一、并流蓄熱式豎窯
目前國(guó)外用于煅燒細(xì)粒石灰的豎窯主要窯型為瑞士麥爾茲窯爐公司設(shè)計(jì)建造的并流蓄熱式雙膛豎窯,該窯用于煅燒20～40 mm小粒度石灰石,可以充分利用目前我國(guó)石灰石礦許多丟棄的細(xì)粒石灰石,為我國(guó)石灰石礦的資源綜合利用開辟了新途徑。
1 并流蓄熱式雙膛豎窯的主要特點(diǎn)
(1)石灰煅燒均勻,活性度好。在供給合格石灰石和燃料的前提下,活性石灰的活性度達(dá)到350mL,殘余CO2 氣體含量低,一般不超過2.5% ,且不產(chǎn)生過燒石灰。
(2)熱效率高。用于石灰石分解耗熱量占總耗熱量的百分比在各類窯形中為高,一般可達(dá)83%以上,單位產(chǎn)品耗熱量低,一般在3 555～3 764 kJ /kg之間波動(dòng)。
(3)相比回轉(zhuǎn)窯,占地面積小,基建投資低。
(4)排出的煙氣溫度低,一般為70～130℃,易于凈化除塵處理,有利于解決環(huán)境污染問題。
(5)能夠煅燒20～40mm小粒度石灰石,可充分利用我國(guó)現(xiàn)有廢棄的石灰石資源。
2 并流蓄熱式雙膛豎窯的工藝過程
并流蓄熱式雙膛豎窯有兩個(gè)窯身,窯身的上部有換向系統(tǒng),用于交替輪換使用兩個(gè)窯身,在窯身煅燒帶的下部設(shè)有彼此連通的通道。煤粉噴槍安裝在預(yù)熱帶,并埋設(shè)在石灰石中。
生產(chǎn)操作時(shí),每隔12 min變換1次窯身功能,即每個(gè)窯身每隔1個(gè)周期加熱1次。采用單斗提升機(jī)向豎窯加料,每變換1次窯身,單斗提升機(jī)向兩個(gè)窯身分別加入1斗石灰石。單斗提升機(jī)前設(shè)有帶電子秤的稱量料斗,以便精確稱量每斗石灰石。采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)交替從兩個(gè)窯身上部送入煤粉,通過噴槍將煤粉均勻地分布在整個(gè)窯的斷面上。采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)將燃燒用的空氣從豎窯頂部送入窯內(nèi),經(jīng)預(yù)熱帶進(jìn)入煅燒帶與煤粉混合,使煤粉在煅燒帶內(nèi)燃燒,火焰與物料并流使物料得以煅燒。在煅燒帶將石灰石煅燒后產(chǎn)生的廢氣,通過兩個(gè)窯身的連接通道進(jìn)入另一個(gè)窯身,與裝入的石灰石料流相反向上流動(dòng),預(yù)熱了另一個(gè)窯身內(nèi)的石灰石。
煅燒完的石灰由窯身下部的卸料裝置卸出,進(jìn)入下部的卸料料斗。由于豎窯窯內(nèi)壓力很高,這些料斗均采用液壓操作的閘板密封。在每個(gè)換向周期中,密封閘板定期打開,石灰便會(huì)落入下部受料斗中,然后經(jīng)過振動(dòng)給料機(jī)給入耐熱皮帶運(yùn)輸機(jī)上,再運(yùn)往成品石灰篩進(jìn)行篩分貯存。
豎窯上的大部分設(shè)備均采用液壓操作,這些設(shè)備包括:回轉(zhuǎn)加料器、窯頂關(guān)閉閘板、旋轉(zhuǎn)料鐘、廢氣換向閘板、稱量料斗閘板、出料裝置、出料料斗密封閘板、煤粉管道和空氣管道的液壓閥門、石灰石料位指示器等。
并流蓄熱式雙膛豎窯內(nèi)石灰石料位的測(cè)量采用機(jī)械料位指示器。
豎窯設(shè)有12臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī),其中3臺(tái)用于提供助燃空氣, 3臺(tái)用于向窯內(nèi)輸送冷卻空氣, 1臺(tái)另外備用提供燃燒空氣或冷卻空氣, 3臺(tái)用于冷卻噴槍,2臺(tái)用于將煤粉從稱量料斗送至噴槍。上述12臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)中,有3臺(tái)為變頻調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。
