学位论文基于石灰套筒窑的工作原理及设计1.docx
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学位论文基于石灰套筒窑的工作原理及设计1
摘要
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，近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。
关键词：
钢铁企业石灰套筒窑石灰
摘要
引言
1、石灰套筒窑的结构原理........................................................................
1.1套筒窑窑体结构说明及主要组成系统.....................................................
1.1.1套筒窑窑体结构说明.....................................................
1.1.2套筒窑主要组成系统.....................................................
1.2套筒窑系统工艺图.....................................................
1.2.1套筒窑的工艺要求.....................................................
1.3套筒窑的特点及煅烧原理.....................................................
1.3.1套筒窑的主要特点.....................................................
1.3.2套筒窑的煅烧原理.....................................................
2、操作及工作运行规程........................................................................
2.1烘炉和投产操作.....................................................
2.2点火熄火操作.....................................................
2.3窑的控制操作.....................................................
2.4套筒窑的操作.....................................................
2.5开窑与停窑的操作.....................................................
3、安全规程........................................................................
3.1司窑操作工和主控室操作工安全操作规程.............................................
3.2石灰石上料工安全规程..............................................................
3.3出灰输送和筛分储运工安规..............................................................
3.4外运工安规..............................................................
4、常见问题和故障处理........................................................................
4.1生烧原因及处理.....................................................
4.2拱桥的坍塌与磨损.....................................................
4.3窑衬砖的损坏和脱落...........................................................
4.4石灰石杂质和粒度对产品质量的影响.....................................................
4.5石灰的欠烧或过烧.....................................................
4.6循环气体温度波动较大.....................................................
4.7燃烧系统工作不正常.....................................................
4.8换热器的问题.....................................................
4.9窑内物料粘结.....................................................
4.10煤气热值仪故障.....................................................
4.11烟气温度过高.....................................................
五、总结........................................................................
