三种先进石灰竖窑窑型比选

　　活性石灰用于转炉炼钢,具有缩短冶炼时间、提高钢水纯净度及收得率、降低石灰及萤石消耗等优点。因此,世界上发达国家已100%采用活性石灰炼钢,我国也早在1983年冶金部召开第一次全国转炉炼钢会议时就明确的规定,转炉炼钢使用活性石灰是一项基本的技术政策。10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,将来必然还要建设一系列的活性石灰窑。在冶金系统的活性石灰窑中,数量最大的是竖窑,如并流蓄热式双膛竖窑、环形套筒竖窑、双梁竖窑等。窑型比选是建设活性石灰项目中最重要的前期准备工作,我们根据多年来国内外考察研究的经验,将活性石灰竖窑中具有代表性的套筒窑、双膛窑、双梁窑比较介绍如下,供参考。这些窑型各有特点,各有其适用范围,究竟选用那种窑型应结合用户的具体情况而定。
1　环形套筒竖窑(BASK窑)
这种窑是德国贝肯巴赫炉窑公司(BECKENBACH KILNS GMBH)于1960年发明的,至今在全世界已建有300多座套筒窑,在我国大陆有9座,其中化工系统5座、冶金系统4座(在梅山、马钢等企业)。
套　筒窑由砌有耐火材料的窑壳和分成上下两段的内套筒组成,窑壳与内套筒同心布置,矿石位于窑体和内套筒之间的环形空间内以利于气流穿透,故名环形套筒竖窑。下内套筒位于竖窑的下部,结构为双层钢壳形成环隙,环隙内通空气冷却,其内外侧砌耐火砖衬;上内套筒悬挂在窑顶部。上下内套筒各有其不同的功能,上内筒主要是将高温废气抽出用于预热喷射空气;下内筒主要是用于产生循环气流形成并流煅烧,同时起到保证气流均匀分布的作用。套筒窑的结构特点是因设置了内套筒在一个窑身内形成了并流煅烧。　
套筒窑设有两层燃烧室,燃烧室通过耐火材料砌筑的拱桥与内套筒相联。套筒窑使用的燃料为流体燃料,如天然气、焦炉煤气、转炉煤气、高焦混合煤气(发热值在1600kcal/Nm3以上)、电石炉气、轻油、重油、煤粉等,在上述燃料不足的情况下,也可添加少量的小块焦炭。
套筒窑窑体从上到下分为:预热带、上部煅烧带(逆流)、中部煅烧带(逆流)、下部煅烧带(并流)、冷却带,其核心为下部并流煅烧带,石灰最终在下部煅烧带内烧成,保证了能够煅烧出优质活性石灰。
套筒窑窑内废气在预热矿石及喷射空气后自身温度下降到180℃左右由废气引风机抽出,经布袋除尘器净化后排空。整个窑体为负压操作,对窑体密封要求不高,可以在线观察到窑内的煅烧过程、在线取样及维修设备,因此,在所有竖窑中套筒窑作业率最高。
2　并流蓄热式双膛竖窑(MAERZ窑)
这种窑的工艺原理是首先由奥地利的Alois Schmid 与Hermann Hofer 提出的,瑞士麦尔兹炉窑公司(MAERZ OFENBAU AG)于1965年获得专利许可权。目前,世界各国已建成这种窑300多座,在我国大陆有9座,全部在冶金系统(太钢、包钢等企业)。
双膛窑有两个窑身,两个窑身交替轮换煅烧和预热矿石,在两个窑身的煅烧带底部之间有连接通道彼此连通,每隔12min换向一次以变换窑身的工作状态。在操作时,两个窑身交替装入矿石,燃料分别由两个窑身的上部送入,通过埋设在预热带底部的多支喷枪将燃料均匀地分布在整个窑的断面上,使燃料得到均匀的燃烧。双膛窑使用的燃料也是流体燃料,如燃气、燃油、煤粉等均可。
助　燃空气用罗茨风机从竖窑的上部送入,助燃空气与燃料混合前在预热带先被预热,然后煅烧火焰气流通过煅烧带与矿石并流(在所有竖窑中,双膛窑的并流带最长),使矿石得到煅烧。煅烧后的废气通过连接两个窑身的通道沿着另一窑体的预热带向窑顶排出。由于长行程的并流煅烧,石灰质量很好。另外,由于两个窑身交替换向操作,废气直接预热矿石,热量得到了充分的利用,在所有竖窑中单位热耗最低。　
双膛窑为密封正压操作,工作压力在40kPa左右。整个窑的操作控制(如换向、装料等)由PLC集中控制。
3　双梁窑(FERCALX窑)
