新型節(jié)能環(huán)?；鞜腋G建設(shè)運(yùn)行體會(huì)
齊建軍1 王 慶1、2 陳立軍2
1.石家莊鴻宇化學(xué)工程技術(shù)有限公司，2. 河北宇順熱能環(huán)?？萍加邢薰?br />
齊建軍1 王 慶1、2 陳立軍2
1.石家莊鴻宇化學(xué)工程技術(shù)有限公司，2. 河北宇順熱能環(huán)?？萍加邢薰?br />
混燒石灰窯常指以焦炭或無煙煤為燃料與石灰石混合后加入其中煅燒的立式窯爐?；鞜腋G（以下簡稱混燒窯）的結(jié)構(gòu)形式及配套設(shè)施隨著時(shí)代的前進(jìn)也在不斷推陳出新，使用的效果也愈來愈好，其主要指標(biāo)石灰的生成率高達(dá)95%，窯體熱效率可達(dá)到80%以上，在一些地區(qū)顯現(xiàn)出了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。
理論上講混燒窯在運(yùn)行過程中分為三個(gè)階段，即原料及燃料的預(yù)熱階段、煅燒熱解階段、燒成后冷卻降溫階段。與原料、燃料運(yùn)行方向相反的助燃風(fēng)由窯底部鼓入窯內(nèi)，經(jīng)歷預(yù)熱階段及與赤熱焦碳發(fā)生氧化反應(yīng)并放出大量熱能的燃燒階段，生成的煙氣和熱解氣體上升至窯上段與原燃料接觸降溫冷卻。在這些過程中實(shí)際上隱含著一個(gè)問題，即如何使燃料充分燃盡及如何使熱量均勻分布于窯的橫截面？這是生產(chǎn)實(shí)踐操作中必須解決的問題。解決好這個(gè)問題才能談及諸如提高窯的熱效率，提高石灰的生成率等問題。
在以前的教科書或?qū)I(yè)論著中對現(xiàn)有成型的混燒窯都有詳盡的表述，理論計(jì)算亦與生產(chǎn)實(shí)際相符，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)操作生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)性。本文結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐試圖說明混燒窯在建設(shè)與運(yùn)行過程中之概要，并體會(huì)出其節(jié)能環(huán)保之要點(diǎn)。
1 混燒窯的建設(shè)
1.1窯型的選擇
窯型的選擇與所要求的產(chǎn)能密切相關(guān)。
日產(chǎn)量75噸以下窯我們稱之為小型混燒窯，在考慮建設(shè)費(fèi)用和工藝技術(shù)要求后其高徑比選擇范圍為7―8左右。常稱之為細(xì)高型窯。
日產(chǎn)量75―150噸窯稱之為中型混燒窯，其高徑比選擇6.5―7.0。
日產(chǎn)量150噸以上的混燒窯稱為大型窯，綜合各方面因素常選擇的高徑比為5―6.5，也稱之為矮胖型窯。
結(jié)構(gòu)形式上有直筒窯、花瓶型窯、錐底窯及錐頂窯等。無論選擇何種形式的結(jié)構(gòu)都應(yīng)結(jié)合原礦物料特性，燃料特性，生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及煅燒技術(shù)掌握的熟練程度來進(jìn)行可行性論證。目前推薦窯形為上下收縮呈錐形中部為直筒形窯，此種結(jié)構(gòu)形式的窯綜合了三種窯形的特性，而造價(jià)也未呈現(xiàn)過大的增加量。
1.2窯襯的選擇
眾所周知，窯襯是窯體構(gòu)成的重要組成部分，其重量占整座窯的70%左右，投資占至五成以上，因此窯襯的選擇至關(guān)重要。
目前隨著耐材工業(yè)的發(fā)展許多新型耐材不斷出現(xiàn)，市售耐材品種繁多，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素考慮，建設(shè)方可針對窯襯的不同工作層特性而設(shè)置。窯的工作層及耐材必須按國標(biāo)HG/T20641－98《石灰窯砌筑技術(shù)條件》，GB2988《高鋁磚》，GB3994《粘土質(zhì)隔熱耐火磚》，GB4415《粘土質(zhì)耐火磚》，GB3712《粘土質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火澆注料》等法規(guī)來計(jì)劃、采購和應(yīng)用。采購的耐材要有合格憑證，必要時(shí)送樣至國家指定的耐材檢測中心進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)證，以確保耐材質(zhì)量合格。
