菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究

“十二五”国家科技支撑计划菱镁矿高效利用技术课题二需求分析1前期工作2研究内容3预期成果42菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究财务预算5风险分析6菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究需求分析31高温工业的基础材料市场需求旺盛2目前生产工艺落后制约行业发展3国家及各级政府政策支持企业积极菱镁矿煅烧过程基础理论研究菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究前期工作4菱镁矿分解热力学研究：纯净菱镁矿开始分解温度331℃，化学沸腾温度640℃菱镁矿分解热力学研究：小于0.088mm有利于二氧化碳扩散，分解温度低0.088-5mm扩散速度降低，扩散速度相差不大块状菱镁矿分解与烧结试验菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究前期工作5在相同温度下，菱镁矿块度大小对于分解速率影响较大，对烧结效果影响不显著晶体细小菱镁矿易烧结，粗晶粒菱镁矿爆裂严重1400℃几乎无强度，1300℃时强度显著增加，1200~1000℃时强度与常温相差不大普通烧结镁砖高温强度试验菱镁矿资源的有效利用工厂进行碎矿压球、烧结、制砖，结果与普通镁砂相近菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究前期工作6MgO%SiO2%CaO%体积密度g/cm3气孔率%耐压强度MPa普通镁砂91.063.252.013.19————压球镁砂90.743.432.123.17————普通镁砖90.433.392.102.981465试验镁砖90.173.512.072.941562菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容7•重烧氧化镁生产过程自动控制与系统集成优化──辽宁科技大学•菱镁矿高效制备重烧氧化镁绿色生产装备示范工程──辽宁丰华实业有限公司•重烧氧化镁节能减排及高效回收技术──北京大学321•大型高载荷菱镁矿重烧氧化镁工艺技术──辽宁科技大学4菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究8研究内容1:大型高载荷菱镁矿重烧工艺技术原料碎矿和粉矿利用技术竖炉炉衬长寿化材料的研制菱镁矿高载荷煅烧过程中烧结特性的研究菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容1:大型高载荷菱镁矿重烧工艺技术9菱镁矿在大型竖炉煅烧过程中经历碳酸镁分解和重烧镁烧结、结晶等过程。掌握不同载荷、不同温度条件下，物料在竖炉内强度变化规律，是防止物料粉化、粘连，保证正常生产的重要依据。利用模拟手段研究重烧氧化镁在竖炉各部位体积密度所发生的变化，对制定煅烧温度，物料在炉内运行速度等工艺参数有重要意义。在高载荷条件下研究杂质种类、数量对重烧镁烧结性的影响，为制定原料和燃料标准确定煅烧温度提供重要数据。菱镁矿高载荷煅烧过程中烧结特性的研究菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容1:大型高载荷菱镁矿重烧工艺技术10正确选择各部位炉衬材料对于竖炉操作、寿命以及效率都有重大影响在预热带、煅烧带及冷却带合理选择耐火材料工作衬、永久衬烧成带要求耐火材料具有耐高温、高温强度大、耐化学侵蚀等性能竖炉炉衬长寿化材料的研制菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容1:大型高载荷菱镁矿重烧工艺技术11在菱镁矿破碎中产生小于20mm的碎矿比例高达20%以上，生产过程中产生的烟气除尘粉含有大量氧化镁这两部分碎矿和粉矿目前全部被废弃，造成资源浪费将碎矿和粉矿按不同粒度级配，通过优选后的结合剂和高压成球工艺，制成具有高低温连续强度的球体，按最佳比例配置到块状菱镁矿中入炉煅烧，实现煅烧重烧氧化镁生产过程菱镁矿资源高效利用原料碎矿和粉矿利用技术菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容2:生产过程自动控制与系统集成优化12生产系统集成优化技术及安全保障体系除尘及余热利用控制系