并流蓄熱式雙膛豎窯上安裝有自動(dòng)操作所需要的PLC控制裝置,通過中央控制室的計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備的流程、各種閘板及閘閥的位置,并對(duì)操作中的錯(cuò)誤之處發(fā)出報(bào)警信號(hào)、顯示報(bào)警信息。計(jì)算機(jī)可以顯示各種技術(shù)數(shù)據(jù)及技術(shù)參數(shù)設(shè)定范圍,如顯示向窯內(nèi)供給的燃料量和空氣量、窯膛通道之間的溫度、煤粉溫度、廢氣和出窯石灰的溫度、膛中系統(tǒng)壓力、燃燒及冷卻空氣壓力。
豎窯的PLC系統(tǒng)控制程序,能夠自動(dòng)開啟和變換石灰石加熱和裝料的各個(gè)階段的順序和操作,并能保證煅燒好的石灰均勻出料。
由于這種并流蓄熱式雙膛豎窯具有先進(jìn)的加料系統(tǒng),可以避免物料偏析,并在豎窯的斷面上能達(dá)到理想的石灰石分布狀態(tài)。該窯的特殊燃料分布系統(tǒng)能夠保證整個(gè)窯斷面上熱量的均勻供給,同時(shí)改進(jìn)豎窯冷卻帶的形狀以適合小顆粒石灰石的特殊流動(dòng)狀態(tài),這些措施保證并流蓄熱式細(xì)粒石灰豎窯能夠煅燒20～40 mm的小粒度石灰石,并且已經(jīng)在意大利的部分石灰石礦得到了實(shí)際應(yīng)用,取得了令人滿意的效果。
二、套筒式豎窯
1 前言
套筒式豎窯又名環(huán)形窯,起源于德國(guó)肯巴赫·威爾曼司特勒公司(BECKENBACHWARMESTELLE GMBH) ,世界上已有300 余座套筒式豎窯投入使用。歐洲和日本用這種窯型較為普遍。近幾年來,我國(guó)也逐漸引入這種窯型,先后有5 座套筒式豎窯在梅鋼、馬鋼、本鋼等大型鋼鐵企業(yè)應(yīng)用。實(shí)踐表明,套筒式豎窯設(shè)備簡(jiǎn)單,操作和維修方便,工作環(huán)境較好,產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良,是一種很有發(fā)展前景的新型窯型。
2 套筒式豎窯的基本結(jié)構(gòu)
套筒式豎窯主要由窯體、上料裝置、出料裝置、燃燒室、換熱器、噴射器以及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等構(gòu)成 。
2.1 窯體
窯體由內(nèi)、外筒組成。外筒由普通鋼板圍成并襯以耐火材料。內(nèi)筒分上、下兩個(gè)獨(dú)立部分,上部為上內(nèi)筒,下部為下內(nèi)筒。上下內(nèi)筒由雙層結(jié)構(gòu)形成圓柱形鋼板箱,鋼板箱內(nèi)可直接通入空氣并能夠?qū)?nèi)筒進(jìn)行連續(xù)冷卻防止其高溫變形。箱體內(nèi)外兩側(cè)砌有耐火磚。內(nèi)筒與外筒同心布置,形成一個(gè)環(huán)形空間,石灰石就在該環(huán)形區(qū)域內(nèi)煅燒。
2.2 燃燒室
套筒式豎窯可使用多種燃料,如天然氣、焦?fàn)t煤氣、混合煤氣、煤粉、重油等。無論采用哪種燃料,其燃燒過程都是通過燒嘴在燃燒室內(nèi)進(jìn)行的。燃燒室一般設(shè)置在窯體中部并分上、下兩層,每層燃燒室的數(shù)目視豎窯大小而異(一般為3～7個(gè));同一層均勻布置,上、下兩層錯(cuò)開布置。每個(gè)燃燒室與內(nèi)筒之間均由耐火磚砌筑而成的拱橋相連,燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^拱橋下的空間進(jìn)入石灰石料層。
2.3 上料、出料系統(tǒng)
套筒窯的上料裝置由稱量料斗、閘門、單斗提升機(jī)、密封閘板、旋轉(zhuǎn)布料器、料鐘及料位檢測(cè)裝置等組成。
石灰石經(jīng)預(yù)熱、煅燒和冷卻后,在冷卻帶底部由抽屜式出料機(jī)直接卸入窯下部灰倉(cāng),然后經(jīng)倉(cāng)下振動(dòng)給料機(jī)排出。
