浅析石灰窑结构及性能的优化改进措施

张庆轲

摘 要 国家工业化建设发展步伐的加快，使得石灰供应问题逐渐凸显。石灰是工业领域内的辅助材料之一，其质量与产量水平直接影响到各工业生产效率。本文以国内某公司环形套筒石灰窑为例，分析其结构与煅烧原理，并对该石灰窑的结构及性能进行了一定的优化改进，但改进完成后还存在一些疑难问题有待解决，希望能为同行提供经验，为石灰生产业的发展贡献一点力量。

关键词 石灰窑;结构;性能;环形套筒;优化改进

前言

国家工业化建设对石灰有极大的消耗量。以往常见的旧式石灰窑机械化程度不高，生产效率低，但对环境污染能力很强，且与当代自动化信息技术没有实现有机结合。对旧式石灰窑进行完善，以自动化程度高的石灰来进行石灰生产，能降低成本、提高石灰质量，并具备一定的环保效果。

1环形套筒石灰窑

环形套筒石灰窑是德国公司于20世纪发明的，以生产化工、钢铁等领域所需的活性石灰为主。迄今为止，全球范围内环形套筒石灰窑近千余座，其中我国套筒竖窑类型多以日产量600t、500t、300t和150t这几种为主。环形套筒石灰窑结构精巧，操作相对便捷，并在实际生产中能根据需求对日产量进行调整，调整范围在百分之六十到百分之一百一十之间，同时套筒窑还具有较强的环保效益。本文以国内某公司 32 × 104 t/a 电石项目配套石灰窑工程为例，该工程用 2 × 520 t/d 套筒窑煅烧技术来生产高活性石灰[1]。

2石灰窑主体结构及其煅烧工作原理

2.1 主体构成

上图为环形套筒石灰窑主体结构的示意图，其中各序号对应结构如下：1-料车，2-布料系统，3-料位计，4-窑壳及内衬，5-上内套筒，6-下内套筒，7-上烧嘴平台，8-下烧嘴平台，9-上燃烧室，10-下燃烧室，11-出灰机，12-出灰平台，13-窑底料仓，14-振动出灰机，15-循环气体入口，16-拱桥，17-冷却空气管，18-下环管，19-喷射管，20-烧嘴，21-循环气体管，22-废气管，23-换热器，24-驱动空气环管，PZ-预热带，UB-上部逆流带，MB-中部逆流带，PB-下部并流带，CZ-冷却带。

本文所提及工程其套筒石灰窑主体结构为窑体、上料系统、燃烧换热系统、出灰系统和风机系统。

形套筒式石灰窑的窑体分为内筒和外筒，内筒又分上下两个部分，两者相对独立，且皆由双层结构形成钢板箱。外筒材质则是普通钢板与耐火材料组成。内筒钢板箱内会持续通入冷空气来对其进行降温，避免钢板箱受热变形，外侧则有耐火砖。冷空气预热后会成为燃烧室的一次空气。套筒窑窑体的内筒与外筒呈同心形式，石灰石在二者间的环形区域内进行煅烧。

燃烧换热系统是环形套筒石灰窑的核心部分，其结构主体为两层燃烧室及换热器。燃烧室是上下层结构，上下两层间有交错，但同层间无交错且呈均匀分布。燃烧室各层一般位于窑体中部。内筒与燃烧室之间由耐火砖进行连接，烟气通过耐火砖搭建的拱桥向下进入料层。换热器负责引出窑顶废气，并将驱动风与窑顶废气进行热交换来降低热耗。煅烧完后的石灰石在冷却后会放入冷却带并运出。

套筒窑喷射和风机系统中的排烟風机负责抽取窑体内废气，助燃风机为喷射器提供空气，冷却风机为窑体内筒提供冷却风。

2.2 煅烧原理

套筒窑煅烧石灰石时会先逆流煅烧，后并流煅烧。上部燃烧室内不充分燃烧，助燃空气保持在百分之五十左右，燃烧后的废气会与窑体下部的过剩空气汇合，让未燃烧完全的成分继续燃烧。

上部煅烧带的物料与气流流动方向相反，石灰石在进入窑体时会开始分解，此时需要大量的热量。在上部煅烧带内，完全燃烧后的烟气通过窑顶调节阀分成两部分，一部分会负责预热分解后的石灰石，另一部分则进入空气换热器。中部燃烧带连接窑体的上下燃烧室，其中，下部煅烧室是完全煅烧，其产生的高温烟气又会分成两部分，一部分向上运行，另一部分向下运行，最终形成并流煅烧带。主引风机会将管道内的最终废气抽出，通过除尘器处理后再排放。石灰窑内循环气体会先通过喷射器，而后依次经过下内筒底、下燃烧室料层、下内筒入口并如此往复不断循环[2]。

