一、并流蓄熱式豎窯
目前國外用于煅燒細粒石灰的豎窯主要窯型為瑞士麥爾茲窯爐公司設(shè)計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石灰石礦許多丟棄的細粒石灰石,為我國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
(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。
(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窯身,窯身的上部有換向系統(tǒng),用于交替輪換使用兩個窯身,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,每隔12 min變換1次窯身功能,即每個窯身每隔1個周期加熱1次。采用單斗提升機向豎窯加料,每變換1次窯身,單斗提升機向兩個窯身分別加入1斗石灰石。單斗提升機前設(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)機交替從兩個窯身上部送入煤粉,通過噴槍將煤粉均勻地分布在整個窯的斷面上。采用羅茨鼓風(fēng)機將燃燒用的空氣從豎窯頂部送入窯內(nèi),經(jīng)預(yù)熱帶進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,通過兩個窯身的連接通道進入另一個窯身,與裝入的石灰石料流相反向上流動,預(yù)熱了另一個窯身內(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。在每個換向周期中,密封閘板定期打開,石灰便會落入下部受料斗中,然后經(jīng)過振動給料機給入耐熱皮帶運輸機上,再運往成品石灰篩進行篩分貯存。
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)石灰石料位的測量采用機械料位指示器。
豎窯設(shè)有12臺羅茨鼓風(fēng)機,其中3臺用于提供助燃空氣, 3臺用于向窯內(nèi)輸送冷卻空氣, 1臺另外備用提供燃燒空氣或冷卻空氣, 3臺用于冷卻噴槍,2臺用于將煤粉從稱量料斗送至噴槍。上述12臺羅茨鼓風(fēng)機中,有3臺為變頻調(diào)速交流電動機傳動。
并流蓄熱式雙膛豎窯上安裝有自動操作所需要的PLC控制裝置,通過中央控制室的計算機顯示設(shè)備的流程、各種閘板及閘閥的位置,并對操作中的錯誤之處發(fā)出報警信號、顯示報警信息。計算機可以顯示各種技術(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,能夠自動開啟和變換石灰石加熱和裝料的各個階段的順序和操作,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的加料系統(tǒng),可以避免物料偏析,并在豎窯的斷面上能達到理想的石灰石分布狀態(tài)。該窯的特殊燃料分布系統(tǒng)能夠保證整個窯斷面上熱量的均勻供給,同時改進豎窯冷卻帶的形狀以適合小顆粒石灰石的特殊流動狀態(tài),這些措施保證并流蓄熱式細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。實踐表明,套筒式豎窯設(shè)備簡單,操作和維修方便,工作環(huán)境較好,產(chǎn)品質(zhì)量優(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、下兩個獨立部分,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);同一層均勻布置,上、下兩層錯開布置。每個燃燒室與內(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、密封閘板、旋轉(zhuǎn)布料器、料鐘及料位檢測裝置等組成。
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直接卸入窯下部灰倉,然后經(jīng)倉下振動給料機排出。
2.4 風(fēng)機系統(tǒng)
套筒窯風(fēng)機系統(tǒng)主要由排煙機、引射風(fēng)機、內(nèi)筒冷卻風(fēng)機組成。排煙機用以抽出窯內(nèi)廢氣,使窯保持負壓;引射風(fēng)機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)機向內(nèi)筒供給冷卻空氣。同時,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
3.1 逆流煅燒和并流煅燒有機結(jié)合
石灰石在套筒窯內(nèi)煅燒過程中的一個顯著特點是逆流煅燒和并流煅燒同時進行。套筒窯外殼上分布的兩層燃燒室將窯體分成兩個逆流操作的煅燒帶和一個并流操作的煅燒帶。
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)機的作用下,不完全燃燒煙氣進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。這個區(qū)域(從上燃燒室到上部內(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方向相反,煅燒過程稱為逆流煅燒。
逆流煅燒時,石灰石處于分解初期需要吸收大量熱量,所以一般不會產(chǎn)生過燒現(xiàn)象。隨著料流向下運動,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) 對石灰石進行預(yù)熱, 同時自身溫度降到180℃左右;另一部分(約占廢氣總量的30%左右) 經(jīng)上內(nèi)筒進入空氣換熱器,溫度降低到180～250℃,再進入廢氣管道。兩部分煙氣均由同一臺引風(fēng)機抽出,然后經(jīng)布袋除塵后排入大氣。
在上、下燃燒室之間的區(qū)域為中部煅燒帶,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煅燒工藝的關(guān)鍵。石灰終在這個區(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個循環(huán)氣體入口處進入下內(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?？諝饪梢宰鳛槿紵慰諝? ,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,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
針對傳統(tǒng)豎窯氣流分布不均衡問題,套筒式豎窯對窯體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了如下幾方面的特殊處理。
(1) 設(shè)置上、下兩個中心內(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料層。
(2) 設(shè)置上、下兩層錯開均布的多個燃燒室,且每個燃燒室與內(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的整個斷面上。
(3) 在下內(nèi)筒的上、下部,沿圓周開有若干個孔(均布) 作為循環(huán)氣體的進出口。開孔數(shù)目與燃燒室相對應(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,窯內(nèi)壓力、氣流及溫度在環(huán)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,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。
通過以上三個途徑,使窯內(nèi)氣體多余熱量得到合理利用,從而達到節(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,易實現(xiàn)全程負壓操作,有利于窯內(nèi)工況調(diào)節(jié),同時減輕窯體密封件的負荷,改善勞動環(huán)境,使操作更安全。
3.5 原料適應(yīng)性更強
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,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。且對煤氣壓力要求不高,大于15kPa 為常規(guī)壓力。
