石灰窯控制條件和灰氣指標(biāo)的認(rèn)知與應(yīng)用

王文緒,邱國亮,冉崇斌

(山東?；煞萦邢薰?山東濰坊 262737)

石灰窯的控制條件包括原料、頂灰溫等,灰氣指標(biāo)是指生石灰和窯氣的各項(xiàng)參數(shù),它們關(guān)乎石灰窯的運(yùn)行狀況和經(jīng)濟(jì)效益,其變化預(yù)示著窯況的發(fā)展趨勢。

1 石灰窯頂灰溫

頂灰溫是原料規(guī)格、操作水平等綜合反應(yīng)的結(jié)果,是熱量利用率的一個(gè)直觀體現(xiàn),是石灰窯管理水平高低的表現(xiàn)。

由《純堿工學(xué)》提供的數(shù)據(jù)估算頂溫每降25 ℃或灰溫每降44 ℃相當(dāng)于增加焦比1 kg,如每小時(shí)上25斗(一般1斗是1 000 kg石灰石加配70 kg煤(焦炭)的混合料),頂灰溫同降10 ℃則共節(jié)約煤約16 kg。通常情況下同一焦比,頂溫越高則灰溫越高,頂溫下降灰溫跟隨會(huì)下降,這是熱量利用率高低所致。 以上展示了溫度對(duì)應(yīng)實(shí)物所包含的生產(chǎn)意義,為頂灰溫的優(yōu)化取舍提供參考。

2 頂壓與風(fēng)壓

窯內(nèi)生成的二氧化碳如不能及時(shí)移走會(huì)與周邊熾熱(1 000 ℃)的焦炭(煤)產(chǎn)生一氧化碳,這一吸熱反應(yīng)同時(shí)造成窯內(nèi)熱損,還存在二氧化碳與周邊高溫(600～900 ℃)的氧化鈣生成碳酸鈣的反應(yīng),造成二氧化碳濃度及氧化鈣含量降低。氧化鈣亦須及時(shí)脫離高溫區(qū),否則氧化鈣晶體會(huì)繼續(xù)長大,體積相應(yīng)縮小活性度降低。

停窯、風(fēng)量波動(dòng)過大、風(fēng)壓小于頂壓等情況出現(xiàn)時(shí)窯內(nèi)會(huì)產(chǎn)生此類反應(yīng),這對(duì)灰氣品質(zhì)及安全生產(chǎn)不利。

正常生產(chǎn)中,1斗混合料與其所產(chǎn)的窯氣量在質(zhì)量上相近(1 t),所產(chǎn)生的粗石灰與其所需鼓風(fēng)量在質(zhì)量上相近(0.6 t),窯氣質(zhì)量約為粗石灰質(zhì)量的1.6倍,因此不能忽視頂壓過高逸出窯氣過多造成的物料損失,但頂壓過低會(huì)造成窯氣含氧升高濃度下降。

當(dāng)風(fēng)壓小于頂壓時(shí),存于預(yù)熱區(qū)及上部大量的窯氣下沉,在石灰窯內(nèi)發(fā)生窯氣倒置的情況極其危險(xiǎn),因此出現(xiàn)此情況時(shí),需緊急停止窯內(nèi)作業(yè),并及時(shí)查明原因處置。

當(dāng)出灰開始后,由于窯內(nèi)料塊之間的空氣通道不斷被下移的物料改變路徑,使得風(fēng)壓變大風(fēng)機(jī)電流上升,風(fēng)量變小直到達(dá)到自動(dòng)設(shè)定風(fēng)量值后趨于平緩;停止出灰后,穩(wěn)定的空氣路徑形成使得風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)電流下降,這一波動(dòng)規(guī)律隨著灰溫變高趨勢愈加明顯。操作中除降灰溫外亦可適當(dāng)提高出灰速度減緩這一波動(dòng),有利于優(yōu)化窯況和降低設(shè)備損耗。

3 物料停留時(shí)間

石灰石生成石灰卸出這一過程在窯內(nèi)的正常停留時(shí)間:

在到達(dá)這一停留時(shí)間四分之一后,就可開始定時(shí)取窯氣樣查看窯氣濃度的變化和在停留時(shí)間到達(dá)時(shí)查看卸出的灰質(zhì)情況,查驗(yàn)焦比設(shè)置是否適當(dāng),此法可最大限度的避免調(diào)整滯后帶來的窯氣濃度過低和石灰生燒、過燒帶來的一系列經(jīng)濟(jì)損失。

