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如何解決石灰窯“窯壁效應(yīng)”和“中心漏斗效應(yīng)”（垮邊、掉洞、抽心）
2013-07-25 11:27:28 來源：唐山金泉冶金能源新技
石灰窯“窯壁效應(yīng)”和“中心漏斗效應(yīng)”是石灰窯生產(chǎn)中嚴(yán)重影響石灰成品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，俗稱“垮邊、掉洞、抽心”，在生產(chǎn)中可造成石灰窯內(nèi)局部料面突然塌沉，使其煅燒帶遭到嚴(yán)重破壞，嚴(yán)重影響成品石灰的質(zhì)量。并在塌沉洞口口，或多或少都有一定量的火球和熱氣流沖出石灰窯面，使窯頂溫度極難控制、使設(shè)備損毀，如防范措施不力，也易造成工傷事故，所以垮邊、掉洞、抽心屬于嚴(yán)重的不正常石灰窯況。
一、傳統(tǒng)老式石灰窯產(chǎn)生垮邊、掉洞、抽心的原因及解決方法
傳統(tǒng)老式石灰窯產(chǎn)生垮邊、掉洞、抽心等問題其產(chǎn)生的主要原因是物料在燒成帶內(nèi)未燒結(jié)完整，底火不密實(shí)，且很薄，甚至局部無底火所致。
(1)垮邊、掉洞的原因：
①石灰窯內(nèi)料層阻力不均勻，阻力小、通風(fēng)極好的地方經(jīng)常出現(xiàn)齜火風(fēng)洞。且由于通風(fēng)過盛，底火愈燒愈淺，高溫層愈來愈薄，加上散熱嚴(yán)重，溫度低，物料難以燒結(jié)。當(dāng)其下面料層松散有架空的空隙時，就會塌下去，造成垮邊、掉洞。
②操作中未注意壓邊風(fēng)（因擴(kuò)大角太�。�，邊部上火快，二脅被壓死，中間底火深，造成邊風(fēng)壓不住，物料燒不結(jié)，連續(xù)出現(xiàn)齜火風(fēng)洞，使底火被破壞而產(chǎn)生垮邊。
③石料或燃料粉料比例過高，石料中二氧化硅含量高，熔劑，或配煤量不夠、煤料混合不勻，造成物料不易燒結(jié)。
(2)抽心的原因：
①在料層阻力大、通風(fēng)不暢的地方，物料在還原氣氛中煅燒，在上部物料壓力作用下，易結(jié)成致密大塊，通風(fēng)更差，這種情況出現(xiàn)在中間火深處，中間底火易與周圍底火脫離，當(dāng)?shù)羯畹揭欢ǔ潭葧r，就會突然塌沉，形成抽心。
②卸料速度過快，底火還未形成完整結(jié)實(shí)就進(jìn)入冷卻帶，致使中火與底火斷離，形成抽心。
③由于生料成分不適，石灰窯體結(jié)構(gòu)不合理或操作不當(dāng)，引起石灰窯內(nèi)嚴(yán)重?zé)掃吇蚪Y(jié)圈，都會使邊部底火不下移，而中火下移較快而抽心。
防止其出現(xiàn)的主要原則是：認(rèn)真調(diào)整底火，切忌將底火拉深至擴(kuò)大口下，并使上火均勻穩(wěn)定，要仔細(xì)觀察石灰窯面物料下移的均勻程度和煙氣上升的變化情況，如發(fā)現(xiàn)石灰窯面有局部下移或局部煙氣上升極快，看火工應(yīng)及時采取防范措施，防止料面突然塌陷造成工傷事故。具體處理方法為：
①局部垮邊。應(yīng)立即停止卸料，把底火提起，再撥火塊處理，將未塌處的紅料塊撥向塌邊處，紅料塊上適當(dāng)加些外加煤后，再加料，以小風(fēng)養(yǎng)火，可以按塌邊引起偏火的方法處理，直到底火正常。
②對于掉洞處理，如洞穴太深，底火破壞嚴(yán)重時，先用熟料、礦渣、劈柴等物料填充洞定，再撥些火塊，其上適當(dāng)加外加煤，蓋上料球，小風(fēng)養(yǎng)火，直到底火形成。在處理時還應(yīng)嚴(yán)格控制卸料，通常采用慢速度卸料和連續(xù)間歇卸料，盡量提起塌落處底火。
③發(fā)生抽心的處理。如果由于煉邊、結(jié)瘤等引起，則應(yīng)停止加料、卸料，使粘在石灰窯壁處物料底部露出，并處理干凈，然后做調(diào)石灰窯操作，逐步調(diào)整底火直至正常。
二、快速有效解決“窯壁效應(yīng)”和“中心漏斗效應(yīng)”的新工藝
