锂辉石焙烧生产线酸化窑节能改造研究

摘要：本文概述锂辉石焙烧生产线酸化窑节能改造方案，将直接接触焙烧工艺升级为间接加热工艺。主要改造包括窑体热风系统、夹套及出风段优化，并新增热风循环系统和PLC自控系统。项目以天然气为燃料，依托现有热风炉设施，通过工艺调整实现热效率提升与尾气减排，配套升级电气仪表及控制系统，确保生产自动化与能效优化。

1、工程概况

两条锂辉石焙烧生产线，目前A线和B线的酸化焙烧工艺采用热风与酸化混合料直接接触焙烧，酸化尾气通过酸雾处理后外排，该生产工相对目前主流间接加热工艺，其能耗高、尾气系统负荷大，已属落后工艺。现计划对A线和B线酸化窑进行改造，采用目前行业内成熟的间接加热酸化焙烧工艺，以实现节能减排的目的。经甲、乙双方充分技术交流和方案讨论，达成以下技术协议。

建设内容： 酸化窑改造主要包括酸化窑内热风进风管及密封装置、热风分配管道、回流风管道及配套风机、酸化窑内夹套改造、酸化窑出风套及密封、酸化窑出风段窑本体的改造及酸化窑改造涉及的PLC自动化控制系统。

2、设计依据

2.1燃料条件

燃料种类：天然气。

燃料热值：低位热值≮8272Kcal/Nm³。

2.2公辅能源介质供应

（1）供电电源

低压电机：380V AC±5%/50Hz/三相

低压动力：380V AC±5%/50Hz/三相五线

照明检修：380/220V AC/50Hz/三相五线

交流控制电源：220V AC±5%/50Hz/单相

直流控制电源：220V DC

自动化控制系统I/O模件接口电源：24V DC

（2）工业新水供水条件

供水压力：0.1MPa～0.2MPa

供水温度：常温

（3）压缩空气条件

压力：0.45-0.65MPa

纯度：干燥无油

3、系统工艺工艺方案

3.1酸化窑筒体改造

酸化窑改造主要包括热风进风管及密封装置，热风分配管道，酸化窑内夹套改造，酸化窑出风套及密封，酸化窑出风段窑本体的改造。

经过燃烧和配风后的400-450℃的烟气通过φ1000的热风管道送入酸化窑内（利旧现有的热风炉与进窑热风管道），热风管道上沿圆周方向均布12根热风支管将热风均匀送进酸化窑夹套，每根支管上设有耐高温膨胀节，热风通过夹套加热酸化窑内物料，加热长度约47米，充分保证焙烧时间。热风通过和物料间接换热后从窑头增加的风罩上排出，温度约200-300℃。热风罩与酸化窑之间采用双层鱼鳞片密封。

窑内热风管道采用316L材质，夹套的材质：高温段20米为316L，后段材质为Q345。

3.2新建热风循环系统

酸化窑由直接加热改为间接加热后，热风在酸化窑内完成换热后温度约200-300℃，可将完成换热后的大部分热风回收并循环使用，少部分外排。外排烟气量与热风炉燃烧产生新热风量相同，以实现系统热工平衡。

新增热风循环系统主要包括热风管道（外保温）、热风循环风机、流量计、电动调节阀、板式换热器、外排烟囱等。

3.3热风炉系统利旧

目前A、B线热风炉系统最大加热功率为3200KW，可以满足新系统要求。热风炉至酸化窑热风管道直径为DN1000mm，略小于改造后风管直径DN1100mm。为了减少投资，热风炉及热风炉至酸化窑段热风管道利旧。

3.4新增电气仪表控制系统

现有热风炉控制系统仅控制热风炉本体设备，且其控制系统无多余控制点。故需新增热风电气控制系统及相关仪表，以实现改造后酸化窑加热系统的自动化控制，新增电气控制系统与现有的电气控制系统兼容。

4、电气系统

4.1低压配电系统

（1）低压开关柜采用GGD柜，供电方式根据实际供电需求设计。断路器、继电器、接触器、热继选用施耐德产品。

（2）小于30KW没有调速要求的恒速电机一般采用直接启动方式，对30KW及以上电机均采用软启或变频器控制。调速电机均采用交流变频装置调速方式。低压变频器选用汇川产品，软启动器选用上海雷诺尔。

