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石灰窑设计毕业论文

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目录

1绪论2

1.1石灰窑的发展前景2

1．2石灰窑的主要类型2

1．3梁式竖窑的优点4

1．4窑体结构特点6

2设计要求与方案确定6

2．1生产规模6

2．2产品方案6

2．3外部条件7

3热工计算9

3.1基本反应9

3.2影响石灰石缎烧的主要因素10

3.3基础热工计算14

3.4各窑带高度的计算。

17

3.5热工优化计算19

3.6　热工过程的优化控制21

4窑体结构设计22

4.1窑体总体设计22

4.2窑体的规格和设计参数25

4.3窑体结构组成25

结论27

致谢29

参考文献30

1绪论

近年来以大型回转窑、双膛竖窑、新型气烧竖窑等为代表的先进石灰窑炉开发应用使我国的冶金石灰生产工业无论是技术装备、能源消耗还是产品规模质量都得到了大幅提升。

但是应当看到我国石灰工业整体技术装备水平还不高，土窑或较落后的石灰窑还占有相当大的比例。

这些窑炉突出的问题是产品质量低、能耗高、污染大、单窑产量小等。

2008年金融危机发生后国家针对我国钢铁工业提出了必须以控制总量、淘汰落后、联合重组、技术改造、优化布局为重点，推动钢铁产业由大变强的政策。

石灰工业同样存在淘汰落后装备，提升整体技术装备水平的迫切要求，石灰生产装备的大型化已成必然。

1.1石灰窑的发展前景

钢铁工业，电石工业，氧化铝工业，耐火材料等工业都是石灰消耗大户，两年这几个行业都是高速发展的行业。

每年的产量基本都是以20%以上的速度增长。

可它们需要的主要材料（辅助材料）石灰确没有相应增长，所以造成了石灰的紧张，从而剌激了社会土石灰窑的大量上马，土烧窑的遍地开花又造成了对环境的严重污染，在这种情况下，国家和地方政府相继出台了一糸列整治土烧窑的政策和法规，但很难实现预期效果，原因是有需求的剌激。