傳統(tǒng)石灰窯煅燒石灰因沒有先進(jìn)的布料設(shè)備、供風(fēng)布風(fēng)設(shè)備、卸料調(diào)控設(shè)備、出料設(shè)備等，生產(chǎn)操作過程全靠人工經(jīng)驗(yàn)操作，俗稱“瞎子燒灰”，一般都是出現(xiàn)了問題后才進(jìn)行補(bǔ)救，不但效果差而且調(diào)整的周期長，使石灰的生產(chǎn)極不穩(wěn)定、石灰質(zhì)量也極難控制，如何選擇和使用有效的操控設(shè)備是解決問題的關(guān)鍵所在，無論傳統(tǒng)老式石灰窯還是新建的新型機(jī)械化石灰窯，在改造過程中及選用裝備中應(yīng)遵循以下原則：
1、采用第三代*新配料、混料、布料方式：
（1）通過新型石灰石和煤炭配料設(shè)備，使混配料更精確、更方便。
混配系統(tǒng)的稱量裝置采用具有全自動控制能力的自動稱量裝置。精度<3‰。在稱量時，由變頻控制的振動給料機(jī)分二次給料，通過調(diào)控裝置，可以達(dá)到石灰石誤差在2Kg以內(nèi)，焦炭（煤）誤差在0.20Kg內(nèi)，并且，上次的稱量誤差，下次能夠自動補(bǔ)償。通過二者流量大小調(diào)節(jié)手段，使整個稱量、混勻過程都實(shí)現(xiàn)自動控制，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)、自動補(bǔ)給。
（2）選擇新型布料設(shè)備：
新型布料設(shè)備結(jié)構(gòu)奇特，具有多級篩分功能，使窯內(nèi)布量混勻到*。窯頂設(shè)計有具有二次混料功能的過渡倉，爐頂振動給料機(jī)（二氧化碳回收時使用段式給料機(jī)）均勻地將爐料送至一邊布料、一邊旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)式布料器中，布料器可連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料也可以單點(diǎn)定點(diǎn)布料以調(diào)節(jié)布料的精確度。
新型布料器在爐內(nèi)設(shè)計有機(jī)械手撒料裝置，可實(shí)現(xiàn)加料混料布料功能，可保證料面均勻平整，旋轉(zhuǎn)布料器可以將原料燃料均勻散落在料面上，布料的料面面積及形狀可調(diào)，布料速度可自動調(diào)節(jié)，使得布料準(zhǔn)確、可靠。布料器中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)均用耐高溫、耐腐蝕材料制作，傳動部分用及密封部分采用特制耐高材料，使得設(shè)備運(yùn)行可靠，能在惡劣的環(huán)境中長期連續(xù)無故障運(yùn)行，為石灰石的高質(zhì)量煅燒提供了很好的工藝條件。
該布料器的特殊機(jī)械手結(jié)構(gòu)能將石灰石和煤均勻混合后撒落到料面，可以實(shí)現(xiàn)在煅燒帶使煤各處燃燒發(fā)熱均勻，避免了由于布料不均勻?qū)е旅憾嗟牡胤綔囟雀弋a(chǎn)生而過燒和結(jié)瘤，溫度低的地方產(chǎn)生生燒，大大減少了由于布料不均勻而造成爐內(nèi)偏料、結(jié)瘤嚴(yán)重，浪費(fèi)燃料的情況，經(jīng)過國內(nèi)外用戶的應(yīng)用實(shí)測新型布料器相對于老式固定式布料器、沖擊式旋轉(zhuǎn)布料器、蝸殼式旋轉(zhuǎn)布料器等生產(chǎn)每噸灰可節(jié)約焦炭（或煤）在20Kg以上。
第三代多功能旋轉(zhuǎn)布料器與第二代旋轉(zhuǎn)布料器及原日本同類型旋轉(zhuǎn)布料器相比典型突出的新功能為具有多級篩分功能，可以把石料及燃料中的大塊料直接布到爐窯中心，把小塊料逐級布料到窯壁*外圍，使窯內(nèi)上火風(fēng)壓一致，有效地解決了“窯壁效應(yīng)”及“中心下料漏斗效應(yīng)”，而解決“窯壁效應(yīng)” 及“中心下料漏斗效應(yīng)”是降低石灰生過燒率的主要手段和必要手段。
該設(shè)備重量及價格只有老式“蝸殼式旋轉(zhuǎn)布料器”等設(shè)備的30-40%。
2、采用第三代*新供風(fēng)、布風(fēng)、富氧助燃技術(shù)：
石灰的煅燒是一種激烈的氧化反應(yīng)，是燃料中的可燃成分與空氣的氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，合理供風(fēng)、加大供氧是節(jié)能石灰窯重要措施，節(jié)能窯所以節(jié)能供風(fēng)供氧非常重要，而且有利于提高石灰活性度，傳統(tǒng)的土窯采用的“悶燒”方式及傳統(tǒng)豎窯采取的“層燒”方式是不可能生產(chǎn)出高活性、高產(chǎn)能的石灰的。
