本发明涉及氧化铝生产，具体涉及一种高热效率氢氧化铝焙烧工艺及设备。
背景技术：
1、氢氧化铝焙烧是冶金级氧化铝生产的最后一道工序。生产中将氢氧化铝转变为氧化铝的主要工艺装置为氢氧化铝焙烧炉。来自上游工艺的湿氢氧化铝原料经计量后进入氢氧化铝焙烧炉，在炉内依靠燃料燃烧提供的热量，使湿氢氧化铝在升温过程中依次完成全部自由水的脱除、几乎全部结晶水的脱除和部分晶型转化，最终得到质量合格的冶金级氧化铝产品。其过程中依次发生的反应如下：
2、1)自由水的脱除
3、h2o(l)＝h2o↑(100～120℃)
4、2)结晶水的脱除
5、al2o3·3h2o＝al2o3·h2o+2h2o↑ (268～308℃)
6、al2o3·h2o＝γ-al2o3+h2o↑ (473～548℃)
7、3)氧化铝晶型转变
8、γ-al2o3＝α-al2o3(＞900℃)
9、传统的氢氧化铝焙烧方法是采用焙烧窑进行焙烧。近代，随着流态化技术被广泛采用后，氢氧化铝的流态化焙烧技术也在不断地发展、进步和成熟，氢氧化铝流态化焙烧也在国内外得到广泛使用。流态化氢氧化铝焙烧过程是使经过预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，热交换过程进行得相当剧烈，悬浮的物料在很短的时间内就可以得到加热。因而，与焙烧窑相比，氢氧化铝的流态化焙烧炉可表现出产量大、单位产品投资少、焙烧热耗低、污染物排放少等一系列优点。
10、目前广泛使用的氢氧化铝流态化焙烧装置主要有美国铝业公司的流态化闪速焙烧炉简称闪速炉，德国鲁奇公司的循环流化床焙烧炉简称循环炉和丹麦史密斯公司的气态悬浮焙烧炉简称悬浮炉等，其中国内又以丹麦史密斯公司的气态悬浮焙烧炉应用最多。以丹麦史密斯公司的气态悬浮焙烧炉为例，其工艺流程可分为三个部分，分别为焙烧主炉、预热系统和冷却系统。全部的燃烧进入焙烧主炉内燃烧，释放的热量用于完成部分的结晶水脱除和几乎全部的晶型转化；出焙烧主炉的高温烟气进入预热系统，完成对物料的预热，并在预热升温过程中完成全部的自由水脱除和部分结晶水脱除；出焙烧主炉的高温产品进入冷却系统，并与进入冷却系统的常温空气完成逐级冷却后进入下游工序，加热后的空气进入焙烧主炉用于助燃燃料。
11、当前氢氧化铝流态化焙烧炉呈现的主要缺点有：
12、1)热效率低
13、氧化铝焙烧系统消耗的热量中，约30％热量以出预热系统的烟气热和出冷却系统产品热的方式被消耗。在对该烟气热和产品热进行合理化利用时，通过在预热系统出口设置氧浓度测定仪，根据空气过程系数控制系统风量。当氧浓度控制过高时，入冷却系统的空气量增多，此时出冷却系统的产品温度可以大幅降低，出冷却系统的产品热相应减少，但同时会造成预热系统出口的烟气量增加；反之，冷却系统的产品温度降低幅度小。因此，目前氧化铝焙烧系统中，无法同时兼顾较低的出预热系统的烟气热和出冷却系统产品热，热效率难以得到有效提升。
14、2)物料流程不合理
15、当前焙烧工艺中氧化铝产品的来源有两路：一是经焙烧炉进入冷却系统的物料；二是袋收尘从预热系统的出口烟气中收集的飞灰。其中飞灰中含有较多未经焙烧的氢氧化铝原料，混入产品后易造成产品中氢氧化铝杂质增多，灼减较高，从而影响产品质量。为此，目前生产中采取的措施是提高焙烧炉内的温度，从而尽量减少经出焙烧炉物料中的氢氧化铝含量，由此保证混入飞灰后的产品质量。但提高焙烧炉内温度会连带引起预热系统出口烟气温度升高，焙烧热耗增大。
