套筒石灰窯—國產(chǎn)化新型套筒石灰窯技術(shù)的應(yīng)用
2013-07-25 11:19:42 來源：唐山金泉冶金能源新技
套筒石灰窯—國產(chǎn)化新型套筒石灰窯技術(shù)的應(yīng)用
套筒石灰窯是一種生產(chǎn)高活性工業(yè)石灰的新型石灰窯豎窯，套筒石灰窯具有熱耗低，石灰活性度高，結(jié)構(gòu)簡單，燃料適應(yīng)性強的特點，與傳統(tǒng)的石灰窯相比，石灰在環(huán)形空間內(nèi)煅燒，氣流分布更均勻，窯內(nèi)無冷卻設(shè)備，故障率低，易于維護。
一、傳統(tǒng)套筒石灰窯技術(shù)的技術(shù)特性與需要解決的問題
傳統(tǒng)套筒石灰窯是聯(lián)邦德國人卡爾•貝肯巴赫(Karl— BeceKenbach)在20世紀60年代研究成功的。套筒石灰窯生產(chǎn)的活性石灰具有氣孔率高(5O％)、表面積大(1.5—2m2／kg)、活性高(活性度345 ～4O0 mE)、硫含量低等特點。
目前國內(nèi)主要應(yīng)用的單位主要有：馬鋼、淮鋼、南京中圣園公司、寶鋼上鋼一廠和三廠、寶冶工業(yè)爐公司、寶鋼石灰分廠、唐鋼等多家企業(yè)。
傳統(tǒng)套筒窯的主要優(yōu)點有：
(1)套筒石灰窯改變了以往豎窯傳統(tǒng)的正壓操作方式，窯內(nèi)為負壓環(huán)境，因此無煙氣和粉塵外溢。
(2)設(shè)置上、下兩個中心內(nèi)套筒，使窯的裝料空腔呈環(huán)形，減少料層厚度，有利于火焰或高溫氣體穿透整個料層。上套筒內(nèi)抽出氣體與驅(qū)動空氣在換熱器里換熱，下內(nèi)套筒抽出循環(huán)氣體，噴入燃燒室；下內(nèi)套筒夾層里通入的冷卻空氣，收集到環(huán)管內(nèi)后被送到各燃燒器做一次空氣，這些都能夠充分利用熱能。
(3)設(shè)置上、下兩層錯開均布的多個燃燒室，且每個燃燒室通過由耐火磚砌筑而成的拱橋與內(nèi)筒相連，以便燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣均勻地分布在窯的整個斷面上，使石料能夠受熱均勻。
(4)石料經(jīng)過預熱帶、上部逆流煅燒帶、中部逆流煅燒帶、下部并流煅燒帶，符合煅燒石灰的加熱要求，尤其是并流煅燒帶，能對已經(jīng)產(chǎn)生氧化鈣外殼的石料溫和加熱，對燒成高質(zhì)量的石灰非常重要。
(5)套筒石灰窯使用燃料范圍廣，可使用發(fā)熱值約7 524 kJ／m3的低熱值煤氣，且煤氣壓力僅為l5kPa左右的常規(guī)壓力，與固體燃料相比，氣體燃料不僅能與空氣混合均勻，燃燒所需空氣過剩系數(shù)小，可以達到較高的燃燒強度，而且氣體燃料較清潔，燒制的石灰s、P等有害元素含量低，石灰中的瘤塊減少。
傳統(tǒng)套筒窯存在的主要問題為:
(1)環(huán)形套筒窯拱橋(火橋或過橋)極易坍塌造成長時間停機檢修維護：
拱橋的坍塌可以說是影響環(huán)形套筒在國內(nèi)市場應(yīng)用的*主要原因。從目前國內(nèi)出現(xiàn)的幾座環(huán)形套筒拱橋坍塌來看，拱橋的坍塌不僅縮短了環(huán)形套筒窯的正常使用壽命(馬鋼不足兩年)，還嚴重影響著生產(chǎn)出來的石灰產(chǎn)品的質(zhì)量和煉鋼生產(chǎn)的順利進行，使耐火材料用量大幅度上升。所以拱橋坍塌問題決定了環(huán)形套筒窯是否能正常生產(chǎn)和運行。為解決拱橋的坍塌，國內(nèi)選用了綜合性能較好的鎂鋁尖晶石磚代替了原來的鎂磚，國外則是采用了綜合性能好的鎂磚作為拱橋磚材質(zhì)，同時也對拱橋的結(jié)構(gòu)做了改進。
(2)換熱器換熱管束及循環(huán)通道管的堵塞問題難以解決：
換熱器作為環(huán)形套筒窯的熱交換裝置，在窯的運行過程中，起著至關(guān)重要的作用，它保證著窯內(nèi)的熱量和氣體流量的平衡，并很大程度上影響著生產(chǎn)的石灰質(zhì)量，保證了整座窯的正常運行。而換熱器中換熱管束的好壞決定了換熱器的工作效率，由于換熱管長時間處于冷熱兩種工作環(huán)境下，在進行氣體熱量交換的過程中，在熱管束的管口及管內(nèi)容易形成結(jié)瘤，堵塞換熱管而降低了換熱器的換熱效率。換熱管束的堵塞需對環(huán)形套筒窯休風操作以進行換熱器的檢修，對窯的正常生產(chǎn)影響較大，嚴重時會引起生產(chǎn)的石灰質(zhì)量不穩(wěn)。。
(3)燃燒與控制系統(tǒng)復雜，生產(chǎn)中操作復雜多變：
