新型节能环保混烧石灰窑建设运行体会
齐建军1 王 庆1、2 陈立军2
1.石家庄鸿宇化学工程技术有限公司，2. 河北宇顺热能环保科技有限公司
齐建军1 王 庆1、2 陈立军2
1.石家庄鸿宇化学工程技术有限公司，2. 河北宇顺热能环保科技有限公司
混烧石灰窑常指以焦炭或无烟煤为燃料与石灰石混合后加入其中煅烧的立式窑炉。混烧石灰窑（以下简称混烧窑）的结构形式及配套设施随着时代的前进也在不断推陈出新，使用的效果也愈来愈好，其主要指标石灰的生成率高达95%，窑体热效率可达到80%以上，在一些地区显现出了较好的技术经济优势。
理论上讲混烧窑在运行过程中分为三个阶段，即原料及燃料的预热阶段、煅烧热解阶段、烧成后冷却降温阶段。与原料、燃料运行方向相反的助燃风由窑底部鼓入窑内，经历预热阶段及与赤热焦碳发生氧化反应并放出大量热能的燃烧阶段，生成的烟气和热解气体上升至窑上段与原燃料接触降温冷却。在这些过程中实际上隐含着一个问题，即如何使燃料充分燃尽及如何使热量均匀分布于窑的横截面？这是生产实践操作中必须解决的问题。解决好这个问题才能谈及诸如提高窑的热效率，提高石灰的生成率等问题。
在以前的教科书或专业论著中对现有成型的混烧窑都有详尽的表述，理论计算亦与生产实际相符，具有很强的指导操作生产的现实性。本文结合生产运行实践试图说明混烧窑在建设与运行过程中之概要，并体会出其节能环保之要点。
1 混烧窑的建设
1.1窑型的选择
窑型的选择与所要求的产能密切相关。
日产量75吨以下窑我们称之为小型混烧窑，在考虑建设费用和工艺技术要求后其高径比选择范围为7―8左右。常称之为细高型窑。
日产量75―150吨窑称之为中型混烧窑，其高径比选择6.5―7.0。
日产量150吨以上的混烧窑称为大型窑，综合各方面因素常选择的高径比为5―6.5，也称之为矮胖型窑。
结构形式上有直筒窑、花瓶型窑、锥底窑及锥顶窑等。无论选择何种形式的结构都应结合原矿物料特性，燃料特性，生产实践经验及煅烧技术掌握的熟练程度来进行可行性论证。目前推荐窑形为上下收缩呈锥形中部为直筒形窑，此种结构形式的窑综合了三种窑形的特性，而造价也未呈现过大的增加量。
1.2窑衬的选择
众所周知，窑衬是窑体构成的重要组成部分，其重量占整座窑的70%左右，投资占至五成以上，因此窑衬的选择至关重要。
目前随着耐材工业的发展许多新型耐材不断出现，市售耐材品种繁多，从技术和经济因素考虑，建设方可针对窑衬的不同工作层特性而设置。窑的工作层及耐材必须按国标HG/T20641－98《石灰窑砌筑技术条件》，GB2988《高铝砖》，GB3994《粘土质隔热耐火砖》，GB4415《粘土质耐火砖》，GB3712《粘土质和高铝质耐火浇注料》等法规来计划、采购和应用。采购的耐材要有合格凭证，必要时送样至国家指定的耐材检测中心进行质量验证，以确保耐材质量合格。
一般窑衬构成最里层为工作接触面层，常采用高铝质耐火砖。有的厂家为节约费用，煅烧区为高铝质耐火砖（Al2O3≥65%），冷却区和预热区则为低铝质耐火砖（Al2O3≥55%）。生产实践证明这种布置在一个大修期内是允许的。紧邻工作接触层之处的隔热层常设计为粘土质耐火砖；紧邻粘土质砖层常设计为200――300mm厚的耐火保温浇注料；浇注料之外设置为烧结普通红砖（GB5101）。近年来也有用符合GB5101的空心砖。空心砖外常敷一层40mm厚的耐火隔热材料－硅酸铝纤维毡与窑壳隔开。