因此要想沏底治理土烧窑的污染，必须推行现代新技术石灰窑来解决需求的问题。

所谓现代新技术石灰窑就是具有环保、节能功能和机械化、自动化程度较高的现代化石灰窑。

它因采用了现代技术，所以它能充分利用廉价能源，特别能利用原来对环境有污染的气体作主要能源，变废为宝。

这样不但对环境能达到保护，而且它生产的石灰，不但质量好而且成本低。

对利用这一新技术的企业，经济效益会有明显增加。

这就是推广新技术石灰窑的现实意义。

1．2石灰窑的主要类型

目前，国内活性石灰生产所使用的先进窑种有回转窑、迈尔兹窑、环形套筒窑以及梁式石灰竖窑四种。

其性能对比如表1-1所示。

表1-1石灰窑性能比较

窑种指标

回转窑

迈尔兹窑

套筒窑

梁式竖窑

活性度

340~400ml（50g、石灰、4NHCl10min）

320~380ml（50g、石灰、4NHCl10min）

320~380ml（50g、石灰、4NHCll10min）

320~380ml（50g、石灰、4NHCl10min）

生过烧率

2~6%

3~7%

3~7%

3~7%

能耗指标

1150~1660kcal/kg

动力消耗大

1050~1150kcal/kg

动力消耗一般

1050~1150kcal/kg

动力消耗一般

1050~1150kcal/kg

动力消耗一般

粉率

25~35%

5~8%

5~8%

5~8%

环保指标

粉尘含量50mg/m3

粉尘含量50mg/m3

粉尘含量50mg/m3

粉尘含量50mg/m3

投资（相对比值）

大（1。

5~1。

8）

更大（2~2。

5）

大（1。

5~2）

小

（1）

耐材情况

异型砖种类多，砌筑复杂（用摸具）

异型砖种类较少，砌筑简单，通火道易坏

异型砖种类多，砌筑复杂，拱桥易损

异型砖种类少，砌筑简单

占地面积

大

较少

少

少

建设周期

8~10个月

8~10个月

8~10个月

6~7个月

维修情况

耐材损坏时必须停火、卸料、降温，周期较长。

不易损坏，更换燃烧组件时必须停火、卸料、降温，周期较长。

耐材损坏时必须停火、卸料、降温，周期较长。

不易损坏，更换燃烧梁时不用停火、不用卸料2~3小时即可更换。

通过上表的对比可以看出，这四种活性石灰窑质量指标当属回转窑突出，但其石灰粉率较高，比较适合水泥行业。

其他三种窑型生产石灰质量水平相当。

客户可根据其综合性能诸如投资费用、能原消耗、维修材料、停炉冷却等方面权衡。

燃烧工艺：

目前国内，双梁式竖窑的煅烧工艺方式主要有“三路压力系统”和“两路压力系统”，针对这两系统的不足进行了相应的改进。

现分别介绍如下：

三路压力系统：

所谓“三路压力系统”就是在冷却带上方装置一层吸气梁，将冷却过石灰的热气抽出窑外，经换热器将热量传递给助燃空气之后,与窑顶废气汇合。

下吸气梁与燃烧梁同样是采用导热油冷却保护的。

这样，在下层燃烧梁和下吸气气梁之间，形成了一个有足够高度的后置煅烧带。

在后置煅烧带内温度很高（约950-1100°C），但无压力变化以及气流干扰，由煅烧带向下运行的石灰，其核心未分解部分可进一步分解，使石灰生烧率大大降低，活性度提高。

由于该系统只有一次助燃空气参加燃烧，并使所有燃气在燃烧梁各烧嘴口处烧尽。

这样会使燃烧梁烧嘴口处达到温度（2300°C），很容易使其附近石料出现过烧现象；燃烧梁常常因氧化烧蚀漏油而失效，故“三路压力系统”的燃烧梁使用寿命较短。

二路压力系统：

所谓“二路压力系统”就是在窑底部设置冷风管并通入冷空气，也被称作二次助燃空气（约占助燃空气总量的50~60%），二次助燃空气冷却石灰并逐渐被加热升至煅烧带与该处的燃气汇合参加燃烧。

另外在煅烧带中燃烧梁喷射部分燃气与一次助燃空气（经窑顶废气热交换后的助燃空气，约占助燃空气总量的40~50%）混合并在远离燃烧梁的石料的缝隙中燃烧，在上下两层燃烧梁之间形成1050~1150°C的煅烧带，该系统的优点是石灰不易过烧，结构简单耐用，燃烧梁寿命要比“三路压力系统”中的要长些。

由于没有后置煅烧带，故其石灰生烧率较高。

石灰品质较采用“三路压力系统”的要差许多。

对比现有三路或两路压力工艺系统的优点与不足，对三路压力系统煅烧工艺及燃烧梁进行了一些的改进。

在改进中保留了三路压力系统的后置煅烧带，又吸纳了两路压力系统分散燃烧的方式。

此改进是通过新型燃烧梁来实现的，该梁上部两侧及底部设有组合烧嘴，上部烧嘴口有过量燃气向远处扩散，此处烧嘴口空间设定温度为1800~1900ºC；下部烧嘴口空气过量该处烧嘴口设定温度为950~1150ºC，被加热的空气也离开燃烧梁与上部的过量燃气在各处石料缝隙中混合、弥漫燃烧。

