解密新型混烧石灰竖窑高生产率和高效节能的有效措施.doc

解密新型混烧石灰竖窑高生产率和高效节能的有效措施

混烧石灰竖窑高效利用系数（高生产率）和高效节能效果除了与原燃料及燃料的物理和化学性能有关外，还有工艺装备的设计选型是否匹配也很关键，而且更重要的是还与石灰的煅烧工艺与调控方法密切相关，北方炉窑协会根据跟踪调查的国内多家先进窑型，从提高生产率和节能的角度多方位进行了总结，本文重点解密了目前国内最先进的混烧石灰窑窑型从工艺选型到装备选型及生产操控等方面的关键技术和方法供大家交流学习。
混烧竖窑提高生产率和高效节能的方法

目前，国内燃煤（焦炭）混烧石灰窑生产系数传统老窑型一般在0.4-0.5，先进的窑型生产系数已经平均在0.8-0.9，近几年通过国内相关炉窑设计单位及生产单位的努力生产系数已经突破1.0，燃料耗能传统老窑型吨灰耗煤（标煤）一般在170-200kg,土窑在240-300kg,经过多年的技术改进，目前国内先进的窑型吨灰耗煤（标煤）一般可控制在在115-125kg,经过努力，“北方炉窑协会”对目前国内的先进技术、先进单位进行了采访，并从多方面进行了总结：

1、原料的选择原则：

（1）石料的选用原则：石灰石含钙高的密度大，不好烧,但煅烧后的石灰灰质好，反之含钙低的石灰石密度小，好烧，但煅烧后的灰质差。石灰石含钙量及其他物质含量利用化学分析测试、磨损实验及煅烧实验等得到准确结果后，经慎重判断选择使用。优质石灰石一般CaO含量在52%以上， MgO含量在3%以内，SiO2在1%以内。在确定好原料品种后严格确定石灰石粒度也是提高生产率的有效措施，在石灰石煅烧过程中，原料石灰石粒度的影响是非常大的，如果石灰石的块度大小不均，不合格和杂质过多，在炉内就会使炉料偏析，致使气流紊乱，焙烧带不稳定，生、过烧严重，以至造成炉瘤发生，由于CO2的分离是石灰石表面向内部慢慢进行的，所以大粒径石灰石比小粒径的煅烧要困难，需用的时间也长。通过科学试验分析，在一定温度下煅烧时间与石灰石厚度的平方成正比，80mm石块与40mm的石块相比，前者需要4倍于后者的煅烧时间。实践证明混烧石灰竖炉选用40-80mm粒度的石灰石，气烧竖窑选用30-60mm的石灰石，回转窑选用10-30mm粒度的石灰石效果最为理想，原则上大于150mm的石料不利于节能石灰竖窑的生产。为了降低竖窑在生产石灰中石料的成本，提高石料的利用率，目前唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司设计采用的“多窑分料入窑，单窑分级入料”的供配料方式，即有效解决了石料粒径煅烧时的选料原则，也有效的解决了石料利用率低的问题。所以要想生产出优质产品必须以合格的原、燃料（成分和粒度）作基础。没有合格且稳定的原、燃料，就无法生产出合格的产品。

原料的清洗筛分：石灰石矿源本身成分就杂，泥土杂质多，所以原料的清洗与筛分工作也很重要，石灰石本身所含有害物SiO2、AI2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、S、P等，在开采过程中常带有泥土等杂质，尤其在雨季更为突出，这些杂质进入窑内后从900°时开始与烧成的石灰CaO发生反应，促进CaO颗粒间的融合，其结果导致颗粒间收缩，晶粒粗大化，反应生成物阻塞了生石灰表面的细孔，使石灰反应能力下降。同时由于渣化作用堵塞了释放脱除CO2通道的细孔而生成夹心石灰，随着煅烧温度的增加逐渐形成熔融状态，使石灰互相粘接，最终结瘤成块，窑内结瘤严重时可以造成煅烧紊乱，严重影响着成品石灰的质量，直接导致企业效益下降。解决的方法一般采取石灰石入窑前进行水洗、多道筛分或水洗加筛分组合等，经过上述清洗筛分程序后石料在煅烧过程中很少有结瘤现象。所以“精料入窑”方针是煅烧优质石灰的首要选用原则。

