淺析石灰窯結(jié)構(gòu)及性能的優(yōu)化改進(jìn)措施

張慶軻

摘 要 國家工業(yè)化建設(shè)發(fā)展步伐的加快，使得石灰供應(yīng)問題逐漸凸顯。石灰是工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的輔助材料之一，其質(zhì)量與產(chǎn)量水平直接影響到各工業(yè)生產(chǎn)效率。本文以國內(nèi)某公司環(huán)形套筒石灰窯為例，分析其結(jié)構(gòu)與煅燒原理，并對該石灰窯的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了一定的優(yōu)化改進(jìn)，但改進(jìn)完成后還存在一些疑難問題有待解決，希望能為同行提供經(jīng)驗，為石灰生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一點力量。

關(guān)鍵詞 石灰窯;結(jié)構(gòu);性能;環(huán)形套筒;優(yōu)化改進(jìn)

前言

國家工業(yè)化建設(shè)對石灰有極大的消耗量。以往常見的舊式石灰窯機(jī)械化程度不高，生產(chǎn)效率低，但對環(huán)境污染能力很強(qiáng)，且與當(dāng)代自動化信息技術(shù)沒有實現(xiàn)有機(jī)結(jié)合。對舊式石灰窯進(jìn)行完善，以自動化程度高的石灰來進(jìn)行石灰生產(chǎn)，能降低成本、提高石灰質(zhì)量，并具備一定的環(huán)保效果。

1環(huán)形套筒石灰窯

環(huán)形套筒石灰窯是德國公司于20世紀(jì)發(fā)明的，以生產(chǎn)化工、鋼鐵等領(lǐng)域所需的活性石灰為主。迄今為止，全球范圍內(nèi)環(huán)形套筒石灰窯近千余座，其中我國套筒豎窯類型多以日產(chǎn)量600t、500t、300t和150t這幾種為主。環(huán)形套筒石灰窯結(jié)構(gòu)精巧，操作相對便捷，并在實際生產(chǎn)中能根據(jù)需求對日產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍在百分之六十到百分之一百一十之間，同時套筒窯還具有較強(qiáng)的環(huán)保效益。本文以國內(nèi)某公司 32 × 104 t/a 電石項目配套石灰窯工程為例，該工程用 2 × 520 t/d 套筒窯煅燒技術(shù)來生產(chǎn)高活性石灰[1]。

2石灰窯主體結(jié)構(gòu)及其煅燒工作原理

2.1 主體構(gòu)成

上圖為環(huán)形套筒石灰窯主體結(jié)構(gòu)的示意圖，其中各序號對應(yīng)結(jié)構(gòu)如下：1-料車，2-布料系統(tǒng)，3-料位計，4-窯殼及內(nèi)襯，5-上內(nèi)套筒，6-下內(nèi)套筒，7-上燒嘴平臺，8-下燒嘴平臺，9-上燃燒室，10-下燃燒室，11-出灰機(jī)，12-出灰平臺，13-窯底料倉，14-振動出灰機(jī)，15-循環(huán)氣體入口，16-拱橋，17-冷卻空氣管，18-下環(huán)管，19-噴射管，20-燒嘴，21-循環(huán)氣體管，22-廢氣管，23-換熱器，24-驅(qū)動空氣環(huán)管，PZ-預(yù)熱帶，UB-上部逆流帶，MB-中部逆流帶，PB-下部并流帶，CZ-冷卻帶。

本文所提及工程其套筒石灰窯主體結(jié)構(gòu)為窯體、上料系統(tǒng)、燃燒換熱系統(tǒng)、出灰系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。

形套筒式石灰窯的窯體分為內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒又分上下兩個部分，兩者相對獨立，且皆由雙層結(jié)構(gòu)形成鋼板箱。外筒材質(zhì)則是普通鋼板與耐火材料組成。內(nèi)筒鋼板箱內(nèi)會持續(xù)通入冷空氣來對其進(jìn)行降溫，避免鋼板箱受熱變形，外側(cè)則有耐火磚。冷空氣預(yù)熱后會成為燃燒室的一次空氣。套筒窯窯體的內(nèi)筒與外筒呈同心形式，石灰石在二者間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)進(jìn)行煅燒。

