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回转窑的烘窑与升温

作者:鑫邦工程网址:http://www.xianxinbang.cn

竖式预热器、回转窑和竖式冷却器,是活性石灰回转窑系统设备的三大组成部分,是一种较大型的煅烧容器。在煅烧工艺中,它们分别承担着活性石灰产品从烘干、预热、分解、烧成到冷却的全部煅烧工艺过程。由于煅烧工艺的需要,在各个容器内,砌筑着不同材质、不同尺寸、不同形状、不同形式的耐火材料制品。由于这些耐火材料本身所具有的受热特性和产品的煅烧需要,在使用前,它们必须要经过一个烘干、加热、升温的过程。这就是通常所说的烘窑升温过程。

所谓烘窑,就是指利用燃料燃烧所产生的热,在规定的时间内,使容器内的温度从较低的状态开始,逐渐地上升到高温状态,使容器内的耐火材料通过烘烤和加热达到可使用的程度。

烘窑开始的标准是:当喷出烧嘴的燃料或设置在窑内的可燃物质被点燃并开始持续燃烧时。

一、烘窑升温的目的

回转窑在投入使用前,容器内的耐火材料必须经过烘干、加热和升温的处理过程。由于回转窑内的衬砖,特别是烧成带的衬砖在特定的环境里,具有冷态时收缩性强、吸水性能强、易水化,不易转窑。接触火焰辐射热时热点集中,对急冷急热反应敏感,及易造成崩裂、剥落或抽签掉砖等特点。为此,在使用前,必须要对它们进行加热处理。

掌握对回转窑内耐火材料冷态时的低热量投入是非常重要的。这时,在理念上的烘窑操作,通常是指对回转窑的加热。

而在带竖式预热器的回转窑上,由于竖式预热器是原料完成煅烧前被加热和预分解的重要容器,在煅烧系统中占有非常重要的位置。在设计上,它具有砖型多、体型大、材质不同、砌筑复杂、不接触火焰辐射热、气流传热慢等特殊的特点。它的被加热效果,是能否使煅烧系统顺利地进入到生产状态的关键环节。

为此,在带竖式预热器的回转窑上,具有实际意义的烘窑操作,应该是指对竖式预热器的加热。

通过对回转窑和竖式预热器内耐火材料特点的基本了解,对耐火材料冷态时加热温度使用的重要性便已经很明显了,因此,也由此而产生了烘窑升温的目的。

烘窑的目的是:使衬砖由低温状态向高温状态缓慢地被加热,排除所含的水份。

升温的目的是:使衬砖充分蓄热、膨胀并达到可对物料传热的温度。同时,又能使衬砖得到较长的使用寿命。

烘窑操作,是一个对衬砖进行缓慢加热、升温的过程。是一个温度与时间的分配关系,时间长短决定温度走势。在这个过程中,如何掌握它们的分配关系是非常重要的。这也就是说,任何一条冷态回转窑在“开窑”点火以前,都应该根据当时的窑况制定出一个烘窑升温计划。因为,它是指导整个烘窑升温操作的理论依据。

这个所谓的烘窑升温计划,就是通常所说的烘窑升温曲线,它是用图表的形式,将温度和时间进行分配并具体地表现出来的一种方式。

二、烘窑升温曲线

烘窑升温曲线的具体内容是将温度和时间进行分配或划分。而对烘窑升温曲线制定的依据是:根据回转窑系统内的衬砖状态、材质,使用情况、换砖幅度、停置时间、留料程度等实际情况决定的。

制定烘窑升温曲线的目的是:在规定的时间内,保证每一个时间段对热量的准确投入,最终达到所要求的温度指数。

在实际操作中,烘窑升温曲线又起着:根据温度走势翻动窑体、连续转窑、启动设备、动作推杆、完成向预热器加料操作等指导性作用。

实践表明,在带竖式预热器的活性石灰回转窑上,烘窑与升温的理论温度分界点已经基本形成。这就是当窑尾(加料室)温度达到600℃时,它表示着烘窑阶段的结束、而又是升温阶段开始的标志。