（2）、燃料的选料原则：混烧石灰窑生产中燃料的粒度要求范围要与石灰石的粒度相匹配，一般是石料直径的二分之一左右为好，如果燃料颗粒过大时在燃烧带燃烧不尽就继续在冷却带燃烧，这就是造成冷却带下移、出灰下红火的主要原因。如果燃料粒度较小或粉煤太多就会造成窑内透气性差、通风不良、鼓风压力增高，部分面状燃料被气流吹跑不能参加燃烧，即污染了环境也增加了用量，无形中增加了燃料成本，部分小颗粒状燃料在被气流吹动上升的过程之中在预热热带开始燃烧，这是造成顶温高、热损大、石灰生烧增加的主要原因，所以燃料的粒度根据情况尽量控制好，必要时可以增加燃料筛分装置。另外选择燃料时，煤炭的灰分要求尽量降低，煤炭的灰分主要成分是SiO2和AI2O3，他们占80%左右，采购燃煤是可要求灰分的熔点要≥1280℃，不然灰分可以在高温下熔融生成比较粘稠玻璃液相而将石灰粘成瘤块，影响石灰正常生产。在选择燃料时应该尽量选择同一品种，最好是固定一个矿点批量采购，如果采用多家品种燃料应该根据化验后的热值和水分等分批堆放、分批使用，且不可混合堆放使用，燃料混用是石灰质量就无法稳定的原因之一。

2、石灰竖窑装备高效化的提升：

　　提高设备工艺技术性能和自动化控制水平，是优化、改进传统石灰生产工艺的前提，可以根据石灰产品的不同要求及煅烧工艺的要求对石灰窑装备进行高效化、自动化和智能化设计与选择或改造。

　（1）、窑体截面及高径比的选择

　　目前很多传统的机械化竖窑截面大，窑径比小，一般H有效：D内径为5～6，易造成布料、出灰不均，根据调查显示节能型混烧窑窑径比在6.3-6.8的窑型热能利用率最高，提高了窑径比就等于减小了燃烧截面面积，有利于均匀布料和窑内气流的均匀分布，缩短在烧成带的停留时间，减少石灰生烧，预防过烧。

