南京中圣园套筒窑及弗卡斯窑对比.docx

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南京中圣园套筒窑及弗卡斯窑对比

南京中圣园套筒窑与弗卡斯套筒窑对比

一、套筒窑的发展历史

环形套筒窑是1964年由德国贝肯巴赫发明：

AnnularShaftKiln-ASK，所以贝肯环形套筒窑巴赫环形套筒又叫BASK。

上世纪八十年代，贝肯巴赫公司到鼎盛时期。

上世纪九十年代，贝肯巴赫公司出现经营不善、走向衰败。

在贝肯巴赫公司工作的主要技术人员斯瓦普独立建立德国斯瓦普石灰工程公司，涉足环形套筒窑的技术和业务。

同时，斯瓦普对环形套筒窑进行了技术革新，特别是窑内衬的砖型结构及材质，这个时候，环形套筒窑得到全方位的发展。

2000年，贝肯巴赫公司业务出现严重问题，不得已进行拍卖，意大利弗卡斯最终对贝肯巴赫公司进行收购。

弗卡斯收购了贝肯巴赫公司的工程资料及有效的专利技术，但套筒窑的发明专利已经过期了。

2002年，南京中圣园机电设备有限公司与德国斯瓦普石灰工程公司建立了全面的技术合作关系,是德国斯瓦普石灰工程公司在中国的代表处。

2005年，南京中圣园机电设备有限公司与德国斯瓦普石灰工程公司建立了战略合作伙伴关系，全面开展套筒窑在中国的市场。

经过几年的发展，南京中圣园机电设备有限公司优化了原系统上的一些不足之处，具有了设计与施工能力并拥有套了套筒窑的多项专利技术。

2009年，南京中圣园被国标委确定组织起草套筒窑的推荐性国家标准，同时自主开发了150TPD和800TPD套筒窑，在套筒窑的整体技术上处于国际领先水平。

二、南京中圣园套筒窑的设计及制造方面的典型特性

1自消应力高温换热器

换热器的换热管束长时间在冷热交换的环境下工作，在管束末端用于对换热管热膨胀进行补偿作用的金属补偿器会因在高温下的疲劳应力作用而开裂，金属补偿器的开裂会造成换热管漏气，换热效率下降，同样影响着环形套筒窑的正常运行以及生产的石灰质量。

南京中圣园机电设备有限公司利用自行研制的石墨环密封专利技术代替了原有的金属补偿器。

该专利技术既能保证换热器在高温下的密封要求，防止换热管漏气，又较好地解决了金属补偿器因高温应力疲劳而产生裂纹的状况，使换热器的使用稳定性大大提高，保证了环形套筒窑正常、稳定的运行。

2使用了CONSOLE托圈技术

CONSOLE托圈（见上图）技术的意义在于：

在窑壳上设置3层托圈，将窑内的耐火材料分成4段。

这能够使窑壳钢结构分段地承担窑壳耐火材料的作用力，减轻底部耐火材料及砌筑面平台的压力。

由于件1和件2是楔行砖，砌筑成整圈后的受力方向为指向窑壳，若将件3和件4抽除，由于托圈对其的垂直分力仍可将其托住。

这就使分层检修和更换成为了可能。

如需更换下层耐火材料，只要将下层耐火材料拆除至件3和件4位置，而可以保留件1、件2及其上部的耐火材料。

在砌筑过程中，件4需按实际的砌筑情况进行切割，保证同一托圈中件4顶部的标高一致，因此这样可以分段解除砌筑过程中的累积误差。

件3为2mm不锈钢板压成的U型金属垫，内部用纤维棉塞满，这样可以有效地吸收耐火材料的热膨胀。

3CTA拱桥（密封砖）技术

CTA拱桥在满足单体耐火砖足够的强度条件下，更多地考虑了在冷热动态的系统的物理状态。

首先，所谓的密封砖的概念应是拱桥的结构尺寸是封闭的，同类型拱桥的尺寸必须是一致的，即拱桥的安装结构不随窑尺寸的误差而改变。

原拱桥结构由拱脚砖支撑，由于窑结构上的误差、拱脚砖后浇注料的浇注误差以及拱脚砖本身的制造误差，使得拱桥的结构尺寸很难达到一致，几乎是一个拱桥一个尺寸，不符合尺寸“密封”的理念。