2.4 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)
套筒窯風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要由排煙機(jī)、引射風(fēng)機(jī)、內(nèi)筒冷卻風(fēng)機(jī)組成。排煙機(jī)用以抽出窯內(nèi)廢氣,使窯保持負(fù)壓;引射風(fēng)機(jī)向燃燒器供給噴射空氣,使窯內(nèi)形成循環(huán)氣體;內(nèi)筒冷卻風(fēng)機(jī)向內(nèi)筒供給冷卻空氣。同時(shí),冷卻空氣冷卻內(nèi)筒后得到預(yù)熱并作為燃燒器的二次空氣。
3 套筒窯的煅燒原理及工藝特點(diǎn)
3.1 逆流煅燒和并流煅燒有機(jī)結(jié)合
石灰石在套筒窯內(nèi)煅燒過程中的一個(gè)顯著特點(diǎn)是逆流煅燒和并流煅燒同時(shí)進(jìn)行。套筒窯外殼上分布的兩層燃燒室將窯體分成兩個(gè)逆流操作的煅燒帶和一個(gè)并流操作的煅燒帶。
3.1.1 逆流煅燒
上燃燒室為不完全燃燒,助燃空氣供給不足,只有50%左右。在廢氣引風(fēng)機(jī)的作用下,不完全燃燒煙氣進(jìn)入上部料層與來自下方含過剩空氣的氣流相遇,使不完全燃燒產(chǎn)物得到完全燃燒。這個(gè)區(qū)域(從上燃燒室到上部?jī)?nèi)套筒下口平面) 即為上部煅燒帶。在此區(qū)域內(nèi)其氣流方向與物料流動(dòng)方向相反,煅燒過程稱為逆流煅燒。
逆流煅燒時(shí),石灰石處于分解初期需要吸收大量熱量,所以一般不會(huì)產(chǎn)生過燒現(xiàn)象。隨著料流向下運(yùn)動(dòng),石灰石逐漸通過上部煅燒帶。在上部煅燒帶內(nèi)完全燃燒后的煙氣繼續(xù)上行至窯頂,在窯頂又分成兩部分: 一部分(約占廢氣總量的70% ,氣量通過調(diào)節(jié)閥控制) 經(jīng)環(huán)形石灰石層(預(yù)熱帶) 對(duì)石灰石進(jìn)行預(yù)熱, 同時(shí)自身溫度降到180℃左右;另一部分(約占廢氣總量的30%左右) 經(jīng)上內(nèi)筒進(jìn)入空氣換熱器,溫度降低到180～250℃,再進(jìn)入廢氣管道。兩部分煙氣均由同一臺(tái)引風(fēng)機(jī)抽出,然后經(jīng)布袋除塵后排入大氣。
在上、下燃燒室之間的區(qū)域?yàn)橹胁快褵龓?中部煅燒帶亦為逆流煅燒。
3.1.2 并流煅燒
下部燃燒室為完全燃燒,空氣過剩系數(shù)為2.0左右。下燃燒室燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔?溫度<1350℃) 分成兩股:一股經(jīng)中部煅燒帶、上部煅燒帶流向窯頂與來自上燃燒室的不完全燃燒氣體相遇;另一股氣流在下燃燒室噴射器的作用下往下走,形成并流煅燒帶(下燃燒室平面到下內(nèi)筒循環(huán)氣體入口平面之間的區(qū)域)。
并流煅燒是套筒窯整個(gè)煅燒工藝的關(guān)鍵。石灰終在這個(gè)區(qū)域內(nèi)燒成,高溫?zé)煔饨?jīng)料層煅燒石灰,然后從下內(nèi)筒底部均布的4個(gè)循環(huán)氣體入口處進(jìn)入下內(nèi)筒;石灰冷卻空氣從底部吸入窯內(nèi),被高溫石灰預(yù)熱后與高溫?zé)煔庖黄饛南聝?nèi)筒入口處進(jìn)入下內(nèi)筒內(nèi)。兩股氣流混合后稱為循環(huán)氣體(其中含有過剩空氣可以作為燃燒二次空氣) ,溫度一般為800～900 ℃。循環(huán)氣體經(jīng)下內(nèi)筒入口→下內(nèi)筒頂部→噴射器→下燃燒室料層→下內(nèi)筒入口,如此循環(huán)往復(fù)。
