套筒石灰窑的设备综合改进

程亚旭

摘 要：套筒石灰窑是德国贝肯巴赫炉窑公司发明的，此类石灰窑至今在我国已有几百座，逐渐替代了以前技术落后、环保不达标、能源消耗高的竖窑。并且此类型窑与其他竖窑相比在产品质量和产量方面具有很大的优越性。本文就套筒石灰窑的设备综合改进进行分析。

关键词：套筒石灰窑；设备；改进

引言

二十多年来，我国冶金行业通过引进和自主开发建设了一批活性石灰窑，使优质活性石灰的产量占到了冶金石灰总产量的30%左右，但还远远不能满足需要。套筒石灰窑生产的活性石灰具有气孔率高（50%）、表面积大（1.5～2m2/kg）、活性高（活性度345～400mL）、硫含量低等特点，炼钢使用提高了成渣速度，提高了脱磷、脱硫效率，减少了喷溅，稳定了炼钢操作。

一、套筒石灰窑工作原理

套筒窑是圆形横截面，窑身为环状。装料由顶部料钟（布料器）加入，出料用液压推杆（液压缸）。窑以负压或正压操作均可，负压操作有利于环保，并且能够保证未充分燃烧的形成的CO不外泄，杜绝人员CO中毒，保证司窑人员安全。由上下两排烧嘴进行燃烧（上燃烧室1200～1300℃、下燃烧室1300～1350℃），燃料可以是油、煤气或粉状固体燃料。石料进入窑窑后，随着石料的下移，可以分为预热带、上部逆流煅烧带、中部逆流煅烧带、下部并流煅烧带。窑从内套筒抽出的热气经预热器预热驱动空气后，再与从预热带抽出的废气混合（150～250℃）组成外排废气，经净化处理后排入大气。在窑的中心装有一个立式或吊式的圆筒（内套筒），煅烧带便成为环形截面。燃烧室以径向安装在窑的外筒上。在燃烧室朝向窑内开口的地方有耐火材料砌筑的“火桥”，将内外筒体连接起来。“火桥”下是将物料径向切断。这样保证了燃烧气体均匀进入物料并释放其热量。上下燃烧室交错排列，以达到气体的均匀分布。两排烧嘴把窑分成3个煅烧带，其中上面与中间的呈逆流煅烧，下面为并流煅烧。入窑的石灰石在预热带先以对流方式得到预热，然后进入上部煅烧带。在上燃烧室内未完全燃烧的热气体在这里完全燃烧，石灰石进行分解；在中间煅烧带，物料和从下燃烧室分流出来的热气体逆流煅烧而继续分解；在下部煅烧带，物料和从下燃烧室分流出来的热气体并流煅烧而完全分解成石灰。石灰进入冷却带。石灰的冷却空气由窑的出料口引进，继续向上，与并流燃烧气体混合（800～930℃），进入下内套筒。烧煤气时烧嘴使用兼作冷却内套筒的空气；烧油（或煤粉）时则使用喷射空气作附加空气。在并流带内用喷射器保持并流状态，喷射器所用的驱动空气经预热器加热（400～500℃）。冷却空气和燃烧气体组成的混合气体（300～370℃）由喷射器在上排烧嘴以上从内套筒中抽出。这部分气体又被切向引到下部燃烧室。

二、优化及实施

2.1入窑煤气自动控制

稳定的燃料供应是套筒窑生产出高活性石灰的基本条件。当入窑煤气的热值或压力波动范围超过规定，造成产品质量不稳定，严重时会因温度过高而烧结，并可能酿成重大的生产事故，还会使产品的热耗过高增加成本。当入窑煤气的热值或压力过低时，会出现生烧状况，导致石灰成品灼减和活性度不能满足烧结、炼钢要求，造成质量事故。

煤气压力与煤气流量成正比，当煤气的热值发生变化或因煤气压力的变化，使入窑煤气的流量发生变化时，都会引起单位时间内向窑内供应煤气的总热量的改变。当煤气热值和压力波动较大时，很难靠人工调节的办法来保证人炉煤气总热量的基本稳定，需采用反馈控制技术对入窑煤气总热量进行动态控制。煤气热值通过调节入窑煤气的流量来实现，通过改进软件编程，达到对该系统的闭环控制。煤气热值采自煤气热值仪，石灰产量由软件内部设置的液压出灰装置出灰周期计算而得。执行机构由阀门和电动执行机构组成，阀门的调节器置于电动执行机构内部。流量检测仪器由流量孔板和流量变送器组成，检测数据通过模拟量输入模块送人PLC，实现了入窑煤气自动控制。

