如何解決石灰窯“窯壁效應”和“中心漏斗效應”（垮邊、掉洞、抽心）
2013-07-25 11:27:28 來源：唐山金泉冶金能源新技
如何解決石灰窯“窯壁效應”和“中心漏斗效應”（垮邊、掉洞、抽心）
石灰窯“窯壁效應”和“中心漏斗效應”是石灰窯生產中嚴重影響石灰成品質量的關鍵因素，俗稱“垮邊、掉洞、抽心”，在生產中可造成石灰窯內局部料面突然塌沉，使其煅燒帶遭到嚴重破壞，嚴重影響成品石灰的質量。并在塌沉洞口口，或多或少都有一定量的火球和熱氣流沖出石灰窯面，使窯頂溫度極難控制、使設備損毀，如防范措施不力，也易造成工傷事故，所以垮邊、掉洞、抽心屬于嚴重的不正常石灰窯況。
一、傳統老式石灰窯產生垮邊、掉洞、抽心的原因及解決方法
傳統老式石灰窯產生垮邊、掉洞、抽心等問題其產生的主要原因是物料在燒成帶內未燒結完整，底火不密實，且很薄，甚至局部無底火所致。
(1)垮邊、掉洞的原因：
①石灰窯內料層阻力不均勻，阻力小、通風極好的地方經常出現齜火風洞。且由于通風過盛，底火愈燒愈淺，高溫層愈來愈薄，加上散熱嚴重，溫度低，物料難以燒結。當其下面料層松散有架空的空隙時，就會塌下去，造成垮邊、掉洞。
②操作中未注意壓邊風（因擴大角太小），邊部上火快，二脅被壓死，中間底火深，造成邊風壓不住，物料燒不結，連續出現齜火風洞，使底火被破壞而產生垮邊。
③石料或燃料粉料比例過高，石料中二氧化硅含量高，熔劑，或配煤量不夠、煤料混合不勻，造成物料不易燒結。
(2)抽心的原因：
①在料層阻力大、通風不暢的地方，物料在還原氣氛中煅燒，在上部物料壓力作用下，易結成致密大塊，通風更差，這種情況出現在中間火深處，中間底火易與周圍底火脫離，當掉深到一定程度時，就會突然塌沉，形成抽心。
②卸料速度過快，底火還未形成完整結實就進入冷卻帶，致使中火與底火斷離，形成抽心。
③由于生料成分不適，石灰窯體結構不合理或操作不當，引起石灰窯內嚴重煉邊或結圈，都會使邊部底火不下移，而中火下移較快而抽心。
防止其出現的主要原則是：認真調整底火，切忌將底火拉深至擴大口下，并使上火均勻穩定，要仔細觀察石灰窯面物料下移的均勻程度和煙氣上升的變化情況，如發現石灰窯面有局部下移或局部煙氣上升極快，看火工應及時采取防范措施，防止料面突然塌陷造成工傷事故。具體處理方法為：
①局部垮邊。應立即停止卸料，把底火提起，再撥火塊處理，將未塌處的紅料塊撥向塌邊處，紅料塊上適當加些外加煤后，再加料，以小風養火，可以按塌邊引起偏火的方法處理，直到底火正常。
②對于掉洞處理，如洞穴太深，底火破壞嚴重時，先用熟料、礦渣、劈柴等物料填充洞定，再撥些火塊，其上適當加外加煤，蓋上料球，小風養火，直到底火形成。在處理時還應嚴格控制卸料，通常采用慢速度卸料和連續間歇卸料，盡量提起塌落處底火。
③發生抽心的處理。如果由于煉邊、結瘤等引起，則應停止加料、卸料，使粘在石灰窯壁處物料底部露出，并處理干凈，然后做調石灰窯操作，逐步調整底火直至正常。
二、快速有效解決“窯壁效應”和“中心漏斗效應”的新工藝
傳統石灰窯煅燒石灰因沒有先進的布料設備、供風布風設備、卸料調控設備、出料設備等，生產操作過程全靠人工經驗操作，俗稱“瞎子燒灰”，一般都是出現了問題后才進行補救，不但效果差而且調整的周期長，使石灰的生產極不穩定、石灰質量也極難控制，如何選擇和使用有效的操控設備是解決問題的關鍵所在，無論傳統老式石灰窯還是新建的新型機械化石灰窯，在改造過程中及選用裝備中應遵循以下原則：
1、采用第三代*新配料、混料、布料方式：