在并流煅燒區(qū),隨著物料向下流動(dòng),石灰石表面逐漸形成了CaO 外殼,其吸熱性也變差,但恰好此時(shí)較貧化的燃料和空氣發(fā)生接觸燃燒,熱量供給較溫和,因此不會(huì)使CaO 外殼過燒,又能使生芯繼續(xù)分解。
3.2 氣流分布均勻
針對(duì)傳統(tǒng)豎窯氣流分布不均衡問題,套筒式豎窯對(duì)窯體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下幾方面的特殊處理。
(1) 設(shè)置上、下兩個(gè)中心內(nèi)筒,使窯的裝料空腔呈環(huán)形,減少料層厚度,以利于火焰或高溫氣體穿透整個(gè)料層。
(2) 設(shè)置上、下兩層錯(cuò)開均布的多個(gè)燃燒室,且每個(gè)燃燒室與內(nèi)筒之間由耐火磚砌筑而成的拱橋相連,以便燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饩鶆虻胤植荚诟G的整個(gè)斷面上。
(3) 在下內(nèi)筒的上、下部,沿圓周開有若干個(gè)孔(均布) 作為循環(huán)氣體的進(jìn)出口。開孔數(shù)目與燃燒室相對(duì)應(yīng),使窯內(nèi)下部煅燒帶氣體被均勻地引入下內(nèi)筒。
通過以上特殊設(shè)計(jì),窯內(nèi)壓力、氣流及溫度在環(huán)形截面及整個(gè)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,消除了熱溝造成的質(zhì)量不穩(wěn)定以及耐火襯易損環(huán)現(xiàn)象。
3.3 回收余熱,降低能耗
套筒回收余熱主要有以下三個(gè)途徑:
(1) 下內(nèi)筒作為循環(huán)氣體的通道。下燃燒室產(chǎn)生一部分高溫富氧氣體向下流動(dòng)將石灰石冷卻空氣加熱到800～900℃,通過下內(nèi)筒引出窯外,在噴射介質(zhì)作用下重新回到下燃燒室作為助燃空氣利用。
(2) 上內(nèi)筒將窯頂30%的廢氣引出窯外通過空氣換熱器將熱量傳遞給引射用空氣,從而回收余熱,提高引射空氣溫度。
(3) 冷卻下內(nèi)筒的空氣自身預(yù)熱到200℃左右后,也被收集到環(huán)管內(nèi),然后分配到各燃燒室作為助燃空氣再次利用。
通過以上三個(gè)途徑,使窯內(nèi)氣體多余熱量得到合理利用,從而達(dá)到節(jié)能的目的。有關(guān)資料表明,套筒式豎窯能耗僅次于邁爾滋窯,為3762～3971 kJ/kg。
3.4 全程負(fù)壓操作
套筒窯的特殊結(jié)構(gòu)大大降低了窯內(nèi)氣流阻力損失,易實(shí)現(xiàn)全程負(fù)壓操作,有利于窯內(nèi)工況調(diào)節(jié),同時(shí)減輕窯體密封件的負(fù)荷,改善勞動(dòng)環(huán)境,使操作更安全。
3.5 原料適應(yīng)性更強(qiáng)
傳統(tǒng)石灰豎窯由于自身結(jié)構(gòu)和煅燒工藝的局限性,入窯原料粒度限制在70～150mm 范圍內(nèi),超過標(biāo)準(zhǔn)(小于70mm 或大于150mm) 則會(huì)影響窯內(nèi)透氣性和石灰煅燒質(zhì)量。而套筒窯由于采用環(huán)形空間煅燒石灰石,極大地改善了窯內(nèi)物料透氣性,為石灰石提供了優(yōu)良的煅燒條件,從而擴(kuò)寬了原料粒度范圍和粒徑比。套筒窯的原料范圍為15～180mm ,粒徑比能達(dá)到1∶3 的水平。
3.6 燃料選擇要求范圍較寬
筒窯的適應(yīng)性強(qiáng),可以采用煙煤、褐煤、重油、天然氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣及混合煤氣等燃料。采用混合煤氣要求發(fā)熱值大于7500 kJ/Nm。且對(duì)煤氣壓力要求不高,大于15kPa 為常規(guī)壓力。
3.7 操作簡(jiǎn)單,容易調(diào)節(jié)