一般窯襯構(gòu)成最里層為工作接觸面層，常采用高鋁質(zhì)耐火磚。有的廠家為節(jié)約費(fèi)用，煅燒區(qū)為高鋁質(zhì)耐火磚（Al2O3≥65%），冷卻區(qū)和預(yù)熱區(qū)則為低鋁質(zhì)耐火磚（Al2O3≥55%）。生產(chǎn)實(shí)踐證明這種布置在一個(gè)大修期內(nèi)是允許的。緊鄰工作接觸層之處的隔熱層常設(shè)計(jì)為粘土質(zhì)耐火磚；緊鄰粘土質(zhì)磚層常設(shè)計(jì)為200――300mm厚的耐火保溫澆注料；澆注料之外設(shè)置為燒結(jié)普通紅磚（GB5101）。近年來也有用符合GB5101的空心磚?？招拇u外常敷一層40mm厚的耐火隔熱材料－硅酸鋁纖維氈與窯殼隔開。
一套完好的窯襯為混燒窯的高效運(yùn)行創(chuàng)立了條件。
1.3窯頂布料設(shè)備、窯底出灰設(shè)備及送風(fēng)布風(fēng)設(shè)備的選擇
窯頂布料設(shè)備、窯底出灰設(shè)備及送風(fēng)布風(fēng)設(shè)備的選擇。這些設(shè)備的功能效用說明在過去的資料中早已詳述，而其核心內(nèi)容或本質(zhì)功能是如何維護(hù)窯的正常運(yùn)行狀況。
窯頂布料設(shè)備由過去的多點(diǎn)加料裝置逐步改進(jìn)為撒料、播料、均布的設(shè)備。優(yōu)良的窯頂布料裝置能夠均勻平整地將物料布撒于窯面，并能夠彌補(bǔ)混料不均產(chǎn)生的不足。能夠適應(yīng)多種點(diǎn)面結(jié)合的布料，也可適應(yīng)混合布料和分層布料的要求。
根據(jù)筒狀窯的特性，布料的混合比是可變的，即沿窯筒徑向由中心向外部播料過程中燃料的比值略有增大。這是因?yàn)楦G中心所需的煅燒熱小于向外延展處所需的煅燒熱，而受窯邊風(fēng)的影響，窯內(nèi)料柱的最外層所需熱量為最大。為保持窯徑向溫度梯度的最小化，所以在布料過程中通過機(jī)械手段和計(jì)量控制措施來調(diào)整內(nèi)圈布料和外圈布料的燃料比值，以達(dá)到精準(zhǔn)布料的效果。
窯底出灰設(shè)備的基本要求是出料均勻，防止偏卸料現(xiàn)象出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)偏卸料必然出現(xiàn)偏燒，窯內(nèi)各區(qū)段混亂，出現(xiàn)亂層。最終使窯內(nèi)出現(xiàn)不完全燃燒熱損失升高，窯的熱效率下降，石灰燒成率下降。因此優(yōu)良的窯底出灰設(shè)備其特性首先是卸料量均勻，料面在窯內(nèi)呈現(xiàn)整體下降的狀態(tài)，然后是堅(jiān)固耐用、維護(hù)量小，并具有鎖風(fēng)功效。
送風(fēng)布風(fēng)設(shè)備可根據(jù)窯產(chǎn)量的大小計(jì)算核定。根據(jù)以往的實(shí)踐和研究，當(dāng)混合料的粒徑一定時(shí)，單位料柱產(chǎn)生的風(fēng)阻力降是穩(wěn)定的。
目前有條件的廠家所采用的原料石粒徑為50―80mm，也有40―60mm，燃料粒徑通常限定為20―40mm。這樣一組數(shù)據(jù)對于混燒窯的燒成率提高有是有利的。選用的風(fēng)壓可根據(jù)料柱高度確定，25m以下的料柱可配以8000―11000Pa風(fēng)壓，風(fēng)量依產(chǎn)量而定。同時(shí)采用風(fēng)機(jī)變速控制風(fēng)壓風(fēng)量的供給，以實(shí)現(xiàn)一定精度的供風(fēng)效果，為保證窯的熱效率創(chuàng)造了動(dòng)力條件。