（2）、混配设备工艺性能的确定

目前，国内混烧石灰窑原料与燃料的混配一般都采用简单的电磁振动给料机给料，磅秤称量后通过溜槽直接进入料车，称量误差和落下误差可达1-3%或以上，因为石料与煤炭在进入料车前没有进行预混合，物料在料车内严重偏析，有的配加燃料还在采用人力手工方式进行，极易造成配料误差和混合精度，目前国内先进的混烧石灰窑混配系统的称量装置采用具有全自动控制能力的自动称量装置，精度为3‰，在称量时，由变频控制的振动给料机分二次给料，先以较快的速度供料至90%，再以较慢的速度供料至100%，石灰石误差在3Kg以内，焦炭误差在0.2Kg内，并且，上次的称量误差，下次能够自动补偿，在混合物料过程中的传动装置亦采用变频调速控制，先把石灰石、焦炭放在其中间料斗内，然后在规定的时间内通过皮带混匀（石灰石在下，焦碳在上的层式预混合）通过流槽，进入单斗料车，二者必须保证在同一时间内完成（即做到头头相重，尾尾相重），二者流量大小具有调节手段，整个称量、混匀过程都由可编程控制器（PLC）自动控制，且现场有监视装置进行监视，控制系统采用全自动和半自动冗余方式控制，可与计算机相连进行动态画面显示、报警、打印等功能。混配好的物料经料车进入窑顶收料斗料仓再次混合，窑顶收料斗料仓下部安装振动给料机进行二次匀料给料，给料机布下的物料经旋转布料器的仓壁及喉管效应再次进行匀料布料，到达炉内的物料经旋转布料器专用撒料器的环形布料后形成了均匀的物料混合。
（3）、窑内布料设备的选择：
混烧石灰窑窑内布料的技术有了很大提高，一般有固定式的布料装置及旋转式的布料器，布料器的应用有效缓解了物料在窑内的分布均匀及平整程度的控制，但是，目前应用比较多的布料器还停留在老式的塔形固定布料器、钟式固定布料器和第一代冲击式旋转布料器，固定式布料器很难达到理想布料结构，而且不能控制因偏烧、偏料引起的料面倾斜、局部过烧、局部偏烧等现象，其布料及节能效果较差，该类设备基本已经淘汰。第一代冲击式旋转布料器因下部在窑内的布料装置采用简单的斜型料管结构，布料采用冲击原理进行点式布料而且下料布料速度太快（每批料从布料器下降到窑内仅1-5秒钟），物料在窑内还达不到“布料”的效果，只是把每批料在窑内不规则的分成了几“堆”，往往容易造成给料不均匀、混料效果差，容易造成物料偏析现象。目前采用唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司等单位设计制造的第三代旋转布料器可以有效解决因偏烧、偏料引起的料面倾斜、局部过烧、局部偏烧等现象，该设备窑内布料装置设计有机械手装置，布料装置的α及β角度可以根据物料布料的半径需求进行调节和应用，具有布料料面薄、布料均匀，可任意定点及连续布料，该装置2010年度被“北方炉窑协会”评为“科技创新贡献奖”特等奖。
　（4）、布风装置及出灰结构的新技术应用：
石灰的煅烧是一种激烈的氧化反应，是燃料中的可燃成分与空气的氧气进行氧化反应，合理供风、加大供氧是节能石灰窑重要措施，节能窑所以节能供风供氧非常重要，而且有利于提高石灰活性度，传统的土窑采用的“闷烧”方式及传统竖窑采取的“层烧”方式是不可能生产出高活性、高产能的石灰的。
传统机械化石灰窑鼓风系统由高压离心风机和圆柱形或三级简易塔形风帽组成，因无布风专用风道气流在窑内的分布趋向于四周炉壁，中间单位面积流量小，加剧了窑壁效应，易发生粘瘤，而且布风风压及风量不均，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司通过窑内气流分布研究和优化设计，通过罗茨风机供风系统利用计算机概率供风原理模拟实验创新研制“均压概率风帽”装置，实现定量送风，使窑体统一截面上气流分布趋于一致，有效解决了窑壁效应及料柱抽芯问题，同时石灰生过烧率也可以降低3-5个百分点。出灰系统传统方式一般为振动出灰机、钟式出灰机、螺椎出灰机、插板出灰机、刮板式出灰机等，这些装置因漏风严重、维修困难、需要停风出灰等原因，市场上已经逐步淘汰，尤其停风机出灰方式是造成窑内气流紊乱、煅烧带位置不可控的主要原因，新型节能竖窑卸灰装置应用了单级或多级圆盘出灰机装置，通过调节出灰流量及旋转方向来保证物料在窑内均匀流动下沉和窑内气流的合理分布，该设备机动灵活，出灰准确，可多点或单点排料调整下料料面，而且大大减少空间飘尘，清灰方便，出灰效率高、成品灰不破碎、炉内料位下降平整，而且设备投资只是螺锥出灰机的五分之一。在石灰竖窑生产中，为了保证产量及质量，只有做到不停风连续生产，窑底出灰装置配套选用金泉公司专利技术弹性全密封出灰机及段式出灰机可以实现不停风机连续卸料，通过窑底的有效密封使窑内气流保持上行防止下行，只有保持助燃风气流平稳上行才能保证燃料燃烧稳定、燃烧充分、供氧均匀。