套筒窯主要通過控制循環(huán)氣體溫度來調(diào)節(jié)煅燒狀況,調(diào)節(jié)方式主要有以下兩種:
(1) 出料調(diào)節(jié)方式
循環(huán)氣體溫度對(duì)排料速度變化比較敏感。改變排料速度,會(huì)影響石灰石在窯內(nèi)的停留時(shí)間。如果循環(huán)氣體溫度高,表明石灰煅燒程度高,石灰中殘余CO2 含量很少,這時(shí)排料速度應(yīng)加快,使上部未燒透的礦石進(jìn)入并流區(qū)煅燒;反之亦然。
(2) 供熱調(diào)節(jié)方式
改變熱量傳輸,即通過改變下燃燒室的燃料量可以獲得所要求的循環(huán)氣體溫度,進(jìn)而控制石灰的煅燒程度。
4 套筒窯相關(guān)工藝配置
在活性石灰煅燒工藝中,為保證活性石灰產(chǎn)品質(zhì)量,除窯型選擇至關(guān)重要外,還必須有相匹配的外圍技術(shù)條件。例如,原料、燃料選擇、工藝參數(shù)的確定,以及有效檢測(cè)和監(jiān)控手段等,這些都對(duì)活性石灰質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。
4.1 原料
4.1.1 石灰石凈化
石灰石中的雜質(zhì)會(huì)不同程度地影響石灰質(zhì)量。在北方,由于氣候干燥,石灰石表面較干凈,含泥量很少,一般不采用水洗工藝,僅對(duì)石灰石進(jìn)行篩分以剔除小粒及表面雜質(zhì)。而在南方,石灰石含泥量較大,單靠篩分處理很難除去石灰石表面污泥,因此,應(yīng)考慮水洗工藝。
4.1.2 石灰石品質(zhì)
若石灰石中SiO2 、Fe2O3 、Al2O3 等雜質(zhì)含量過多,會(huì)使石灰中游離的CaO 含量大大降低,進(jìn)而降低石灰的活性。這些雜質(zhì)在高溫下與CaO 反應(yīng)生成玻璃質(zhì)體,使石灰表面“瓷化”,導(dǎo)致石灰消化困難。因此,選擇品質(zhì)優(yōu)良的石灰石是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性石灰前提條件之一。采用套筒窯生產(chǎn)符合YB/ TO42 - 93 中特級(jí)冶金石灰理化指標(biāo)的原料,應(yīng)滿足ZBD3002 - 90 標(biāo)準(zhǔn)中一級(jí)普通石灰石品質(zhì)要求。
4.1.3 石灰石塊度
在同一煅燒條件下,如果石灰石塊度差別太大,會(huì)產(chǎn)生欠燒或過燒現(xiàn)象,使石灰活性度降低。所以,一般要求石灰石塊度波動(dòng)范圍愈小愈好。套筒窯生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性石灰時(shí),原料粒徑比(小塊度與塊度之比) 選擇在1∶2 較合適(不超過1∶3) 。為嚴(yán)格控制大于上限塊度和小于下限塊度石灰石的含量不超過5% ,在水洗之后設(shè)置一臺(tái)振動(dòng)篩對(duì)石灰石進(jìn)行篩分處理。此外,石灰石在倒運(yùn)過程中有再破碎現(xiàn)象,不可避免產(chǎn)生一些小顆粒石灰石,因此,石灰石入窯前應(yīng)考慮二次篩分處理。
4.2 燃料
套筒窯燃料適應(yīng)性較強(qiáng),選擇面較寬。在我國(guó)北方一般考慮采用煤粉為燃料,在南方則考慮采用煤氣為燃料。無論采用何燃料應(yīng)限制硫含量,一般要求w (S) < 0. 5 %。另外,燒煤粉時(shí)要求灰分< 15 % ,揮發(fā)分不大于25 % ,灰份軟化點(diǎn)>1200 ℃; 煤氣為燃料時(shí)要求粉塵濃度<10 mg/m3 。為避免粉塵對(duì)石灰的污染,應(yīng)增設(shè)管道過濾裝置以凈化煤氣。此外,煤氣系統(tǒng)應(yīng)有自動(dòng)穩(wěn)壓、流量顯示、快速切斷、報(bào)警等控制功能;為保證窯內(nèi)煅燒穩(wěn)定,采用煤氣熱值測(cè)量調(diào)節(jié)裝置(WOBO 熱值儀) ,以檢測(cè)煤氣熱值變化并調(diào)節(jié)煤氣流量。
