旋风分离器6的出料口与2级预热旋风分离器7的进料口连通，2级预热旋风分离器7的出料口与3级预热旋风分离器8的进料口连通，3级预热旋风分离器8的出料口与循环流化床焙烧炉9的上进料口连通，循环流化床焙烧炉9的出料口与高温旋风分离器10的进料口连通，循环流化床焙烧炉9的侧部设有第一进气口，底部设有第二进气口 ；
初级旋风分离器5的出气口与循环流化床焙烧炉9的第一进气口连通，1级预热旋风分离器6的出气口与文丘里闪速干燥器2的进气口连通，2级预热旋风分离器7的出气口与1 级预热旋风分离器6的进料口连通，3级预热旋风分离器7的出气口与2级预热旋风分离器 6的进料口连通；
高温旋风分离器10底部设有U型回料器19，U型回料器19的返料腿与循环流化床焙烧炉9的循环进料口连通，U型回料器19的密封腿与1级冷却旋风分离器11的进料口连通；
1级冷却旋风分离器11的出料口与2级冷却旋风分离器12的进料口连通，2级冷却旋风分离器12的出料口与3级冷却旋风分离器13的进料口连通，3级冷凝器旋风分离器13 的出料口与4级冷却旋风分离器14的进料口连通，4级冷却旋风分离器14的出料口与1级流态化冷却器15的进料口连通，1级流态化冷却器15的出料口与2级流态化冷却器16的进料口连通；
1级冷却旋风分离器11的出气口与循环流化床焙烧炉9的第一进气口连通，2级冷却旋风分离器12的出气口与1级冷却旋风分离器11的进料口连通，3级冷却旋风分离器13 的出气口与2级冷却旋风分离器12的进料口连通，4级冷却旋风分离器14的出气口与3级冷却旋风分离器13的进料口连通；1级流态化冷却器15上设有流化风进风口、流化风出风口、冷却管道进风口和冷却管道出风口，流化出风口与4级冷却旋风分离器14的进风口连通，冷却管道出风口与循环流化床焙烧炉9的第二进气口连通；
2级流态化冷却器16上设有进水口、出水口、流化风出风口和流化风进风口，流化风出风口与4级冷却旋风分离器14的进风口连通； 工作方法为
将含有附着水的氢氧化铝原料置于料仓中，再传输到文丘里闪速干燥器内，通过1级预热旋风分离器传来的热气进行干燥，形成水蒸气和干燥氢氧化铝；热气流速为30m/s ；氢氧化铝原料中附着水的重量含量为5% ；
干燥氢氧化铝和水蒸气从文丘里闪速干燥器的出料口进入收尘器中进行气固分离，固体的干燥氢氧化铝通过气力提升泵被传输到初级旋风分离器内进行气固分离；
初级旋风分离器分离出的固体被依次被传输到1级预热分离器、2级预热分离器和3级预热分离器中进行预热和气固分离，最后被传输到循环流化床焙烧炉中，从循环流化床焙烧炉底部通入热空气使物料处于流化状态并进行焙烧，焙烧过程中物料随同气流进入高温旋风分离器中进行高温气固分离，分离后的固体物料经U型回料器返回到循环流化床焙烧炉中再次焙烧，固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内经过5次循环后，从U型回料器排出进入冷却系统；此过程中氢氧化铝脱除一个水分子形成Y氧化铝，再经高温转化成α氧化铝；
初级旋风分离器分离出的气体进入循环流化床焙烧炉；1级预热旋风分离器分离出的气体进入文丘里闪速干燥器；2级预热旋风分离器分离出的气体进入1级预热旋风分离器； 3级预热分离器分离出的气体进入2级预热旋风分离器；高温旋风分离器分离出的气体进入3级预热旋风分离器；
从U型回料器排出的固体物料依次进入1级冷却旋风分离器、2级冷却旋风分离器、3 级冷却旋风分离器和4级冷却旋风分离器进行冷却和气固分离；向1级流态化冷却器内通入流化空气，并向1级流态化冷却器的空气管道中通入空气；向2级流态化冷却器的冷却水管道内通入水，并向2级流态化冷却器通入流化空气；4级冷却旋风分离器分离出的冷却固体物料进入1级流态化冷却器，在流化空气作用下呈流化状态进行空冷，然后进入2级流态化冷却器，在流化空气作用下呈流化状态经水冷至低于80°C后排出；
从1级冷却旋风分离器分离出的气体进入循环流化床焙烧炉中，从2级冷却旋风分离器分离出的气体进入1级冷却旋风分离器的进料口中，从3级旋风分离器分离出的气体进入3级冷却旋风分离器的进料口中，从4级冷却旋风分离器分离出的气体进入3级冷却旋风分离器的进料口中，同时向4级冷却旋风分离器中通入空气进行冷却；
从1级流态化冷却器中排出的流化空气进入4级冷却旋风分离器，1级流态化冷却器的冷却管道内排出的空气被加热后的空气进入循环流化床焙烧炉；2级流态化冷却器排出的流化气体进入4级冷却旋风分离器；
循环流化床焙烧炉的焙烧温度和高温旋风分离器的温度均为1400士50°C，固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内的停留时间为20s ；1级预热旋风分离器、2级预热旋风分离器和3级预热旋风分离器分离物料时的温度依次为340士 10°C、630士50°C和 1100士50°C，干燥氢氧化铝的温度控制在145士 10°C ；1级冷却旋风分离器、2级冷却旋风分离器、3级冷却旋风分离器和4级冷却旋风分离器对物料进行冷却时的温度依次为1320士50°C、1210士50°C、1050士50°C和990士50°C ；2级流态化冷却器出料温度为70°C ；
从高温旋风分离器分离出的固体物料中α氧化铝的重量含量95%。实施例2
循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置同实施例1 ；
工作方法同实施例ι ；不同点在于热气流速为35m/s ；氢氧化铝原料中附着水的重量含量为6% ；固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内经过6次循环；固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内的停留时间为2 ；2级流态化冷却器出料温度为 750C ；从高温旋风分离器分离出的固体物料中α氧化铝的重量含量96%。实施例3
