淺析石灰窯的生產(chǎn)控制

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(中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司，青海 德令哈 817099)

淺析石灰窯的生產(chǎn)控制

王財(cái)和，張海濤，東曲，金躍鵬

(中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司，青海 德令哈 817099)

結(jié)合石灰窯日常生產(chǎn)組織的實(shí)際，解析CaCO3分解率偏低、消耗高的主要影響因素，提出了優(yōu)化改進(jìn)措施并進(jìn)行了效果驗(yàn)證。

石灰窯；CaCO3分解率；配焦率；送風(fēng)量；操作管控

1 石灰窯的生產(chǎn)分析

我公司自2011年投產(chǎn)至2013年，新投入的生產(chǎn)裝置處在磨合期，生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行不平穩(wěn)停開車較頻繁。2014年至今，隨著設(shè)備不斷改進(jìn)完善，人員操作熟練程度和對(duì)石灰窯的了解掌握不斷深入，公司生產(chǎn)系統(tǒng)不斷持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，產(chǎn)能不斷釋放。2016年CO2和CaO在運(yùn)行6臺(tái)石灰窯情況下不能滿足生產(chǎn)系統(tǒng)，迫使增開了一臺(tái)石灰窯，現(xiàn)7臺(tái)石灰窯運(yùn)行。生產(chǎn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)于石灰工序節(jié)能降耗工作提供了良好條件。

2 CaCO3分解率低、消耗偏高影響因素和優(yōu)化措施

我們知道，石灰石煅燒溫度不宜過(guò)高，最佳情況是石灰維持微生燒，石灰利用率可達(dá)75%以上，石灰石和焦炭消耗定額也降低。碳酸鈣分解率越高越好，所以一般CaCO3總分解率控制在94%以上，還應(yīng)指出，必須重視煅燒質(zhì)量以提高CaCO3的有效分解率，這是降低石耗實(shí)質(zhì)性指標(biāo)，一般可達(dá)84%左右。因此在生產(chǎn)中提高CaCO3分解率降低消耗主要是從降低石灰窯出氣溫度和取灰溫度，減少物料帶出的熱損失著手做工作。

CaCO3分解率是指已分解的碳酸鈣量與投入石灰窯中的全部碳酸鈣量的百分比，稱為碳酸鈣的分解率。也稱為煅燒度或煅燒率。為了使CaCO3能夠分解，必須提高煅燒溫度以增加CaCO3分解壓力，或移出生成的CO2氣體，以降低系統(tǒng)的氣相CO2分壓。從而提高碳酸鈣分解率。

2.1 石灰窯頂溫的管控

石灰窯本身是一個(gè)十分精細(xì)、敏感和抽象的操作單元，又鑒于對(duì)風(fēng)量使用比較敏感，生產(chǎn)過(guò)程中影響頂溫因素較多等，當(dāng)窯況發(fā)生變化時(shí)給判斷誘因和恢復(fù)窯況帶來(lái)較大困難。以φ5300石灰窯為例，在實(shí)際的生產(chǎn)中摸索到，當(dāng)頂溫持續(xù)偏高時(shí)間較短，窯虧熱較少，幾個(gè)小時(shí)后就會(huì)好轉(zhuǎn)。如果頂溫持續(xù)超200 ℃時(shí)間較長(zhǎng)，窯況就會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)，處理起來(lái)比較困難，處理時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)窯況的生產(chǎn)能力影響較大。持續(xù)偏高的出氣溫度使混合料進(jìn)入煅燒區(qū)后窯氣指標(biāo)持續(xù)偏低， 后續(xù)灰質(zhì)也有變差現(xiàn)象。 鑒于這種情況一方面只有通過(guò)加大上石量的方法來(lái)恢復(fù)窯況，另一方面可間歇上石，使頂溫始終控制在經(jīng)濟(jì)范圍，取灰溫度允許的情況下減少送風(fēng)量，一般十幾小時(shí)恢復(fù)正常頂溫。在調(diào)整過(guò)程中力度要做到狠、快、準(zhǔn)，這樣有利于窯況的盡快恢復(fù)，使石灰窯頂溫控制在合格范圍內(nèi)。

