套筒石灰窯的設(shè)備綜合改進(jìn)

程亞旭

摘 要：套筒石灰窯是德國(guó)貝肯巴赫爐窯公司發(fā)明的，此類石灰窯至今在我國(guó)已有幾百座，逐漸替代了以前技術(shù)落后、環(huán)保不達(dá)標(biāo)、能源消耗高的豎窯。并且此類型窯與其他豎窯相比在產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量方面具有很大的優(yōu)越性。本文就套筒石灰窯的設(shè)備綜合改進(jìn)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：套筒石灰窯；設(shè)備；改進(jìn)

引言

二十多年來(lái)，我國(guó)冶金行業(yè)通過(guò)引進(jìn)和自主開(kāi)發(fā)建設(shè)了一批活性石灰窯，使優(yōu)質(zhì)活性石灰的產(chǎn)量占到了冶金石灰總產(chǎn)量的30%左右，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。套筒石灰窯生產(chǎn)的活性石灰具有氣孔率高（50%）、表面積大（1.5～2m2/kg）、活性高（活性度345～400mL）、硫含量低等特點(diǎn)，煉鋼使用提高了成渣速度，提高了脫磷、脫硫效率，減少了噴濺，穩(wěn)定了煉鋼操作。

一、套筒石灰窯工作原理

套筒窯是圓形橫截面，窯身為環(huán)狀。裝料由頂部料鐘（布料器）加入，出料用液壓推桿（液壓缸）。窯以負(fù)壓或正壓操作均可，負(fù)壓操作有利于環(huán)保，并且能夠保證未充分燃燒的形成的CO不外泄，杜絕人員CO中毒，保證司窯人員安全。由上下兩排燒嘴進(jìn)行燃燒（上燃燒室1200～1300℃、下燃燒室1300～1350℃），燃料可以是油、煤氣或粉狀固體燃料。石料進(jìn)入窯窯后，隨著石料的下移，可以分為預(yù)熱帶、上部逆流煅燒帶、中部逆流煅燒帶、下部并流煅燒帶。窯從內(nèi)套筒抽出的熱氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱驅(qū)動(dòng)空氣后，再與從預(yù)熱帶抽出的廢氣混合（150～250℃）組成外排廢氣，經(jīng)凈化處理后排入大氣。在窯的中心裝有一個(gè)立式或吊式的圓筒（內(nèi)套筒），煅燒帶便成為環(huán)形截面。燃燒室以徑向安裝在窯的外筒上。在燃燒室朝向窯內(nèi)開(kāi)口的地方有耐火材料砌筑的“火橋”，將內(nèi)外筒體連接起來(lái)?！盎饦颉毕率菍⑽锪蠌较蚯袛唷＿@樣保證了燃燒氣體均勻進(jìn)入物料并釋放其熱量。上下燃燒室交錯(cuò)排列，以達(dá)到氣體的均勻分布。兩排燒嘴把窯分成3個(gè)煅燒帶，其中上面與中間的呈逆流煅燒，下面為并流煅燒。入窯的石灰石在預(yù)熱帶先以對(duì)流方式得到預(yù)熱，然后進(jìn)入上部煅燒帶。在上燃燒室內(nèi)未完全燃燒的熱氣體在這里完全燃燒，石灰石進(jìn)行分解；在中間煅燒帶，物料和從下燃燒室分流出來(lái)的熱氣體逆流煅燒而繼續(xù)分解；在下部煅燒帶，物料和從下燃燒室分流出來(lái)的熱氣體并流煅燒而完全分解成石灰。石灰進(jìn)入冷卻帶。石灰的冷卻空氣由窯的出料口引進(jìn)，繼續(xù)向上，與并流燃燒氣體混合（800～930℃），進(jìn)入下內(nèi)套筒。燒煤氣時(shí)燒嘴使用兼作冷卻內(nèi)套筒的空氣；燒油（或煤粉）時(shí)則使用噴射空氣作附加空氣。在并流帶內(nèi)用噴射器保持并流狀態(tài)，噴射器所用的驅(qū)動(dòng)空氣經(jīng)預(yù)熱器加熱（400～500℃）。冷卻空氣和燃燒氣體組成的混合氣體（300～370℃）由噴射器在上排燒嘴以上從內(nèi)套筒中抽出。這部分氣體又被切向引到下部燃燒室。