统竖炉燃烧状态及炉况实时监测控制系统竖炉布料、出料控制系统原料燃料系统菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容2:生产过程自动控制与系统集成优化13★原料燃料系统使用先进的皮带秤实现准确称量，最优配比，配料重量精度达到工艺允许范围根据原料和燃料的组成和特性，通过专家系统分析选择一种最优的原料与燃料的配比通过炉顶料仓料位监测数据，构成实时跟踪的上料的系统采用变频调速控制和三种保障装置，确保上料斗安全运行布料机、出料机的控制性能高低，关系到重烧氧化镁竖炉的稳定工作菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容2:生产过程自动控制与系统集成优化14竖炉布料、出料控制系统通过竖炉内料位状态监测结果，控制布料机连续定点布料通过控制系统寻找最优的物料平衡点，使布料量和出料量达到最优化根据进料和出料等情况，运用专家系统预测炉内物料结砣或悬炉情况出料机采用变频调速控制装置，根据出料情况随时调整出料机力矩，达到连续出料目的料位采用雷达物位仪监控和可视监测，布料机采用变频调速的控制方式菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容2:生产过程自动控制与系统集成优化15竖炉燃烧状态及炉况实时监测控制系统根据模型预测竖炉的运行状态，作为竖炉热工控制决策的依据1234通过调节送风量控制竖炉内燃料的燃烧状况采用热电偶间接对炉内温度进行测量，配合炉内气氛、压力等情况建立专家知识库，对燃烧状况建模根据炉况，实现对鼓风量的控制菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容2:生产过程自动控制与系统集成优化161该系统包括烟气除尘、烟气中可燃组分回收利用以及冷却壁循环水余热利用2根据陶瓷过滤器灰饼状况采用正反风机适时清灰保证除尘效果3采用最优控制的方法配置辅助热源将废气中的可燃成分充分燃烧利用4控制循环水泵的转速，使竖炉冷却壁冷却效果处于最佳状态5监测最终排放的烟气流量、组成以及冷却水流量、温度等参数，通过计算机汇总判断余能回收和除尘效果除尘及余能利用控制系统菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容2:生产过程自动控制与系统集成优化17ACEDB通过气氛传感器对竖炉内外氧气和一氧化碳浓度的实时观测和控制保证全系统安全运行各系统采集的参数汇总中央控制室，集成优化后，向各生产系统发出指令，实现各环节协调控制生产过程采用现场级和厂级多级控制通过建立过程控制系统、数据采集、数据库数据储存/分析，研发重烧氧化镁生产过程集成优化控制技术生产系统集成优化技术及安全保障体系通过原料品位选择以及布料、出料和送风量来实现产品产量与质量控制菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容3:节能减排及高效回收技术18烟气中气固两相流动特性与分离过程研究炉顶烟气余能的利用技术研发高温烟气陶瓷过滤处理粉尘收集技术与装置余热利用与低浓度二氧化碳回收耦合技术菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容3:节能减排及高效回收技术1912通过增压风机的烟气进入陶瓷过滤器净化，洁净的高温烟气从出气管道排出。由高温陶瓷过滤系统、高温高压风机系统、高压脉冲反吹系统、在线自控系统和检测系统组成高温烟气陶瓷过滤处理粉尘收集技术与装置菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容3:节能减排及高效回收技术20炉顶烟气余能的利用技术研发竖炉炉顶烟气同许多其他工业炉窑一样，具有多尘、不稳定、组成复杂以及余热难回收等特点炉顶烟气中含有15%-20%的一氧化碳目前全部净空排放造成能源极大浪费采用余热锅炉，配置辅助热源将烟气中的可燃成分充分燃烧利用，实现烟气热量有效回收菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容3:节能减排及高效回收技术21通过对烟气余能利用和冷却循环水热量收集用于化学吸收法二氧化碳捕集溶液的再生32耦合技术是将余热和二氧化碳回收、烟气除尘等优化到一个最佳区域内4竖炉烟气的余能利用和二氧化碳回收技术对其他相关工业炉窑有重要的示范和推广意义1通过将烟气余能利用、烟气除尘及二氧化碳回收耦合技术形成绿色集成生