在實(shí)際操作中，要求每次加減風(fēng)量不準(zhǔn)超1 kPa的風(fēng)壓，讓操作人員逐步掌握生產(chǎn)負(fù)荷，把握各窯應(yīng)給風(fēng)量范圍。一定程度上，避免生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)影響石灰窯工況。在平常的操作中，盡可能的根據(jù)頂灰溫變化情況微調(diào)(0.5 kPa以內(nèi))風(fēng)壓。操作中每次風(fēng)量的調(diào)整都要考慮到石灰窯后續(xù)的變化，以此來(lái)杜絕加減風(fēng)后對(duì)石灰窯后續(xù)窯況不可控的后果。表1列舉了我公司2014～2017年5月份頂溫平均值的對(duì)比。

表1 2014～2017年5月份各灰窯出氣溫度(℃)平均值

2.2 石灰窯取灰溫度的管控

石灰窯取灰操作是指在一個(gè)循環(huán)上料周期中，為保證窯內(nèi)物料平衡，相應(yīng)取出與上石量相當(dāng)量的生石灰，從而實(shí)現(xiàn)物料平衡。

實(shí)際的生產(chǎn)中，取灰溫度、出灰時(shí)間不平穩(wěn)，各窯取灰量隨意性較大，致使灰溫漲幅較大，有時(shí)帶火、出紅火現(xiàn)象。要求操作人員根據(jù)掌握每座石灰窯轉(zhuǎn)盤取灰量的不同和生產(chǎn)能力，總結(jié)出取灰、停取灰時(shí)間合理頻次范圍。在生產(chǎn)中，以DCS系統(tǒng)的取灰轉(zhuǎn)盤電流趨勢(shì)為參照，便于崗位操作并結(jié)合生產(chǎn)系統(tǒng)的用量，既滿足了生產(chǎn)所需的生石灰，又均衡了各窯的取灰量。通過(guò)實(shí)施及強(qiáng)化多臺(tái)窯取灰規(guī)律的管控，一定程度上，灰溫有所好轉(zhuǎn)，帶火現(xiàn)象得到有效控制，各窯灰溫達(dá)到工藝要求范圍內(nèi)。同時(shí)各窯料層、上石量也持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

在實(shí)際的生產(chǎn)中我們摸索出，高原性氣候晝夜溫差大的特點(diǎn)，在夜間室外溫度驟降石灰窯給風(fēng)量盡可能不采取減風(fēng)措施。通過(guò)摸索取灰溫度有升高趨勢(shì)時(shí)，石灰窯出氣溫度在經(jīng)濟(jì)情況內(nèi)且適當(dāng)加風(fēng)為宜。生產(chǎn)負(fù)荷允許、出氣溫度可控，也可適當(dāng)減少上石量加以調(diào)整。一方面，取灰溫度持續(xù)升高時(shí)、有帶火或出紅火現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)加風(fēng)并給予適當(dāng)調(diào)節(jié)石灰窯生產(chǎn)量，一般在4～5 h灰溫可恢復(fù)正常。在這期間風(fēng)量的把控尤為重要，及時(shí)觀察窯頂出氣溫度的變化，避免后續(xù)出氣溫度持續(xù)升高影響指標(biāo)和窯的工況；另一方面，窯出氣、取灰溫度皆高時(shí)，應(yīng)減少配焦率，減少石灰窯生產(chǎn)量，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整風(fēng)量，一般在30 h內(nèi)可恢復(fù)正常。取灰溫度的調(diào)節(jié)，要以窯的生產(chǎn)負(fù)荷和各窯綜合指標(biāo)為依據(jù)，操作的拿捏和把控相當(dāng)重要。表2列舉了我公司2014～2017年5月份取灰溫平均值的對(duì)比。

表2 2014～2017年5月份取灰溫(℃)平均值

3 石灰石、焦炭理化指標(biāo)