二、優(yōu)化及實(shí)施

2.1入窯煤氣自動(dòng)控制

穩(wěn)定的燃料供應(yīng)是套筒窯生產(chǎn)出高活性石灰的基本條件。當(dāng)入窯煤氣的熱值或壓力波動(dòng)范圍超過(guò)規(guī)定，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因溫度過(guò)高而燒結(jié)，并可能釀成重大的生產(chǎn)事故，還會(huì)使產(chǎn)品的熱耗過(guò)高增加成本。當(dāng)入窯煤氣的熱值或壓力過(guò)低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)生燒狀況，導(dǎo)致石灰成品灼減和活性度不能滿足燒結(jié)、煉鋼要求，造成質(zhì)量事故。

煤氣壓力與煤氣流量成正比，當(dāng)煤氣的熱值發(fā)生變化或因煤氣壓力的變化，使入窯煤氣的流量發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起單位時(shí)間內(nèi)向窯內(nèi)供應(yīng)煤氣的總熱量的改變。當(dāng)煤氣熱值和壓力波動(dòng)較大時(shí)，很難靠人工調(diào)節(jié)的辦法來(lái)保證人爐煤氣總熱量的基本穩(wěn)定，需采用反饋控制技術(shù)對(duì)入窯煤氣總熱量進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。煤氣熱值通過(guò)調(diào)節(jié)入窯煤氣的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)改進(jìn)軟件編程，達(dá)到對(duì)該系統(tǒng)的閉環(huán)控制。煤氣熱值采自煤氣熱值儀，石灰產(chǎn)量由軟件內(nèi)部設(shè)置的液壓出灰裝置出灰周期計(jì)算而得。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由閥門和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，閥門的調(diào)節(jié)器置于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部。流量檢測(cè)儀器由流量孔板和流量變送器組成，檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)模擬量輸入模塊送人PLC，實(shí)現(xiàn)了入窯煤氣自動(dòng)控制。

2.2旋轉(zhuǎn)布料器堵轉(zhuǎn)和超限位問(wèn)題的解決

原料由上料小車提升到窯頂后被倒進(jìn)旋轉(zhuǎn)布料器，通過(guò)旋轉(zhuǎn)布料器均勻地將爐料投入7個(gè)受料位內(nèi)，當(dāng)依次在7個(gè)受料位各完成1次卸料時(shí)為完整的1個(gè)布料周期。有1個(gè)固定的受料點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)布料器的1號(hào)位受料，受料后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)依次在1～7號(hào)位卸料，每卸料后空載沿逆時(shí)針?lè)较驈男读衔晦D(zhuǎn)回1號(hào)位受料。旋轉(zhuǎn)布料器由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度由單向節(jié)流閥調(diào)整。旋轉(zhuǎn)布料器速度過(guò)快，空載旋轉(zhuǎn)的布料器停止時(shí)易在慣性的作用下沖過(guò)接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)范圍，使控制系統(tǒng)測(cè)不到旋轉(zhuǎn)布料器的位置而導(dǎo)致控制過(guò)程中斷；速度過(guò)慢，重載運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)布料器易在運(yùn)行途中堵轉(zhuǎn)。

通過(guò)對(duì)該設(shè)備液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)分析可知，因選取的液壓馬達(dá)體積排量過(guò)小，油泵供出的液壓油有3/4以上要經(jīng)過(guò)溢流閥溢流，結(jié)果使系統(tǒng)的剛度過(guò)低，造成旋轉(zhuǎn)布料器在空載和重載時(shí)速度差別較大。也使回路的功率特性較差效率較低，經(jīng)實(shí)際測(cè)算大約只有20%，使得液壓馬達(dá)的負(fù)載能力很差，在低速重載時(shí)容易堵轉(zhuǎn)。解決以上問(wèn)題，需從克服因效率低和剛性差對(duì)系統(tǒng)造成的不利影響人手。

改進(jìn)方法：不固定受料點(diǎn)，使整個(gè)布料過(guò)程中旋轉(zhuǎn)布料器沒(méi)有空載行程，負(fù)載只在一個(gè)不大的范圍內(nèi)波動(dòng)，速度波動(dòng)也不大，使速度調(diào)節(jié)裕度變大?？朔鹘y(tǒng)布料器控制程序的缺點(diǎn)，增加1臺(tái)液壓馬達(dá)，使液壓馬達(dá)由原串聯(lián)系統(tǒng)單元變?yōu)椴⒙?lián)冗余單元，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2.3卷?yè)P(yáng)機(jī)優(yōu)化