产系统5余热利用与低浓度二氧化碳回收耦合技术化学吸收法进行二氧化碳捕集，具有吸收速度快、吸收能力强、处理量大、回收二氧化碳纯度高等优点菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究研究内容3:节能减排及高效回收技术22B：通过对不同的反应器内气体运动和传热过程的数学物理模型的建立，研究浓度场、温度场和压力场分布，揭示反应器内气体、液体以及粉尘颗粒之间的动量传输、能量传输、质量传输和化学反应的规律，指导优化高温陶瓷除尘与二氧化碳分离反应器的结构设计，确定热工制度和气固/气液流动与分离特性等C：从高温烟气余能的本征特性出发，通过改性提升余热品质，解决余热转换过程的关键技术问题，并致力于热-质相互作用与转换的作用机理，最终实现高温余热高效转化与利用的目标A：高温烟气陶瓷过滤处理粉尘收集技术与装置、余热利用与二氧化碳回收耦合技术与装置都存在的气固/气液两相流动特性与分离过程的科学问题ABC烟气中气固/气液两相流动特性与分离过程研究菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究技术路线图23菱镁碎矿20mm粉尘配料、混合、高压成球碎矿球体（30~50mm）大型哑铃形结构重烧镁高温竖炉装备回转式多点布料机装置强力齿状转盘出料装备重烧镁产品高温烟气陶瓷过滤除尘装置CO2分离收集余热尾气近零排放余热锅炉大型高载荷菱镁矿重烧工艺技术竖炉炉衬长寿化与筑炉技术干燥冷却水循环余热利用自动控制与系统集成优化添加剂菱镁矿原矿（20~80mm）菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究创新点创新点1创新点2☆高载荷条件下菱镁矿烧结机理☆余热梯级利用与二氧化碳回收耦合技术24菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究预期成果25具有自主知识产权达到国际先进水平产品优质品率大于90%碎矿利用率100%生产过程自动化控制余能利用率90%CO2回收率70%以上粉尘近零排放申报国家专利6项，其中发明专利3项培养博士研究生3名、硕士研究生3名、技术工程师10人发表学术论文8篇，其中EI、SCI收录3篇菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究财务预算（一）26总经费：2500万元，其中申请国拨500万元国拨经费使用：辽宁科技大学200万元北京大学200万元辽宁丰华实业有限公司100万元配套资金：2000万元辽宁丰华实业有限公司承担菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究序号预算科目名称合计专项经费自筹经费1一、经费支出2500.00500.002000.002（一）直接费用2425.00425.002000.0031、设备费625.00125.00500.004（1）购置设备费180.0030.00150.005（2）试制设备费375.0095.00280.006（3）设备改造与租赁费70.000.0070.0072、材料费95.0095.000.0083、测试化验加工费66.0066.000.0094、燃料动力费60.0060.000.00105、差旅费16.0016.000.00116、会议费15.0015.000.00127、国际合作与交流费15.0015.000.00138、出版/文献/信息传播/知识产权事务费10.0010.000.00149、劳务费10.0010.000.001510、专家咨询费13.0013.000.001611、其他支出1500.000.001500.0017（二）间接费用75.0075.000.0018其中：绩效支出18.0018.000.00课题预算表财务预算（二）27菱镁矿高效制备重烧氧化镁新技术研究课题风险分析及对策技术风险分析及对策前期进行了大量的研究工作，关键工艺参数、设备的研发也取得了阶段性成果，为本课题关键技术的攻关和实施奠定了技术基础，本课题实施在技术上风险较小。政策风险分析及对策本课题列于“菱镁矿高效利用技术”项目中，属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中资源、环境两大领域优先发展主题，无政策风险。市场风险分析及对策从根本上解决重烧氧化镁行业高能耗、重污染以及产品质量差附加值低等共性问题，为我国菱镁产业科学发展提供了有力的技术支撑。28