新的拱桥结构取消了拱脚砖结构，相应的：

在窑壳处由W7砖砌筑至原BB拱脚砖的顶部位置；在内筒处由Z38-425砖代替原来内套筒上的BB拱脚砖及后面的浇注料。

统一加工与拱桥接触的W7及Z38-425砖的配合面，保证每个拱桥结构尺寸的一致性。

因此CTA拱桥结构以对拱桥进行简易而精准的安装。

CTA拱桥结构对拱桥砖的组合也出现了一些改进：

将三层拱结构改成了两层拱结构，单层高度由250mm变为375mm，整个拱的高度不变，这样有助于提高拱桥结构的整体性。

同时，单块砖的厚度有所减薄，这样有助于提高砖的成型质量。

砖型也彻底进行了改进，如下图所示，砖的咬合更好，整体性更强。

锁门砖改在了中间，砌筑时合门时的受力均匀。

平拱砖由原UZ3（两面咬合）砖改成Z38-250砖（四面咬合），咬合更好。

4内套筒砌筑结构

在内套筒上，用Z型砖代替原来的UZ及OZ系列砖。

Z型砖为四面咬合，使内套筒工作层的砖整体性更好。

特别是对于下内套筒上段托砖处，原UZ砖的砌筑结构至加工砖处仅为单面咬合，整体性很差。

采用Z系列砖，很好地解决了这个问题。

上内套筒的护砖圈结构。

国内许多套筒窑均出现了上内套筒上部掉转的情况，严重的甚至出现整体的坍倒现象。

通过两个方面的措施解决了上内套筒上部的掉砖等问题：

第一，将原OZ砖更改为Z38系列砖；第二，增加护砖圈结构，取消原OZ砖上面的浇注料，使此部位砖的整体性得到增强。

5在套筒窑窑顶采取降噪音措施

在上内套筒顶部钢制导流帽外表面设置挡料板（图示部位Ⅰ），在倒料过程中形成石灰石原料之间的接触而不直接与钢板接触，因石灰石的吸声系数明显高于钢材，达到了明显的降噪效果。

在上内套筒顶部导流帽内表面（图示部位Ⅱ）、窑顶标高39.220m至43.200m的窑顶小房内侧（图示部位Ⅲ）设置多孔性吸音材料，使振动的机械能转变为热能而消减，形成吸音作用。

在窑顶标高37.800m至39.220m锥形罩外壁（图示部位Ⅳ）、窑顶标高37.800m平台上部（图示部位Ⅴ）、窑顶标高39.220m至40.840m锥形罩外壁（图示部位Ⅵ）均设置夹层空腔，利用亥姆霍兹共振吸声原理（TheoryofHelmholtzResonanceSoundabsorbing）减噪，并在夹层空腔内填入一定量的沙，使共振吸声效果达到最佳。

6烧嘴燃气及助燃空气独立调节系统

传统的总管集中控制的方式存在两个弊端：

第一，当燃气热值及压力产生波动时，同一层上的管道系统的压力损失将发生变化，通过支管调节阀的瞬时平衡状态被打破，从而导致输入每个烧嘴的燃气及助燃空气的流量及压力发生变化并造成每个烧嘴热工的不平衡；第二，当单个烧嘴出现异常情况时，传统的总管集中控制的方式将不能单独对此烧嘴的燃气或助燃空气进行快速自动调节处理。

以流量反馈进行跟踪和调节进入每个燃烧的燃气量及空气量，使二者能达到预期的燃烧要求。

达到：

第一，当燃气热值及压力波动的情况下仍可以保证输入每个烧嘴流量及压力的平衡；第二，有效保证单个烧嘴出现异常情况时的快速自动调节处理。

从而保证煅烧的均匀性及安全性。

7喷射系统的优化

环形套筒窑的无焰燃烧喷射器由用于输送高速流动的驱动空气的引射管段、用于接收循环气体的喇叭形入口管段、用于混合两种流体的混合管段和扩压管段构成；所述引射管段位于入口管段中心；所述入口管段的管径沿气流方向由大渐小，与混合管段的一端连通；所述混合管段的另一端与扩压管段连通；所述扩压管段的管径沿气流方向由小渐大。

将该喷射器应用于环形套筒窑后，可以在窑内形成特殊的工作区域，并通过无焰燃烧形式的喷射，产生窑内的循环气体，从而形成窑内最佳的加热环境和并流煅烧，达到生产高活性石灰的目的。

