φ4 800混烧石灰竖窑扩能设备改造

裴小印

（唐山三友建筑安装工程有限公司，河北唐山 063305）

1 混烧型石灰竖窑的结构

在氨碱法纯碱生产中，所使用的石灰窑是以石灰石和焦炭（或无烟煤）为原料的混烧式机械化竖窑，它不仅可以产出高品质的石灰，而且还可以制得高浓度的二氧化碳，能够较好满足纯碱生产的需要。我集团石灰窑设计规格为ø4 800×29 000mm，外径6.46m、内径4.8m、高29m、料层高度21.5m、有效容积434m3、最大设计上石量为28t/h，主要由窑体、上料装置、出料装置、进风装置四部分组成，属于大型露天设备。窑体由壳体、窑衬组成，壳体固定在混凝土的基座上，由10-18mm厚的钢板焊接而成的；窑衬则砌在基座上面的结构支承上，窑的全部重量由钢结构来支撑，窑底钢结构必须十分牢靠，设计的安全富裕系数必须足够。窑衬由壳体向内的排列次序：绝热砖、保温填料、红砖、两层耐火砖。有的石灰窑在煅烧区段再增加一层硅酸铝耐热纤维毡，以保持良好的隔热效果。上料结构由上料斗、料斗架、卷扬机、窑顶受料斗、盅帽、布料器组成。出料装置由螺锥出料机、挡灰板、出灰刮刀、星型出灰机组成。进风装置由鼓风机、风道组成。

2 石灰窑的扩能改造方案

φ4 800石灰窑设计能力为单窑配套年产纯碱140kt，实际生产中8台石灰窑可满足年产1.05Mt纯碱需求（设备维修需占用一部分时间）。日常生产中，单个石灰窑在稳定状态下的上石量为26t/h，在生产需求较高的情况下，上石量可以实现28t/h，但是若上石量超过28t/h，则会导致石灰窑超负荷运行，严重会造成石灰窑无法正常生产[1]。我集团8台石灰窑自西向东成“一”字排列在厂区中部，若想实现年产1.5Mt纯碱的生产能力，常规办法是增加石灰窑数量，受设备布局的空间限制，已没有并排新增石灰窑的位置。在其他位置新增石灰窑，系统相关配套的设备、管道、厂房也需重建，一次投资规模太大，增加石灰窑数量难度较大。根据多年的生产维修经验，以及对设备和保温新技术的掌握，采取了石灰窑内部改造，以提高石灰窑生产能力，从而保证纯碱扩能的需要。改造方案可概括为：在不改变窑体外部尺寸的前提下，通过优化窑体砌筑材料，将其内径由4.8m扩为5.1m，增加窑体有效容积12.8%，同时提高风量和出灰能力，进而实现单窑提高生产能力12%。

3 窑体扩径改造

石灰窑的窑体由壳体、窑衬组成，φ4 800石灰窑原设计，窑体外径6.46m、内径4.8m、高29m，窑衬由壳体向内的排列次序：蛭石砼保温层（厚度300mm）、耐火砖L17（厚度230mm）、耐火砖L16（厚度300mm）。耐火砖L16A的Al2O3含量为55%，为高铝砖，其耐火度在1 790℃以上，软化点1 420～1 500℃，气孔率20%以下，表观密度大于2.0[2]。耐火砖L17A的Al2O3含量为40%，为黏土砖。窑体扩径方案为：壳体不动，窑衬由壳体向内的排列次序：纯度硅酸铝板隔热层（厚度180mm）、耐火砖L17（厚度200mm）、耐火砖L16（厚度300mm），窑体内径扩大了300mm，达到为5.1m，高度不变，有效容积扩大54.11m3。