4.3 熱工制度
4.3.1 配比
當(dāng)供給100 %煤氣時(shí):上、下燃燒室的煤氣分配比率m=1. 55～2. 20 ;上燒嘴助燃空氣配比λ上=0. 3～0. 55 ,下燒嘴助燃空氣配比λ下=0.2～0.45 。以上參數(shù)與原料、燃料條件有關(guān),確定時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
4.3.2 溫度
溫度參數(shù)能直接反映窯況以及石灰的煅燒程度,是套筒窯重要的熱工參數(shù),操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制。
4.3.3 風(fēng)壓和風(fēng)量
風(fēng)壓的控制是以能足夠克服料柱阻力,實(shí)現(xiàn)窯內(nèi)通風(fēng)均勻順暢為基礎(chǔ)。一次風(fēng)量、二次風(fēng)量是由燃燒所需空氣量確定。排煙量是根據(jù)燃燒產(chǎn)生的煙氣量、石灰石分解產(chǎn)生的煙氣量、石灰石分解產(chǎn)生的CO2 氣體量,以及石灰冷卻空氣量等確定。選擇合適的風(fēng)機(jī)壓力及供風(fēng)量,對(duì)套筒窯的操作和調(diào)節(jié)起到十分重要的作用。表3 列出了500 t/ d 套筒窯(以發(fā)熱值為2 000kJ/Nm3 煤氣) 擬配風(fēng)機(jī)的有關(guān)技術(shù)性能參數(shù)。
4.4 系統(tǒng)控制
系統(tǒng)控制采用以PLC 為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成為工程師站、操作站、PLC 系統(tǒng)三個(gè)部分。網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng),通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊;通過人機(jī)操作界面(HMI) 完成工藝流程動(dòng)態(tài)畫面顯示、傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示、工藝參數(shù)設(shè)定、操作方式的選擇、生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)、打印,以及故障顯示等功能。
三、弗卡斯窯
1 弗卡斯窯結(jié)構(gòu)、工藝流程和對(duì)原料的要求
1.1 弗卡斯窯結(jié)構(gòu)
弗卡斯窯大體上可分為四部分: ①貯料帶, ②預(yù)熱帶, ③煅燒帶, ④冷卻帶。
貯料帶:處于窯頂部,貯量約夠2～3h 的石灰正常生產(chǎn)。這樣,在例行檢修石料倒運(yùn)及上料裝置需要暫短停機(jī)時(shí),并不影響石灰窯的連續(xù)生產(chǎn)。
預(yù)熱帶:石料在這里吸收向上升騰的熱煤氣中的熱量。這種有效的熱交換過程,使石料充分預(yù)熱,并進(jìn)入煅燒帶。
煅燒帶:石料的煅燒,是在這里完成的,煅燒帶有上下兩層燃燒梁,各燃燒梁上的噴嘴將燃料均勻地噴在石料層上,充分燃燒,為礦石的分解提供熱量。燃燒梁下面有觀察孔,可使操作者觀察煅燒窯整個(gè)橫斷面中石料流動(dòng)的情況。
冷卻帶:位于煅燒窯的底部,熱石灰通過和冷空氣進(jìn)行熱交換,石灰被冷卻,空氣被預(yù)熱,然后升入煅燒帶。
弗卡斯窯各部分溫度( ℃) 范圍:貯料帶:100～200 ;預(yù)熱帶:200～800 ;燃燒帶:700～1100 ;冷卻帶:100～700 。
1.2 工藝流程
塊度合格的石料,由卷揚(yáng)機(jī)輸送到窯頂,經(jīng)由密封進(jìn)料門卸入料斗。該進(jìn)料門自動(dòng)開啟,以接收石料。