由于原来的喷射器结构不合理，特别是喇叭形入口段和渐缩段不符合喷射器的设计原理，造成现场堵塞严重。

根据经验公式，并在考虑施工安全和方便的基础上对环形套筒窑的结构参数进行改进，最终得到的环形套筒窑喷射器各段基本参数。

经验证可知：

环形套筒窑喷射器尺寸符合理论喷射器的合理尺寸特征值。

将更改后的喷射器应用于八钢石灰窑项目上，经过实际运行可知：

更改后的喷射器在下燃烧室产生的负压比原来产生的负压减少了约-100Pa，从而提高了喷射器效率。

8三电系统的优化

增加循环气体监测点；

增加烧嘴助燃空气流量远传；

增加烧嘴电源控制系统；

投入改进型烧嘴点火控制箱，将控制引入中控系统；

废除原冷却除垢空气“电关型电磁阀”；

满足窑生产的前提下简化监控界面；投入语音报警系统；操作界面人性化设计；

将所有进PLC系统里的数字量、模拟量信号隔离，增加控制系统的运行安全性；

窑正常生产时，只需设置少量参数实现全局自动化生产；

对单个烧嘴采用双重PID共同作用实现自动调节；

优化参数设置界面，大量减少人员工作量；

上料系统“双保险控制”提高安全性；

优化控制方案，避免上料遭遇“两斗料”；

优化布料方式，7点绝对位置布料，保护设备的同时保证料面均匀；

布料器单点信号接入PLC系统，减少相关设备材耗；

满足优质石灰产量的同时，优化电气设计，降低能耗；

9液压系统

窑体生产主泵2台，互为备用；其中一台故障停机，另一台自动投入使用；减少液压溢流阀带电时间，延长设备寿命，减少能耗；优化液压出灰抽屉，便于检修更换；

10综合指标

热耗：

≤930kCal/kg石灰

窑顶温度：

≤150℃

出灰温度：

≤100℃

窑壳及燃烧室面板最高温度：

≤100℃

窑顶小房外1米处最高噪音：

≤90分贝

烟气排放浓度：

≤30mg/Nm3

采用独立式可拆卸拱桥，即可对拱桥进行单独更换而不影响其它部位的耐火材料。

拱桥部位耐火材料保证使用寿命5年；其它部位耐火材料保证使用寿命8年。

三、南京中圣园套筒窑与弗卡斯套筒窑的对比

项目

南京中圣园套筒窑

弗卡斯套筒窑

能否达到设计产能

能

能

产品活性度

360～420ml

360～400ml

产品生过烧

3%～5%

3%～5%

使用原料粒度情况

30～80mm

30～80mm

烧嘴的燃烧稳定性

采用国产或进口，稳定性均好

进口烧嘴，稳定性好

燃烧室的负压情况

-100～-250Pa

-100～-250Pa

风量、炉气量配比情况

南京中圣园的专利技术。

以流量反馈进行跟踪和调节进入每个燃烧的燃气量及空气量，使二者能达到预期的燃烧要求：

第一，当燃气热值及压力波动的情况下仍可以保证输入每个烧嘴流量及压力的平衡；第二，有效保证单个烧嘴出现异常情况时的快速自动调节处理。

从而保证煅烧的均匀性及安全性。

采用传统的总管集中控制的方式，助燃风与炉气均采用双环管将气量统一分配到上下燃烧室，存在两个弊端：

第一，当燃气热值及压力产生波动时，同一层上的管道系统的压力损失将发生变化，通过支管调节阀的瞬时平衡状态被打破，从而导致输入每个烧嘴的燃气及助燃空气的流量及压力发生变化并造成每个烧嘴热工的不平衡；第二，当单个烧嘴出现异常情况时，传统的总管集中控制的方式将不能单独对此烧嘴的燃气或助燃空气进行快速自动调节处理。

控制系统可靠性、先进性、安全性、科学性

采用西门子PLC控制，可靠性、安全性较高，工艺参数均参与工艺控制，画面直观、明了，便于操作，控制精度更高。

内部程序较先进、科学。

采用西门子PLC控制，可靠性、安全性较高，工艺参数均引入控制系统参与工艺控制，控制精度高，内部程序更先进、科学。

辅助设备配置区别

烧嘴

可选进口或国产

进口

换热器

国产

国产

驱动风机

在驱动风机的配置方面，均遵守贝肯巴赫的设计思路，为一用一变频，压力及流量的调节裕度均很大。

国产，采用一用一变频，压力调节裕度大，但单台工作能力不够满负荷生产

冷却风机

采用国内一流产品

国产

排烟风机

国产

国产

废气风机

采用国内一流产品

国产

除尘器

国产

国产

布料系统

国产

国产

称量系统

国产

国产

液压系统

国产

国产

上料系统

国产

系统国产，电机采用进口

电气、仪表

进口较多，采用国际知名品牌。

进口较多

环保性

窑顶降噪音

采用充沙、衬板及吸音材料覆裹等方式，有效降低窑顶加料处的噪音。

无

原料设备的降噪耐磨

采用聚胺脂或石棉橡胶衬板，有效降低噪音，并提高设备的耐磨性

无

内衬结构

采用CONSOLE托圈技术

专利技术

达到分层检修的目的；

分层吸收耐火材料的膨胀量，减少