套筒石灰窯—國產化新型套筒石灰窯技術的應用
2013-07-25 11:19:42 來源：唐山金泉冶金能源新技
套筒石灰窯—國產化新型套筒石灰窯技術的應用
套筒石灰窯是一種生產高活性工業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，結構簡單，燃料適應性強的特點，與傳統的石灰窯相比，石灰在環形空間內煅燒，氣流分布更均勻，窯內無冷卻設備，故障率低，易于維護。
一、傳統套筒石灰窯技術的技術特性與需要解決的問題
傳統套筒石灰窯是聯邦德國人卡爾•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。
目前國內主要應用的單位主要有：馬鋼、淮鋼、南京中圣園公司、寶鋼上鋼一廠和三廠、寶冶工業爐公司、寶鋼石灰分廠、唐鋼等多家企業。
傳統套筒窯的主要優點有：
(1)套筒石灰窯改變了以往豎窯傳統的正壓操作方式，窯內為負壓環境，因此無煙氣和粉塵外溢。
(2)設置上、下兩個中心內套筒，使窯的裝料空腔呈環形，減少料層厚度，有利于火焰或高溫氣體穿透整個料層。上套筒內抽出氣體與驅動空氣在換熱器里換熱，下內套筒抽出循環氣體，噴入燃燒室；下內套筒夾層里通入的冷卻空氣，收集到環管內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筒相連，以便燃燒產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，能對已經產生氧化鈣外殼的石料溫和加熱，對燒成高質量的石灰非常重要。
(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。
傳統套筒窯存在的主要問題為:
(1)環形套筒窯拱橋(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形套筒在國內市場應用的*主要原因。從目前國內出現的幾座環形套筒拱橋坍塌來看，拱橋的坍塌不僅縮短了環形套筒窯的正常使用壽命(馬鋼不足兩年)，還嚴重影響著生產出來的石灰產品的質量和煉鋼生產的順利進行，使耐火材料用量大幅度上升。所以拱橋坍塌問題決定了環形套筒窯是否能正常生產和運行。為解決拱橋的坍塌，國內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，同時也對拱橋的結構做了改進。
(2)換熱器換熱管束及循環通道管的堵塞問題難以解決：
換熱器作為環形套筒窯的熱交換裝置，在窯的運行過程中，起著至關重要的作用，它保證著窯內的熱量和氣體流量的平衡，并很大程度上影響著生產的石灰質量，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容易形成結瘤，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形套筒窯休風操作以進行換熱器的檢修，對窯的正常生產影響較大，嚴重時會引起生產的石灰質量不穩。。
(3)燃燒與控制系統復雜，生產中操作復雜多變：
生產高質量的活性石灰需要先進的燃燒技術與控制技術。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。通過對窯溫的監測來控制燃燒，是較為有效的方法。但在實際生產中，由于生產條件的改變，如煤氣熱值的波動，采用不好的燃燒設備和控制系統，將使控制難于實施。馬鋼雖然在環形套筒窯控制系統中增設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，及時反饋環形套筒的工作狀況，使操作人員能準確調整石灰窯的工作參數，但操作上仍然難以實施，主要是其燃燒設備并不能保證燃燒控制。
(4) 工程投資過大，國內推廣速度較慢：
目前由國外公司設計的套筒窯日產300噸-500噸的工程投資一般在7000-12000萬元范圍，國內優化設計后300噸環形套筒窯投資需要4000萬元，500噸環形套筒窯投資需要5000萬元左右，國內設計階段時間為3個月，主要設備的訂貨時間在3個月以上，施工建設時間10～12個月。
二、國內簡易套筒石灰窯的研發使用情況
國內有些單位在參照國外套筒窯的技術原理上自主設計研發了幾種類似國外套筒窯煅燒原理套筒式豎窯，主要結構為單套筒周邊燒嘴型、窯內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用，日產量一般在150噸-250噸范圍，石灰質量與傳統周邊燒嘴式建議豎窯相比有了一些提高，但是石灰綜合質量與國外傳統套筒窯相比還有很大差距，尤其是整體煅燒窯型結構差別很大，窯體結構的實用性及耐用性還需有待進一步提高，尤其窯體內套筒筒體容易倒塌的問題需要改進。
三、新型國產化雙室環形套筒石灰窯新技術的推廣應用
“環形雙室低壓焙燒套筒窯”是唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司近期自行研發的具有自主知識產權的新技術，具有熱耗低，石灰活性度高，結構簡單，燃料適應性強的特點，與傳統的石灰窯相比，石灰在環形空間內煅燒，氣流分布更均勻，窯內無冷卻設備，故障率低，易于維護。