16、氧化铝生产工业在我国冶金行业中占有重要地位，过程中消耗了大量的能源。尽管与焙烧窑等传统工艺装置相比，流态化焙烧炉的热耗已经大幅降低。当前流态化焙烧炉的系统热耗约2.9～3.2gj/t-al2o3，燃烧释放的热量中，约60％用于完成焙烧反应，其余约40％则以系统表面散热、出预热系统的烟气热、出冷却系统产品热等方式散失到环境中，系统热效率较低。随着“双碳”目标等的提出，氧化铝行业仍面临较大的节能降耗压力。因此，对现有技术的氢氧化铝流态化焙烧工艺及装置进行改进，具有重要意义。
技术实现思路
1、基于上述提出的技术问题，本发明提供了一种高热效率氢氧化铝焙烧工艺及设备，以提高氢氧化铝流态化焙烧工艺中的热效利用率，从而实现了节能降耗。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种高热效率氢氧化铝焙烧工艺，包括以下步骤：
3、1)冷却工序：
4、将焙烧后输出的高温氧化铝与外界输入的常温空气混合进行热交换，然后经气固分离输出降低温度了的氧化铝产品和高温空气，并将该高温空气分成两股气流输出以便后续对回收的热量进行充分利用，其中，焙烧后输出的高温氧化铝指由后续的焙烧工序经焙烧产生并输出的高温氧化铝产物；
5、2)烘干工序：
6、将湿的氢氧化铝原料与所述冷却工序输出的其中一股高温空气混合，以该股高温空气作为烘干热源对氢氧化铝原料中的自由水进行脱除，然后经气固分离输出含尘烟气和干燥的氢氧化铝；
7、3)喂料工序：
8、将经所述烘干工序输出的氢氧化铝进行存储，然后按计量输出；
9、4)预热工序：
10、将焙烧后输出的高温烟气与所述喂料工序按计量输出的氢氧化铝物料混合进行热交换，使氢氧化铝物料中的部分结晶水脱除，然后经气固分离输出已预热的氢氧化铝物料和已降低温度的烟气，其中，焙烧后输出的高温烟气，指在焙烧工序中经焙烧后产生并输出的高温烟气；
11、5)焙烧工序：
12、将所述冷却工序输出的另一股高温空气与所述预热工序输出的已预热的氢氧化铝物料混合，并采用燃气作为燃料进行焙烧，焙烧产物经气固分离输出上述的高温烟气和上述的高温氧化铝；
13、6)尾气治理工序：
14、将所述预热工序输出的已降低温度的烟气和所述烘干工序输出的含尘烟气进行气灰分离，收集得到的飞灰输送到所述喂料工序中与经所述烘干工序输出的氢氧化铝一并存储。
15、根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种高热效率的氢氧化铝焙烧设备，其采用了上述的高热效率的氢氧化铝焙烧工艺，该设备包括：
16、悬浮冷却系统，用于将焙烧后输出的高温氧化铝与外界输入的常温空气混合进行热交换，然后经气固分离输出降低温度了的氧化铝产品和高温空气，并将该高温空气分成两股气流输出；
17、输送床干燥系统，用于将湿的氢氧化铝原料与所述悬浮冷却系统输出的其中一股高温空气混合，以该股高温空气作为烘干热源对氢氧化铝原料中的自由水进行脱除，然后经气固分离输出含尘烟气和干燥的氢氧化铝；
18、存储和喂料系统，用于将经所述输送床干燥系统输出的氢氧化铝进行存储，然后按计量输出；
19、悬浮预热系统，用于将焙烧后输出的高温烟气与所述存储和喂料系统按计量输出的氢氧化铝物料混合进行热交换，使氢氧化铝物料中的部分结晶水脱除，然后经气固分离输出已预热的氢氧化铝物料和已降低温度的烟气；
20、焙烧系统，用于将所述悬浮冷却系统输出的另一股高温空气与所述悬浮预热系统输出的已预热的氢氧化铝物料混合，并采用燃气作为燃料进行焙烧，焙烧产物经气固分离输出上述的高温烟气和上述的高温氧化铝；以及
21、尾气治理系统，用于将所述悬浮预热系统输出的已降低温度的烟气和所述输送床干燥系统输出的含尘烟气进行气灰分离，收集得到的飞灰输送到所述存储和喂料系统中与经所述输送床干燥系统输出的氢氧化铝一并存储，并将分离后的气体排放。