風(fēng)（即氧氣）的分布同樣是重要的環(huán)節(jié)，隨著窯徑的擴(kuò)大，風(fēng)的分布尤顯重要。我們知道煅燒的動(dòng)力學(xué)主要因素是風(fēng)速，而風(fēng)速取決于合理的空塔流速、布風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)形式布置和提供動(dòng)力設(shè)備的供風(fēng)精準(zhǔn)度。風(fēng)布偏了或風(fēng)速與產(chǎn)量不匹配同樣會(huì)降低窯的熱效率。目前多層塔形風(fēng)帽得到了廣泛推廣和應(yīng)用。風(fēng)帽的設(shè)計(jì)充分考慮風(fēng)速、風(fēng)量、布風(fēng)沿軸向的均勻性，同時(shí)也要考慮風(fēng)帽對料柱下降過程中的影響，防止局部出現(xiàn)堵料、阻料、偏料的現(xiàn)象。
1.4計(jì)量配料系統(tǒng)
計(jì)量配料系統(tǒng)以往的經(jīng)驗(yàn)是要求準(zhǔn)確，但由于受環(huán)境溫、濕度影響、磁力場影響，以及一些屏蔽效果不好的措施導(dǎo)致計(jì)量配料系統(tǒng)不穩(wěn)定，干擾了混燒窯的正常運(yùn)行。為此必須從硬件的設(shè)置上加以充分考慮，避免出現(xiàn)相對量的波動(dòng)。常用的辦法是單斗（車）靜態(tài)計(jì)量，環(huán)形皮帶連續(xù)混料、配料。計(jì)量模塊的選擇和線纜的布置要避開動(dòng)力線槽，遠(yuǎn)離變頻設(shè)備，接地良好，而且要設(shè)置獨(dú)立的接地裝置。
2 混燒窯的運(yùn)行
混燒窯的運(yùn)行可分為計(jì)量混料、定時(shí)布料、定時(shí)均勻出灰和連續(xù)穩(wěn)定供風(fēng)四個(gè)過程。
一座混燒窯建成后并不能說明它的功效就達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)了，而是由經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師和工作人員來對窯的特性進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)和整定，最后形成具有該座窯本身特性的可操作的調(diào)試報(bào)告。把調(diào)試過程中整定的參數(shù)結(jié)合設(shè)備廠家提供的使用說明書制定出一整套操作規(guī)程，用必要的程序化作業(yè)方式固定窯的操作，以保持穩(wěn)定的窯工況。混燒窯的運(yùn)行控制需注意以下幾點(diǎn)：
（1）原、燃料的粒度決定了物料在窯內(nèi)的停留時(shí)間，影響到窯的產(chǎn)能。或者依據(jù)窯的設(shè)計(jì)產(chǎn)能確定原、燃料在窯內(nèi)的停留時(shí)間。
停留時(shí)間也就是原燃料預(yù)熱時(shí)間、煅燒時(shí)間和冷卻降溫時(shí)間的總和。依據(jù)煅燒溫度——時(shí)間——粒徑曲線來確定原、燃料的停留時(shí)間和相應(yīng)粒徑。當(dāng)原燃料的粒徑變化時(shí)及時(shí)調(diào)整物料的停留時(shí)間或煅燒強(qiáng)度。
（2）在目前機(jī)械設(shè)備狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)窯截面上由中心向邊緣徑向布料法、中心與邊緣混合比不同的要求，必須輔助以一定的計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。按照一定的順序控制加料的批次、布料的位置和混料的比值。這套系統(tǒng)可由計(jì)算機(jī)模擬人工操作法來完成。系統(tǒng)的下位機(jī)由計(jì)算模塊、提升PLC、布料開關(guān)量模塊組成，上位機(jī)為共用的工業(yè)PC機(jī)，由以太網(wǎng)連接保持通訊。操作人員要監(jiān)控機(jī)器是否按設(shè)定的順序運(yùn)行，參數(shù)有無變化，及時(shí)糾正斷電等誤操作。