傳統(tǒng)機(jī)械化石灰窯鼓風(fēng)系統(tǒng)由高壓離心風(fēng)機(jī)和圓柱形或一級、三級簡易塔形風(fēng)帽組成，因無布風(fēng)專用風(fēng)道氣流在窯內(nèi)的分布趨向于四周爐壁，中間單位面積流量小，加劇了窯壁效應(yīng)，易發(fā)生粘瘤，而且布風(fēng)風(fēng)壓及風(fēng)量不均，使石灰生過燒率居高不下。新型供風(fēng)布風(fēng)裝置，通過窯內(nèi)氣流分布研究和優(yōu)化設(shè)計，通對供風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，利用計算機(jī)概率供風(fēng)原理模擬實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研制“均壓概率風(fēng)帽”裝置，實(shí)現(xiàn)定量送風(fēng)，使窯體統(tǒng)一截面上氣流分布趨于一致，有效解決了窯壁效應(yīng)及料柱抽芯問題，同時石灰生過燒率也可以降低5-8個百分點(diǎn)。
活性石灰豎窯在煅燒過程中，供風(fēng)的大小和布風(fēng)均勻程度，對石灰的活性度和燒結(jié)的生熟均勻度至關(guān)重要，如供風(fēng)不均勻就會出現(xiàn)偏燒，以至使過燒和生燒現(xiàn)象發(fā)生，大大影響了活性石灰的質(zhì)量。供風(fēng)，風(fēng)為火源，風(fēng)大火大，風(fēng)均火就勻。“第三代” 風(fēng)帽在設(shè)計中的供風(fēng)方針是：“穩(wěn)風(fēng)壓、均風(fēng)量、低功率、大效果”，在設(shè)計中計算機(jī)仿真風(fēng)帽吸取了國外的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國原料（石灰和焦炭、煤炭）的質(zhì)量和塊度的大小，用計算機(jī)仿真模擬供風(fēng)設(shè)計風(fēng)帽，使助燃風(fēng)可以科學(xué)的分層分布到所需要的窯內(nèi)爐料斷面上，使窯內(nèi)氣流均勻火焰燃燒強(qiáng)度一致窯內(nèi)熱氣流由中向邊由邊向中流動，氣流、氣壓分布科學(xué)合理。
“第三代計算機(jī)仿真風(fēng)帽”裝置分為一體式和分體式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)同窯爐煅燒不同原料生產(chǎn)應(yīng)用及不同產(chǎn)量的生產(chǎn)需求。該設(shè)備裝備制造技術(shù)已經(jīng)申請發(fā)明專利，該技術(shù)的名稱為“段式控能概率供風(fēng)裝置”。
“第三代”技術(shù)通過對石灰窯熱量平衡的研究，將富氧助燃技術(shù)應(yīng)用在了石灰生產(chǎn)的裝置中，在保持石灰質(zhì)量相對穩(wěn)定的前提下，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，用專用裝置與“第三代計算機(jī)仿真風(fēng)帽”裝置調(diào)配可實(shí)現(xiàn)石灰窯增氧中氧壓的分配，實(shí)現(xiàn)富氧助燃的應(yīng)用，據(jù)實(shí)測，富氧量達(dá)到23%時，可降低煤炭配比10%，可以達(dá)到節(jié)能的目的。
3、采用第三代*新排料、除瘤技術(shù)：
新型出灰機(jī)采用圓盤旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，設(shè)計有6-9個排料刮刀，在排灰過程中，不擠壓和損壞塊狀石灰，使出灰過程中產(chǎn)生的粉灰量大大減少，該設(shè)備在排灰過程中可以使整個爐內(nèi)料面下降平穩(wěn)，保持了料面平整，在排灰過程中可以實(shí)現(xiàn)自動正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)，使得上面的石灰塊間的氣流隙保持不變，從而保持氣流順暢，而不像其它排灰設(shè)備容易使?fàn)t內(nèi)空隙變小氣流紊亂。