22、作为本发明的进一步优选技术方案，所述悬浮冷却系统包括至少一个旋风冷却器，经焙烧后输出的高温氧化铝与外界输入的常温空气于所述旋风冷却器内混合并进行热交换，然后气固分离；当所述旋风冷却器为两个以上时，两个以上的所述旋风冷却器采用串联或并列的方式进行级联。
23、作为本发明的进一步优选技术方案，所述输送床干燥系统包括输送床烘干塔和旋风收尘器，将湿的氢氧化铝原料与所述悬浮冷却系统输出的其中一股高温空气于所述输送床烘干塔内进行混合，以该高温空气作为湿的氢氧化铝原料的烘干热源，旋风收尘器连通在所述输送床烘干塔的出料端，所述旋风收尘器通过气固分离输出含尘烟气和干燥的氢氧化铝。
24、作为本发明的进一步优选技术方案，所述存储和喂料系统包括料仓和计量输送机构，经所述输送床干燥系统输出的氢氧化铝以及所述尾气治理系统收集的飞灰混合存储于所述料仓内，所述计量输送机构设置在所述料仓的输出端以用于按计量输出料仓内的氢氧化铝物料到所述悬浮预热系统。
25、作为本发明的进一步优选技术方案，所述悬浮预热系统包括至少一个旋风预热器，经焙烧后输出的高温烟气与所述存储和喂料系统按计量输出的氢氧化铝物料输送到所述旋风预热器内混合并进行热交换，然后气固分离；当所述旋风预热器为两个以上时，两个以上的所述旋风预热器采用串联或并列的方式进行级联。
26、作为本发明的进一步优选技术方案，所述焙烧系统包括焙烧主炉和旋风分离器，所述悬浮冷却系统输出的另一股高温空气与所述悬浮预热系统输出的已预热的氢氧化铝物料，以及燃气于所述焙烧主炉内进行焙烧，所述旋风分离器连接在所述焙烧主炉的出料端以用于通过气固分离输出上述的高温烟气和上述的高温氧化铝。
27、作为本发明的进一步优选技术方案，所述尾气治理系统包括布袋收尘器，所述悬浮预热系统输出的已降低温度的烟气和所述输送床干燥系统输出的含尘烟气通过所述布袋收尘器进行气灰分离。
28、作为本发明的进一步优选技术方案，所述输送床干燥系统设有第一引风机，所述第一引风机用于提供动力将悬浮冷却系统输出的其中一股高温空气引入到输送床干燥系统；所述尾气治理系统分别设有第二引风机，所述第二引风机用于提供动力将所述输送床干燥系统输出的含尘烟气和所述悬浮预热系统输出的已降低温度的烟气引入到尾气治理系统。
29、作为本发明的进一步优选技术方案，所述焙烧系统内进行焙烧的温度为800～1000℃，反应时间为0.01～20秒；所述悬浮预热系统输出的已预热的氢氧化铝物料的温度为300～500℃，所述悬浮预热系统输出的已降低温度的烟气的温度为80～180℃；所述悬浮冷却系统输出的氧化铝产品温度为60～150℃。
30、本发明工艺通过对物料流程进行优化，实现了氢氧化铝焙烧过程中余热的充分利用，具有热效率高、氧化铝焙烧热耗低、产量大等优势。与现有技术相比，具有如下有益效果：
31、1)本发明中进入冷却工序的冷风量可根据焙烧产量及高温氧化铝温度进行调整，可使冷风量较现有工艺更大，冷却工序中高温氧化铝与冷风之间的换热更充分，出冷却工序的氧化铝产品温度更低，由此减少随氧化铝产品带出系统的热量损失，降低焙烧热耗。冷却工序排出的高温空气被分为两路：一路去往焙烧工序，为炉内燃料燃烧提供充足的氧气和部分热量；另一路去往烘干工序，利用高温空气中的热量作为湿氢氧化铝原料烘干的热源，实现对高温氧化铝携带热量的充分利用以及高温空气的合理分配，从而进一步降低焙烧热耗。
32、2)本发明烘干工序采用输送床烘干塔，塔内湿物料和高温空气间温度梯度和浓度梯度大，传递动力大，干燥效率高，自由水脱除速度快，热效率高。