燃燒換熱系統(tǒng)是環(huán)形套筒石灰窯的核心部分，其結(jié)構(gòu)主體為兩層燃燒室及換熱器。燃燒室是上下層結(jié)構(gòu)，上下兩層間有交錯，但同層間無交錯且呈均勻分布。燃燒室各層一般位于窯體中部。內(nèi)筒與燃燒室之間由耐火磚進(jìn)行連接，煙氣通過耐火磚搭建的拱橋向下進(jìn)入料層。換熱器負(fù)責(zé)引出窯頂廢氣，并將驅(qū)動風(fēng)與窯頂廢氣進(jìn)行熱交換來降低熱耗。煅燒完后的石灰石在冷卻后會放入冷卻帶并運出。

套筒窯噴射和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的排煙風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)抽取窯體內(nèi)廢氣，助燃風(fēng)機(jī)為噴射器提供空氣，冷卻風(fēng)機(jī)為窯體內(nèi)筒提供冷卻風(fēng)。

2.2 煅燒原理

套筒窯煅燒石灰石時會先逆流煅燒，后并流煅燒。上部燃燒室內(nèi)不充分燃燒，助燃空氣保持在百分之五十左右，燃燒后的廢氣會與窯體下部的過剩空氣匯合，讓未燃燒完全的成分繼續(xù)燃燒。

上部煅燒帶的物料與氣流流動方向相反，石灰石在進(jìn)入窯體時會開始分解，此時需要大量的熱量。在上部煅燒帶內(nèi)，完全燃燒后的煙氣通過窯頂調(diào)節(jié)閥分成兩部分，一部分會負(fù)責(zé)預(yù)熱分解后的石灰石，另一部分則進(jìn)入空氣換熱器。中部燃燒帶連接窯體的上下燃燒室，其中，下部煅燒室是完全煅燒，其產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥謺殖蓛刹糠?，一部分向上運行，另一部分向下運行，最終形成并流煅燒帶。主引風(fēng)機(jī)會將管道內(nèi)的最終廢氣抽出，通過除塵器處理后再排放。石灰窯內(nèi)循環(huán)氣體會先通過噴射器，而后依次經(jīng)過下內(nèi)筒底、下燃燒室料層、下內(nèi)筒入口并如此往復(fù)不斷循環(huán)[2]。

3環(huán)形套筒石灰窯生產(chǎn)重點體系

3.1 原料篩分與運輸體系

原料篩分是將石灰石原料置于地下受料坑，在受料坑的振動作用下，將石灰石原料通過給料機(jī)運載到料皮帶上。料皮帶將石灰石傳輸?shù)胶Y分樓后，篩分樓會利用高效振動篩來篩分石灰石，篩上物運至套筒窯前料倉，篩下物存貯在廢料倉。篩分樓內(nèi)會安置除塵器來復(fù)雜清潔環(huán)境。本文所提及套筒窯，其系統(tǒng)內(nèi)有除塵器若干，會對卸料站、振動篩等粉塵顆粒物較多的場所進(jìn)行除塵。

3.2 石灰出窯體系

石灰石在進(jìn)入套筒窯并煅燒完成后，會先被放置于窯底下料倉。下料倉內(nèi)存儲的石灰達(dá)到一定高度時，料位計會自動控制閘門打開，將石灰用振動出料機(jī)及傳輸皮帶送至中轉(zhuǎn)倉。

4環(huán)形套筒石灰窯結(jié)構(gòu)改進(jìn)

4.1 改進(jìn)空氣與廢氣系統(tǒng)

本文所提及的套筒窯，其空氣管路分為一次風(fēng)系統(tǒng)和二次風(fēng)系統(tǒng)，前者每座窯均有一臺投入使用的離心冷風(fēng)機(jī)及另一臺備用機(jī)。二次風(fēng)系統(tǒng)每座窯內(nèi)安裝兩臺羅茨風(fēng)機(jī)，將二次風(fēng)預(yù)熱到三百五十度以上后注入下燃燒室。每座窯都有廢氣引風(fēng)機(jī)來抽取窯內(nèi)廢氣，廢氣在經(jīng)由處理系統(tǒng)凈化后再排放。

4.2 改造燃?xì)馔ǖ?/p>

窯內(nèi)尾氣通過支管進(jìn)入燃燒室，燃?xì)馔ǖ郎喜坑须妱用芊馐介y門，會對煤氣進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)，并能在突發(fā)情況發(fā)生后及時切斷。窯體全部管道都加裝流量計，來調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的煤氣量，以實現(xiàn)對煅燒的全程控制。煤氣管道加裝氮氣掃吹裝置，來實現(xiàn)煤氣的置換排空。電石爐尾氣管道上加裝了流量調(diào)節(jié)閥與熱值分析儀，能根據(jù)尾氣溫度和石灰產(chǎn)量來自動調(diào)控用量。