當(dāng)預(yù)調(diào)定數(shù)量的石料進(jìn)入料斗后,上料停止,頂門關(guān)閉。然后,第二道進(jìn)料由氣動(dòng)裝置自動(dòng)開啟,通過一個(gè)稱作“褲腿”的布料器,石料落入煅燒窯的貯料帶。石料落入貯料帶的位置,是自動(dòng)選擇的。通過使料流的體積與隔離門相匹配,布料器可井然有序地均勻布料。每次由卷揚(yáng)機(jī)提升的石料,都經(jīng)由幾個(gè)“褲腿”中的一個(gè)進(jìn)料。下一次進(jìn)料,使用另一個(gè)“褲腿”。
兩個(gè)交替操作的料斗門,可避免裝料時(shí)空氣泄入窯內(nèi)而影響煅燒窯的正常運(yùn)行,特別是不影響通過安裝在石料貯存帶的抽風(fēng)管從石灰窯上部正常抽吸窯氣。
進(jìn)料系統(tǒng)由定時(shí)器和料位計(jì)自動(dòng)控制。這個(gè)特點(diǎn)可免去對(duì)石料進(jìn)料狀況的連續(xù)檢驗(yàn)。
當(dāng)?shù)V石入窯后,即緩慢而有序地通過預(yù)熱帶、煅燒帶和冷卻帶,此時(shí)即燒制成了熟料。
燃料經(jīng)由燃燒梁均勻地噴射到窯內(nèi)石料層。燃燒梁橫跨過石灰窯斷面,每根燃燒梁都是由一個(gè)巨大的、延長(zhǎng)了的由導(dǎo)熱油冷卻的矩形鋼箱裝置而成。
燃燒梁內(nèi)的導(dǎo)管將燃料導(dǎo)至均勻分布在梁上的一系列噴射孔,將燃料噴到石料層,與一次助燃空氣(由上層燃燒梁端部吸入并經(jīng)導(dǎo)熱油冷卻系統(tǒng)預(yù)熱)和二次助燃空氣(由石灰窯底部吸入) 混合。此時(shí)嚴(yán)格控制的燃料-空氣混合物開始燃燒,為高效而均勻的煅燒提供熱量。二次助燃空氣從煅燒窯底部進(jìn)入窯內(nèi),在出料斜坡部位冷卻熟料成品,同時(shí),上升時(shí)生料被預(yù)熱,而后進(jìn)入煅燒帶。
導(dǎo)熱油冷卻系統(tǒng)避免燃燒梁過熱,裝置有相應(yīng)的控制設(shè)備,以達(dá)到高的安全工作保險(xiǎn)系數(shù)。
一經(jīng)導(dǎo)熱油溫度升高,報(bào)警訊號(hào)立即出現(xiàn)。柴油馬達(dá)可確保停電時(shí)導(dǎo)熱油正常循環(huán)。
由一臺(tái)離心風(fēng)機(jī)抽吸供燃燒的熱煤氣,該風(fēng)機(jī)附屬于排氣系統(tǒng),裝有油壓動(dòng)力耦合器,以調(diào)整轉(zhuǎn)速。通過安裝在窯頂?shù)呐棚L(fēng)管抽吸熱氣,并將熱氣延展到燃燒窯每個(gè)斷面空間,使熱煤氣均勻地向上通過石料層,從而確保煅燒的熱量均勻地分布到煅燒窯內(nèi)各個(gè)部位。這樣就避免了熱量的“槽式”流向,造成煅燒不均勻和可能的耐火襯的損壞。
成品通過一組料斗、振蕩出料器及新型稱量器,在窯底出料。每個(gè)出料斗由一個(gè)電磁振蕩式出料器伺服,出料斗將熟料送入稱量器。每次熟料送入稱量器的間隔時(shí)間預(yù)調(diào)定。每當(dāng)預(yù)調(diào)定重量的熟料全部送入稱量器后,振蕩器停機(jī),然后稱量器將熟料卸入熟料貯料斗,此料斗亦安裝一振蕩器,以卸出熟料,周而復(fù)始地運(yùn)轉(zhuǎn)。每個(gè)工作周期卸料的間隔時(shí)間及每一次卸料量,根據(jù)實(shí)際產(chǎn)量預(yù)調(diào)定。上述調(diào)定系由計(jì)算機(jī)通過工藝控制自動(dòng)完成。新一代的稱量器可連續(xù)控制實(shí)際出灰重量,據(jù)此自動(dòng)調(diào)整煅燒窯的工藝參數(shù)。
1.3 對(duì)原料的要求
窯氣的質(zhì)量在很大程度上取決于原料石灰石的質(zhì)量,弗卡斯窯煅燒石灰石時(shí),原料石灰石應(yīng)符合下列要求: 粒度,8～14cm ; CaO ≥52% ,SiO2 ≤1 %;S (以SO3 計(jì)) , ≤0.25 %;燒失量≤42 %。