33、3)现有氢氧化铝焙烧工艺中，烟气中高灼减的飞灰收集后与焙烧炉排出的高温氧化铝一起进入冷却工序，为保证产品灼减合格，需要提高焙烧炉内温度以尽可能降低焙烧炉出口物料的灼减量。本发明将预热工序输出的烟气中高灼减的飞灰收集后送入原料存储仓中，计量后重新进入焙烧系统，由此确保进入冷却工序的氧化铝物料均为焙烧炉排出的高温氧化铝。采用本工艺后，焙烧炉内温度可较现有工艺降低，有效降低焙烧热耗；同时炉内热负荷降低、氧化铝产量可得到提高。
1.一种高热效率的氢氧化铝焙烧工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种高热效率的氢氧化铝焙烧设备，其特征在于，执行了权利要求1所述的高热效率的氢氧化铝焙烧工艺，该设备包括：
3.根据权利要求2所述的高热效率氢氧化铝焙烧设备，其特征在于，所述悬浮冷却系统包括至少一个旋风冷却器，经焙烧后输出的高温氧化铝与外界输入的常温空气于所述旋风冷却器内混合并进行热交换，然后气固分离；当所述旋风冷却器为两个以上时，两个以上的所述旋风冷却器采用串联或并列的方式进行级联。
4.根据权利要求2所述的高热效率氢氧化铝焙烧设备，其特征在于，所述输送床干燥系统包括输送床烘干塔和旋风收尘器，将湿的氢氧化铝原料与所述悬浮冷却系统输出的其中一股高温空气于所述输送床烘干塔内进行混合，以该高温空气作为湿的氢氧化铝原料的烘干热源，旋风收尘器连通在所述输送床烘干塔的出料端，所述旋风收尘器通过气固分离输出含尘烟气和干燥的氢氧化铝。
5.根据权利要求2所述的高热效率氢氧化铝焙烧设备，其特征在于，所述存储和喂料系统包括料仓和计量输送机构，经所述输送床干燥系统输出的氢氧化铝以及所述尾气治理系统收集的飞灰混合存储于所述料仓内，所述计量输送机构设置在所述料仓的输出端以用于按计量输出料仓内的氢氧化铝物料到所述悬浮预热系统。
6.根据权利要求2所述的高热效率氢氧化铝焙烧设备，其特征在于，所述悬浮预热系统包括至少一个旋风预热器，经焙烧后输出的高温烟气与所述存储和喂料系统按计量输出的氢氧化铝物料输送到所述旋风预热器内混合并进行热交换，然后气固分离；当所述旋风预热器为两个以上时，两个以上的所述旋风预热器采用串联或并列的方式进行级联。
7.根据权利要求2所述的高热效率氢氧化铝焙烧设备，其特征在于，所述焙烧系统包括焙烧主炉和旋风分离器，所述悬浮冷却系统输出的另一股高温空气与所述悬浮预热系统输出的已预热的氢氧化铝物料，以及燃气于所述焙烧主炉内进行焙烧，所述旋风分离器连接在所述焙烧主炉的出料端以用于通过气固分离输出上述的高温烟气和上述的高温氧化铝。
8.根据权利要求2所述的高热效率氢氧化铝焙烧设备，其特征在于，所述尾气治理系统包括布袋收尘器，所述悬浮预热系统输出的已降低温度的烟气和所述输送床干燥系统输出的含尘烟气通过所述布袋收尘器进行气灰分离。
9.根据权利要求2所述的高热效率氢氧化铝焙烧设备，其特征在于，所述输送床干燥系统设有第一引风机，所述第一引风机用于提供动力将悬浮冷却系统输出的其中一股高温空气引入到输送床干燥系统；所述尾气治理系统分别设有第二引风机，所述第二引风机用于提供动力将所述输送床干燥系统输出的含尘烟气和所述悬浮预热系统输出的已降低温度的烟气引入到尾气治理系统。
10.根据权利要求2-9任一项所述的高热效率氢氧化铝焙烧设备，其特征在于，所述焙烧系统内进行焙烧的温度为800～1000℃，反应时间为0.01～20秒；所述悬浮预热系统输出的已预热的氢氧化铝物料的温度为300～500℃，所述悬浮预热系统输出的已降低温度的烟气的温度为80～180℃；所述悬浮冷却系统输出的氧化铝产品温度为60～150℃。