六、参考文献........................................................................
七、致谢..................................................................
引言
一、新技术石灰窑种类
按燃料分有混烧窑，即烧固体燃料，焦炭、焦粉、煤等。
和气烧窑。
气烧窑包括烧高炉煤气，焦炉煤气，电石尾气，发生炉煤气，天然气等。
按窑形分，有竖窑、回转窑、套筒窑、西德维马斯特窑、麦尔兹窑（瑞士）、弗卡斯窑（意大利）等。
同时又有正压操作窑和负压操作窑之分。
林州现代科技中心研制设计了300立方以下的混烧窑和140立方以下的气烧窑，特别是高炉煤气和焦炉煤气燃烧的XD型节能环保石灰窑。
攻克了焦炉煤气热值高，火焰短的燃烧难题，可以使剩余焦炉煤气得到充分利用。
由原来的焦炉煤气“点天灯”，污染环境变为了为企业创造效益的宝贵能源。
对中小钢铁企业、焦化企业、电石企业、和耐火材料工业都是非常好的节能、环保、增效的有效途径。
二、石灰窑的基本结构和主要附属设备
石灰窑主要由窑体、上料装置、布料装置、燃烧装置、卸灰装置、电器、仪表控制装置、除尘装置等组成。
不同形式的石灰窑，它的结构形式和煅烧形式有所区别，工艺流程基本相同，但设备价值有很大区别。
当然使用效果肯定也是有差别的。
一、结构原理
1.1套筒窑窑体结构说明及主要组成系统
1.1.1套筒窑窑体的结构说明
图1.1贝肯巴赫套筒窑
在图1中，料车1自动上料到窑顶，通过溜槽进入旋转布料器，石灰石通过料盅2，到上内套筒顶部分布器，进行二次布料，然后进入窑体。
料盅具有锁气的功能。
整个环形空间由外壳4和内套筒5，7组成。
石灰石先经预热带PZ，再到煅烧带。
一个套筒窑有两个烧嘴平台10、12，每个平台上，沿窑体均布烧嘴，在煅烧带分为三个部分，即UB，MB和GZ。
UB和MB属逆流煅烧，GZ属并流煅烧。
石灰经过并流煅烧区GZ后,开始进入冷却带CZ。
由于废气风机从窑顶抽气，石灰冷却空气从窑底自然吸入窑体，冷却石灰。
石灰在液压装置的驱动下，经出灰平台12，进入窑底料仓15。
窑底电振定期对窑底料仓进行清仓。
内套筒7上有开孔13和气道，循环气体从此进入内套筒。
上下两层燃烧室6、11，沿圆周均布,在内套筒7上循环气体入口也沿圆周均布，保证整个横截面上气流的均布。
上拱桥16由耐火材料组成，位于上燃烧室出口的上部，石灰石在向下移动的过程中，在上拱桥下形成一个V型的空间，两边布满石灰石，热量通过这个空间向石灰石里渗透，进行煅烧。
沿环形截面均布多个拱桥，保证整个窑内的石灰石均匀煅烧。
夹层的内套筒内外都有耐火材料，内套筒采用空冷，冷却空气的出口管在上拱桥16内的管18，冷却空气从管18出来后，进入冷却空气环管19。
一部分作为二次风进入烧嘴参与燃烧，剩余的冷却空气通过环管上的放散管排入大气。
驱动空气首先在热交换器中被预热到500℃，热源是在上内套筒5中出来的废气,被预热的空气先进入环管20,再到引射管。
并流段的循环气体在下内套筒7的入口处与冷却空气汇合，在内套筒的内部上升到上拱桥中循环管21，再到引射器中与驱动空气汇合，一起进入下燃烧室11，引射器8内高速气流是产生循环气体动力根源。
由于在下燃烧室10内助燃空气过剩，因此煤气充分燃烧。
在下燃烧室11中的气体分为两部分，一部分在引射管8的作用下，向下进入并流区GZ，一部分在废气风机的作用下，进入逆流区MB。
由于石灰石不断的分解，在并流区GZ中气体的温度也逐渐下降。
在上燃烧室6中，煤气过剩，不能充分燃烧，这部分过剩的燃料在上拱桥下的V型空间内与从下燃烧室上来的剩余的助燃空气汇合，在石灰石中间进一步的燃烧。
在逆流区UB中，石灰石大部分已分解，这种渗透燃烧既不会影响石灰的质量，也不会影响耐材。
70%废气从预热带PZ上升到窑顶环型空间21，通过废气管道与来自换热器的30%废气汇合，在废气风机的作用下，到除尘，最后排放。
1.1.2套筒窑的主要组成系统：
原料系统、竖窑系统、成品系统、液压站系统和必要的公用辅助设施。
1）原料系统：
原料系统由原料堆场、胶带输送机、原料筛分设备、窑前供料仓、振动给料机等部分组成。
料场的石灰石用抓斗吊车抓入窑前供料料仓内，经振动给料机运至振动筛筛分，振动筛有水平振动筛、园形振动筛、八角振动筛。
筛下碎料由皮带机送入碎石仓后运出；筛上合格石灰石运入窑前块料贮料仓内，仓内石灰石经称量料斗称重后、由单斗提升机加入窑内。
2）套筒窑系统
套筒窑系统由环形套筒窑、称量间、风机房、液压站、配电室、控制室、废气除尘系统等组成。
石灰石经称量料斗、单斗提升机、窑顶装料设备加入窑内进行煅烧，锻烧好的活性石灰经窑底石灰仓下的电振给料机卸入胶带输送机送往成品贮料仓经筛分后储存。
3）成品系统：
成品系统由运输、产品分级设施及成品仓组成。
出窑石灰经胶带输送机送至仓顶筛分楼，然后进入振动筛，筛分成0～5mm、5～50mm两个粒级并分别贮入成品仓。
4）液压站系统：
液压站系统分为窑底液压站和窑顶液压站，一起放置于窑下鼓风机室。
a窑底液压站：
向出灰机、窑底料仓出灰闸门和、称量漏斗出灰闸门及烟气三通阀门提供液压动力电机功率：
2x22.5kW电加热器功率：
5kW
b窑顶液压站：
向旋转布料器、料盅和中间仓闸门提供液压动力电机功率：
2x22.5kW加热器功率：
5kW
c液压站控制：
如果液位检测器显示油位过低，则将信号送至控制室，报警提示处理故障。
如果达到超低油位，立即报警并停机。
5）公用辅助设施：
本技术方案公用辅助设施仅窑区域，包括通风除尘、燃气、供电、供排水、热力、检化验设施等。
通风除尘包括套筒窑废气除尘、成品石灰筛分及物料转运点除尘。
燃气要求管道送到石灰车间，然后送往套筒窑燃烧系统，到达套筒窑煤气环管的压力为15kPa.