（3）出灰系統(tǒng)與加料系統(tǒng)連鎖，定時(shí)出灰，保證均勻按時(shí)卸灰。一般在加料后出灰，此時(shí)雖然降低了窯的空間利用率，但有利于窯體料柱的松動(dòng)透風(fēng)，便于助燃風(fēng)的上升，同時(shí)一些對煙氣質(zhì)量有一定要求的企業(yè)有利于提升窯氣的濃度，改善窯氣品質(zhì)。當(dāng)然有的企業(yè)考慮窯的容積利用率采用先卸料后加料的辦法。 卸料過程中要定期密切注意沿圓周或各卸點(diǎn)是否均勻卸出，如有偏卸應(yīng)及時(shí)找出原因，并進(jìn)行糾正，防止運(yùn)行中的偏燒。這些工作可在點(diǎn)窯前模擬完成。
（4）設(shè)置三段溫度監(jiān)視點(diǎn)，同時(shí)對排煙溫度和出灰溫度進(jìn)行有效的控制。這些可采用溫度傳感器、溫度模塊與計(jì)算機(jī)通訊連接。煅燒過程中三段溫度要區(qū)分開來，同時(shí)每段溫度梯度不宜過大。同一段或同一截面出現(xiàn)大的溫差有可能是偏燒所致。同樣三段溫度過大或過小都表明窯的工況處于非正常狀態(tài)，有可能造成熱效率降低，最終燒成率降低。
（5）助燃風(fēng)的控制。助燃風(fēng)是快速影響窯況的主要因素。助燃風(fēng)機(jī)的頻率與風(fēng)量成正比例關(guān)系，與風(fēng)壓成平方的關(guān)系，與功率成正立方的關(guān)系。了解這些特性后，就要合理用風(fēng)。風(fēng)量過小，燃燒遲緩，影響煅燒，影響燒成率，動(dòng)力學(xué)效果降低，熱效率降低。風(fēng)量過大，強(qiáng)化燃燒，煅燒段上移，排煙熱損失迅速增加，燃料過早燃燒，燒成比同樣下降，熱效率降低。因此合理的助燃風(fēng)量是保證燒成率、穩(wěn)定熱效率，實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)的重要因素。
在生產(chǎn)實(shí)踐中，常以排煙溫度升速時(shí)間或窯頂?shù)臒煔鈮毫ψ鳛閰⒖?。也有以灰溫作為參考。通?？刂苹覝卦?0——80℃，或排煙溫度在150——220℃為宜。當(dāng)無法計(jì)算確定風(fēng)量時(shí)，通常以出灰溫度作參考。
（6）及時(shí)除瘤除焦防止偏燒。日常生產(chǎn)中由于燃燒配比變化或用風(fēng)量不當(dāng)，有局部過燒的情況，結(jié)瘤現(xiàn)象隨即出現(xiàn)，及時(shí)除去焦瘤可防止其由小長大，防止偏窯或過燒率升高的情況發(fā)生。有條件的可在窯底出灰口上方處設(shè)置專門的除瘤孔柵，定期或每班由人工檢查處置結(jié)瘤。在出灰機(jī)口處設(shè)置專門的除瘤除焦孔，人工除焦。
（7）煙氣凈化和洗滌水的脫渣循環(huán)利用。
3 結(jié)論
一座優(yōu)質(zhì)的混燒窯，一方面要科學(xué)合理的設(shè)計(jì)建設(shè)，使機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行滿足混燒窯的運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)燃料、原料、助燃風(fēng)的合理配置和均勻分布，達(dá)到傳熱傳質(zhì)的最佳狀態(tài)。另一方面司窯人員要精確計(jì)算、正確分析各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，科學(xué)合理運(yùn)用各種控制措施和手段，使原料、燃料、助燃風(fēng)配比合理，定時(shí)定量布料出料，保持合理的窯內(nèi)停留時(shí)間，確保熱效率穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，燒成率達(dá)標(biāo)，產(chǎn)量達(dá)標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的社會(huì)效益。