3环形套筒石灰窑生产重点体系

3.1 原料筛分与运输体系

原料筛分是将石灰石原料置于地下受料坑，在受料坑的振动作用下，将石灰石原料通过给料机运载到料皮带上。料皮带将石灰石传输到筛分楼后，筛分楼会利用高效振动筛来筛分石灰石，筛上物运至套筒窑前料仓，筛下物存贮在废料仓。筛分楼内会安置除尘器来复杂清洁环境。本文所提及套筒窑，其系统内有除尘器若干，会对卸料站、振动筛等粉尘颗粒物较多的场所进行除尘。

3.2 石灰出窑体系

石灰石在进入套筒窑并煅烧完成后，会先被放置于窑底下料仓。下料仓内存储的石灰达到一定高度时，料位计会自动控制闸门打开，将石灰用振动出料机及传输皮带送至中转仓。

4环形套筒石灰窑结构改进

4.1 改进空气与废气系统

本文所提及的套筒窑，其空气管路分为一次风系统和二次风系统，前者每座窑均有一台投入使用的离心冷风机及另一台备用机。二次风系统每座窑内安装两台罗茨风机，将二次风预热到三百五十度以上后注入下燃烧室。每座窑都有废气引风机来抽取窑内废气，废气在经由处理系统净化后再排放。

4.2 改造燃气通道

窑内尾气通过支管进入燃烧室，燃气通道上部有电动密封式阀门，会对煤气进行自动化调节，并能在突发情况发生后及时切断。窑体全部管道都加装流量计，来调节进入燃烧室的煤气量，以实现对煅烧的全程控制。煤气管道加装氮气扫吹装置，来实现煤气的置换排空。电石炉尾气管道上加装了流量调节阀与热值分析仪，能根据尾气温度和石灰产量来自动调控用量。

4.3 改进窑底出灰机构

未经改进时，石灰窑窑底出灰板是单层结构，出灰机构力量支撑装备不足，也缺乏精确的定位系统，导致石灰窑传动系统齿轮会在运行阶段持续发生变化，使得物料受到来自不同方向上的推力，对齿轮有很严重的磨损作用，需要工作人员不断更换齿轮，不利于维持石灰窑工作的连续性。

对窑底出灰机构进行改进后，将原本的出灰机构变成液压驱动抽屉式出灰机构，石灰经过底部空气冷却后，通过抽屉式出灰机直接传输至下部灰仓。套筒窑内有六个出灰推杆，与下燃烧室在位置上逐个对应。抽屉出灰机构能降低套筒窑出灰机构故障发生概率，并能提高出灰的同步率，还能缓解出灰机劳动强度，避免因故障而造成作业率减低的情况发生。

5石灰窑结构及性能的现有特点及存在的问题

5.1 工艺问题

本文所举石灰窑改进工程完成后，其煅烧过程是将逆流煅烧和并流煅烧相结合，这套机制能够确保套筒石灰窑使用性能良好。燃烧室被分成双层共十二个燃烧室，燃烧室均匀分布于窑体周围，并呈圆形排列，这样能使烟气在料层断面上保持均匀分布状态。助燃阶段，使用内筒完成助燃并回收剩余烟气，有效减少了能量消耗。

在整个石灰煅烧工艺流程中，负压操作能使工作人员实时调节窑内状况，避免窑体内密封件过负荷，并结合自动化技术与规范性的操作标准，将套筒窑煅烧过程中的调节、控制及报警都集中于主控制室，并设置了各控制点的连锁监控。这不仅实现了对窑体运行环境的改善，还能提高人力操作的安全性。此外，本工程所使用的燃料及石灰石原料适应性高，选择面广，具有一定的普适性。

5.2 本工程存在的问题

本文中套筒石灰窑优化设计工程，在实际工作中还存在疑难问题尚待解决。一是燃烧室内火焰温度高，耐火砖拱桥易坍塌，影响窑体使用时限，不利于套筒窑的持续性运转。

二是环形套筒石灰窑运行阶段，换热器易发生结垢堵塞问题，当下对其清理操作较难实现，导致套筒窑生产效率可能会受影响。

三是窑顶烟气存在温度过高的问题，会破坏窑顶结构，石灰生产阶段需对窑顶设施进行维护。

6结束语

套筒式石灰窑是世界上较为先进的石灰生产设施，具有气孔率高、活性度高、产物硫含量更少等众多优点。工业发展对石灰产量的需求，使得设计制造套筒式石灰窑的单位渐渐增加，生产成本也逐渐降低，在与先进科学技术的有机结合下，套筒窑的设计、制造过程中的问题会在未来一一得到解决，会推动套筒窑成为更多优质石灰生产企业的首选。

参考文献

[1] 方養吾.TD500型石灰窑卸灰抽屉的材料及结构优化[J].冶金设备，2019（4）：53-56，5.

[2] 刘树钢.2018年度TGS石灰窑技术发展报告[J].耐火与石灰，2019，44（1）：3-10.