一套完好的窑衬为混烧窑的高效运行创立了条件。
1.3窑顶布料设备、窑底出灰设备及送风布风设备的选择
窑顶布料设备、窑底出灰设备及送风布风设备的选择。这些设备的功能效用说明在过去的资料中早已详述，而其核心内容或本质功能是如何维护窑的正常运行状况。
窑顶布料设备由过去的多点加料装置逐步改进为撒料、播料、均布的设备。优良的窑顶布料装置能够均匀平整地将物料布撒于窑面，并能够弥补混料不均产生的不足。能够适应多种点面结合的布料，也可适应混合布料和分层布料的要求。
根据筒状窑的特性，布料的混合比是可变的，即沿窑筒径向由中心向外部播料过程中燃料的比值略有增大。这是因为窑中心所需的煅烧热小于向外延展处所需的煅烧热，而受窑边风的影响，窑内料柱的最外层所需热量为最大。为保持窑径向温度梯度的最小化，所以在布料过程中通过机械手段和计量控制措施来调整内圈布料和外圈布料的燃料比值，以达到精准布料的效果。
窑底出灰设备的基本要求是出料均匀，防止偏卸料现象出现。一旦出现偏卸料必然出现偏烧，窑内各区段混乱，出现乱层。最终使窑内出现不完全燃烧热损失升高，窑的热效率下降，石灰烧成率下降。因此优良的窑底出灰设备其特性首先是卸料量均匀，料面在窑内呈现整体下降的状态，然后是坚固耐用、维护量小，并具有锁风功效。
送风布风设备可根据窑产量的大小计算核定。根据以往的实践和研究，当混合料的粒径一定时，单位料柱产生的风阻力降是稳定的。
目前有条件的厂家所采用的原料石粒径为50―80mm，也有40―60mm，燃料粒径通常限定为20―40mm。这样一组数据对于混烧窑的烧成率提高有是有利的。选用的风压可根据料柱高度确定，25m以下的料柱可配以8000―11000Pa风压，风量依产量而定。同时采用风机变速控制风压风量的供给，以实现一定精度的供风效果，为保证窑的热效率创造了动力条件。
风（即氧气）的分布同样是重要的环节，随着窑径的扩大，风的分布尤显重要。我们知道煅烧的动力学主要因素是风速，而风速取决于合理的空塔流速、布风装置结构形式布置和提供动力设备的供风精准度。风布偏了或风速与产量不匹配同样会降低窑的热效率。目前多层塔形风帽得到了广泛推广和应用。风帽的设计充分考虑风速、风量、布风沿轴向的均匀性，同时也要考虑风帽对料柱下降过程中的影响，防止局部出现堵料、阻料、偏料的现象。
1.4计量配料系统
计量配料系统以往的经验是要求准确，但由于受环境温、湿度影响、磁力场影响，以及一些屏蔽效果不好的措施导致计量配料系统不稳定，干扰了混烧窑的正常运行。为此必须从硬件的设置上加以充分考虑，避免出现相对量的波动。常用的办法是单斗（车）静态计量，环形皮带连续混料、配料。计量模块的选择和线缆的布置要避开动力线槽，远离变频设备，接地良好，而且要设置独立的接地装置。
2 混烧窑的运行
混烧窑的运行可分为计量混料、定时布料、定时均匀出灰和连续稳定供风四个过程。
一座混烧窑建成后并不能说明它的功效就达到标准了，而是由经验丰富的工程师和工作人员来对窑的特性进行调整试验和整定，最后形成具有该座窑本身特性的可操作的调试报告。把调试过程中整定的参数结合设备厂家提供的使用说明书制定出一整套操作规程，用必要的程序化作业方式固定窑的操作，以保持稳定的窑工况。混烧窑的运行控制需注意以下几点：