原有卷筒的設(shè)計(jì)不合理。軸和滾筒材質(zhì)分別是35號(hào)鋼和ZG230—450，輻板的材質(zhì)是Q235，軸和卷筒分別與輻板焊接。由于35號(hào)鋼和ZG230—450這2種材料焊接性能一般，不適合用于受力要求較高的焊接結(jié)構(gòu)，而輻板的剛性較差，受力時(shí)容易在焊縫處產(chǎn)生較大的應(yīng)力。以上2個(gè)原因使得焊縫處的疲勞強(qiáng)度小于疲勞應(yīng)力，降低了卷簡(jiǎn)裝置的可靠性。其次，原設(shè)計(jì)上料小車的際準(zhǔn)載重為2.5t，單斗上料時(shí)間為204s。這樣如果產(chǎn)量達(dá)到每日500t需上料58批，而每批料需用時(shí)間1259s，每天上料系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間累計(jì)為73022s。上料系統(tǒng)在每批料之間的間隔時(shí)問(wèn)為230s。在如此短的時(shí)問(wèn)內(nèi)，操作工根本無(wú)法對(duì)上料系統(tǒng)的設(shè)備在不影響生產(chǎn)的情況下，進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和日常點(diǎn)檢。由于受卷?yè)P(yáng)機(jī)瓶頸制約，限制了產(chǎn)量的增加。

在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析的基礎(chǔ)上對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是改進(jìn)卷筒裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。在提高其可靠性和維修性的基礎(chǔ)上同時(shí)也提高了承載能力，增加了對(duì)制動(dòng)器等易損元件的工作狀況的監(jiān)測(cè)功能，保證了該系統(tǒng)在設(shè)備不正常時(shí)能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免事故的發(fā)生。通過(guò)改進(jìn)上料系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)，石灰窯單斗運(yùn)行時(shí)間可減少24s，加一批料可節(jié)約時(shí)間144s，使每一批料的問(wèn)隔時(shí)問(wèn)為374.s。解決了在不影響生產(chǎn)的前提下對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常檢查、維護(hù)的問(wèn)題上料裝置的系統(tǒng)優(yōu)化后，提高了上料系統(tǒng)的負(fù)載能力，可使單斗載重量由原設(shè)計(jì)的2.5t提高到3t，提高了生產(chǎn)能力。

2.4旋轉(zhuǎn)布料器上下摩擦盤潤(rùn)滑裝置改造

旋轉(zhuǎn)布料器上下摩擦盤共有16個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)用于摩擦盤的潤(rùn)滑和密封，其中上下摩擦盤各8個(gè)。按原設(shè)計(jì)16個(gè)點(diǎn)的潤(rùn)滑操作是在旋轉(zhuǎn)布料器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由工人來(lái)完成但在旋轉(zhuǎn)布料器控制程序優(yōu)化后上一批料需要l115s，在此過(guò)程中旋轉(zhuǎn)布料器累計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)僅21s，給16個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)加一次潤(rùn)滑脂需要3h以上且必須在設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑操作，也不利于潤(rùn)滑工人的安全。為解決此問(wèn)題，選用了德國(guó)福鳥(niǎo)自動(dòng)潤(rùn)滑裝置自動(dòng)為摩擦盤潤(rùn)滑，取得了較好的效果。

2.5旋轉(zhuǎn)布料器下摩擦盤結(jié)構(gòu)改造

旋轉(zhuǎn)布料器下摩擦盤是易損件，原設(shè)計(jì)為整體式焊接結(jié)構(gòu)，更換時(shí)必須將旋轉(zhuǎn)料斗拆除才能安裝，工作量非常大。改進(jìn)后的摩擦盤為分段式裝配結(jié)構(gòu)，拆裝簡(jiǎn)單，不停產(chǎn)就可更換。

三、結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化改進(jìn)后消除了套筒窯設(shè)備系統(tǒng)中原有的薄弱環(huán)節(jié)，提高了套筒窯的裝備技術(shù)水平。人爐煤氣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，平均每生產(chǎn)lt石灰耗轉(zhuǎn)爐煤氣由原來(lái)的635m/t降為559m/t，生產(chǎn)成本降低。煤氣流量實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，使產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定

參考文獻(xiàn)：

[1]侯敬軍，劉法序.套筒石灰窯的設(shè)備綜合改進(jìn)[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（18）：35-36.