如石灰石的堆積密度1.35 t/m3,石灰窯的有效容積573 m3,按每小時(shí)26 t上料計(jì),則其在窯內(nèi)的停留時(shí)間約30 h。

換料時(shí)可在8 h后開始檢查窯氣濃度的變化和在30 h后檢查灰質(zhì)情況,及時(shí)得出焦比是否調(diào)整的結(jié)論。

根據(jù)實(shí)際操作數(shù)據(jù),進(jìn)出物料在體積上存在一定膨脹,由上石量對(duì)應(yīng)所產(chǎn)粗石灰體積獲得1 t石灰石(0.74 m3)產(chǎn)0.9 m3粗石灰,膨脹系數(shù)因料而異。

4 風(fēng)量與焦比

通常情況下(同一焦比),風(fēng)量決定產(chǎn)量,風(fēng)量的大小對(duì)應(yīng)著燃料燃燒的多少;焦比決定碳酸鈣分解率和生石灰活性、窯氣濃度,焦比的高低對(duì)應(yīng)碳酸鹽、固定炭的含量、石灰石的物理屬性和石灰窯的熱效率等。

正常情況下風(fēng)量的運(yùn)用對(duì)應(yīng)焦比并視煅燒區(qū)位置移動(dòng)情況進(jìn)行風(fēng)量的修正。

例:1 kg焦炭所需空氣量

已知生產(chǎn)參數(shù):焦炭含固定炭84%,氧氣密度1.429 kg/m3(標(biāo))空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為20.9%。

根據(jù)公式:C+O2=CO2

得出1 kg焦炭所需氧氣量:1×84%×32/12=2.24 kg

對(duì)應(yīng)空氣量:2.24÷1.429÷20.9%=7.5 m3

其常溫25 ℃下的體積為:7.5×298/273≈8.2 m3

考慮到設(shè)備漏氣、窯內(nèi)未參與反應(yīng)遺留的空氣量和燃料的完全燃燒所需等情況多取10%風(fēng)量,則1 kg焦炭所需空氣量取9 m3左右的空氣適宜。如按26 t/h石灰石、焦比7.0%算,則鼓風(fēng)量在16 380 m3/h左右。

穩(wěn)定的風(fēng)量是石灰窯操作基礎(chǔ)中的關(guān)鍵,再好的原料再適宜的焦比也會(huì)因頻繁調(diào)整風(fēng)量造成煅燒不穩(wěn),影響灰氣質(zhì)量,是操作大忌。

由于窯底內(nèi)外壓力的不同,鼓入窯底的風(fēng)量溫度要高于空氣溫度。

5 碳酸鈣、碳酸鎂含量對(duì)窯況的影響

若石灰石中碳酸鈣含量下降,以致燃料相對(duì)過剩,窯氣濃度開始下降,窯氣量也隨之減少,灰質(zhì)會(huì)隨著碳酸鈣含量下降的程度向過燒甚至結(jié)瘤發(fā)展,故下調(diào)焦比相應(yīng)減風(fēng)處理。

若石灰石中碳酸鈣含量上升,生燒量增加灰溫升高導(dǎo)致窯氣濃度下降產(chǎn)窯氣量減少,故進(jìn)行增加焦比對(duì)應(yīng)風(fēng)量以提高生產(chǎn)效率。

石灰石中碳酸鎂含量過高,會(huì)出現(xiàn)窯氣濃度高,生石灰偏過,但灰乳粘稠濃度偏低難以提高,蒸氨用灰乳量偏大。

6 固定炭含量變化對(duì)窯況的影響

風(fēng)量不變,則燃燒的固定炭量不變,發(fā)熱量也不變。

1)固定炭含量下降,必然導(dǎo)致燃燒區(qū)域往上增大以消耗氧量,區(qū)域增大使得被煅燒的石灰石量增加了,而發(fā)熱量沒有改變,因此石灰石因煅燒熱量不足以致石灰石分解率、窯氣濃度下降。

2)固定炭含量增加,必然導(dǎo)致燃燒區(qū)域往下縮小以消耗氧量,也就是煅燒的石灰石量減少了,而發(fā)熱量沒有改變,此時(shí)石灰石因接受熱量過多而造成煅燒溫度過高而過燒,甚至結(jié)瘤。

