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煅烧活性石灰的主机设备——回转窑

作者:鑫邦工程网址:http://www.xianxinbang.cn

  

  随着石灰煅烧技术的发展和需要,用来煅烧冶金炉料的窑炉很多,而用作煅烧活性石灰的窑炉型式也愈来愈多,其中,一般常见的有:

a、竖式预热器和竖式冷却器的回转窑

b、带炉篦子式回转窑

c、冷却筒式回转窑

d、 新型竖窑

e、双(套)筒竖窑

f、并流蓄热式竖窑

g、逆流筒机械化混料立窑

虽然,在不同型式的窑炉(包括一般型式的普通窑炉)上,都可以用来煅烧石灰或活性石灰。但是,在冶金行业中,特别是在大工业生产中,回转窑仍然是一种较为常见的、被广泛使用的煅烧窑炉。因为,它即可以用来煅烧耐火材料,又可以用来煅烧冶金炉料,水泥熟料等。

回转窑,是一种可以旋转的窑炉。按其煅烧工艺划分:有湿法、半干法和干法生产工艺。按煅烧性质划分:湿法以生产水泥为主,干法以生产石灰为主,而界于湿法和干法之间的半干法,是将原料破碎后,成球再煅烧,它则以生产耐火材料为主。

在煅烧活性石灰的回转窑中,窑型是各有不同的。如:

a、带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑

b、带炉篦子式的回转窑

c、带冷却筒式的回转窑。

这也就是说,回转窑按窑体特征划分,有窑型的不同。按窑内废气利用装置划分,则有预热装置的不同等。

一、回转窑

1)设计与材质

对于一套回转窑系统的选型与设计,从工艺角度上讲,应该以注重掌握回转窑的热工特性为基础、结合它的热工特性去了解相关的回转窑知识。

在一套回转窑装置的设计内容中,首先应该考虑的是,回转窑与所要煅烧物质的相适应性。其中,物料衡算与热量衡算,是回转窑设计的基础。单位面积产量指标,是回转窑设计内容中重要的依据之一。

而回转窑的长度与内径之比(L/D),则更能反映回转窑的热工特性。由于回转窑筒体长度和直径对煅烧效果有直接的影响,存在着对流传热条件不同,低温传热效果不同等问题。

随着活性石灰煅烧工艺的发展,根据活性石灰产品的性质需要,在对煅烧活性石灰回转窑窑型的选用上,开始广泛地采用了以窑筒体长度较短、直径较大的窑型。

以1978年从德国克劳斯·马菲公司引进的,国内第一套带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑为例:对回转窑筒体制造材质的选择,其钢板厚度约为2040mm编号为MRST37.2钢板为材料。窑筒体与大齿圈之间的连接是根据受热与膨胀的需要,采用弹簧钢板连接。

对窑体安装的基本条件,应根据设计要求,以窑体中心线与两个托轮的中心连线的夹角为60°时,为最佳状态。托轮组的数量,应考虑窑体的长度及窑筒体的材质要求而设置。

根据活性石灰产品的特性和煅烧的需要,在回转窑内不设置挡料圈,而是依靠窑两端的收口来保证料层厚度。物料在窑内的运动,则是通过窑体的安装斜度,在窑体的转动中,从高点向低点运动。窑体斜度通常是指:窑轴线的升高与窑长的比值,习惯上取窑斜线角α的正弦值Siaɑ,当窑体斜度为3时,其倾斜角为1°43

物料在回转窑内的运动形式,是在不考虑物料颗粒在窑壁和料层内部的滑动和颗粒大小的影响时,物料随着窑体的回转,A点处的物料由于摩擦力的作用,沿窑壁慢慢上升。当物料表面与水平面形成的角度,等于物料的静止角时,则物料颗粒在重力的作用下,将沿着料层表面滑落下来。由于回转窑有一定的倾斜度,则原在A点处物料不会在落到原处,而是向前移动一段距离,落在C点处。然后由C点重新波动到D点,二次落到E点。如此不断前进,是物料在窑内运动的理想状态。

从煅烧工艺角度上要求,我们对与回转窑相关的基本技术性能的了解内容一般有:

a、填充系数

所谓填充系数是指:在煅烧过程中,物料在窑内占有的体积与窑内有效空间体积的比率被称之为填充系数或填充率。

b、回转窑筒体内表面积

回转窑筒体内表面积是指:回转窑筒体内,可与物料接触的,衬砖的表面面积。

c、窑体截面积

窑体截面积是指,回转窑筒体的某一截断面内,可与物料接触的衬砖表面面积。

d、单位面积产量指标

单位面积产量指标是指:回转窑在某一单位实际生产时间内,按窑体单位衬砖内表面积计的产品数量。

2) 内衬材料

在带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑中,由于煅烧特性的需要,在三大容器内分别砌筑着不同材质、不同类型的耐火材料。它们在煅烧过程中发挥着重要的耐热、隔热、传热作用。为此,结合热工工艺理念,应该对耐火材料有一个基本上的认识。

内衬材料,也就是耐火材料。所谓耐火材料,是指耐火度不低于1580℃的无机非金属耐火材料。耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性,即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能。被称之为耐火度。它表示着耐火材料的基本性能。如何区分耐火材料,按其主要成份的化学性质可分为:酸性、中性、碱性三大类。

