一种石灰窑用新型喷枪

靳 征，王得刚，王艳民，田 辉，岳 杰

（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176）

0 引言

本文介绍了国内外石灰窑的类型、生产工艺原则及我国石灰窑技术的发展趋势，对石灰窑原常规喷枪的局限性进行了分析，在此基础上提出了新型喷枪的设计理念，并对对新型喷枪的工艺设计情况和技术特点进行了描述。

1 石灰窑的发展趋势及其工艺

目前，国内外生产活性石灰的窑型主要有两类，一类是回转窑，一类是竖窑。世界上主要钢铁生产国在冶金石灰生产中窑炉种类主要有：回转窑、双膛竖窑、套筒竖窑、弗卡斯窑（又称梁式竖窑）等[2]。

1.1 石灰窑的发展趋势

中国石灰窑近几年密切结合国外石灰窑发展趋势，不断进行学习借鉴和引进吸收，石灰窑技术有了很大发展。其发展趋势概括为：由机械化向自动化、智能化发展，一窑多用化，品种多样化，排放无污化，服务远程化，产量增大化。具有节能、环保，机械化、自动化程度高，产量高的现代化石灰窑将成为未来发展趋势。

1.2 石灰窑生产工艺及原则

1.2.1 石灰窑生产工艺流程

活性石灰生产线工艺流程：首先将石灰石存放在贮仓内，通过下料管将石灰石均匀分布到预热器，预热后的石灰石在窑内被煅烧分解成石灰，随后经冷却器排出。

石灰窑生产石灰的过程中，燃料通过石灰窑膛内均匀设置的若干只喷枪输送至窑膛，在石灰石料层内部喷出，在喷出口前形成高温区域，提供石灰石煅烧分解生成石灰所需的热量，石灰石经高温煅烧形成石灰。因此，石灰窑燃料喷枪是生产高质量活性石的关键设备，另外燃料燃烧的效果也直接影响到石灰生产的燃料消耗和成本。

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1.2.2 石灰窑生产工艺原则

不同的窑有不同的预热、煅烧、冷却和卸灰方式，但有几点工艺原则是相同的。即：原料质量高，石灰质量好；燃料热值高，数量消耗少；石灰石粒度和煅烧时间成正比；生石灰活性度和煅烧时间、煅烧温度成反比。

2 常规燃料喷枪存在的主要问题

对于钢铁企业石灰生产来说，不同的企业有不同的生产条件，所使用的燃料介质也有所不同。各企业在石灰的生产过程中，都希望根据自身的能源情况选择使用焦炉煤气、高转炉煤气、天然气、煤粉等不同的燃料来生产石灰，因此对石灰窑燃料喷枪也提出了更高的要求。本文以竖窑为例，结合生产实际和理论，对石灰窑常规喷枪结构和功能上存在的缺陷进行了研究和分析。

（1）常规的喷枪装置都是采用单独的煤气或煤粉作为燃料介质来进行石灰煅烧的，燃料介质单一，且石灰窑的利用率也较低，无法满足高效、高质量石灰生产的需求。

（2）在石灰煅烧生产的过程中需要不断从石灰窑顶部加入石灰石原料，这样就会对位于石灰窑内的喷枪造成冲击、磨损等破坏，缩短了喷枪使用寿命。

（3）石灰窑内煅烧带的温度可达1 100℃，喷枪长期处于高温环境，也会严重缩短喷枪的使用寿命。

3 新型燃料喷枪的设计

3.1 新型燃料喷枪结构设计特点

3.1.1 同轴设置两个喷枪的结构设计

双燃料喷枪由同轴设置呈倒L形的第一喷枪和第二喷枪组成，双燃料喷枪结构示意图如图1所示。通过两个喷枪的配合，根据企业现有燃料条件和石灰窑的工艺需求选择燃料，可实现灵活多变的燃料组合。

图1 双燃料喷枪结构示意图

（1）可以仅向第一喷枪输入燃料；

（2）可以仅向第二喷枪输入燃料；

（3）可以向第一喷枪和第二喷枪中同时输入相同燃料；

（4）可以向第一喷枪和第二喷枪中分别输入不同的燃料。

3.1.2 便于加工及安装的结构设计

为了便于加工和安装，喷枪进口端至出口端包括顺序连接的水平管、过渡管和竖直管，水平管左端作为喷枪的进口端，竖直管下端作为喷枪的出口端。双燃料喷枪结构及与窑体配合示意图如图2所示。