7 窯氣與生石灰

氨堿法中監(jiān)視判斷窯內(nèi)煅燒狀況及發(fā)展趨勢是否良好,灰、氣兩指標(biāo)的運(yùn)用是相輔相成,缺一不可的。

窯氣理想CO2濃度=

×100%

式中:碳酸鹽分解率為η%,燃料量為F,燃料燃燒率為r%,在此把這種沒有遺漏、產(chǎn)生O2、CO的窯氣稱為理想窯氣。窯氣理論CO2濃度是窯氣理想CO2濃度中碳酸鹽分解率和燃料燃燒率分別為100%的一種情況,是窯氣理想CO2濃度的上限。

如窯氣指標(biāo)要求:CO2≥39.6%、O2≤0.6%、CO≤0.4%,則其窯氣指標(biāo)理想CO2濃度約為41.2%。

窯氣理想CO2濃度比較直觀反映出當(dāng)前配比的混合料所能達(dá)到的最高CO2濃度,也是石灰石分解的程度和碳酸鹽含量高低及燃料燃燒率固定炭含量的共同反映,為焦比可調(diào)整的空間提供依據(jù);其值與窯氣理論CO2濃度相差并不是越小越好,還需以生石灰煅燒優(yōu)劣情形為前提,不同品質(zhì)粒度的混合料都有著各自濃度的上限。

準(zhǔn)確的運(yùn)用好窯氣指標(biāo),將它的窯氣理想CO2濃度與窯氣指標(biāo)理想CO2相對(duì)比,確認(rèn)單位混合料產(chǎn)CO2量是否達(dá)標(biāo),亦視為石灰石分解量和碳酸鹽含量高低是否均達(dá)標(biāo),燃料燃燒率與固定炭含量是否正常,再結(jié)合灰質(zhì)生、過等情況區(qū)分出不同的煅燒狀態(tài)(過燒、生燒、偏燒等),并通過對(duì)含氧、一氧化碳濃度的分析,找出操作、原材料、設(shè)備等方面的不足或問題,綜合控制條件和灰乳情況提供的證據(jù),完成對(duì)石灰窯煅燒狀況及發(fā)展趨勢的監(jiān)視與判斷,進(jìn)而視情況和需要及時(shí)采取有效措施調(diào)整。

案例分析一:若窯氣含CO2為39.2%,O2為1.2%,CO為0.2%,則大體分析如下:

其窯氣理想CO2濃度為41.8%,視為產(chǎn)CO2量達(dá)標(biāo),亦視為石灰石分解率和碳酸鹽含量均達(dá)標(biāo),燃料燃燒率與固定炭含量均正常;由于窯氣理想CO2濃度僅僅達(dá)標(biāo),如生石灰未出現(xiàn)灰過情形則仍然存在可優(yōu)化的空間;如出現(xiàn)生石灰偏過,灰乳粘稠濃度低,蒸氨用灰乳量偏大,此情況由石灰石中碳酸鎂含量偏高所致;含氧1.2%超標(biāo),則從原料粒度、鼓風(fēng)量、窯頂負(fù)壓、焦比等處入手做相應(yīng)調(diào)整降氧提CO2濃度。

案例分析二:窯氣含CO2為38.8%,O2為0.4%,CO為0.2%,大體分析如下:

含O2量含CO量均達(dá)標(biāo),說明遺漏空氣量適宜和窯內(nèi)布料均勻。其窯氣理想CO2濃度為39.8%遠(yuǎn)未達(dá)標(biāo),視為石灰石分解率和碳酸鹽含量至少某一項(xiàng)不達(dá)標(biāo),如燃料燃燒率過低則首先從燃料是否存在燃燒速度過慢、粒度過大等情況加以確認(rèn)調(diào)整;如燃料燃燒率正常則結(jié)合實(shí)際灰質(zhì)煅燒情況進(jìn)行分析如下:

1)若灰偏生則是石灰石碳酸鈣分解率過低,原因有燃料固定炭含量下降,石灰石粒度較大等情況,需上調(diào)焦比或使用合格原材料等。

2)若灰過,而窯氣濃度偏低,是碳酸鹽含量過低且相對(duì)過量燃料的燃燒造成灰過并加劇了窯氣濃度的下降,應(yīng)采用碳酸鈣含量高的石灰石或減焦比相應(yīng)調(diào)整鼓風(fēng)量處理。

對(duì)窯氣CO2濃度而言,石灰石分解率和窯氣含氧量的高低對(duì)窯氣CO2濃度的影響相對(duì)更大,含氧過高時(shí)要注意排查出含氧的主要來源。