（1）原、燃料的粒度决定了物料在窑内的停留时间，影响到窑的产能。或者依据窑的设计产能确定原、燃料在窑内的停留时间。
停留时间也就是原燃料预热时间、煅烧时间和冷却降温时间的总和。依据煅烧温度——时间——粒径曲线来确定原、燃料的停留时间和相应粒径。当原燃料的粒径变化时及时调整物料的停留时间或煅烧强度。
（2）在目前机械设备状态下，实现窑截面上由中心向边缘径向布料法、中心与边缘混合比不同的要求，必须辅助以一定的计算方法和计算机控制系统。按照一定的顺序控制加料的批次、布料的位置和混料的比值。这套系统可由计算机模拟人工操作法来完成。系统的下位机由计算模块、提升PLC、布料开关量模块组成，上位机为共用的工业PC机，由以太网连接保持通讯。操作人员要监控机器是否按设定的顺序运行，参数有无变化，及时纠正断电等误操作。
（3）出灰系统与加料系统连锁，定时出灰，保证均匀按时卸灰。一般在加料后出灰，此时虽然降低了窑的空间利用率，但有利于窑体料柱的松动透风，便于助燃风的上升，同时一些对烟气质量有一定要求的企业有利于提升窑气的浓度，改善窑气品质。当然有的企业考虑窑的容积利用率采用先卸料后加料的办法。 卸料过程中要定期密切注意沿圆周或各卸点是否均匀卸出，如有偏卸应及时找出原因，并进行纠正，防止运行中的偏烧。这些工作可在点窑前模拟完成。
（4）设置三段温度监视点，同时对排烟温度和出灰温度进行有效的控制。这些可采用温度传感器、温度模块与计算机通讯连接。煅烧过程中三段温度要区分开来，同时每段温度梯度不宜过大。同一段或同一截面出现大的温差有可能是偏烧所致。同样三段温度过大或过小都表明窑的工况处于非正常状态，有可能造成热效率降低，最终烧成率降低。
（5）助燃风的控制。助燃风是快速影响窑况的主要因素。助燃风机的频率与风量成正比例关系，与风压成平方的关系，与功率成正立方的关系。了解这些特性后，就要合理用风。风量过小，燃烧迟缓，影响煅烧，影响烧成率，动力学效果降低，热效率降低。风量过大，强化燃烧，煅烧段上移，排烟热损失迅速增加，燃料过早燃烧，烧成比同样下降，热效率降低。因此合理的助燃风量是保证烧成率、稳定热效率，实现达产达标的重要因素。
在生产实践中，常以排烟温度升速时间或窑顶的烟气压力作为参考。也有以灰温作为参考。通常控制灰温在60——80℃，或排烟温度在150——220℃为宜。当无法计算确定风量时，通常以出灰温度作参考。
（6）及时除瘤除焦防止偏烧。日常生产中由于燃烧配比变化或用风量不当，有局部过烧的情况，结瘤现象随即出现，及时除去焦瘤可防止其由小长大，防止偏窑或过烧率升高的情况发生。有条件的可在窑底出灰口上方处设置专门的除瘤孔栅，定期或每班由人工检查处置结瘤。在出灰机口处设置专门的除瘤除焦孔，人工除焦。
（7）烟气净化和洗涤水的脱渣循环利用。
3 结论
一座优质的混烧窑，一方面要科学合理的设计建设，使机械设备的运行满足混烧窑的运行要求，实现燃料、原料、助燃风的合理配置和均匀分布，达到传热传质的最佳状态。另一方面司窑人员要精确计算、正确分析各项参数指标，科学合理运用各种控制措施和手段，使原料、燃料、助燃风配比合理，定时定量布料出料，保持合理的窑内停留时间，确保热效率稳定达标，烧成率达标，产量达标，最终实现节能环保的社会效益。