新型出灰機(jī)出灰量的大小自動控制調(diào)整，可根據(jù)產(chǎn)量需要能很方便調(diào)整出灰量，正常生產(chǎn)排料時為6點(diǎn)卸料，在生產(chǎn)中工藝人員根據(jù)原料和燃料的質(zhì)量及外界因素的變化，根據(jù)需要調(diào)整爐況時它可調(diào)成單邊出灰，單點(diǎn)出灰、本設(shè)備配合調(diào)整爐況方便準(zhǔn)確、得心應(yīng)手。
該設(shè)備的研制成功，徹底解決了老式石灰窯選用的“螺椎出灰機(jī)”設(shè)備跑偏磨損嚴(yán)重事故率高、下料口堵料嚴(yán)重、不能調(diào)節(jié)料面偏料、石灰破損率高、設(shè)備造價高等問題，該設(shè)備價格只有同等石灰產(chǎn)量“螺椎出灰機(jī)”設(shè)備價格的20-30%。
在出灰機(jī)上部設(shè)計有除瘤裝置、當(dāng)遇到爐況不正常產(chǎn)生大塊結(jié)瘤物料時可以及時進(jìn)行處理，使結(jié)瘤物料破碎能夠正常下降排除爐外，當(dāng)遇到大量、大塊結(jié)瘤物料時可以開啟排料通道進(jìn)行快速排料處理。當(dāng)遇到出灰機(jī)故障停機(jī)時可快速移除設(shè)備直接排料。
為保證成品石灰的質(zhì)量和產(chǎn)量，必須做到不停助燃風(fēng)連續(xù)生產(chǎn)，新型的段式密封閥出灰機(jī)也是高效自動化出灰生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備可以把排灰筒中連續(xù)落下的石灰不斷排到爐外，排灰過程中由于段式密封裝置的密封作用，使助燃風(fēng)能連續(xù)供風(fēng)而不致從下面泄漏。
段式密封閥出灰機(jī)設(shè)備配合盤式出灰機(jī)使用，在連續(xù)排灰中使?fàn)t內(nèi)密封良好，不影響助燃風(fēng)連續(xù)送風(fēng)，排灰過程中不擠壓和損壞石灰塊，可把600mm以下粒度物料直接快速排出爐外，該設(shè)備運(yùn)行簡單可靠，免經(jīng)常維護(hù)，故障率極低。
“第三代”技術(shù)在窯體三代位置設(shè)計有探瘤、除瘤裝置，該裝置可以把窯壁上初期生成的結(jié)瘤及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理，使結(jié)瘤物料消除在萌芽狀態(tài)。
4、石灰煅燒工藝改進(jìn)與新技術(shù)應(yīng)用
（1）、快燒快冷煅燒工藝的應(yīng)用
傳統(tǒng)石灰生產(chǎn)工藝采用“八進(jìn)八出”進(jìn)出料制度和廢氣直排式“正壓”控制，窯內(nèi)物料循環(huán)慢，窯內(nèi)透氣性差，造成窯內(nèi)通風(fēng)阻力大，石灰石分解壓力大，煅燒速度慢。經(jīng)過試驗(yàn)探索，唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司研究應(yīng)用了淺進(jìn)淺出 、快燒快冷石灰煅燒工藝，進(jìn)出料制度采用周期性上料，不停風(fēng)連續(xù)作業(yè)，每0.5h出灰一次或采用連續(xù)上料連續(xù)出灰方式；采用調(diào)控式“微負(fù)壓”控制，煅燒區(qū)溫度控制在1000～1100℃。
（2）、三動一靜煅燒工藝的應(yīng)用
唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司在快燒快冷煅燒工藝的基礎(chǔ)上近年創(chuàng)新研究成功了“三動一靜“煅燒新工藝，使生產(chǎn)率及石灰活性度得到有效提高，也使生過燒率下降到了理想的指標(biāo)，同時也是降低燃料消耗的有效手段，該技術(shù)的創(chuàng)新原理就是在快速上料、快速燃燒、快速冷卻、快速排料的基礎(chǔ)上應(yīng)用了“靜燒”原理使燃料與石料有一定的充分煅燒時間，有效解決了原料與燃料在“動燒”過程中因煅燒時間的不足及煅燒環(huán)境的改變而造成的生燒現(xiàn)象和燃料燃燒不充分等問題，該公司近年所設(shè)計建造的石灰窯已經(jīng)全部應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)并取得了很好的指標(biāo)，該技術(shù)2010年度被“北方爐窯協(xié)會”評為“新工藝新裝備創(chuàng)新獎”個人獎一等獎。