燃烧梁上部烧嘴口温度设计定值较原三路压力系统的燃烧梁降低400ºC，以避免燃烧梁烧损和烧嘴口附近石灰的过烧。

另外，新型燃烧梁还采用航天热障抗氧化陶瓷技术，并使用高镍耐热合金材料，其平均使用寿命较两路或三路压力系统燃烧梁分别提高8~10倍以上。

石灰品质要优于上述二者。

1．3梁式竖窑的优点

双梁式石灰窑是一种结构简单，造价低廉，皮实耐用的现代石灰窑种，也是目前使用较多的石灰窑型之一，由意大利引入我国。

这种窑的性能参数，诸如生过烧率、活性度、能耗均优于当时国内其他种类的竖窑。

目前国内的多个专业生产企业在为客户建造这种类型的石灰窑。

可以说该种窑型是成熟的，也是用户的首选窑型之一。

但在消化国外先进技术的过程中，由于国内有关企业的技术水平、工艺能力以及生产理念所限，使得建造的该型窑存在如下问题：

该窑的核心部件（燃烧梁）寿命过低，严重影响了石灰产量；石灰的生过烧率过高，往往不能使用户满意。

现在针对以上问题，从热工工艺、燃烧梁的结构及材料上进行改进。

在燃烧梁的设计、制造工艺上，经过调查分析，借鉴一些高科技工艺措施，如采用高镍耐热合金钢、航天部门使用的热障陶瓷以及新开发的煅烧工艺。

通过对新开发的燃烧梁的试验表明，其整体寿命、耐氧化、抗烧蚀等性能均优于国内现有产品，并已获得了产品专利。

使用新型燃烧梁的石灰窑，可大大减少窑体的维护次数，延长了窑体的维护周期。

双梁式石灰窑主要技术特点

（1）生产规模100～600t/d圆型窑或矩型窑。

（2）窑操作弹性大，从50～110%任意调节，均能实现稳定生产，而且不影响石灰质量和消耗指标。

（3）适用多种燃料：

天然气、煤粉、焦炉煤气、混合煤气、高炉煤气（热值≥800kcal/m3）或煤粉与煤气的混合燃料。

（4）.热耗低，热能利用合理，二次空气通过冷却石灰预热，一次空气通过预热器预热进入燃烧梁，燃料完全燃烧，热值充分利用。

（5）采用低热值燃料，空气、煤气双预热；采用高热值燃料，只预热空气。

（6）燃用低热值燃料时，除保留原窑型双层烧咀梁外，还设置了周边燃烧系统，还可以采用三层燃烧梁使煅烧截面更加合理。

（7）采用全新的煅烧工艺和技术，较传统煅烧工艺系统更加合理、优化，特别适合高热值燃气，使石灰品质以及燃烧梁寿命得以同时保证。

（8）采取分别对燃气热值及流量实施检测，并以此检测数据为依据对窑体各系统运行参数进行控制，最终达到以燃气流量动态控制活性石灰产量的目的。

从而达到稳定石灰质量的目的。

1．4窑体结构特点

窑体呈准矩形，窑体设置上下两层烧咀梁和周边烧嘴，窑体上部设置一层吸气梁即上吸气梁，上吸气梁至进料口为储料带，上吸气梁至上层燃烧梁之间为预热带，利用高温煅烧后的窑气预热石灰石至煅烧的温度，上燃烧梁梁至下燃烧梁之间区域为煅烧带，石灰石均匀煅烧成活性石灰，此区域根据石灰质量、产量要求加以调节。

（1）当一定量石灰石通过窑顶加料门进入储备带，均匀分配于窑截面上，窑顶的两道密封门自动密闭阻止空气在加料时进入窑内，因而不影响窑顶的负压。

石灰石加入窑内缓慢经5个区域往下移动，煅烧分解成产品—活性石灰。

整个系统分为：

储料带、预热带、煅烧带、后置煅烧带、冷却带。

（2）采用两层燃烧梁是该窑燃烧系统的核心部分，燃烧梁采用导热油冷却。

根据产量梁内设置若干个可调节的烧嘴，使多点供热的范围覆盖石灰窑整个横截面，通过调节各烧嘴的分配比来保证供热均匀，通过调节空燃比来保证燃烧效率。

从而保证了石灰的生过烧率和高的活性度。

（3）窑体上吸气梁，按废气在充满石料的窑中的行程特性，设有多个开口，窑气通过开口由吸气梁抽出，保证窑内整个截面的负压分布均匀，使该窑整个段面的气流分布均匀和顺畅，保持最佳燃烧效果和最低燃料消耗。

（4）在窑体下层冷却带位置设置下吸气梁，下吸气梁所设开孔与上吸气梁开口原理相同，亦将使冷却空气均匀流动，这样在下吸气梁以下就形成了冷却带，同时在下吸气梁与下燃烧梁之间形成了一段没有压力干扰后置煅烧带，在后置煅烧带内石灰被充分解，大大提高了活性度及氧化钙含量。

（5）窑体除横贯两层吸气梁、两层燃烧梁和出灰机构外无其他内件，耐火材料表面垂直规整无异型，因而该窑结构简单，钢结构和耐材用量小，维修量小，操作费用低，热耗、电耗都比较低。

2设计要求与方案确定

2．1生产规模

根据公司的要求，初步设计拟建设2座500t/d双梁式竖窑，年产活性石灰33万吨。

2．2产品方案

建设2座500t/d石灰竖窑，其主要产品为生石灰，设计产量为33万t/年，CO2不作回收。

在保证原料燃气质量、流量、热值，正常稳定操作的条件下，保证33万t/a产量，利用系数可提高到0.70t/m3·d以上。

要求数值如表2-1所示：

表2-1石灰窑要求数值

CaO

≧92%

活性度

320-370ml（4mol/ml40±1℃10min）

生过烧率

≤6%

产量

33万t/a

大修周期

5年

2．3外部条件

2．3．1原料

生产活性石灰原料是一种天然的碳酸钙（俗称石灰石），由于石灰石组成及物理机械性能不尽相同，因