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如何解决石灰窑“窑壁效应”和“中心漏斗效应”（垮边、掉洞、抽心）
2013-07-25 11:27:28 来源：唐山金泉冶金能源新技
石灰窑“窑壁效应”和“中心漏斗效应”是石灰窑生产中严重影响石灰成品质量的关键因素，俗称“垮边、掉洞、抽心”，在生产中可造成石灰窑内局部料面突然塌沉，使其煅烧带遭到严重破坏，严重影响成品石灰的质量。并在塌沉洞口口，或多或少都有一定量的火球和热气流冲出石灰窑面，使窑顶温度极难控制、使设备损毁，如防范措施不力，也易造成工伤事故，所以垮边、掉洞、抽心属于严重的不正常石灰窑况。
一、传统老式石灰窑产生垮边、掉洞、抽心的原因及解决方法
传统老式石灰窑产生垮边、掉洞、抽心等问题其产生的主要原因是物料在烧成带内未烧结完整，底火不密实，且很薄，甚至局部无底火所致。
(1)垮边、掉洞的原因：
①石灰窑内料层阻力不均匀，阻力小、通风极好的地方经常出现龇火风洞。且由于通风过盛，底火愈烧愈浅，高温层愈来愈薄，加上散热严重，温度低，物料难以烧结。当其下面料层松散有架空的空隙时，就会塌下去，造成垮边、掉洞。
②操作中未注意压边风（因扩大角太小），边部上火快，二胁被压死，中间底火深，造成边风压不住，物料烧不结，连续出现龇火风洞，使底火被破坏而产生垮边。
③石料或燃料粉料比例过高，石料中二氧化硅含量高，熔剂，或配煤量不够、煤料混合不匀，造成物料不易烧结。
(2)抽心的原因：
①在料层阻力大、通风不畅的地方，物料在还原气氛中煅烧，在上部物料压力作用下，易结成致密大块，通风更差，这种情况出现在中间火深处，中间底火易与周围底火脱离，当掉深到一定程度时，就会突然塌沉，形成抽心。
②卸料速度过快，底火还未形成完整结实就进入冷却带，致使中火与底火断离，形成抽心。
③由于生料成分不适，石灰窑体结构不合理或操作不当，引起石灰窑内严重炼边或结圈，都会使边部底火不下移，而中火下移较快而抽心。
防止其出现的主要原则是：认真调整底火，切忌将底火拉深至扩大口下，并使上火均匀稳定，要仔细观察石灰窑面物料下移的均匀程度和烟气上升的变化情况，如发现石灰窑面有局部下移或局部烟气上升极快，看火工应及时采取防范措施，防止料面突然塌陷造成工伤事故。具体处理方法为：
①局部垮边。应立即停止卸料，把底火提起，再拨火块处理，将未塌处的红料块拨向塌边处，红料块上适当加些外加煤后，再加料，以小风养火，可以按塌边引起偏火的方法处理，直到底火正常。
②对于掉洞处理，如洞穴太深，底火破坏严重时，先用熟料、矿渣、劈柴等物料填充洞定，再拨些火块，其上适当加外加煤，盖上料球，小风养火，直到底火形成。在处理时还应严格控制卸料，通常采用慢速度卸料和连续间歇卸料，尽量提起塌落处底火。
③发生抽心的处理。如果由于炼边、结瘤等引起，则应停止加料、卸料，使粘在石灰窑壁处物料底部露出，并处理干净，然后做调石灰窑操作，逐步调整底火直至正常。
二、快速有效解决“窑壁效应”和“中心漏斗效应”的新工艺
传统石灰窑煅烧石灰因没有先进的布料设备、供风布风设备、卸料调控设备、出料设备等，生产操作过程全靠人工经验操作，俗称“瞎子烧灰”，一般都是出现了问题后才进行补救，不但效果差而且调整的周期长，使石灰的生产极不稳定、石灰质量也极难控制，如何选择和使用有效的操控设备是解决问题的关键所在，无论传统老式石灰窑还是新建的新型机械化石灰窑，在改造过程中及选用装备中应遵循以下原则：
1、采用第三代*新配料、混料、布料方式：
（1）通过新型石灰石和煤炭配料设备，使混配料更精确、更方便。
混配系统的称量装置采用具有全自动控制能力的自动称量装置。精度<3‰。在称量时，由变频控制的振动给料机分二次给料，通过调控装置，可以达到石灰石误差在2Kg以内，焦炭（煤）误差在0.20Kg内，并且，上次的称量误差，下次能够自动补偿。通过二者流量大小调节手段，使整个称量、混匀过程都实现自动控制，实现自动调节、自动补给。