（5）、窑衬的选择：

石灰竖窑窑衬保温的好坏直接影响着燃料的单位消耗，为了提高热效率降低燃料单耗，必须采用具有隔热绝热效果好的耐火材料，而且窑内衬的厚度也很关键，设计时应尽量选择较厚的多层优质耐火材料及隔热材料，努力降低热损失，根据调查发现：窑壁耐材厚度在600mm时，窑外壳温度高达100度以上，窑壁耐材厚度在800mm时，窑外壳温度在60度左右，窑壁耐材厚度在1000mm时，窑外壳温度小于50度而且在冬季只有一点微温，保温效果非常好，所以设计窑壁厚度时应该在800-1000mm之间或大于10000mm.所以，窑衬的合理选择是节能措施重要方法，保温效果好的窑型一般焦比可以控制在6.5及以下。

3、石灰煅烧工艺改进与新技术应用

（1）、快烧快冷煅烧工艺的应用

传统石灰生产工艺采用“八进八出”进出料制度和废气直排式“正压”控制，窑内物料循环慢，窑内透气性差，造成窑内通风阻力大，石灰石分解压力大，煅烧速度慢。经过试验探索，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司研究应用了浅进浅出、快烧快冷石灰煅烧工艺，进出料制度采用周期性上料，不停风连续作业，每0.5h出灰一次或采用连续上料连续出灰方式；采用调控式“微负压”控制，煅烧区温度控制在1000～1100℃。

（2）、三动一静煅烧工艺的应用

　　唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司在快烧快冷煅烧工艺的基础上近年创新研究成功了“三动一静“煅烧新工艺，使生产率及石灰活性度得到有效提高，也使生过烧率下降到了理想的指标，同时也是降低燃料消耗的有效手段，该技术的创新原理就是在快速上料、快速燃烧、快速冷却、快速排料的基础上应用了“静烧”原理使燃料与石料有一定的充分煅烧时间，有效解决了原料与燃料在“动烧”过程中因煅烧时间的不足及煅烧环境的改变而造成的生烧现象和燃料燃烧不充分等问题，该公司近年所设计建造的石灰窑已经全部应用了该项技术并取得了很好的指标，该技术2010年度被“北方炉窑协会”评为“新工艺新装备创新奖”个人奖一等奖。

（3）、解决竖窑偏烧及粘窑的有效措施—“三段温控定位操作法” 调控技术的的应用

偏烧是竖窑石灰生产中易发生、难处理的工艺事故，也是制约生产率提高的主要难题，同时也是能耗过高的主要原因之一，石灰窑正常生产条件下，三带位置长期稳定在某一位置，这对稳定炉况、提高质量起到较好的作用。发生偏烧时，一是窑内预热带和冷却带两头温度高，煅烧带上移或下降，灰温高，出灰量减少，一般老式窑必须减产；二是窑内一边温度高，一边温度低，造成大量的生烧石灰和过烧石灰。长时间的偏烧极易造成窑壁粘窑和结瘤，针对这个难题，唐山金泉公司发明研制了“三段温控定位操作法” 调控新技术，该技术的利用可进行炉况快速调控，可在10-15分钟快速解决燃烧带上移或下降，根据不同的症状，通过局部补偿风量，加速或降低燃烧、促其上移或下降，即稳定了生产而且避免了偏烧及粘窑问题的出现。应该注意的是“三段温控定位操作法”并不是固定在一个层面，而是根据温度及生产情况不断变换三段上下的位置，三带位置长期稳定在某一位置也可以使煅烧带所挂壁瘤充分熔融长大，导致因粘瘤引起偏烧，为了遏制所挂壁瘤充分熔融长大，可以通过定期性降料面操作，以热涨冷缩作用和石料冲刷来定期清理窑壁挂瘤，预防大面积粘瘤，唐山金泉公司研究的窑体多级探瘤除瘤装置可有效解决窑壁挂瘤结瘤现象，尤其该公司设计的窑底除瘤装置可以把窑内的结瘤物料及消除窑壁挂瘤时产生的大块结瘤物料有效消除，使结瘤物料在进入出灰机前就处理完毕，有效地解决了因结瘤物料卡堵卸灰机出口而造成的长时间停机、停产事故。