3.7 操作簡單,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)氣體溫度對排料速度變化比較敏感。改變排料速度,會影響石灰石在窯內(nèi)的停留時間。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,這時排料速度應(yīng)加快,使上部未燒透的礦石進入并流區(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,以及有效檢測和監(jiān)控手段等,這些都對活性石灰質(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,僅對石灰石進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,會使石灰中游離的CaO 含量大大降低,進而降低石灰的活性。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范圍愈小愈好。套筒窯生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性石灰時,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)置一臺振動篩對石灰石進行篩分處理。此外,石灰石在倒運過程中有再破碎現(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,選擇面較寬。在我國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,燒煤粉時要求灰分< 15 % ,揮發(fā)分不大于25 % ,灰份軟化點>1200 ℃; 煤氣為燃料時要求粉塵濃度<10 mg/m3 。為避免粉塵對石灰的污染,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)有自動穩(wěn)壓、流量顯示、快速切斷、報警等控制功能;為保證窯內(nèi)煅燒穩(wěn)定,采用煤氣熱值測量調(diào)節(jié)裝置(WOBO 熱值儀) ,以檢測煤氣熱值變化并調(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: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),確定時應(yīng)根據(jù)實際情況進行調(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)機壓力及供風(fēng)量,對套筒窯的操作和調(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 為核心的計算機控制系統(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)進行數(shù)據(jù)通訊;通過人機操作界面(HMI) 完成工藝流程動態(tài)畫面顯示、傳動系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示、工藝參數(shù)設(shè)定、操作方式的選擇、生產(chǎn)報表統(tǒng)計、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及上料裝置需要暫短停機時,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橫斷面中石料流動的情況。
冷卻帶:位于煅燒窯的底部,熱石灰通過和冷空氣進行熱交換,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,由卷揚機輸送到窯頂,經(jīng)由密封進料門卸入料斗。該進料門自動開啟,以接收石料。
當(dāng)預(yù)調(diào)定數(shù)量的石料進入料斗后,上料停止,頂門關(guān)閉。然后,第二道進料由氣動裝置自動開啟,通過一個稱作“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。每次由卷揚機提升的石料,都經(jīng)由幾個“褲腿”中的一個進料。下一次進料,使用另一個“褲腿”。
兩個交替操作的料斗門,可避免裝料時空氣泄入窯內(nèi)而影響煅燒窯的正常運行,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。
進料系統(tǒng)由定時器和料位計自動控制。這個特點可免去對石料進料狀況的連續(xù)檢驗。
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巨大的、延長了的由導(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入窯內(nèi),在出料斜坡部位冷卻熟料成品,同時,上升時生料被預(yù)熱,而后進入煅燒帶。
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,以達到高的安全工作保險系數(shù)。
一經(jīng)導(dǎo)熱油溫度升高,報警訊號立即出現(xiàn)。柴油馬達可確保停電時導(dǎo)熱油正常循環(huán)。
由一臺離心風(fēng)機抽吸供燃燒的熱煤氣,該風(fēng)機附屬于排氣系統(tǒng),裝有油壓動力耦合器,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。每個出料斗由一個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,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)始地運轉(zhuǎn)。每個工作周期卸料的間隔時間及每一次卸料量,根據(jù)實際產(chǎn)量預(yù)調(diào)定。上述調(diào)定系由計算機通過工藝控制自動完成。新一代的稱量器可連續(xù)控制實際出灰重量,據(jù)此自動調(diào)整煅燒窯的工藝參數(shù)。
1.3 對原料的要求
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,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) , ≤0.25 %;燒失量≤42 %。
2 弗卡斯窯優(yōu)點
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
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),既耗時又耗力。而弗卡斯窯能通過燃燒梁上的觀察孔及時發(fā)現(xiàn)不正常情況,迅速調(diào)整燃料用量,從而避免不正?，F(xiàn)象的發(fā)生。
2.4 能產(chǎn)生高品質(zhì)二氧化碳氣
采用雙褲腿進料,避免上料時進入過多的冷空氣,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)生的二氧化碳氣更均勻。嚴(yán)格控制燃料與空氣的配比,可使碳氣中的二氧化碳含量高達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)各個部位被均勻煅燒,燃料的燃燒量能隨時控制,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,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 操作簡便、穩(wěn)定,使用壽命長
由于采用自動操作,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。
三種主要窯型的對比分析
目前國內(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80年代引進窯型大多為回轉(zhuǎn)窯(武鋼和寶鋼) 和麥爾茲窯(杭鋼、太鋼、馬鋼等) 。進入90年代以后,開始引進套筒式豎窯(梅鋼、馬鋼等) 以及弗爾卡斯窯(石鋼、本鋼等) 。針對上述幾種窯型特點進行了實例分析。
可以看出,回轉(zhuǎn)窯電耗、燃料消耗較高,對燃料熱值也要求較高,且投資及運行成本比豎窯高。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,對窯內(nèi)密封要求較高,控制及操作相對復(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壓,對窯內(nèi)密封要求不高,維修方便,操作較簡單,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 》