窑体扩径前，原设计高铝砖L16A有64块×228层=14 592块，每块砖重量为16.3kg，高铝砖总重257t；黏土砖L17A有64块×228层=14 592块，每块砖重量为13.26kg，黏土砖总重为194t。扩径后高铝砖L16A有68块×228层=15 504块，每块砖重量为17.49kg，高铝砖总重为271t。黏土砖L17A有68块×228层=15 504块，每块砖重量为11.4kg，黏土砖总重为177t。扩径之后高铝砖增加14.7t，黏土砖减少17t，同时将蛭石砼改为硅酸铝板后重量减轻约37t，所以，扩径后砌体部分重量减轻40t左右，石灰窑基础承载力没有问题。

4 石灰窑进风装置的改造

石灰窑进风装置由鼓风机、风道组成，风道包括风机入口管线、出口管线、阀门、流量计等管路附件。进风装置的作用是将一定压力、流量的空气从窑底送入窑内提供氧气供焦炭燃烧，并降低窑底灰温。给风系统对石灰窑生产能力有较大的影响。

4.1 鼓风机增容改造

石灰窑鼓风机设计型号为9-26NO8D、风量为22 288m3/h，风压16.22kPa，配套电机为Y315M2-2，160kW，2 980r/min。为了实现增产增效目标，决定对风机叶轮实行非标准扩径改造。为了切实增强产量，结合本公司实际情况与专业风机厂家沟通，对风叶轮实施了非标准优化改造方案。保障叶轮直径不变、叶轮轴孔直径不变、叶片数不变，增加叶轮宽度、加大叶片直径，叶片角度适当进行改造，使用优质低合金钢作为改造材料，适当增加风机机壳宽度，中心高度保持不变[2]。在风机叶轮改造之后，风机理论设计流量和风压都有所提高。改造之后的风机叶轮电机功率有所变化，计算功率为188kW，应配套200kW电机。考虑石灰窑生产受原料粒度影响，导致生产期间窑内阻力偏大，促使风机风压高、流量小、电流小。因此结合实际生产情况，经测试160kW电机也能满足改造需求。为了避免夏天生产时电机过热问题，配备了相应的散热系统，改进后的电机运行效率较高，能够满足生产需求。

4.2 风道优化改造

结合石灰窑扩能的实际需要，为了有效减少阻力，需要对风机进口和出口管线进行扩径改造，并对流量计进行降阻改造。具体方案是：入口管线管径由DN700扩大为DN900，出口管线管径由DN500扩大为DN700，管线上的焊接弯头改为冲压弯头，所有流量计都换成了弯管流量计。改造后的风机进口和出口管线风压增加了1kPa，送风量比原来增大了约1500m3/h。阻力减小、送风量增加可以切实保障石灰窑生产能力，强化石灰窑生产稳定性。

5 进料及出灰装置的改造

石灰窑原设计上料量为32t/h，可生产21t粗石灰（粗石灰容重以1.1t/m3计算），55min完成出灰，窑底转盘出灰速度为23t/h。石灰窑改造后，上料量为36t/h，按40min完成上料、出灰进行设计，则窑底转盘出灰能力为35.25t/h，这就对上料、出灰装置提出了更高要求。

出灰装置的螺锥出料机由直联摆线减速机通过一、二段轴及一对锥齿轮带动螺锥转动，螺锥转速0.15r/min。减速机型号为XWED-117，7.5kW，i=1003。在用电机功率为7.5kW，工作电流10A，已达额定电流的67%。经工艺计算，改造后螺锥转速需增加到0.182r/min。由于窑内物料重量增加，螺锥转速加大，传动所需功率较改造前最少要增加30%，所以电机功率需加大至11kW。提高螺锥转速有两种方法：第一种是降低减速机的速比，第二种是增加小锥齿轮的齿数。经比较，第一种方案具有施工难度小，费用低的优点，只需将减速机改为XWED-117，11kW，i=841即可，其余零部件不变。改造后螺锥转速为0.185r/min，满足生产要求。

6 结束语

石灰窑扩能改造后，生产能力约提高12%，如八台石灰窑全部改造，其新增能力相当增加一台现用石灰窑，该方案具有投资小，见效快的特点，给企业带来的效益是显著的，也为老企业设备挖潜扩能提供了一定经验。