2 弗卡斯窯優(yōu)點(diǎn)
2.1 可使用不同燃料
弗卡斯窯可使用多種燃料,如:重油,天然氣,回收煤氣、煤粉等,既可使用上述其中一種,也可使用任意兩種或更多的混合燃產(chǎn)。
2.2 降低能耗
普通混料式立窯所用石灰石小為50mm ,而弗卡斯窯所用石灰石可小到20mm ,提高了原料的利用率。由于在燃燒梁系統(tǒng)應(yīng)用了閉合冷卻回路能回收熱量,使得熱效率特別高,因而熱能和電能消耗大幅下降。
2.3 出現(xiàn)問題調(diào)整及時(shí)
普通混料式立窯是石灰石和燃料一起加入到窯中,要經(jīng)過預(yù)熱帶才能到達(dá)煅燒帶,這需要24～48h ,出現(xiàn)石灰生燒和過燒問題,只能通過控制生石灰和燃料的比例來調(diào)節(jié),既耗時(shí)又耗力。而弗卡斯窯能通過燃燒梁上的觀察孔及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常情況,迅速調(diào)整燃料用量,從而避免不正常現(xiàn)象的發(fā)生。
2.4 能產(chǎn)生高品質(zhì)二氧化碳?xì)?br />
采用雙褲腿進(jìn)料,避免上料時(shí)進(jìn)入過多的冷空氣,燃料經(jīng)由燃燒梁均勻地噴到石灰石料層上,使石灰石分解更完全,燃料燃燒更充分,產(chǎn)生的二氧化碳?xì)飧鶆颉?yán)格控制燃料與空氣的配比,可使碳?xì)庵械亩趸己扛哌_(dá)42% ,一氧化碳含量降到1 %以下,氧氣降為零。
2.5 提高石灰質(zhì)量
由于石灰窯內(nèi)各個(gè)部位被均勻煅燒,燃料的燃燒量能隨時(shí)控制,徹底消除了生燒和過燒現(xiàn)象,石灰質(zhì)地非常均勻,活性更大,可廣泛應(yīng)用于冶金、造紙、電石、化工、建筑等行業(yè)。
2.6 生產(chǎn)更靈活
弗卡斯窯可根據(jù)碳化工序?qū)ΩG氣的需求,在額定產(chǎn)量的50 %～100 %之間任意調(diào)整,避免了普通混裝石灰窯生產(chǎn)的不可調(diào)性。當(dāng)碳化工序出現(xiàn)故障停車時(shí),弗卡斯窯可非常方便地減少落灰量和窯氣的排放量,提高原料的利用率。
2.7 操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定,使用壽命長(zhǎng)
由于采用自動(dòng)操作,所需操作員為每班一人。由于弗卡斯窯沒有任何過分集中熱量的區(qū)域,使窯的耐火襯工3作壽命大為延長(zhǎng)。
三種主要窯型的對(duì)比分析
目前國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)高質(zhì)量活性石灰(活性度>360mL的煅燒設(shè)備主要有回轉(zhuǎn)窯、并流蓄熱式豎窯(又稱麥爾茲窯) 、套筒式豎窯、弗爾斯窯。我國(guó)80年代引進(jìn)窯型大多為回轉(zhuǎn)窯(武鋼和寶鋼) 和麥爾茲窯(杭鋼、太鋼、馬鋼等) 。進(jìn)入90年代以后,開始引進(jìn)套筒式豎窯(梅鋼、馬鋼等) 以及弗爾卡斯窯(石鋼、本鋼等) 。針對(duì)上述幾種窯型特點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)例分析。
可以看出,回轉(zhuǎn)窯電耗、燃料消耗較高,對(duì)燃料熱值也要求較高,且投資及運(yùn)行成本比豎窯高。三種豎窯電耗、煤氣消耗均比回轉(zhuǎn)窯低。其中,邁爾茲窯采用全程正壓通風(fēng)工藝,對(duì)窯內(nèi)密封要求較高,控制及操作相對(duì)復(fù)雜;弗爾卡斯窯煅燒工藝較落后,產(chǎn)品質(zhì)量稍差;套筒式豎窯采用全程負(fù)壓,對(duì)窯內(nèi)密封要求不高,維修方便,操作較簡(jiǎn)單,尤其能以低熱值煤氣為燃料,產(chǎn)品質(zhì)量與回轉(zhuǎn)窯相當(dāng)。
——摘自《鋼鐵冶金 》