（3）配电室内配套电控柜的防护等级IP3X，室内柜体采用碳钢+喷塑；室外和车间内配套电控柜的防护等级不小于IP54，室外操作箱采用304不锈钢材质。

4.2电缆和桥架

（1）电缆：变频器与其电机连接的动力电缆采用屏蔽电缆；计算机以及仪表电缆采用屏蔽电缆；其它无特殊要求均采用普通电缆。所有动力和控制电缆选用阻燃电缆，动力电缆选用ZC-YJV，控制及仪表电缆选用ZC-KVVP。电缆选用江苏中矿、江苏科驰、上海宝胜品牌。

（2）电缆敷设一般采用电缆桥架、电缆支架、配管、电缆井及管组相结合的敷设方式。电缆优先采用电缆桥架方式敷设，低压电缆、控制及仪表电缆宜分层敷设。

（3）电缆桥架选用玻璃钢桥架，桥架利旧原来桥架系统，新增区域电气设备和无法利旧部分新敷设桥架（温度高的区域选用304不锈钢桥架）。

4.3控制系统

根据目前本行业发展的需要及自动控制水平的发展，本工程自动控制的方案采用PLC系统控制，PLC系统采用S7-1200系列，辅以部分就地指示仪表，实现对工艺生产过程的自动化控制。

PLC系统主要包括工程师站、操作员站、计算机通讯网络以及其他附件。操作人员可通过计算机查看各工艺参数并实现工艺生产过程的最佳控制。

本工程采用PLC系统对生产过程进行控制，把设备的过程参数引入控制室的PLC进行集中监控。生产过程的温度、压力、流量、物位等各种工艺参数的检测、控制及进出设备的能源统计均由PLC完成。

在本工段设置就地机柜室，PLC机柜和工程师站布置在该机柜室 ，操作员站放置在中央控制室，通过光纤连接实现操作员站和PLC控制柜的通信。并且预留TCP/IP通讯接口供业主生产运行中心智能化集屮操控大厅的系统通讯使用。继电器采用施耐德产品，带指示灯和强制开关。

* 开关电源采用菲尼克斯、西门子、明纬等产品。

* 交换机采用TP-LINK产品。

* 微型断路器采用施耐德产品。

* 端子采用菲尼克斯产品。

* 信号处理模块（信号隔离器、信号配电器、热电阻变送器）采用南京优倍产品。

*设备PLC系统系统成套设备采用S7-1200系列。

4.4仪器仪表及控制阀

仪器仪表（液位、压力、温度、流量、分析等检测仪表）采用经众多相关行业实际运行考验的国产优质品牌的仪表，此类产品技术先进、性能优越、精确度高、可靠性好及故障率低，完全能满足生产工艺对过程检测产品的要求。仪表品牌按设备清单品牌选型。

（1） 温度仪表

a. 温度在线测量采用热电阻，分度号为Pt100，螺纹或者法兰连接；

b. 温度就地测量采用双金属温度计。

（2）压力仪表

a. 压力在线测量采用二线制表压、差压变送器；变送器采用4～20mA DC+Hart协议，便于故障诊断与调试；安装方式为引压管式、法兰安装式、法兰远传式等；

b. 压力就地测量采用普通压力表、隔膜压力表等。

压力仪表选用：川仪、安徽天康、上自仪产品。

（3）流量仪表

a. 腐蚀性导电介质流量测量一般采用电磁流量计，测量电极选用316L、钽、哈C等电极；

b. 一般介质的流量测量选用平衡流量计、均速管流量计、涡街流量计、密封水流量计、浮子流量计、孔板流量计、插入式巴类流量计等；

流量仪表选用：陕西仪新、安徽天康、上自仪产品。

结语：本次酸化窑工艺升级通过技术创新实现节能减排目标，显著提升了生产能效与环保水平。间接加热工艺结合热风循环系统，不仅降低了能耗与尾气排放，更为行业树立了绿色转型典范。项目成果展现了技术革新与可持续发展的深度融合，为推动锂电材料产业绿色升级提供了宝贵经验，助力实现碳中和愿景。

参考文献：

[1]邹林超. 锂电化工行业回转窑及酸化窑尾气的安全风险分析 [J]. 内蒙古石油化工， 2024， 50 （05）： 47-50.

[2]李佩方. 硫酸法生产碳酸锂工艺中酸化窑燃烧室温度与加料量关系的探讨 [J]. 新疆有色金属， 2010， 33 （06）： 49-50.