图2 双燃料喷枪结构及与窑体配合示意图

3.1.3 喷枪定位和调节功能结构设计

为了方便对喷枪的位置进行调节，在第一喷枪的水平段外侧沿其周向均匀间隔设有至少两个调节螺柱，在第一喷枪水平管套上设固定有调节法兰。一般为了提高结构的稳定性，在每个调节螺柱的第二端且位于调节法兰的两侧分别通过一个调节螺母与调节法兰进行固定。

这样，上述的调节螺柱、调节螺母和调节法兰构成喷枪定位调节装置。根据工艺的需求，通过调节螺柱上的螺母，便可通过调节法兰带动喷枪靠近或者远离窑体，来调整喷枪的出口端在窑膛内的位置，实现对喷枪的定位和调节的目的。喷枪定位调节装置如图3所示。

图3 喷枪定位调节装置、第一喷枪密封装置与第一喷枪配合的剖视图

3.1.4 保证喷枪密封性的结构设计

为了保证喷枪与喷枪固定板上安装孔之间的密封性，在喷枪的水平段上设有密封法兰和压紧法兰。密封法兰的内壁与喷枪的外壁之间的间隔形成环形密封空间，在环形密封空间内填充有密封件，经压紧法兰压实后起到密封作用。喷枪密封结构如图4所示。

图4 压紧法兰、密封法兰、密封件局部放大图

3.1.5 提高喷枪耐冲击及耐磨损性的结构设计

在石灰煅烧生产的过程中，为了避免从石灰窑顶部加入的石灰石对喷枪造成冲击、磨损等损害，在喷枪固定板的另一侧固定有喷枪保护罩，喷枪保护罩为底部开口的箱式结构。利用喷枪保护罩能够对喷枪起到一定的保护作用，延长各喷枪的使用寿命。

为了对喷枪起到更好的保护作用，喷枪保护罩由顶板以及三个侧板围合构成，且三个侧板的上端高出顶板，三个侧板高出顶板的部分与顶板的顶面之间形成顶部凹槽（见图1）。这样，石灰石从石灰窑顶部进入窑体，顶部凹槽内会存有一定量的石灰石，新加入的石灰石与顶部凹槽内的石灰石形成料磨料的状态，能够减少石灰石原料对喷枪保护罩的冲击和磨损，使得喷枪保护罩对窑体内部的喷枪部位能够形成长期有效的保护；另外为了避免喷枪在窑体内晃动，在喷枪保护罩的底部固定有水平放置的支撑底板，在支撑底板上开设有穿孔，喷枪的竖直段由穿孔穿出，并在喷枪的水平段正下方设有圆弧托板。

3.1.6 喷枪冷却结构设计

为了方便对喷枪实现降温保护，延长其使用寿命，在两个喷枪的水平段上分别串接有冷却管1和冷却管2（见图1）。

在不需要向喷枪提供燃料时，可将冷却管1和冷却管2分别与各自的冷却系统连接，向枪内喷入冷却介质，冷却介质可以选用氮气或者压缩空气等。

3.2 新型喷枪的技术优势

通过对第一喷枪和第二喷枪的输入燃料进行不同的控制，可以形成多种工况组合，进而满足用户使用不同燃料的需求，实现高效生产。同时，根据不同的燃烧介质，可以通过滑动第一喷枪来调节整个喷枪在窑内的出口端位置，以提高喷枪的燃烧效果，提高石灰窑的利用率，满足高效率高质量生产的要求。

4 结语

本文对石灰窑常规喷枪存在的问题进行了分析，根据各企业现有燃料条件和石灰窑的生产实际提出了新型喷枪的设计方案。生产实践和理论分析表明，双燃料石灰窑用喷枪装置是一种既能够实现高效生产，又能够实现自我冷却和自我防护的喷枪装置，满足了用户使用不同燃料的需求。

双燃料石灰窑用喷枪装置可以根据企业现有燃料和石灰窑的工艺需求，形成多种工况的燃料组合，满足用户使用不同燃料的需求，实现石灰高质、高效生产；还可以在不需要向各喷枪提供燃料时，通过冷却系统向冷却管输入冷却介质，对各喷枪实现降温保护；通过喷枪保护罩可以对窑体内喷枪部位形成长期有效的保护，延长喷枪的使用寿命。