3.1 石灰石

石灰石巖層主要是由方解石礦物組成的碳酸巖，其抗壓強(qiáng)度可分為兩個(gè)層理測(cè)試得到，垂直層理方向一般可達(dá)60～140 MPa，平行層理方向一般達(dá)70～120 MPa。我公司自產(chǎn)石灰石質(zhì)地堅(jiān)硬且主含量、酸不溶物不穩(wěn)定，石灰石在窯內(nèi)分解速度較慢，粒度在70～150 mm的大塊石灰石在窯內(nèi)無(wú)法燒透，導(dǎo)致返石量較大，石灰石消耗較高。由于石灰石雜質(zhì)含量高導(dǎo)致各窯結(jié)瘤嚴(yán)重。

石灰石粒度越小，它在窯內(nèi)停留時(shí)間短。但是石灰石粒度減小，也有一定限度，粒度過(guò)小，也會(huì)增加窯內(nèi)阻力。氣體分布變壞，破壞灰窯煅燒工況，形成偏燒、局部高溫或生成“瘤塊”，增加了燃料消耗量，降低石灰窯的生產(chǎn)能力和窯氣CO2濃度。因而，石灰石粒度應(yīng)均勻，灰窯區(qū)域穩(wěn)定，有利于石灰窯平穩(wěn)運(yùn)行和分解率的提高。實(shí)踐表明，石灰石粒度控制在60～120 mm為宜。 雖石灰石質(zhì)地堅(jiān)硬，在煅燒過(guò)程中分解完全的石灰產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)重粉化、碎化現(xiàn)象，而石灰窯的送風(fēng)阻力增加，破壞了氣體所經(jīng)過(guò)的通道而使通風(fēng)異常彎曲勉強(qiáng)、風(fēng)走偏流，降低了氣體通過(guò)和分布的效果，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)憋壓、灰溫驟升和取灰?guī)Щ?，影響CaCO3分解反應(yīng)和正常的有效組織。

鑒于各窯結(jié)瘤、粉末化、細(xì)灰化現(xiàn)象，采取石灰窯頂溫、取灰溫度經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的管控，先對(duì)單臺(tái)灰窯減少配煤率，同時(shí)控好頂溫和取灰溫度。表3說(shuō)明各窯況不斷好轉(zhuǎn)后分解率至理論值，消耗隨之下降。

表3 2014～2017年5月份分解率(%)平均值

3.2 焦炭

倘若焦炭粒度較大，則來(lái)不及在煅燒區(qū)內(nèi)完全燃燒就直接轉(zhuǎn)移到冷卻區(qū)，物料來(lái)不及冷卻即被取出，不但增加了取灰溫度，也造成焦炭等物料的浪費(fèi)。反之焦炭粒度小，一方面增加窯內(nèi)阻力，另一方面在煅燒區(qū)內(nèi)很快就燒完殆盡致使窯氣、分解率指標(biāo)低，增加消耗量。焦炭的粒度應(yīng)使其燃燒時(shí)間與石灰石的煅燒時(shí)間相匹配，而在生產(chǎn)負(fù)荷不變的情況下，石灰石的煅燒時(shí)間主要取決于石灰石的粒度，因此石灰石的粒度較小，焦炭粒度也應(yīng)較小，反之，石灰石的粒度較大，焦炭粒度也應(yīng)隨之調(diào)大。還應(yīng)指出，石灰窯負(fù)荷較大時(shí)不應(yīng)增加混合料中石灰石重量，在實(shí)際生產(chǎn)中計(jì)量槽配石在1.2 t為宜，超出易影響混合效果且降低CaCO3的分解率，增加了消耗量。鑒于我公司使用的石灰石質(zhì)地堅(jiān)硬，在實(shí)際生產(chǎn)中摸索，焦炭粒度控制在30～50 mm為佳。

我們知道，進(jìn)窯石灰石正常分解溫度控制在1050～1300 ℃，若使用較高的固定碳焦炭(大于85%)，焦比的減少應(yīng)提高物料的混合均勻，保證布料良好。避免熱量局部集中釋放，造成石灰窯結(jié)瘤，灰溫異常等現(xiàn)象。