（3）、解決豎窯偏燒及粘窯的有效措施—“三段溫控定位操作法” 調(diào)控技術(shù)的的應(yīng)用
偏燒是豎窯石灰生產(chǎn)中易發(fā)生、難處理的工藝事故，也是制約生產(chǎn)率提高的主要難題，同時也是能耗過高的主要原因之一，石灰窯正常生產(chǎn)條件下，三帶位置長期穩(wěn)定在某一位置，這對穩(wěn)定爐況、提高質(zhì)量起到較好的作用。發(fā)生偏燒時，一是窯內(nèi)預(yù)熱帶和冷卻帶兩頭溫度高，煅燒帶上移或下降，灰溫高，出灰量減少，一般老式窯必須減產(chǎn)；二是窯內(nèi)一邊溫度高，一邊溫度低，造成大量的生燒石灰和過燒石灰。長時間的偏燒極易造成窯壁粘窯和結(jié)瘤，針對這個難題，唐山金泉公司發(fā)明研制了“三段溫控定位操作法” 調(diào)控新技術(shù)，該技術(shù)的利用可進(jìn)行爐況快速調(diào)控，可在10-15分鐘快速解決燃燒帶上移或下降，根據(jù)不同的癥狀，通過局部補(bǔ)償風(fēng)量，加速或降低燃燒、促其上移或下降，即穩(wěn)定了生產(chǎn)而且避免了偏燒及粘窯問題的出現(xiàn)。應(yīng)該注意的是“三段溫控定位操作法”并不是固定在一個層面，而是根據(jù)溫度及生產(chǎn)情況不斷變換三段上下的位置，三帶位置長期穩(wěn)定在某一位置也可以使煅燒帶所掛壁瘤充分熔融長大，導(dǎo)致因粘瘤引起偏燒，為了遏制所掛壁瘤充分熔融長大，可以通過定期性降料面操作，以熱漲冷縮作用和石料沖刷來定期清理窯壁掛瘤，預(yù)防大面積粘瘤，唐山金泉公司研究的窯體多級探瘤除瘤裝置可有效解決窯壁掛瘤結(jié)瘤現(xiàn)象，尤其該公司設(shè)計的窯底除瘤裝置可以把窯內(nèi)的結(jié)瘤物料及消除窯壁掛瘤時產(chǎn)生的大塊結(jié)瘤物料有效消除，使結(jié)瘤物料在進(jìn)入出灰機(jī)前就處理完畢，有效地解決了因結(jié)瘤物料卡堵卸灰機(jī)出口而造成的長時間停機(jī)、停產(chǎn)事故。
(4)、 電氣儀表自動化、智能化控制技術(shù)的應(yīng)用
傳統(tǒng)窯型工藝配置一般采用人工操作或半自動化化方式操作，新式節(jié)能石灰窯控制系統(tǒng)采用了可編程控制器進(jìn)行控制，使現(xiàn)場所有信號（溫度、壓力、流量、控制）全部進(jìn)入PLC，按生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行集中監(jiān)視和控制，形成配套的PLC控制技術(shù)，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠率和自動化控制水平，該技術(shù)可把各生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、合理配置和優(yōu)化，生產(chǎn)數(shù)據(jù)可顯示、貯存和打印，可隨時觀察分析窯內(nèi)各帶的溫度及生產(chǎn)變化趨勢，有利于對窯況進(jìn)行有效的控制與調(diào)節(jié)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單窯單班一人操作（生產(chǎn)焙燒），有效地減低了人工生產(chǎn)成本。
總之，只有把上述各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)與理念根據(jù)自身的實(shí)際情況酌情借鑒、綜合利用才能產(chǎn)生理想的生產(chǎn)和節(jié)能效果，目前通過以上技術(shù)的利用唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司設(shè)計建造的石灰豎窯生產(chǎn)利用系數(shù)已經(jīng)達(dá)到0.85-1.0，每生產(chǎn)一噸石灰只需要標(biāo)煤110-125kg，而且生、過燒率已經(jīng)低于4%，活性度已經(jīng)達(dá)到320及以上。
文稿來源：唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司 總工室
文稿推薦：北方爐窯協(xié)會
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