1.2套筒窑系统工艺图.
从原料到成品一系列的工艺流程、每一步流程都需要大量的工作量。
首先在矿石堆场用挖机把原料（石灰石）送入地下受料仓，然后通过皮带传送等一系列的流程把原料送入石灰套筒窑体内，在经过一系列的流程最终得到产品。
具体工艺流程如下图所示：
图2石灰套筒窑工艺流程图
1.2.1套筒窑的工艺要求：
1）原料的工艺条件
套筒窑所用原料为经破粹、筛分后粒度为30～60㎜或40～80㎜合格的石灰石。
要求提供的石灰石是致密细晶粒结构，少热爆裂块，成分均匀稳定。
其理化指标为：
名称
粒度（㎜）
化学组成（％）
CaO
SiO2
s
石灰石
30～60
≧53.5
≤1.5
≤0.025
2）、燃料的工艺条件
本方案拟采用高炉、焦炉混合煤气作为燃料，高炉、焦炉煤气混合比为9：
1，热值约4.2MJ/Nm3,其燃料要求如下：
高炉煤气（％）低发热值：
3140～3400MJ/Nm3
CO
CO2
N2
H2
CH4
24～26
14～16
57～59
1～2
0.3～0.8
焦炉煤气（％）低发热值：
16400～16900MJ/Nm3
H2
O2
N2
CO
CO2
CH4
CnHm
58～60
0.4～0.8
4～6
7.4～7.6
2.6～2.8
21～23
2.0～2.4
3）、产品的质量标准：
轻烧白云石：
MgO≥32％，SiO2≤2%,S≤0.018%.
粒度5～50㎜活性度350ml
活性石灰：
CaO≥90％，SiO2≤1.5%,S≤0.020%.
粒度5～50㎜活性度350ml
1.3套筒窑的特点及煅烧原理
套筒窑的主要用途是生产石灰的生产机器，它所需的原料是石灰石，石灰石主要成分是碳酸钙，而石灰成分主要是氧化钙。
烧制石灰的基本原理就是借助高温，把石灰石中碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳的生石灰。
它的反应式为
CaCO3=CaO+CO2—42.5kcal
它的工艺过程为，石灰石和燃料装入石灰窑（若气体燃料经管道和燃烧器送入）预热后到850度开始分解，到1200度完成煅烧，再经冷却后，卸出窑外。
即完成生石灰产品的生产。
不同的窑形有不同的预热、煅烧、冷却和卸灰方式。
但有几点工艺原则是相同的即：
原料质量高，石灰质量好；燃料热值高，数量消耗少；石灰石粒度和煅烧时间成正比；生石灰活性度和煅烧时间，煅烧温度成反比。
1.3.1套筒窑的主要特点：
1）整个窑体为负压操作，检查、维修、维护便利，且环保条件和劳动条件好。
2）作业率高。
年作业率可达98％以上，平均5年左右中修一次。
3）适用燃料范围宽，可使用发热值在1600kCal/Nm3以上的低热值煤气，且煤气压力为15kPa左右的常规压力。
4）窑体设备简单，绝大部分设备可在国内制造。
需引进的关键设备重量仅数吨，主要是烧嘴系统和下拱桥部分耐火材料。
5）能耗较低。
采用冷却气热量回输、废气换热等多种形式回收热量，热耗较低，一般在950kCal/kg石灰，大大低于回转窑、焦炭竖窑、普通气烧竖窑等窑型。
窑体部分的电耗一般在25～28kWh/t石灰。
1.3.2套筒窑的煅烧原理