（2）选择新型布料设备：
新型布料设备结构奇特，具有多级筛分功能，使窑内布量混匀到*。窑顶设计有具有二次混料功能的过渡仓，炉顶振动给料机（二氧化碳回收时使用段式给料机）均匀地将炉料送至一边布料、一边旋转的回转式布料器中，布料器可连续旋转布料也可以单点定点布料以调节布料的精确度。
新型布料器在炉内设计有机械手撒料装置，可实现加料混料布料功能，可保证料面均匀平整，旋转布料器可以将原料燃料均匀散落在料面上，布料的料面面积及形状可调，布料速度可自动调节，使得布料准确、可靠。布料器中关键结构均用耐高温、耐腐蚀材料制作，传动部分用及密封部分采用特制耐高材料，使得设备运行可靠，能在恶劣的环境中长期连续无故障运行，为石灰石的高质量煅烧提供了很好的工艺条件。
该布料器的特殊机械手结构能将石灰石和煤均匀混合后撒落到料面，可以实现在煅烧带使煤各处燃烧发热均匀，避免了由于布料不均匀导致煤多的地方温度高产生而过烧和结瘤，温度低的地方产生生烧，大大减少了由于布料不均匀而造成炉内偏料、结瘤严重，浪费燃料的情况，经过国内外用户的应用实测新型布料器相对于老式固定式布料器、冲击式旋转布料器、蜗壳式旋转布料器等生产每吨灰可节约焦炭（或煤）在20Kg以上。
第三代多功能旋转布料器与第二代旋转布料器及原日本同类型旋转布料器相比典型突出的新功能为具有多级筛分功能，可以把石料及燃料中的大块料直接布到炉窑中心，把小块料逐级布料到窑壁*外围，使窑内上火风压一致，有效地解决了“窑壁效应”及“中心下料漏斗效应”，而解决“窑壁效应” 及“中心下料漏斗效应”是降低石灰生过烧率的主要手段和必要手段。
该设备重量及价格只有老式“蜗壳式旋转布料器”等设备的30-40%。
2、采用第三代*新供风、布风、富氧助燃技术：
石灰的煅烧是一种激烈的氧化反应，是燃料中的可燃成分与空气的氧气进行氧化反应，合理供风、加大供氧是节能石灰窑重要措施，节能窑所以节能供风供氧非常重要，而且有利于提高石灰活性度，传统的土窑采用的“闷烧”方式及传统竖窑采取的“层烧”方式是不可能生产出高活性、高产能的石灰的。
传统机械化石灰窑鼓风系统由高压离心风机和圆柱形或一级、三级简易塔形风帽组成，因无布风专用风道气流在窑内的分布趋向于四周炉壁，中间单位面积流量小，加剧了窑壁效应，易发生粘瘤，而且布风风压及风量不均，使石灰生过烧率居高不下。新型供风布风装置，通过窑内气流分布研究和优化设计，通对供风系统的优化设计，利用计算机概率供风原理模拟实验创新研制“均压概率风帽”装置，实现定量送风，使窑体统一截面上气流分布趋于一致，有效解决了窑壁效应及料柱抽芯问题，同时石灰生过烧率也可以降低5-8个百分点。
活性石灰竖窑在煅烧过程中，供风的大小和布风均匀程度，对石灰的活性度和烧结的生熟均匀度至关重要，如供风不均匀就会出现偏烧，以至使过烧和生烧现象发生，大大影响了活性石灰的质量。供风，风为火源，风大火大，风均火就匀。“第三代” 风帽在设计中的供风方针是：“稳风压、均风量、低功率、大效果”，在设计中计算机仿真风帽吸取了国外的经验，结合我国原料（石灰和焦炭、煤炭）的质量和块度的大小，用计算机仿真模拟供风设计风帽，使助燃风可以科学的分层分布到所需要的窑内炉料断面上，使窑内气流均匀火焰燃烧强度一致窑内热气流由中向边由边向中流动，气流、气压分布科学合理。
“第三代计算机仿真风帽”装置分为一体式和分体式结构，可实现同窑炉煅烧不同原料生产应用及不同产量的生产需求。该设备装备制造技术已经申请发明专利，该技术的名称为“段式控能概率供风装置”。
“第三代”技术通过对石灰窑热量平衡的研究，将富氧助燃技术应用在了石灰生产的装置中，在保持石灰质量相对稳定的前提下，达到了节能降耗的目的，用专用装置与“第三代计算机仿真风帽”装置调配可实现石灰窑增氧中氧压的分配，实现富氧助燃的应用，据实测，富氧量达到23%时，可降低煤炭配比10%，可以达到节能的目的。
3、采用第三代*新排料、除瘤技术：