生產(chǎn)高質(zhì)量的活性石灰需要先進的燃燒技術(shù)與控制技術(shù)。作為一個整體而言，燃燒與控制是不可分割的。窯溫控制是一個極其重要的操作指標。通過對窯溫的監(jiān)測來控制燃燒，是較為有效的方法。但在實際生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)條件的改變，如煤氣熱值的波動，采用不好的燃燒設(shè)備和控制系統(tǒng)，將使控制難于實施。馬鋼雖然在環(huán)形套筒窯控制系統(tǒng)中增設(shè)了廢氣分析儀和在線熱值儀，通過對廢氣與煤氣的在線分析，及時反饋環(huán)形套筒的工作狀況，使操作人員能準確調(diào)整石灰窯的工作參數(shù)，但操作上仍然難以實施，主要是其燃燒設(shè)備并不能保證燃燒控制。
(4) 工程投資過大，國內(nèi)推廣速度較慢：
目前由國外公司設(shè)計的套筒窯日產(chǎn)300噸-500噸的工程投資一般在7000-12000萬元范圍，國內(nèi)優(yōu)化設(shè)計后300噸環(huán)形套筒窯投資需要4000萬元，500噸環(huán)形套筒窯投資需要5000萬元左右，國內(nèi)設(shè)計階段時間為3個月，主要設(shè)備的訂貨時間在3個月以上，施工建設(shè)時間10～12個月。
二、國內(nèi)簡易套筒石灰窯的研發(fā)使用情況
國內(nèi)有些單位在參照國外套筒窯的技術(shù)原理上自主設(shè)計研發(fā)了幾種類似國外套筒窯煅燒原理套筒式豎窯，主要結(jié)構(gòu)為單套筒周邊燒嘴型、窯內(nèi)懸筒周邊燒嘴型等窯型，從不同的煅燒原理及方式上進行了實驗性應(yīng)用，日產(chǎn)量一般在150噸-250噸范圍，石灰質(zhì)量與傳統(tǒng)周邊燒嘴式建議豎窯相比有了一些提高，但是石灰綜合質(zhì)量與國外傳統(tǒng)套筒窯相比還有很大差距，尤其是整體煅燒窯型結(jié)構(gòu)差別很大，窯體結(jié)構(gòu)的實用性及耐用性還需有待進一步提高，尤其窯體內(nèi)套筒筒體容易倒塌的問題需要改進。
三、新型國產(chǎn)化雙室環(huán)形套筒石灰窯新技術(shù)的推廣應(yīng)用
“環(huán)形雙室低壓焙燒套筒窯”是唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司近期自行研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，具有熱耗低，石灰活性度高，結(jié)構(gòu)簡單，燃料適應(yīng)性強的特點，與傳統(tǒng)的石灰窯相比，石灰在環(huán)形空間內(nèi)煅燒，氣流分布更均勻，窯內(nèi)無冷卻設(shè)備，故障率低，易于維護。
該項技術(shù)的低壓焙燒方式采用隔焰燃燒技術(shù)，適用于鋼鐵行業(yè)利用高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦爐煤氣以及電石、化工行業(yè)利用電石爐尾氣等技術(shù)生產(chǎn)高質(zhì)量石灰，尤其適用于焦爐煤氣、煤氣發(fā)生爐煤氣、天然氣等高熱值燃氣的短焰燃燒特性，同時也可以使用煤粉噴吹煅燒石灰。整個生產(chǎn)系統(tǒng)可實現(xiàn)自動化控制完成，以達到提高石灰質(zhì)量和節(jié)能的目的，從而煅燒出高質(zhì)量的活性石灰。
主要工藝特性：
1、 煅燒方式：新技術(shù)煅燒方式采用了環(huán)形焙燒室低壓燃燒技術(shù)，改變了傳統(tǒng)周邊燒嘴直焰煅燒的火焰燃燒死角的弊病，逆流煅燒與并流煅燒相結(jié)合，不會使石灰過燒及生燒，又能夠保證石灰的充分分解，使石灰的活性度大大提高，正常生產(chǎn)活性度大于360ml(4N，HCL法十分鐘)。
2、 熱耗低：*大限度的使用熱能，冷卻石灰和內(nèi)套筒的熱空氣以及燃燒產(chǎn)生的部分煙氣通過引射器送入煅燒帶循環(huán)，在正常工作和公稱產(chǎn)量條件下，成品灰的熱耗不高于930kcal/kg。
3、 作業(yè)率高：每年可以連續(xù)操作350天。
4、 石灰石粒度適用范圍廣：可使用20～100mm范圍粒度石料，粒度范圍比可達1：3。
5、 新型套筒石灰窯改變了以往豎窯傳統(tǒng)的正壓操作方式，窯內(nèi)為負壓環(huán)境，因此無煙氣和粉塵外溢。
主要結(jié)構(gòu)特點：
1、“環(huán)形雙室低壓焙燒套筒窯”主要由由內(nèi)、外筒組成，內(nèi)筒與外筒同心布置，形成一個環(huán)形空間，石灰石就在該環(huán)形區(qū)域內(nèi)煅燒。窯體自上而下分為預熱帶，逆流煅燒帶，并流煅燒帶和冷卻帶。