(4)、　电气仪表自动化、智能化控制技术的应用

传统窑型工艺配置一般采用人工操作或半自动化化方式操作，新式节能石灰窑控制系统采用了可编程控制器进行控制，使现场所有信号（温度、压力、流量、控制）全部进入PLC，按生产工艺流程进行集中监视和控制，形成配套的PLC控制技术，提高了设备运行的可靠率和自动化控制水平，该技术可把各生产数据进行综合分析、合理配置和优化，生产数据可显示、贮存和打印，可随时观察分析窑内各带的温度及生产变化趋势，有利于对窑况进行有效的控制与调节。该技术可实现单窑单班一人操作（生产焙烧），有效地减低了人工生产成本。

(5)、　“负压操作方式”的应用：

传统石灰窑一般都是正压操作方式，而且助燃风机都是应用高压离心风机供风，生产时通过调节风门开度控制风压，凭经验操作，风压很难控制，由于供风不稳定，使物料难以完全燃烧，目前节能窑一般都采用两叶或三叶罗茨风机，该风机供风稳定，不受压力的限制，可以有效地控制入窑的风压、风量，在生产中窑顶除尘风压与窑内风压统一考虑设计，即实现了有效除尘而且有效地实现了窑内负压操作，实现“上抽下鼓”的供风方式，可以使原来的助燃风机负担减少，使顶温及灰温更容易控制，使产品产量及质量明显提高。

(6)、　“高活性石灰添加剂”的应用：

传统的石灰竖窑活性度一般在250-280 mI，节能型现代石灰竖窑石灰活性度可以达到280-300mI，部分窑型可以达到310mI，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司根据多年的研究与实践研制开发了“高活性石灰添加剂”，该添加剂可以把石灰活性度提高30mI左右或以上，目前使用该添加剂的竖窑所生产的石灰活性度可以达到330mI及以上，使用添加剂石灰生产成本每吨石灰仅增加1.0-2.5元，而且通过添加活性剂可以起到窑温搅拌均衡作用，可以减少生过烧率，还可以起到汽溶和加热介质的作用，可以快速粉化脱落窑壁结瘤。

总 结

建设节能石灰窑不能违背石灰生产煅烧原理和生产程序，绝对不能以省钱为目的而随心所欲，使所建石灰窑不伦不类，给生产带来麻烦，不但产量达不到而且还严重影响石灰窑的寿命，发现问题窑、要从生产工艺配置和程序上找问题结症，做到扬长避短，灵活运用，在选择时只要坚持“四精”（原料精、燃料精、计量精、操作精）和“四均匀”（混料均匀、布料均匀、窑温均匀、排料均匀）的原则就能生产出优质的高活性石灰。

运用以上的技术及理念，近几年我国的石灰竖窑技术突飞猛进、日新月异，我们决不能拿80年代初期的水平来看待国内近几年的新技术、新装备，据悉，我国的马钢三座250m³混烧石灰窑通过改造，实现了全自动化控制，只需按照程序输入各设定参数，三座窑只需2名操作工，单窑日产量达到了280t，利用系数达到了1.12，石灰生过烧率低于3%，活性度大于330mL，由此可见，石灰竖窑通过新技术的应用是完全可以创造出先进指标和经济效益的。

综合以上所述，节能型石灰竖窑是一项投资少、见效快的好项目，目前是投资性价比最高的窑型，根据唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司设计承建的节能石灰竖窑测算，同等产量的竖窑投资仅是回转窑工程投资的15-20%，生产成本比回转窑低40%，而竖窑生产的石灰质量已经接近回转窑的质量标准，目前国内先进的石灰竖窑生产的石灰已经达到或超过了一级冶金灰的标准。据测算，投资一座250m³混烧石灰窑投资仅200-300万元，日产量可以达到200-230吨，年产可以达到7万吨，如果石灰利润按照最低每吨80-100元计算，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司对用户承诺的4-6个月让用户收回投资的承诺是可以实现的。

总之，只有把上述各项先进技术与理念根据自身的实际情况酌情借鉴、综合利用才能产生理想的生产和节能效果，目前通过以上技术的利用唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司设计建造的石灰竖窑生产利用系数已经达到0.85-1.0，每生产一吨石灰只需要标煤110-125kg，而且生、过烧率已经低于4%，活性度已经达到330及以上.