2.2旋转布料器堵转和超限位问题的解决

原料由上料小车提升到窑顶后被倒进旋转布料器，通过旋转布料器均匀地将炉料投入7个受料位内，当依次在7个受料位各完成1次卸料时为完整的1个布料周期。有1个固定的受料点在旋转布料器的1号位受料，受料后逆时针旋转依次在1～7号位卸料，每卸料后空载沿逆时针方向从卸料位转回1号位受料。旋转布料器由液压马达驱动，液压马达的旋转速度由单向节流阀调整。旋转布料器速度过快，空载旋转的布料器停止时易在惯性的作用下冲过接近开关的检测范围，使控制系统测不到旋转布料器的位置而导致控制过程中断；速度过慢，重载运行的旋转布料器易在运行途中堵转。

通过对该设备液压系统技术参数分析可知，因选取的液压马达体积排量过小，油泵供出的液压油有3/4以上要经过溢流阀溢流，结果使系统的刚度过低，造成旋转布料器在空载和重载时速度差别较大。也使回路的功率特性较差效率较低，经实际测算大约只有20%，使得液压马达的负载能力很差，在低速重载时容易堵转。解决以上问题，需从克服因效率低和刚性差对系统造成的不利影响人手。

改进方法：不固定受料点，使整个布料过程中旋转布料器没有空载行程，负载只在一个不大的范围内波动，速度波动也不大，使速度调节裕度变大。克服传统布料器控制程序的缺点，增加1台液压马达，使液压马达由原串联系统单元变为并联冗余单元，提高设备运行的可靠性。

2.3卷扬机优化

原有卷筒的设计不合理。轴和滚筒材质分别是35号钢和ZG230—450，辐板的材质是Q235，轴和卷筒分别与辐板焊接。由于35号钢和ZG230—450这2种材料焊接性能一般，不适合用于受力要求较高的焊接结构，而辐板的刚性较差，受力时容易在焊缝处产生较大的应力。以上2个原因使得焊缝处的疲劳强度小于疲劳应力，降低了卷简装置的可靠性。其次，原设计上料小车的际准载重为2.5t，单斗上料时间为204s。这样如果产量达到每日500t需上料58批，而每批料需用时间1259s，每天上料系统的运行时间累计为73022s。上料系统在每批料之间的间隔时问为230s。在如此短的時问内，操作工根本无法对上料系统的设备在不影响生产的情况下，进行维护保养和日常点检。由于受卷扬机瓶颈制约，限制了产量的增加。

在对整个系统进行可靠性分析的基础上对卷扬机进行了改进设计，重点是改进卷筒装置的设计结构。在提高其可靠性和维修性的基础上同时也提高了承载能力，增加了对制动器等易损元件的工作状况的监测功能，保证了该系统在设备不正常时能够被及时发现，避免事故的发生。通过改进上料系统各运行参数，石灰窑单斗运行时间可减少24s，加一批料可节约时间144s，使每一批料的问隔时问为374.s。解决了在不影响生产的前提下对设备进行日常检查、维护的问题上料装置的系统优化后，提高了上料系统的负载能力，可使单斗载重量由原设计的2.5t提高到3t，提高了生产能力。

2.4旋转布料器上下摩擦盘润滑装置改造

旋转布料器上下摩擦盘共有16个润滑点用于摩擦盘的润滑和密封，其中上下摩擦盘各8个。按原设计16个点的润滑操作是在旋转布料器转动时由工人来完成但在旋转布料器控制程序优化后上一批料需要l115s，在此过程中旋转布料器累计转动仅21s，给16个润滑点加一次润滑脂需要3h以上且必须在设备转动时进行润滑操作，也不利于润滑工人的安全。为解决此问题，选用了德国福鸟自动润滑装置自动为摩擦盘润滑，取得了较好的效果。

2.5旋转布料器下摩擦盘结构改造

旋转布料器下摩擦盘是易损件，原设计为整体式焊接结构，更换时必须将旋转料斗拆除才能安装，工作量非常大。改进后的摩擦盘为分段式装配结构，拆装简单，不停产就可更换。

三、结束语

优化改进后消除了套筒窑设备系统中原有的薄弱环节，提高了套筒窑的装备技术水平。人炉煤气实现自动控制，平均每生产lt石灰耗转炉煤气由原来的635m/t降为559m/t，生产成本降低。煤气流量实现了自动控制，使产品质量更加稳定

参考文献：

[1]侯敬军，刘法序.套筒石灰窑的设备综合改进[J].南方农机，2017，48（18）：35-36.