套筒窑煅烧原理为并流煅烧与逆流煅烧
以下图3、图4描述了两种煅烧过程中窑内气流和物料的温度变化曲线，图中绿色代表了原料及产品的温度曲线。
图3图4
图3：
逆流煅烧过程
从图中我们可以看到助燃空气及窑废气与物料的温度曲线是分离的，故在逆流煅烧过程中物料处于煅烧反应的时间较短，热量得不到充分利用，所以生产出来的产品活性度不高，且产品中生烧和过烧现象较多，产品质量不易控制。
图4：
并流煅烧过程
在并流煅烧过程中，由于物料流向与气体流向是相同的，所以窑内的气流分布比较均匀，保证了在预热带和煅烧带中气体与物料始终是同向流动的。
这样，高温气体中的热量就能始终作用于原料上，让原料长时间均匀受热煅烧，也使煅烧带较逆流煅烧过程延长了，物料的煅烧过程也更加充分，因而在并流煅烧条件下生产出来的产品活性度高，基本无生烧和过烧现象，产品的质量也容易控制。
我们通过以上分析，知道了并流煅烧在煅烧过程中的关键性，并且在生产实践中也证实了并流煅烧对生产高活性石灰的重要性。
在实际生产过程中，采用并流煅烧原理工作的石灰窑，如双膛窑、双套筒窑，生产出来的产品活性度一般比采用逆流煅烧原理工作的石灰窑高，都在350ml（4NHCl滴定5min）以上。
二、操作及工作运行规程
2.1烘炉和投产操作
石灰石炉料的造桥和堵塞的危险。
在各桥项部的固定防护装置，使用2～3层草包捆扎，点火升温时可以自行烧毁。
在窑逐层用石灰石填满之前，人工在卸料台上放置小颗粒的石灰石，以防损坏窑底钢结构。
在此之后，窑要用干净和干燥的粒度在lO－15mm的石灰石填充。
一旦小颗粒石灰石料线达到了下部桥，出料推杆就以每10分钟一个冲程操作来移动料柱．在上过桥已经被石灰石遮盖之后，窑内进一步用40－80mm规格的石灰石来填满。
当窑顶探尺出现高料位后，出料推杆就以每40秒一个冲程操作来移动料柱．直至小颗粒石灰石完全被置换出来。
窑的加热升温，首先是所有的下部烧嘴用最低量的燃气点火。
助燃空气可以按烧嘴的空气比λ=0.2－0.3相应调节。
也可以按（仅是开始时）大约1．5-2．2来调节。
所采用的适用程序由制造方工程师决定。
窑加热升温期间关于升温的意见，必须根据耐火材料制造商提供升温曲线（升温曲线见附表），采用热电偶测温，对于下部燃烧室不应超过约10－15℃/每小时。
如果下部燃烧室的温度升得太快（尽管是尽可能最小的燃气量），可以增加助燃空气量，直到温升又恢复正常（约15℃／h）。
在下部燃烧室温度稳定升高约3到4小时的一段时间后，那么燃气量做些增加。
或是在可能的情况下减少助燃空气量，但不能低于极限燃烧“空气比”。
在加热升温期间，竖窑内的石灰石料必须连续向下运动，否则可能会引起堵塞。
（若有15分钟石灰石没有出料，需处理）只要石灰窑开始卸出石灰石，那么石灰石的日卸料量至少必须达到竖窑石灰产量额定量的50～60％，只要有部分煅烧的石灰石卸出，那么给入窑内的石灰石产量必须增加到与常规石灰石输入量的70％
石灰冷却空气的抽入量必须要与加热升温期结束时最新获得的竖窑产量相一致。
由于加热升温期间的初期废气仍然是冷的，因此废气蝶阀和石灰冷却空气蝶阀必须以废气风机电机不过载的形式调节。
因此要特别注意风机电流的指数.