2、 在窯底部設(shè)計導風裝置及窯內(nèi)筒承重裝置，設(shè)計安裝窯體內(nèi)筒使內(nèi)筒與外筒之間形成一個合理的環(huán)形焙燒帶，窯內(nèi)筒砌筑與外筒耐火材料相同的耐火保溫層，在窯體外部煅燒帶部位設(shè)計外環(huán)燃燒室，在窯體內(nèi)部內(nèi)筒煅燒帶部位設(shè)計內(nèi)環(huán)燃燒室，內(nèi)環(huán)與外環(huán)燃燒室設(shè)計雙層多孔噴火口使之在爐內(nèi)環(huán)形煅燒帶內(nèi)形成一個多層火道的、火焰穩(wěn)定的焙燒氣氛。耐火材料主要是鎂鋁尖晶石磚、高純莫來石、高鋁磚、粘土磚、高密度粘土磚等，根據(jù)砌筑部位的工作條件的不同分別選用。
3、 焙燒方式采用并流煅燒方式，并流煅燒是套筒窯整個煅燒工藝的關(guān)鍵，石灰*終在這個區(qū)域內(nèi)燒成。高溫煙氣經(jīng)料層煅燒石灰，然后從下內(nèi)筒底部均布的循環(huán)氣體入口處進入下部料倉，循環(huán)氣體裝置與窯內(nèi)筒承重裝置為一體結(jié)構(gòu)。
4、在內(nèi)外套筒燃燒室外部設(shè)計安裝低壓穩(wěn)流燃燒噴射裝置，內(nèi)外燃燒室安裝多功能燃燒器。燃燒室煅燒帶可以使用燃氣煅燒也可以使用煤粉噴吹燃燒。
5、內(nèi)套筒頂部設(shè)計有均料裝置及窯內(nèi)筒保護裝置下進氣口至套筒窯上部廢氣出口為預熱帶，煅燒后的廢氣有70%經(jīng)過預熱帶預熱石料。
6、與傳統(tǒng)套筒窯相比，該項新技術(shù)改變了原傳統(tǒng)氣燒窯周邊單體燒嘴（外周）直焰單向煅燒方式，實現(xiàn)了雙向隔焰對流焙燒技術(shù)，使石灰煅燒溫度火焰無死角，實現(xiàn)了內(nèi)筒與外筒同時煅燒，使煅燒帶溫度更均勻、煅燒截面積范圍更廣泛，尤其是窯內(nèi)內(nèi)筒焙燒室煅燒操控技術(shù)是整個煅燒系統(tǒng)核心技術(shù)，其結(jié)構(gòu)簡單實用。
7、該項新技術(shù)的經(jīng)濟性是一個顯著亮點，與國外傳統(tǒng)套筒窯相比工程投資降低了60%以上，如：國內(nèi)優(yōu)化設(shè)計后的傳統(tǒng)套筒窯日產(chǎn)300噸環(huán)形套筒窯投資至少需要4000萬元，唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司設(shè)計的新一代“環(huán)形雙室低壓焙燒套筒窯” 日產(chǎn)300-350噸環(huán)形套筒窯投資只需要1000-1500萬元范圍，同等產(chǎn)量下比普通簡易氣燒豎窯投資還要低，極具推廣價值。
通過以上設(shè)計，窯內(nèi)壓力、氣流及溫度在環(huán)形截面及整個石灰石料層中得到了均衡分布，保證了石灰石焙燒的均勻性，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，同時降低了產(chǎn)品單耗，與傳統(tǒng)石灰窯相比，設(shè)備對原料的適應(yīng)性也更強。
唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司設(shè)計的新一代“環(huán)形雙室低壓焙燒套筒窯”由于結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，能耗低，石灰活性度高，生、過燒率低，經(jīng)濟效益明顯，該窯會被越來越多的廠方所青睞。同時，它可以以轉(zhuǎn)爐煤氣為燃料，取代了焦炭等固體燃料，大大降低了CO、so2等污染物的排放，環(huán)保效應(yīng)明顯，該項技術(shù)在冶金行業(yè)及其它工業(yè)領(lǐng)域必將得到廣泛的應(yīng)用。
唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司可提供150t/d，300t/d，400t/d，500t/d，600t/d規(guī)格新型環(huán)形套筒窯的設(shè)計和制造，生產(chǎn)能力可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，均能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，不影響質(zhì)量和消耗指標。該項技術(shù)在唐山某鋼鐵公司設(shè)計建造的兩座單窯日產(chǎn)300-350噸新型套筒窯工程已經(jīng)運行兩年，各項指標優(yōu)于設(shè)計指標，設(shè)備運行良好。
唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司 總工室供稿
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