循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置同实施例1 ；
工作方法同实施例ι ；不同点在于热气流速为40m/s ；氢氧化铝原料中附着水的重量含量为8% ；固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内经过7次循环；固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内的停留时间为30s ；2级流态化冷却器出料温度为 750C ；从高温旋风分离器分离出的固体物料中α氧化铝的重量含量97%。
权利要求
1.一种循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置，其特征在于包括文丘里闪速干燥器、收尘器、气力提升泵、初级旋风分离器、1级预热旋风分离器、2级预热旋风分离器、3级预热旋风分离器、循环流化床焙烧炉、高温旋风分离器和冷却系统；文丘里闪速干燥器的顶部出料口与收尘器的进料口连通，收尘器的出料口与气力提升泵的进料口连通，气力提升泵的顶部出料口与初级旋风分离器的进料口连通，初级旋风分离器的出料口与1级预热旋风分离器的进料口连通，1级预热旋风分离器的出料口与2级预热旋风分离器的进料口连通，2级预热旋风分离器的出料口与3级预热旋风分离器的进料口连通，3级预热旋风分离器的出料口与循环流化床焙烧炉的上进料口连通，循环流化床焙烧炉的出料口与高温旋风分离器的进料口连通，循环流化床焙烧炉的侧部设有第一进气口，底部设有第二进气口 ；高温旋风分离器底部设有U型回料器，U型回料器的返料腿与循环流化床焙烧炉的循环进料口连通，U型回料器的密封腿与冷却系统连通。
2.根据权利要求1所述的循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置，其特征在于所述的初级旋风分离器的出气口与循环流化床焙烧炉的第一进气口连通，1级预热旋风分离器的出气口与文丘里闪速干燥器的进气口连通，2级预热旋风分离器的出气口与1级预热旋风分离器的进料口连通，3级预热旋风分离器的出气口与2级预热旋风分离器的进料口连通。
3.根据权利要求1所述的循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置，其特征在于所述的冷却系统包括1级冷却旋风分离器，2级冷却旋风分离器，3级冷却旋风分离器、4级冷却旋风分离器、1级流态化冷却器和2级流态化冷却器；1级冷却旋风分离器的进料口与高温旋风分离器的出料口连通，1级冷却旋风分离器的出料口与2级冷却旋风分离器的进料口连通，2级冷却旋风分离器的出料口与3级冷却旋风分离器的进料口连通，3级冷凝器旋风分离器的出料口与4级冷却旋风分离器的进料口连通，4级冷却旋风分离器的出料口与1级流态化冷却器的进料口连通，1级流态化冷却器的出料口与2级流态化冷却器的进料口连通。
4.一种循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行(1)将含有附着水的氢氧化铝原料置于料仓中，再传输到文丘里闪速干燥器内，通过1级预热旋风分离器传来的热气进行干燥，形成水蒸气和干燥氢氧化铝；热气流速为 3(T40m/s ；氢氧化铝原料中附着水的重量含量为5 8% ；(2)干燥氢氧化铝和水蒸气从文丘里闪速干燥器的出料口进入收尘器中进行气固分离，固体的干燥氢氧化铝通过气力提升泵被传输到初级旋风分离器内进行气固分离；(3)初级旋风分离器分离出的固体被依次被传输到1级预热分离器、2级预热分离器和 3级预热分离器中进行预热和气固分离，最后被传输到循环流化床焙烧炉中，从循环流化床焙烧炉底部通入热空气使物料处于流化状态并进行焙烧，焙烧过程中物料随同气流进入高温旋风分离器中进行高温气固分离，分离后的固体物料经U型回料器返回到循环流化床焙烧炉中再次焙烧，固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内经过至少5次循环后，从U型回料器排出进入冷却系统；此过程中氢氧化铝脱除一个水分子形成Y氧化铝，再经高温转化成α氧化铝。
5.根据权利要求4所述的一种循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的方法，其特征在于循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器进行循环焙烧时的温度为1400士50°C，固体物料在循环流化床焙烧炉和高温旋风分离器内的停留时间为2(T30s ；1级预热旋风分离器、2级预热旋风分离器和3级预热旋风分离器分离物料时的温度依次为340士 10°C、630士50°C和 1100 士 50°C。
6.根据权利要求4所述的一种循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的方法，其特征在于从高温旋风分离器分离出的固体物料中α氧化铝的重量含量> 95%。
全文摘要
一种循环流化床焙烧炉生产高温氧化铝的装置及方法，属于化工技术领域，包括文丘里闪速干燥器、收尘器、气力提升泵、初级旋风分离器、1级预热旋风分离器、2级预热旋风分离器、3级预热旋风分离器、循环流化床焙烧炉、高温旋风分离器和冷却系统；方法为将氢氧化铝原料传输到文丘里闪速干燥器，再进入收尘器中，然后被传输到初级旋风分离器；依次经过传输到1级预热分离器、2级预热分离器和3级预热分离器中进行预热和气固分离，最后被传输到循环流化床焙烧炉中焙烧，经高温转化成α氧化铝。本发明的装置级方法使加热的物料在气流中悬浮，热交换过程能够剧烈进行，物料的温度分布也更为均匀；热耗降低、焙烧更为均匀。
文档编号C01F7/30GK102515231SQ20111043405
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者刘吉, 杨再明, 薛小成 申请人:东北大学设计研究院(有限公司)