（1）通過新型石灰石和煤炭配料設備，使混配料更精確、更方便。
混配系統的稱量裝置采用具有全自動控制能力的自動稱量裝置。精度<3‰。在稱量時，由變頻控制的振動給料機分二次給料，通過調控裝置，可以達到石灰石誤差在2Kg以內，焦炭（煤）誤差在0.20Kg內，并且，上次的稱量誤差，下次能夠自動補償。通過二者流量大小調節手段，使整個稱量、混勻過程都實現自動控制，實現自動調節、自動補給。
（2）選擇新型布料設備：
新型布料設備結構奇特，具有多級篩分功能，使窯內布量混勻到*。窯頂設計有具有二次混料功能的過渡倉，爐頂振動給料機（二氧化碳回收時使用段式給料機）均勻地將爐料送至一邊布料、一邊旋轉的回轉式布料器中，布料器可連續旋轉布料也可以單點定點布料以調節布料的精確度。
新型布料器在爐內設計有機械手撒料裝置，可實現加料混料布料功能，可保證料面均勻平整，旋轉布料器可以將原料燃料均勻散落在料面上，布料的料面面積及形狀可調，布料速度可自動調節，使得布料準確、可靠。布料器中關鍵結構均用耐高溫、耐腐蝕材料制作，傳動部分用及密封部分采用特制耐高材料，使得設備運行可靠，能在惡劣的環境中長期連續無故障運行，為石灰石的高質量煅燒提供了很好的工藝條件。
該布料器的特殊機械手結構能將石灰石和煤均勻混合后撒落到料面，可以實現在煅燒帶使煤各處燃燒發熱均勻，避免了由于布料不均勻導致煤多的地方溫度高產生而過燒和結瘤，溫度低的地方產生生燒，大大減少了由于布料不均勻而造成爐內偏料、結瘤嚴重，浪費燃料的情況，經過國內外用戶的應用實測新型布料器相對于老式固定式布料器、沖擊式旋轉布料器、蝸殼式旋轉布料器等生產每噸灰可節約焦炭（或煤）在20Kg以上。
第三代多功能旋轉布料器與第二代旋轉布料器及原日本同類型旋轉布料器相比典型突出的新功能為具有多級篩分功能，可以把石料及燃料中的大塊料直接布到爐窯中心，把小塊料逐級布料到窯壁*外圍，使窯內上火風壓一致，有效地解決了“窯壁效應”及“中心下料漏斗效應”，而解決“窯壁效應” 及“中心下料漏斗效應”是降低石灰生過燒率的主要手段和必要手段。
該設備重量及價格只有老式“蝸殼式旋轉布料器”等設備的30-40%。
2、采用第三代*新供風、布風、富氧助燃技術：
石灰的煅燒是一種激烈的氧化反應，是燃料中的可燃成分與空氣的氧氣進行氧化反應，合理供風、加大供氧是節能石灰窯重要措施，節能窯所以節能供風供氧非常重要，而且有利于提高石灰活性度，傳統的土窯采用的“悶燒”方式及傳統豎窯采取的“層燒”方式是不可能生產出高活性、高產能的石灰的。
傳統機械化石灰窯鼓風系統由高壓離心風機和圓柱形或一級、三級簡易塔形風帽組成，因無布風專用風道氣流在窯內的分布趨向于四周爐壁，中間單位面積流量小，加劇了窯壁效應，易發生粘瘤，而且布風風壓及風量不均，使石灰生過燒率居高不下。新型供風布風裝置，通過窯內氣流分布研究和優化設計，通對供風系統的優化設計，利用計算機概率供風原理模擬實驗創新研制“均壓概率風帽”裝置，實現定量送風，使窯體統一截面上氣流分布趨于一致，有效解決了窯壁效應及料柱抽芯問題，同時石灰生過燒率也可以降低5-8個百分點。
活性石灰豎窯在煅燒過程中，供風的大小和布風均勻程度，對石灰的活性度和燒結的生熟均勻度至關重要，如供風不均勻就會出現偏燒，以至使過燒和生燒現象發生，大大影響了活性石灰的質量。供風，風為火源，風大火大，風均火就勻。“第三代” 風帽在設計中的供風方針是：“穩風壓、均風量、低功率、大效果”，在設計中計算機仿真風帽吸取了國外的經驗，結合我國原料（石灰和焦炭、煤炭）的質量和塊度的大小，用計算機仿真模擬供風設計風帽，使助燃風可以科學的分層分布到所需要的窯內爐料斷面上，使窯內氣流均勻火焰燃燒強度一致窯內熱氣流由中向邊由邊向中流動，氣流、氣壓分布科學合理。