—— 酸性耐火材料有:硅石质、粘土质。

—— 中性耐火材料有:高铝质、铬质、碳质。

—— 碱性耐火材料有:镁质、白云石。

在煅烧活性石灰的回转窑上,如何选择其内衬,即耐火材料材质的首要基础条件是,耐火材料应该满足工作条件的要求。

回转窑属于周期性加热窑炉,对内衬材质的使用一般有较低的热量要求。根据活性石灰的理化性质及煅烧要求,硅,酸质耐火材料一般是不用作窑衬的。这也就是说,在对煅烧石灰的回转窑内衬材质的选择上,不论是选用何种材质时,都必须要选择碱性或者是中性耐火材料。

在一般情况下,在对回转窑烧成带永久层衬砖采用粘土砖铺设时,是以即考虑了它的隔热保温效果,又考虑了投入的成本为依据的。

对回转窑烧成带耐火材料的选择,则应着重考虑到其燃烧温度较高,衬砖必须具有较高的耐火性能,并能抵抗碱性物资的侵蚀性能。因此,通常多采用镁铬质耐火材料进行砌筑。与此同时,随着耐火材料技术的发展,在回转窑烧成带内已较为广泛地使用了镁铝坚晶石

回转窑的进料端,因界于烧成和预热阶段之间,对耐火材料的选择,应着重于考虑,耐火材料应具有一定的耐火度和耐磨性,通常选用高铝质和粘土质衬砖。

而在回转窑的卸料(出口)处,由于存在着物料移动磨损大,温度变化快,物料温度高,二次风冲击大的特点。对衬砖要求有一定的耐火性能和抗热震性以及耐磨性,则以选用刚玉质或高铝质耐火材料砌筑为宜。这也就是说,对回转窑内耐火材料的选择内容中,应充分地考虑到它们的耐火度、高温荷重变形温度、高温体积稳定性、热震稳定性、抗渣性和真空性等高温使用性质。

近年来,随着耐火材料技术的发展,在活性石灰回转窑的进出料端,选用可塑浇注耐火材料的窑型也已日见成型。

3)工作原理

带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑的工作原理与其他类型的回转窑相同:为负压生产。

所谓压力,是指垂直作用于单位面积上的力。被称之为压强,简称为压力。正压是指高于大气压力的静压。负压是指小于大气压力的静压。

从化学角度讲,负压生产,更有利于石灰石的煅烧分解,因为CaCO3的分解是产生气体(CO2)的反应。它的操作原理为逆流操作。物料与气流以逆向形式对流运动。

根据回转窑的工作原理和操作原理,保证回转窑内气体流速的稳定和在理论概念上的适当增加,有利于窑内对流换热。

回转窑内气体流速的大小,一方面影响对流传热系数,进而影响传热速度,产量及热量消耗。另一方面,则影响窑内的飞灰生成量,进而影响原料的消耗量。当气体流速过大时,虽然传热速度提高了,但气体在窑内的停留时间也相应地减少了,其总体传热量被相应地减少了,也由此而造成了出窑气体温度的升高,增加了热耗。并且,过大的气体流速,必然又会造成窑内的飞灰量增多,因此,流速过大并不相宜。反之,气体流速过小时,窑内的产量会因传热效果不好而下降,热耗也会相应增大,因此也不合适。

在回转窑系统内,预热、煅烧、冷却三者之间的关系是相互影响,相互制约的。物料在预热器内被预热的同时,要求具有一定比例的分解率,这是活性石灰产品在回转窑内完成煅烧的需要。分解率能表示物料被预热的质量。它对窑内的煅烧质量影响很大,有效的分解率,有利于提高和稳定预热温度。具有良好分解率的石灰石进入回转窑后,很容易在高温作用下,完成分解而生成石灰。有助于提高助燃空气温度。高质量的石灰与助燃空气(二次风)进行充分地热量交换,使燃料在燃烧时,能够得到高热空气(二次风)的助燃帮助,从而提高了燃料的燃烧质量。有效地保证了回转窑煅烧系统内温度的稳定,达到了提高热效率的目的。

根据活性石灰的煅烧机理和回转窑所具有的独特特点,活性石灰一般在回转窑内即可完成煅烧。因为,回转窑内的温度较其它窑炉易于掌握、调整和控制,受到煅烧的CaCO3能够得到较为均匀的热量。

石灰石在回转窑内呈翻动滚落运动,能够均匀地吸收火焰产生的辐射热而进行分解,同时,还具有吸硫、含硫量低,杂质少,活性度高,并能煅烧颗粒较小的石灰等优点。

4)特点比较

对采用回转窑来煅烧活性石灰的工艺技术,与其它形式的窑炉进行比较时,回转窑的性能特点基本上体现在以下几个方面:

a、回转窑在煅烧过程中,由于物料处于翻滚状态,受热均匀,燃烧装置温度容易控制,煅烧质量好,石灰产品活性度可达350400ml,而且石灰污染小,有利于获得高纯度石灰。

b、回转窑可以煅烧较小粒度的原料(5 mm以上即可),能够提高原料的利用率,且由于原料粒度较小(一般为2050 mm),产品不需破碎即可直接用于转炉炼钢。

c、回转窑煅烧冶金或活性石灰,单位产品热耗约为5000kj/kg,比逆流单筒机械化混料立窑热耗低,但比并流蓄热式竖窑高1530

d、回转窑煅烧过程机械化程度较高,操作工艺易于控制,生产量大,适用于冶金、冶炼等大工业的需要。

e、回转窑煅烧系统机械设备多,重量大,因此,单位产品耗钢量较大,投资较高。

f、回转窑系统设备占地面积大,比并流蓄热式竖窑单位产品耗钢量大35倍,投资高出5080 ,占地面积高出1倍。

g、物料在回转窑内磨损大,产品粉末多,对原料强度有一定要求,有的原料在竖窑中煅烧可得到较好的块度石灰,而在回转窑中煅烧则可能产生大量粉末,成品率低。



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