該項技術的低壓焙燒方式采用隔焰燃燒技術，適用于鋼鐵行業利用高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣以及電石、化工行業利用電石爐尾氣等技術生產高質量石灰，尤其適用于焦爐煤氣、煤氣發生爐煤氣、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。整個生產系統可實現自動化控制完成，以達到提高石灰質量和節能的目的，從而煅燒出高質量的活性石灰。
主要工藝特性：
1、 煅燒方式：新技術煅燒方式采用了環形焙燒室低壓燃燒技術，改變了傳統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，冷卻石灰和內套筒的熱空氣以及燃燒產生的部分煙氣通過引射器送入煅燒帶循環，在正常工作和公稱產量條件下，成品灰的熱耗不高于930kcal/kg。
3、 作業率高：每年可以連續操作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的正壓操作方式，窯內為負壓環境，因此無煙氣和粉塵外溢。
主要結構特點：
1、“環形雙室低壓焙燒套筒窯”主要由由內、外筒組成，內筒與外筒同心布置，形成一個環形空間，石灰石就在該環形區域內煅燒。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、 在窯底部設計導風裝置及窯內筒承重裝置，設計安裝窯體內筒使內筒與外筒之間形成一個合理的環形焙燒帶，窯內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計外環燃燒室，在窯體內部內筒煅燒帶部位設計內環燃燒室，內環與外環燃燒室設計雙層多孔噴火口使之在爐內環形煅燒帶內形成一個多層火道的、火焰穩定的焙燒氣氛。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鍵，石灰*終在這個區域內燒成。高溫煙氣經料層煅燒石灰，然后從下內筒底部均布的循環氣體入口處進入下部料倉，循環氣體裝置與窯內筒承重裝置為一體結構。
4、在內外套筒燃燒室外部設計安裝低壓穩流燃燒噴射裝置，內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、內套筒頂部設計有均料裝置及窯內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%經過預熱帶預熱石料。
6、與傳統套筒窯相比，該項新技術改變了原傳統氣燒窯周邊單體燒嘴（外周）直焰單向煅燒方式，實現了雙向隔焰對流焙燒技術，使石灰煅燒溫度火焰無死角，實現了內筒與外筒同時煅燒，使煅燒帶溫度更均勻、煅燒截面積范圍更廣泛，尤其是窯內內筒焙燒室煅燒操控技術是整個煅燒系統核心技術，其結構簡單實用。
7、該項新技術的經濟性是一個顯著亮點，與國外傳統套筒窯相比工程投資降低了60%以上，如：國內優化設計后的傳統套筒窯日產300噸環形套筒窯投資至少需要4000萬元，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計的新一代“環形雙室低壓焙燒套筒窯” 日產300-350噸環形套筒窯投資只需要1000-1500萬元范圍，同等產量下比普通簡易氣燒豎窯投資還要低，極具推廣價值。
通過以上設計，窯內壓力、氣流及溫度在環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，提高了產品的質量，同時降低了產品單耗，與傳統石灰窯相比，設備對原料的適應性也更強。
唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計的新一代“環形雙室低壓焙燒套筒窯”由于結構緊湊，占地面積小，能耗低，石灰活性度高，生、過燒率低，經濟效益明顯，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，環保效應明顯，該項技術在冶金行業及其它工業領域必將得到廣泛的應用。
唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司可提供150t/d，300t/d，400t/d，500t/d，600t/d規格新型環形套筒窯的設計和制造，生產能力可以在一定范圍內調節，均能夠實現穩定生產，不影響質量和消耗指標。該項技術在唐山某鋼鐵公司設計建造的兩座單窯日產300-350噸新型套筒窯工程已經運行兩年，各項指標優于設計指標，設備運行良好。
唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司 總工室供稿
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