“第三代計算機仿真風帽”裝置分為一體式和分體式結構，可實現同窯爐煅燒不同原料生產應用及不同產量的生產需求。該設備裝備制造技術已經申請發明專利，該技術的名稱為“段式控能概率供風裝置”。
“第三代”技術通過對石灰窯熱量平衡的研究，將富氧助燃技術應用在了石灰生產的裝置中，在保持石灰質量相對穩定的前提下，達到了節能降耗的目的，用專用裝置與“第三代計算機仿真風帽”裝置調配可實現石灰窯增氧中氧壓的分配，實現富氧助燃的應用，據實測，富氧量達到23%時，可降低煤炭配比10%，可以達到節能的目的。
3、采用第三代*新排料、除瘤技術：
新型出灰機采用圓盤旋轉結構，設計有6-9個排料刮刀，在排灰過程中，不擠壓和損壞塊狀石灰，使出灰過程中產生的粉灰量大大減少，該設備在排灰過程中可以使整個爐內料面下降平穩，保持了料面平整，在排灰過程中可以實現自動正轉和逆轉，使得上面的石灰塊間的氣流隙保持不變，從而保持氣流順暢，而不像其它排灰設備容易使爐內空隙變小氣流紊亂。
新型出灰機出灰量的大小自動控制調整，可根據產量需要能很方便調整出灰量，正常生產排料時為6點卸料，在生產中工藝人員根據原料和燃料的質量及外界因素的變化，根據需要調整爐況時它可調成單邊出灰，單點出灰、本設備配合調整爐況方便準確、得心應手。
該設備的研制成功，徹底解決了老式石灰窯選用的“螺椎出灰機”設備跑偏磨損嚴重事故率高、下料口堵料嚴重、不能調節料面偏料、石灰破損率高、設備造價高等問題，該設備價格只有同等石灰產量“螺椎出灰機”設備價格的20-30%。
在出灰機上部設計有除瘤裝置、當遇到爐況不正常產生大塊結瘤物料時可以及時進行處理，使結瘤物料破碎能夠正常下降排除爐外，當遇到大量、大塊結瘤物料時可以開啟排料通道進行快速排料處理。當遇到出灰機故障停機時可快速移除設備直接排料。
為保證成品石灰的質量和產量，必須做到不停助燃風連續生產，新型的段式密封閥出灰機也是高效自動化出灰生產中的關鍵設備，該設備可以把排灰筒中連續落下的石灰不斷排到爐外，排灰過程中由于段式密封裝置的密封作用，使助燃風能連續供風而不致從下面泄漏。
段式密封閥出灰機設備配合盤式出灰機使用，在連續排灰中使爐內密封良好，不影響助燃風連續送風，排灰過程中不擠壓和損壞石灰塊，可把600mm以下粒度物料直接快速排出爐外，該設備運行簡單可靠，免經常維護，故障率極低。
“第三代”技術在窯體三代位置設計有探瘤、除瘤裝置，該裝置可以把窯壁上初期生成的結瘤及時發現并進行處理，使結瘤物料消除在萌芽狀態。
4、石灰煅燒工藝改進與新技術應用
（1）、快燒快冷煅燒工藝的應用
傳統石灰生產工藝采用“八進八出”進出料制度和廢氣直排式“正壓”控制，窯內物料循環慢，窯內透氣性差，造成窯內通風阻力大，石灰石分解壓力大，煅燒速度慢。經過試驗探索，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司研究應用了淺進淺出 、快燒快冷石灰煅燒工藝，進出料制度采用周期性上料，不停風連續作業，每0.5h出灰一次或采用連續上料連續出灰方式；采用調控式“微負壓”控制，煅燒區溫度控制在1000～1100℃。
（2）、三動一靜煅燒工藝的應用
唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司在快燒快冷煅燒工藝的基礎上近年創新研究成功了“三動一靜“煅燒新工藝，使生產率及石灰活性度得到有效提高，也使生過燒率下降到了理想的指標，同時也是降低燃料消耗的有效手段，該技術的創新原理就是在快速上料、快速燃燒、快速冷卻、快速排料的基礎上應用了“靜燒”原理使燃料與石料有一定的充分煅燒時間，有效解決了原料與燃料在“動燒”過程中因煅燒時間的不足及煅燒環境的改變而造成的生燒現象和燃料燃燒不充分等問題，該公司近年所設計建造的石灰窯已經全部應用了該項技術并取得了很好的指標，該技術2010年度被“北方爐窯協會”評為“新工藝新裝備創新獎”個人獎一等獎。
（3）、解決豎窯偏燒及粘窯的有效措施—“三段溫控定位操作法” 調控技術的的應用
偏燒是豎窯石灰生產中易發生、難處理的工藝事故，也是制約生產率提高的主要難題，同時也是能耗過高的主要原因之一，石灰窯正常生產條件下，三帶位置長期穩定在某一位置，這對穩定爐況、提高質量起到較好的作用。發生偏燒時，一是窯內預熱帶和冷卻帶兩頭溫度高，煅燒帶上移或下降，灰溫高，出灰量減少，一般老式窯必須減產；二是窯內一邊溫度高，一邊溫度低，造成大量的生燒石灰和過燒石灰。長時間的偏燒極易造成窯壁粘窯和結瘤，針對這個難題，唐山金泉公司發明研制了“三段溫控定位操作法” 調控新技術，該技術的利用可進行爐況快速調控，可在10-15分鐘快速解決燃燒帶上移或下降，根據不同的癥狀，通過局部補償風量，加速或降低燃燒、促其上移或下降，即穩定了生產而且避免了偏燒及粘窯問題的出現。應該注意的是“三段溫控定位操作法”并不是固定在一個層面，而是根據溫度及生產情況不斷變換三段上下的位置，三帶位置長期穩定在某一位置也可以使煅燒帶所掛壁瘤充分熔融長大，導致因粘瘤引起偏燒，為了遏制所掛壁瘤充分熔融長大，可以通過定期性降料面操作，以熱漲冷縮作用和石料沖刷來定期清理窯壁掛瘤，預防大面積粘瘤，唐山金泉公司研究的窯體多級探瘤除瘤裝置可有效解決窯壁掛瘤結瘤現象，尤其該公司設計的窯底除瘤裝置可以把窯內的結瘤物料及消除窯壁掛瘤時產生的大塊結瘤物料有效消除，使結瘤物料在進入出灰機前就處理完畢，有效地解決了因結瘤物料卡堵卸灰機出口而造成的長時間停機、停產事故。
(4)、 電氣儀表自動化、智能化控制技術的應用
傳統窯型工藝配置一般采用人工操作或半自動化化方式操作，新式節能石灰窯控制系統采用了可編程控制器進行控制，使現場所有信號（溫度、壓力、流量、控制）全部進入PLC，按生產工藝流程進行集中監視和控制，形成配套的PLC控制技術，提高了設備運行的可靠率和自動化控制水平，該技術可把各生產數據進行綜合分析、合理配置和優化，生產數據可顯示、貯存和打印，可隨時觀察分析窯內各帶的溫度及生產變化趨勢，有利于對窯況進行有效的控制與調節。該技術可實現單窯單班一人操作（生產焙燒），有效地減低了人工生產成本。
總之，只有把上述各項先進技術與理念根據自身的實際情況酌情借鑒、綜合利用才能產生理想的生產和節能效果，目前通過以上技術的利用唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計建造的石灰豎窯生產利用系數已經達到0.85-1.0，每生產一噸石灰只需要標煤110-125kg，而且生、過燒率已經低于4%，活性度已經達到320及以上。
文稿來源：唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司 總工室
文稿推薦：北方爐窯協會
