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        淺析石灰窯結(jié)構(gòu)及性能的優(yōu)化改進措施

        2020-07-20 03:24:38張慶軻
        科學與信息化 2020年16期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化改進石灰窯性能

        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)及性能進行了一定的優(yōu)化改進,但改進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

        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械化程度不高,生產(chǎn)效率低,但對環(huán)境污染能力很強,且與當代自動化信息技術(shù)沒有實現(xiàn)有機結(jié)合。對舊式石灰窯進行完善,以自動化程度高的石灰來進行石灰生產(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,12-出灰平臺,13-窯底料倉,14-振動出灰機,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)和風機系統(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行降溫,避免鋼板箱受熱變形,外側(cè)則有耐火磚。冷空氣預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行連接,煙氣通過耐火磚搭建的拱橋向下進入料層。換熱器負責引出窯頂廢氣,并將驅(qū)動風與窯頂廢氣進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。

        套筒窯噴射和風機系統(tǒng)中的排煙風機負責抽取窯體內(nèi)廢氣,助燃風機為噴射器提供空氣,冷卻風機為窯體內(nèi)筒提供冷卻風。

        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??諝鈪R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,一部分會負責預熱分解后的石灰石,另一部分則進入空氣換熱器。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)生的高溫煙氣又會分成兩部分,一部分向上運行,另一部分向下運行,最終形成并流煅燒帶。主引風機會將管道內(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行除塵。

        3.2 石灰出窯體系

        石灰石在進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

        4.1 改進空氣與廢氣系統(tǒng)

        本文所提及的套筒窯,其空氣管路分為一次風系統(tǒng)和二次風系統(tǒng),前者每座窯均有一臺投入使用的離心冷風機及另一臺備用機。二次風系統(tǒng)每座窯內(nèi)安裝兩臺羅茨風機,將二次風預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機來抽取窯內(nèi)廢氣,廢氣在經(jīng)由處理系統(tǒng)凈化后再排放。

        4.2 改造燃氣通道

        窯內(nèi)尾氣通過支管進入燃燒室,燃氣通道上部有電動密封式閥門,會對煤氣進行自動化調(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 改進窯底出灰機構(gòu)

        未經(jīng)改進時,石灰窯窯底出灰板是單層結(jié)構(gòu),出灰機構(gòu)力量支撐裝備不足,也缺乏精確的定位系統(tǒng),導致石灰窯傳動系統(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。

        對窯底出灰機構(gòu)進行改進后,將原本的出灰機構(gòu)變成液壓驅(qū)動抽屜式出灰機構(gòu),石灰經(jīng)過底部空氣冷卻后,通過抽屜式出灰機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。抽屜出灰機構(gòu)能降低套筒窯出灰機構(gòu)故障發(fā)生概率,并能提高出灰的同步率,還能緩解出灰機勞動強度,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)密封件過負荷,并結(jié)合自動化技術(shù)與規(guī)范性的操作標準,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,當下對其清理操作較難實現(xiàn),導致套筒窯生產(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)施進行維護。

        6結(jié)束語

        套筒式石灰窯是世界上較為先進的石灰生產(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,在與先進科學技術(shù)的有機結(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

        [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.

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