揮發(fā)分是指焦炭中的有機(jī)物質(zhì)受熱分解出一部分的液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物占焦樣質(zhì)量的比例。因揮發(fā)分逸出后焦炭的空隙較多，焦炭與氧氣接觸面積大大增加，焦炭燃燒的速度、強(qiáng)度均隨之提高。因此，焦炭的揮發(fā)分是決定其燃燒速度和燃燒難易程度的重要指標(biāo)。因此，為保證較高的石灰石分解率及灰窯消耗量的降低，根據(jù)石灰窯生產(chǎn)特點(diǎn)和要求，一般規(guī)定焦炭揮發(fā)分控制在2%左右。

4 配焦率和送風(fēng)量

我們知道，焦比高則燃料耗量增加，相應(yīng)加大了供燃料燃燒用的空氣量，同時(shí)增加了帶入的氮?dú)?，使窯氣CO2濃度降低，因此要在保證石灰石分解率的條件下降低焦比，即節(jié)約燃料又提高窯氣CO2濃度。

4.1 配焦

在實(shí)際的生產(chǎn)中，我們摸索到石灰窯焦比高，致使取灰和出氣溫度高、灰生燒、嚴(yán)重時(shí)取灰?guī)Щ?、結(jié)瘤、給風(fēng)量較大等現(xiàn)象。根據(jù)癥結(jié)拿捏住適宜的焦比并降低石灰窯出氣和取灰溫度。每減少焦比一次待30 h后再進(jìn)行焦比的調(diào)整為宜。加強(qiáng)觀察灰質(zhì)和窯氣指標(biāo)的變化，同時(shí)嚴(yán)格把控好石灰窯出氣和取灰溫度，防止了焦比反彈。通過(guò)精心操作石灰窯熱效率不斷提升，也減少結(jié)瘤和石灰產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)重粉化、碎化現(xiàn)象，相應(yīng)提高了CaCO3分解率和降低了消耗。

4.2 送風(fēng)量

在生產(chǎn)中操作人員要掌握住石灰窯火層變化和規(guī)律，風(fēng)量的調(diào)節(jié)相當(dāng)重要。在一定程度上，一次適宜的給風(fēng)量的調(diào)整需要3～4 h后才有變化。給風(fēng)不及時(shí)和給風(fēng)量較大，在相當(dāng)?shù)臅r(shí)間段(4～8 h)體現(xiàn)不出來(lái)。后續(xù)的變化是持續(xù)的，體現(xiàn)石灰窯取灰、出氣溫度不可控局面，再次的加減風(fēng)量拿捏不準(zhǔn)會(huì)造成石灰窯的又一次窯況的沖擊，給窯況的恢復(fù)加大難度。此情況正確的給風(fēng)量后，一般要在10 h以上可恢復(fù)。

5 操作管控

在實(shí)際的生產(chǎn)中，操作人員對(duì)石灰窯指標(biāo)的把控、對(duì)石灰窯了解的深淺、操作經(jīng)驗(yàn)和理論多寡、對(duì)問(wèn)題分析處理的正確與否，也是影響CaCO3分解率和消耗重要因素。倘若，不能根據(jù)實(shí)際情況合理平衡多臺(tái)石灰窯的生產(chǎn)負(fù)荷，不能根據(jù)石灰窯實(shí)際狀況、上料量的正確配風(fēng)，不能及時(shí)、精準(zhǔn)配置焦比等，都會(huì)造成分解率偏低和消耗的升高。

如此看來(lái)，加強(qiáng)日常操作管理、不斷提高員工操作技能、強(qiáng)化員工的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)對(duì)石灰窯的平穩(wěn)運(yùn)行管控、節(jié)能降耗尤為必要。

[1] 陳學(xué)勤.氨堿法純堿工藝[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1990

科 學(xué) 試 驗(yàn)

TQ114.161

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1005-8370(2017)05-11-03

2017-05-26

王財(cái)和(1975—)，男，漢族，籍貫青海湟中縣，工程師，大專，石灰車間主任。