窑项内的负压必须高于压力测量装置所允许的最小值，否则就不能启动驱动风机和烧嘴。
上部烧嘴首先以可能的最少量燃气点火，并用高富余量的助燃空气，在温度达到大约1000℃时转换成空气不足燃烧。
通过关小“下内筒冷却空气环管放散阀”蝶阀，则助燃空气量就增加。
必须注意以下三点的最高允许温度值，上内筒放散温度、上部过桥金属导管温度、下部内圆筒体预热空气引出处的温度。
在上部烧嘴点火之后升温的约2小时时间内，上部燃烧室的升温必须仔细观察。
如果温度升得太快，那么就要减少燃气量，或是增加助燃空气量。
如此相反，如果上部燃烧室的温度降低了，那么就是空气比选择得太大，助燃空气量必须通过降低烧嘴的空气比来降低。
在加热升温期间，只要竖窑废气出口处的温度低于200℃，那么“换热器废气出口”蝶阀要保持关闭。
与此同时，集中在换热器中的冷凝水要通过灰尘闸板排掉。
在此之后，灰尘闸板必须立即关闭以避免环境空气的渗入!
只要废气温度达到足够高，在任何情况下“换热器废气出口”的蝶阀都要打开，否则的话，换热器内部的管子可能会因冷凝由于灰尘沉积而堵塞。
由于上部燃烧室因给入的空气过多加热升温缓慢，并由于下部烧嘴的助燃空气量太多以及由于石灰冷却空气量太多，致使废气温度升得太高，如果出现这种情况，那么输入的空气量就应相应减少。
如果竖窑停炉较长一段时间后，燃烧室的温度已经降到900℃。
以下，那么加热升温必须是缓慢的，而且只能依照耐火材料供货商的介绍进行。
这可能指的是温度的增加必须以不超过15℃／小时为标准以避免耐火砖衬里的损坏。
在竖窑加热升温期间，烧嘴面板必须要检查以确保其紧密配合。
注意：
加固螺钉必须固定得不太紧，否则的话，烧嘴面板可能会从耐火砖衬中弯曲出来，会变得很热而损坏!
烧嘴板的隔热包装必须有规律地进行检查，检查他们适用的条件和正确的密封。
如果环境空气进入将增加竖窑的热量消耗，将导致上部燃烧室的温度升高，这是因为上部烧嘴是在空气量不足的情况下操作的。
在竖窑加热升温之前，所有固定在外部钢制壳上靠近下部耐火衬里的所有锚固螺栓必须要有足够的松开度，以致不会因加热升温时窑壳向外运动而扯开。
通常在运行大约100小时的时间后，风机和鼓风机必须要检查。
套筒窑的热工参数主要是温度和个部分气体的流量，参数控制按下表。
部位名称最大值正常值
燃烧室温度1350℃1100－1330℃
循环气体温度960℃800－940℃
出料平台温度150℃80－130℃
下内筒气体排出温度400℃300－380℃
换热器废气入口温度800℃650－750℃
喷射空气预热温度510℃350－500℃
废气引风机入口温度330℃150－200℃
冷却空气环管预热温度200℃200℃
最高允许温度值的状态必须在任何情况下都不能超过，不注意观察可能会造成竖窑钢结构、内部骨料和耐火砖衬里的损坏。
最小的石灰竖窑产量大约是常规额定产量的70％，以近拟值算。
所允许的最小石灰竖窑产量主要取决于竖窑内部物料流的特性。
这种状况取决于物料的颗粒结构，而很大程度上取决于粘附杂质可能会引起物料粘结。
特别是在竖窑以最低产量生产时，特别要通过窑顶探尺连续监控料位指示仪仔细观察窑内物料的连续下移情况。
如果窑内物料流动产生了很大的不规则性，那么石灰的卸料速度就要立刻增加。
2.2点火操作
总助燃空气的供给：
在烧嘴点火之前，必须要有足够量的助燃空气供到窑内。
由于采用了电气联锁系统，风机和鼓风机只能按照下列顺序进入运行状态：
1、内部圆桶体冷却空气鼓风机启动
2、废气风机启动：
在启动风机之前，要特别注意“废气”蝶阀的是关闭状态!
废气风机只有在内部圆筒体冷却空气已经有足够压力后才能启动。
3、启动驱动空气鼓风机，该鼓风机只能在窑项内有足够负压（－0.1Kpa）的情况下，才能启动（负压由废气风机产生）。
如果在此联锁链节上有一个装置失败，那么已成功启动的装置都将自动切断关掉。
烧嘴作业的启动
在各个烧嘴点火之前，必须对其燃烧室通风3分钟!
启动顺
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