新型出灰机采用圆盘旋转结构，设计有6-9个排料刮刀，在排灰过程中，不挤压和损坏块状石灰，使出灰过程中产生的粉灰量大大减少，该设备在排灰过程中可以使整个炉内料面下降平稳，保持了料面平整，在排灰过程中可以实现自动正转和逆转，使得上面的石灰块间的气流隙保持不变，从而保持气流顺畅，而不像其它排灰设备容易使炉内空隙变小气流紊乱。
新型出灰机出灰量的大小自动控制调整，可根据产量需要能很方便调整出灰量，正常生产排料时为6点卸料，在生产中工艺人员根据原料和燃料的质量及外界因素的变化，根据需要调整炉况时它可调成单边出灰，单点出灰、本设备配合调整炉况方便准确、得心应手。
该设备的研制成功，彻底解决了老式石灰窑选用的“螺椎出灰机”设备跑偏磨损严重事故率高、下料口堵料严重、不能调节料面偏料、石灰破损率高、设备造价高等问题，该设备价格只有同等石灰产量“螺椎出灰机”设备价格的20-30%。
在出灰机上部设计有除瘤装置、当遇到炉况不正常产生大块结瘤物料时可以及时进行处理，使结瘤物料破碎能够正常下降排除炉外，当遇到大量、大块结瘤物料时可以开启排料通道进行快速排料处理。当遇到出灰机故障停机时可快速移除设备直接排料。
为保证成品石灰的质量和产量，必须做到不停助燃风连续生产，新型的段式密封阀出灰机也是高效自动化出灰生产中的关键设备，该设备可以把排灰筒中连续落下的石灰不断排到炉外，排灰过程中由于段式密封装置的密封作用，使助燃风能连续供风而不致从下面泄漏。
段式密封阀出灰机设备配合盘式出灰机使用，在连续排灰中使炉内密封良好，不影响助燃风连续送风，排灰过程中不挤压和损坏石灰块，可把600mm以下粒度物料直接快速排出炉外，该设备运行简单可靠，免经常维护，故障率极低。
“第三代”技术在窑体三代位置设计有探瘤、除瘤装置，该装置可以把窑壁上初期生成的结瘤及时发现并进行处理，使结瘤物料消除在萌芽状态。
4、石灰煅烧工艺改进与新技术应用
（1）、快烧快冷煅烧工艺的应用
传统石灰生产工艺采用“八进八出”进出料制度和废气直排式“正压”控制，窑内物料循环慢，窑内透气性差，造成窑内通风阻力大，石灰石分解压力大，煅烧速度慢。经过试验探索，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司研究应用了浅进浅出 、快烧快冷石灰煅烧工艺，进出料制度采用周期性上料，不停风连续作业，每0.5h出灰一次或采用连续上料连续出灰方式；采用调控式“微负压”控制，煅烧区温度控制在1000～1100℃。
（2）、三动一静煅烧工艺的应用
唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司在快烧快冷煅烧工艺的基础上近年创新研究成功了“三动一静“煅烧新工艺，使生产率及石灰活性度得到有效提高，也使生过烧率下降到了理想的指标，同时也是降低燃料消耗的有效手段，该技术的创新原理就是在快速上料、快速燃烧、快速冷却、快速排料的基础上应用了“静烧”原理使燃料与石料有一定的充分煅烧时间，有效解决了原料与燃料在“动烧”过程中因煅烧时间的不足及煅烧环境的改变而造成的生烧现象和燃料燃烧不充分等问题，该公司近年所设计建造的石灰窑已经全部应用了该项技术并取得了很好的指标，该技术2010年度被“北方炉窑协会”评为“新工艺新装备创新奖”个人奖一等奖。
（3）、解决竖窑偏烧及粘窑的有效措施—“三段温控定位操作法” 调控技术的的应用
偏烧是竖窑石灰生产中易发生、难处理的工艺事故，也是制约生产率提高的主要难题，同时也是能耗过高的主要原因之一，石灰窑正常生产条件下，三带位置长期稳定在某一位置，这对稳定炉况、提高质量起到较好的作用。发生偏烧时，一是窑内预热带和冷却带两头温度高，煅烧带上移或下降，灰温高，出灰量减少，一般老式窑必须减产；二是窑内一边温度高，一边温度低，造成大量的生烧石灰和过烧石灰。长时间的偏烧极易造成窑壁粘窑和结瘤，针对这个难题，唐山金泉公司发明研制了“三段温控定位操作法” 调控新技术，该技术的利用可进行炉况快速调控，可在10-15分钟快速解决燃烧带上移或下降，根据不同的症状，通过局部补偿风量，加速或降低燃烧、促其上移或下降，即稳定了生产而且避免了偏烧及粘窑问题的出现。