淺議第四代石灰豎爐窯型結構的特征
因為國內燃料的結構所限，目前國內80%以上的石灰產量都來自于燃煤（焦炭）石灰窯，而且生產成本*低的也是燃煤（焦炭）型石灰窯。目前國內的所謂的“機械化石灰豎窯”雖然從外觀上看區別不是很大，但是取得的經濟效益確千差萬別，隨著國內絕大部分的土窯拆除，普通的石灰豎窯由于產品質量差、能耗高、環境污染不易治理等原因也被列入強制淘汰的序列，如何普及推廣新型節能石灰窯是大勢所趨也是石灰生產企業的必然選擇。
目前我國石灰行業廣泛應用的固體燃料石灰豎窯窯型結構主要有錐形式豎窯、花瓶式豎窯、直筒式豎窯等，其中前兩者屬于二十世紀六十年代至八十年代廣泛應用的窯型，由于二者存在單位煤耗高、石灰質量品質差、窯壁效應嚴重等原因已經逐步退出市場。而直筒式豎窯是在九十年代從日本引進的技術并綜合了國外其它窯型結構特點后推出的，是目前應用*為普遍的一種窯型，但是直筒窯型也沒有徹底的解決石灰產品生過燒率高、活性度差的問題。如何通過選擇石灰豎爐新型爐型結構來提升產品的品質和增加效益以及達到國家認證標準是目前亟待解決問題。
文章內容摘要：
一、我國傳統石灰豎窯的結構特征：
二、窯型選用設計的機理和原則：石灰豎窯采用逆流預熱煅燒原理，石灰在窯內的熱工過程是在窯內自上而下經過三個區域：預熱區、煅燒區、冷卻區，助燃空氣自下而上與物料逆向運動，在上述區域內做不同的熱工過程，助燃空氣在窯底進入，首先與下降到冷卻段已煅燒好的石灰進行預熱，在預熱的同時完成冷卻，經過熱交換預熱后的熱空氣進入煅燒區，在煅燒區提高煅燒溫度完成助燃作用，由煅燒區流出的含有CO2成分的高溫氣流進入預熱區，高溫氣流與進入窯內的石料和燃料再次進行熱交換，在熱交換的同時降低了自身的溫度，減少了出窯廢氣帶出的熱能，這種逆流熱交換方式的合理性及節能原理顯而易見，這是其它窯型所不能比擬的。
窯型內腔（窯膛）是由窯襯圍成的用于焙燒石灰的空間，窯膛內部的截面形狀對于物料在窯內的活動和氣流在窯內的分布具有關鍵性作用。使窯內物料均勻下沉和順行，并使氣流能均勻地沿截面分布，是確定豎窯截面外形和尺寸的前提條件。混料式機械化石灰豎窯由于自身結構的原因，窯內物料分布孔隙率不均，通風存在“窯壁效應”。所謂“窯壁效應”就是由于石灰窯爐中物料堆積方式不同，將明顯影響氣體流動過程。在靠近窯壁處，物料與窯壁之間的孔隙率較物料之間堆積的孔隙率大，使氣體容易從周邊通過，即在窯的同一斷面上，周邊的氣流分配較窯中心多。由于氣流分配不均勻，致使物料在窯的同一斷面煅燒不均勻，這一現象稱為窯壁效應。或者通俗的說就是窯底鼓風形成的氣流在窯內流動時遇到窯壁形成阻力造成窯壁周邊的通風量大而窯爐中心區域通風不足。這是造成石灰品質差活性低的癥狀之一，也是造成石灰的生過燒率過高的主要原因。尤其是大直徑的直筒式石灰窯窯壁效應更加明顯。
所以，利用和控制“窯壁效應”是豎窯設計中的主要原則，采用變徑內膽結構，改變空氣流動方向和均壓布風，配合料面形狀調節及差熱布煤方法是豎窯控制和降低“窯壁效應”的基本思路。
三、第四代石灰豎爐新型爐型結構的先進理念和應用措施
目前，無論是“花瓶型”或“直筒型”等結構的石灰豎爐都沒有很好的解決“窯壁效應”，如何解決這一難題是業界一直關注的問題。
唐山金泉冶化科技產業集團旗下“唐山市豐南區金泉冶金能源新技術開發有限公司”和“唐山金泉成套設備有限公司”為了更好的提升傳統石灰豎窯的實質性功能，進一步加強了對石灰窯豎窯窯型結構進行科學深入的研究和探索，對目前應用的窯型不斷的進行改進和研究，運用氣體動力學和熱力學原理對石灰豎窯的煅燒原理進行了全新的研究，全面的、系統的揭示了其關鍵性問題：1、塊狀料層對氣流的阻力問題。2、塊狀物料在窯內的氣體速度場問題。
仿形模擬爐型的選用是該項技術的主要特征，該爐型綜合了“錐形豎窯”、“花瓶型豎窯”、“直筒型豎窯”等窯型中的一些優點，窯型內腔采用了“AHA仿形”結構，采用多椎體圓臺與直線型結構組合應用，改變了窯體上下椎體收口的模式，通過新型風帽與窯體冷卻帶爐璧的形狀組合，改變了冷卻帶的氣流直線走向，氣流向煅燒帶中心區域輻射，使流向煅燒帶中心的氣流流量增加了30%以上，同時減少了煅燒帶窯壁周邊同等流量的風量。煅燒帶流向預熱帶的氣流也變為折線流向，使高溫熱氣流逐漸向預熱帶中心增加流量，使預熱帶的中心通風效果更加強化。該項技術實現了石灰豎窯“三段富氧動態煅燒”方式。
四、結束語
以上技術及理念的運用，或許能夠給我們帶來一些啟發，我們決不能拿80年代初期的水平來看待國內近幾年石灰生產的新技術、新裝備。實踐證明，該項技術實現提高石灰品質和節能降耗的方法是可行的，是先進的、是成熟的，可以達到節能的預期目的。目前，唐山金泉公司的“第四代新型節能環保內置循環負壓工業豎爐”技術已經達到了全新的行業指標，利用系數*高達到了1.12，石灰生過燒率低于3-5%，活性度大于330mL，由此可見，石灰豎窯通過新技術的應用是完全可以創造出先進指標和經濟效益的。該技術的運用，對我國這樣一個能源消耗大國來說，意義深遠，是值得大力推廣的。
文章為摘要部分，文章全部內容詳見《石灰產業》2020新年特刊。本期《石灰產業》2020年新年特刊在2020年01月中旬已經內部發行，發行后受到好評和關注，應廣大讀者要求及工作需要以及回饋讀者對微信“石灰窯生態圈”的關注與關愛，決定再版重印發行。文章精選中國石灰產業學會2019年年會會刊資料中優秀論文、2019年度期刊優秀文章、2020年新推薦文章等組成。內容結合了我國石灰發展前景和石灰企業自身的特點，既有前沿理論與分析，更有科學性與實踐性相結合的特點，對行業具有指導性意義。值得投資者和企業家和管理人員閱讀。2020新年特刊《石灰產業》主要欄目有：投資風向標、學術研究、生產實踐、瞭望臺、市場動態、名企專訪等特色欄目。
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