4.3 改進(jìn)窯底出灰機(jī)構(gòu)

未經(jīng)改進(jìn)時，石灰窯窯底出灰板是單層結(jié)構(gòu)，出灰機(jī)構(gòu)力量支撐裝備不足，也缺乏精確的定位系統(tǒng)，導(dǎo)致石灰窯傳動系統(tǒng)齒輪會在運行階段持續(xù)發(fā)生變化，使得物料受到來自不同方向上的推力，對齒輪有很嚴(yán)重的磨損作用，需要工作人員不斷更換齒輪，不利于維持石灰窯工作的連續(xù)性。

對窯底出灰機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)后，將原本的出灰機(jī)構(gòu)變成液壓驅(qū)動抽屜式出灰機(jī)構(gòu)，石灰經(jīng)過底部空氣冷卻后，通過抽屜式出灰機(jī)直接傳輸至下部灰倉。套筒窯內(nèi)有六個出灰推桿，與下燃燒室在位置上逐個對應(yīng)。抽屜出灰機(jī)構(gòu)能降低套筒窯出灰機(jī)構(gòu)故障發(fā)生概率，并能提高出灰的同步率，還能緩解出灰機(jī)勞動強(qiáng)度，避免因故障而造成作業(yè)率減低的情況發(fā)生。

5石灰窯結(jié)構(gòu)及性能的現(xiàn)有特點及存在的問題

5.1 工藝問題

本文所舉石灰窯改進(jìn)工程完成后，其煅燒過程是將逆流煅燒和并流煅燒相結(jié)合，這套機(jī)制能夠確保套筒石灰窯使用性能良好。燃燒室被分成雙層共十二個燃燒室，燃燒室均勻分布于窯體周圍，并呈圓形排列，這樣能使煙氣在料層斷面上保持均勻分布狀態(tài)。助燃階段，使用內(nèi)筒完成助燃并回收剩余煙氣，有效減少了能量消耗。

在整個石灰煅燒工藝流程中，負(fù)壓操作能使工作人員實時調(diào)節(jié)窯內(nèi)狀況，避免窯體內(nèi)密封件過負(fù)荷，并結(jié)合自動化技術(shù)與規(guī)范性的操作標(biāo)準(zhǔn)，將套筒窯煅燒過程中的調(diào)節(jié)、控制及報警都集中于主控制室，并設(shè)置了各控制點的連鎖監(jiān)控。這不僅實現(xiàn)了對窯體運行環(huán)境的改善，還能提高人力操作的安全性。此外，本工程所使用的燃料及石灰石原料適應(yīng)性高，選擇面廣，具有一定的普適性。

5.2 本工程存在的問題

本文中套筒石灰窯優(yōu)化設(shè)計工程，在實際工作中還存在疑難問題尚待解決。一是燃燒室內(nèi)火焰溫度高，耐火磚拱橋易坍塌，影響窯體使用時限，不利于套筒窯的持續(xù)性運轉(zhuǎn)。

二是環(huán)形套筒石灰窯運行階段，換熱器易發(fā)生結(jié)垢堵塞問題，當(dāng)下對其清理操作較難實現(xiàn)，導(dǎo)致套筒窯生產(chǎn)效率可能會受影響。

三是窯頂煙氣存在溫度過高的問題，會破壞窯頂結(jié)構(gòu)，石灰生產(chǎn)階段需對窯頂設(shè)施進(jìn)行維護(hù)。

6結(jié)束語

套筒式石灰窯是世界上較為先進(jìn)的石灰生產(chǎn)設(shè)施，具有氣孔率高、活性度高、產(chǎn)物硫含量更少等眾多優(yōu)點。工業(yè)發(fā)展對石灰產(chǎn)量的需求，使得設(shè)計制造套筒式石灰窯的單位漸漸增加，生產(chǎn)成本也逐漸降低，在與先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合下，套筒窯的設(shè)計、制造過程中的問題會在未來一一得到解決，會推動套筒窯成為更多優(yōu)質(zhì)石灰生產(chǎn)企業(yè)的首選。

參考文獻(xiàn)

[1] 方養(yǎng)吾.TD500型石灰窯卸灰抽屜的材料及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].冶金設(shè)備，2019（4）：53-56，5.

[2] 劉樹鋼.2018年度TGS石灰窯技術(shù)發(fā)展報告[J].耐火與石灰，2019，44（1）：3-10.