应该注意的是“三段温控定位操作法”并不是固定在一个层面，而是根据温度及生产情况不断变换三段上下的位置，三带位置长期稳定在某一位置也可以使煅烧带所挂壁瘤充分熔融长大，导致因粘瘤引起偏烧，为了遏制所挂壁瘤充分熔融长大，可以通过定期性降料面操作，以热涨冷缩作用和石料冲刷来定期清理窑壁挂瘤，预防大面积粘瘤，唐山金泉公司研究的窑体多级探瘤除瘤装置可有效解决窑壁挂瘤结瘤现象，尤其该公司设计的窑底除瘤装置可以把窑内的结瘤物料及消除窑壁挂瘤时产生的大块结瘤物料有效消除，使结瘤物料在进入出灰机前就处理完毕，有效地解决了因结瘤物料卡堵卸灰机出口而造成的长时间停机、停产事故。
(4)、 电气仪表自动化、智能化控制技术的应用
传统窑型工艺配置一般采用人工操作或半自动化化方式操作，新式节能石灰窑控制系统采用了可编程控制器进行控制，使现场所有信号（温度、压力、流量、控制）全部进入PLC，按生产工艺流程进行集中监视和控制，形成配套的PLC控制技术，提高了设备运行的可靠率和自动化控制水平，该技术可把各生产数据进行综合分析、合理配置和优化，生产数据可显示、贮存和打印，可随时观察分析窑内各带的温度及生产变化趋势，有利于对窑况进行有效的控制与调节。该技术可实现单窑单班一人操作（生产焙烧），有效地减低了人工生产成本。
总之，只有把上述各项先进技术与理念根据自身的实际情况酌情借鉴、综合利用才能产生理想的生产和节能效果，目前通过以上技术的利用唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司设计建造的石灰竖窑生产利用系数已经达到0.85-1.0，每生产一吨石灰只需要标煤110-125kg，而且生、过烧率已经低于4%，活性度已经达到320及以上。
文稿来源：唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司 总工室
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唐山金泉公司单月石灰窑订单16座，创行业**。
2014年3月中旬，北方炉窑协会、石灰产业协会等单位走访了国内的*石灰生产单位及石灰窑工程设计建造单位，初步了解了部分石灰产业情况及石灰窑新建工程的在建情况，走访中将进一步对今年该行业的发展情况进行总结交流。
据悉，截至2014年3月1日，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司石灰窑工程订单单月订单达数量达到了16座，创造了国内*新记录，而且全部订单都在2014年2月10日至3月1日签约，也就是说在我国的传统节日2014年春节期间的正月中的半个月完成的订单，订单石灰窑数量平均一天一座窑。
据协会不完全统计，截至2014年3月底，国内石灰窑签约项目约25座，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司一家就签约16座，使其在国内的市场占有率超过了60%，这一业绩使唐山金泉公司2014年全年石灰窑业绩有望突破30座，可继续保持国内业绩*高记录。
据合同资料显示，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司已经签约并开始设计建造的主要用户有：
1、唐山凯业炉料有限公司 4x588m³石灰竖炉（燃煤，冶金灰、建筑灰）
2、甘肃古浪鑫淼精细化工有限公司4x358m³石灰竖炉（燃煤，电石灰、氰胺用灰）
3、广东德庆东航钙业有限公司4x258m³石灰竖炉（燃煤，冶金灰）
4、张家口宏宇化工材料有限公司2x158m³石灰竖炉（燃煤，化工重钙灰）
5、贵州德众钙业有限公司1x358m³石灰竖炉（燃煤，轻钙用灰）
6、印尼马斯特钢铁公司
