新型冷气机在高温煅烧α-氧化铝生产中的应用

武文焕，冯怡利，刘 尧

（山东鲁北企业集团总公司，山东 滨洲 251909）



新型冷气机在高温煅烧α-氧化铝生产中的应用

武文焕，冯怡利，刘 尧

（山东鲁北企业集团总公司，山东 滨洲 251909）

摘要：针对高温煅烧生产α-氧化铝所用几种冷却技术在生产的应用和分析，我公司开发出了一种新型多风管冷却技术，不仅能解决生产能耗大、效率低问题，更能够提高产品质量和产量。

关键词：新型冷气机；高温煅烧；α-氧化铝

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0　引　言

α-氧化铝生产需用氢氧化铝或氧化铝为原料在1200 ℃以上高温煅烧下生成，目前我国高温煅烧α-氧化铝一般采用隧道窑、中空长窑或带预热器回转窑生产。由于α-氧化铝晶型转化要求，烧成的物料不能再进入窑内二次煅烧，造成目前煅烧α-氧化铝冷却时均采用自然冷却或外喷淋冷气机生产，大大降低了生产效率，增加了能耗。因此，迫切需要开发一种冷却效率高能耗低的冷却设备满足α-氧化铝的生产。本文所介绍的是我公司自主创新的一种冷却装置。

图1　浸入式深槽冷却机原理图Fig. 1 Mechanism of immersion deep-trough cooler

1　传统的冷却设备

1.1浸入式深槽冷却机

其工作原理如图1所示，其冷却效果的好坏主要与在水中停留的时间和链轮的速度成正比［1］。

该方法的缺点是要想达到理想的效果必须增加物料在水中停留的时间，这就要求链轮必须保证一定的长度或链轮速度保持在较慢的一个状态，这无疑增加了生产成本和降低了生产效率。并且在冷却过程中物料始终处于静止状态，造成贴壁的一处冷却较快而远离槽壁的冷却效果远没有达到。

1.2外喷淋式单筒冷却机

外喷淋式单筒冷却机工作原理［2］是，接近1000 ℃左右的高温物料出回转窑后进入单筒冷却机，通过筒体转动物料向冷气机出口移动，冷却筒外壁喷洒冷却水，与筒内高温物料间接换热，物料冷却至80 ℃以下出冷气机经输送设备送入包装库。

以上两种冷却设备存在问题，主要归结为两点：

（1）物料在冷却过程中始终处于静止状态，冷却效果始终达不到理想效果，生产效率低下。

（2）物料的显热被冷却水带走增加了能耗。

2　多风筒冷气机的开发利用

综合上述分析，以上两种设备均不能满足生产要求，我公司的创新性在于将冷却机设计为分段结构（如图2），即高温一次冷却和低温两次冷却段。每段采用不同的多风管结构进行物料的传送，生产效率得到较大提高，有效地解决了上述技术问题。

2.1新型冷却筒的工作原理

1000 ℃左右的高温物料垂直进入多风管筒式冷却筒1的进料箱3，随着筒体13的转动带入料管2进行一次冷却。此时，空气走管外间接换热，物料温度降至250-350 ℃左右；然后，物料穿过风箱一7进入风管10的外侧进行二次冷却，此时，物料走管外空气走管里，冷风由鼓风机经出料箱4的进风管吹进均匀分布到每个风管与物料间接换热，空气温度升到400-500 ℃经过进料箱3的出风管进入回转窑作为二次风助燃，物料冷却到80 ℃以下经出料箱4进入输送设备。