双梁窑是意大利弗卡斯公司(FERCALX　S.P.A)多年来不断开发和改进的窑型,目前在全世界建有120座左右,在我国大陆有2座,其中化工系统1座、冶金系统1座(石家庄钢厂)。
双梁窑的核心部分是采用两层烧咀梁,梁内有若干燃料管将燃料供给烧咀,烧咀分布在梁的两侧,将燃料均匀地分布在窑的断面上(双梁窑断面一般为方形或矩形),保证了在整个竖窑断面上均匀燃烧。烧咀梁采用导热油冷却,导热油带出的热量用于预热燃烧一次空气,使窑的热耗有所降低。
双梁窑采用了双向压力系统,煅烧带以下为正压,煅烧带以上为负压。燃烧所需的二次空气由鼓风机通过分布梁进入冷却带,使窑内煅烧带以下保持正压;窑上部的废气通过废气引风机抽出,使窑内煅烧带以上保持负压。
双梁窑使用的燃料亦为流体燃料,如燃气、燃油、煤粉等。
4　三种活性石灰竖窑窑型综合比较
上述三种窑型各有特点,其综合比较见表1。
5　结　语
任　何窑型均有其特定的优点及缺点,窑型比选主要是根据用户具体条件结合窑特点进行综合比较,择优选定。例如,在国外,当燃料价格较低、投资占主导地位时,他们倾向于选择投资较低的套筒窑;当燃料价格上涨、投资因素占次要地位时,他们倾向于选择热耗较低的双膛窑。在国内,一些企业根据投资少、燃料为低热值煤气等特点选择了套筒窑;某企业根据需要煅烧小粒度石灰石的特点选择了双膛窑。因此,窑型选择的关键是根据企业具体情况扬长壁短,抓住主要矛盾。
表1　活性石灰竖窑窑型综合比较表
比较项目 套筒窑(BASK) 双膛窑(MAERZ) 双梁窑(FERCALX) 备　　　　注
煅烧原理 部分逆流、部分并流煅烧 全程并流煅烧 全程逆流煅烧 指气流方向与物料方向相同(并流)或相反
石灰活性度 ≥350ml,最高可达400ml ≥350ml,最高可达400ml ≥300ml,最高约350ml 4N HC l5min滴定,是国内外实际生产数值
石灰中残余CO2含量 ≤1.5%,最低可达≤1% ≤1.5%,最低可达≤1% ～2% 是国内外实际生产数值
竖窑单位热耗 3762～3971 3553～3762 3762～3971 kJ/kg石灰
竖窑单位电耗 22～25 22～28 23～25 kW.h/t石灰
竖窑年作业率 ～98% 91%～94% ～94% 不含配套设施的影响
大、中修周期 5～10年 4～8年 5～8年 中修指局部更换耐材
原料粒径比 1∶3 1∶2 1∶2 小∶大
原料最小粒度 30mm 15mm 30mm 仅双膛窑已用小粒度
使用燃料种类 流体燃料 流体燃料 流体燃料 燃气,燃油,煤粉
燃气加压要求 15kPa ～40kPa 　 指入窑燃气的压力
窑内工作压力 负压,从-20至-350mmH2O 正压,～4000mmH2O 煅烧带上部负压、下部正压
窑体密封要求 因负压要求不高 因正压要求较高 密封要求一般
设备总重量 较小 较大 中 参照已建成项目
引进设备重量 较小 较大 较大 参照已建成项目
引进用汇量 ～110万美元 150～200万美元 ～200万美元 参照已建成项目
电力安装容量 小 大 中 参照已建成项目
保安电源 需要 需要 需要 指不间断供电
控制复杂程度 简单 复杂 较复杂 指竖窑系统控制
耐材复杂程度 复杂 较复杂 简单 指砖型及砌筑
故障率 较低 较高 较高 指工艺及设备故障
操作与维护难易程度 简单,负压操作,可在线维修与检测 复杂,需频繁换喷枪及清理通道 一般,但烧咀梁导热油系统较复杂
投资需求量 较小 较高 较高
综合比较主要优点 活性度高、作业率高、投资低 活性度高、热耗低 耐材砖型及砌筑简单
综合比较主要缺点 耐材砌筑较复杂 设备较复杂、故障率较高 煅烧原理较落后,活性度偏低、用汇高
国内引进数量 9(化工5、冶金4) 9(冶金系统) 2(化工、冶金各1) 截止1999年3月
全世界总数量 ～300座 ～300座 ～120座 截止1997年