2.2性能分析

如图3可以看出，冷却设备始终是一个封闭空间，较上两种设备而言，大大降低了杂质的存在性，并且有利于周围环境的可控性。

冷却筒设计成分段式结构，即包括高温的一次冷却段和低温的二次冷却段，这样能够提高换热效率和热能回收率。

图2　外喷淋式单筒冷却机Fig.2 External spray single barrel cooler

图3　分段式冷却工艺Fig.3 Sectional cooling process

图5　低温二次冷却Fig.5 Low temperature secondary cooling

2.2.1高温一次冷却段

如图4所示，高温一次冷却段主要有料管2和内筒14构成，料管2在周向上单层均布，料管2的直径是300-600 mm，厚度为6-10 mm，长度为筒体的1/3-1/2，材质为不锈钢或耐热钢。在冷却时物料从料管2中通过，风从内筒形成的风腔14中通过，利用高的物料温度梯度和热风进行换热，可提供热能回收率。同时，高温段设计成单层粗料管均布，主要是为了避免少部分块状物料堵塞料管以及高温段清理困难的问题。

2.2.2低温二次冷却

如图5所示，二次冷却段12包括风管10、风箱一7和风箱二9。风箱一7和风箱二9的结构为方形圈状并固定在筒体13内部，风箱的侧面设有起连接和固定风管用的连接板，中间设直径为1200-1600 mm的风筒18，纵向有6-8个连接风管17对称相连，连接风管17的直径是200-300 mm。设置风箱的目的就是不让风与物料接触和固定风管，其材质为不锈钢或普通碳钢，高度大于料管2直径和风管10的层高，宽度为200-400 mm。

风管10与连接风管17相连从而将冷风引入，在筒体13内侧设置有至少两层风管10，具体地，可沿周向上均布2-4层风管，风管10的直径是50-100mm，长度为筒体的2/3-1/2，材质为不锈钢或普通碳钢。风管10的一侧与进风管相连通，风管10的另一侧与风箱一7相连并固定在风箱一7上。冷却时，物料走料腔19，冷风走风管10，这样设计的目的在于确保有足够的换热面积来提高换热效率，同时物料走管外可避免大颗粒物料堵塞风管。

3　结　论

相比传统冷却设备而言，多风管冷却装置的应用不仅有效地提高了生产效率，而且实现了节能，同时解决了烧成的物料不再进入窑内二次煅烧问题，保证了产品的物理性能。我公司在年产10万吨和年产20万吨两套高温煅烧α-氧化铝装置上分别使用φ3×36m和φ4×40m两条多风管冷却装置，经热工标定分别比传统冷却机节能30%左右。

参考文献：

［1］ 李益民. 机械制造设计工艺手册［M］. 北京： 机械工艺出版社，1995.

［2］ 黄祝生. 新型高效单筒冷却机的开发设计与生产调试［J］. 新世纪水泥导报， 2005（3）： 24-27.

［3］徐灏. 机械设计手册［M］. 北京： 机械工业出版社， 1991.

［4］钱志峰. 工程图学基础教程［M］. 北京： 科学出版社， 2001.

［5］ 李益民. 机械制造工艺设计手册［M］. 北京： 机械工业出版社，1995.

［6］ 乌尔里希菲舍尔， 云忠， 杨放琼. 简明机械手册［M］. 长沙：湖南科学技术出版社， 2010.

通信联系人：刘尧，男，助理工程师。

Received date：2014-10-12.Revised date： 2014-10-15.

Correspondent author：LIU Yao， male， Assistant Engineer.

Application of a New Type of Cooling Machine in High Temperature Calcination of α-Alumina

WU Wenhuan， FENG Yili， LIU Yao

（Shandong Lubei Enterprise Group General Company， Binzhou 251909， Shandong， China）

Abstract：Several cooling technologies used in the high temperature calcinations of α-alumina have been introduced and analyzed. Then， a new type of multi-air duct cooling technology has been proposed the Lubei Group. It has not only solved large energy consumption and low production effciency， but also improved product quality and output.

Key words：new type of cooling machine； high temperature calcination； α-Alumina

中图分类号：TQ174.75

文献标志码：A

文章编号：1006-2874（2016）01-0044-03

收稿日期：2014-10-12。

修订日期：2014-10-15。