对烘窑升温曲线图表的制定,通常是以纵横坐标的形式表现。纵坐标表示温度,横坐标表示时间。将一条理论温度曲线从纵横坐标的交汇处,沿时间和温度发展方向的交点延伸画出,直至达到终点。这条曲线通常采用呈坡度的直线表现。但是,在这条曲线上应表示出,燃料点火后,燃烧初始阶段的温度高点、烘窑与升温阶段的温度分界点、进入到生产阶段的温度点,这三个转折点是非常重要的。它的作用是,能够反映出温度指数和时间长短在理论上的定位和分配关系。

在带竖式预热器的回转窑上,在以气体(煤气)为燃料时,表示烘窑升温阶段三个温度转折点的范围一般在:

   1、燃料燃烧初始温度高点:    150 — 200℃

   2、 烘窑与升温的分界温度:    600℃

   3、 生产阶段温度点:          1000℃

在烘窑升温曲线的制定过程中,在一般情况下,对温度走势状态的表现通常是固定的。而对时间的设定,则要根据窑况,将规定(8小时或9天)的时间分布在这个温度区域内。

如何烘窑,烘窑升温操作的基本原则是:应促使实际温度尽可能地沿着理论温度曲线的下方运行。但是,在实际烘窑升温操作中,若将一条完整的实际温度线,用时间划分后,进行点线连接的结果表明。这条实际的温度曲线,是不可能以直线呈坡度的形式表现出来的,它通常是以梯形并上下波动的形式向温度的高点延伸的。这时必须注意。在实际操作中,操作者应该以最大的可能,使这条呈梯形上升的实际温度走势不断地围绕着理论温度曲线,以正负误差指数在3050℃之间运行为宜。因为,这是完成烘窑升温操作的基本保证。

三、窑况

    在带竖式预热器和竖式冷却器的活性石灰回转窑上,用于区别衬砖状态的“窑况”有:

1、新窑:

   a、竖式预热器,回转窑,竖式冷却器全部是新筑衬砖;

   b、预热器内新衬砖;

   c、回转窑内全新衬砖;

2、检修窑:

   a、预热器部分换衬;

   b、回转窑烧成带换衬;

   c、窑衬部分换砖;

3、旧窑:

   a、小面积:少环数换砖或局部挖补换砖。

   b、无修补:无换砖;

   c、空窑:指预热器内不留料;

   d、留料窑:指预热器内留料,回转窑内不留料或少量留料。

     “窑况”是决定烘窑时间的重要依据。不同类型的“窑况”,对受热的要求程度不同,虽然它们都具有要求均衡受     热的共性。但是,它们又不可避免地存在着使用程度、损坏程度、质量比例、区域分布、停滞冷却程度等实际状况的不同。

      每一条冷态回转窑,每一次点火时的“窑况”都是不同的。主要原因是衬砖受热状态的要求是不同的。所以说,对烘窑升温曲线的制定内容也是必然不同的。这个不同的关键就是,时间对温度分配概念的不同。那么,根据“窑况”,为什么要将温度在时间上进行划分,重要的原因在于,为了防止碱性衬砖在发生受热不均匀时,产生破坏性水化作用。造成受热过程排出的水份不同、冷热均匀程度不同、膨胀效果不同时,使衬砖受到损坏。

  当一条衬砖全新的回转窑系统砌筑完毕后,衬砖内含有的水份是非常丰富的。它对于碱性砖,特别是烧成带的镁质衬砖的水化危害是非常大的。冷态停窑的时间越长,对衬砖损害的可能性越大,向衬砖输入热量时的难度也会非常大。短时、局部的急聚受热,会使衬砖在剧烈的、不均匀的温度变化中损坏。

      所以说,烘窑过程,必须要针对当时的“窑况”,认真制定和严格实施一个合适的、缓慢的烘烤加热操作程序。也就是操作术语中的烘窑操作。

  根据活性石灰回转窑的设计原理和结构特点,竖式预热器、回转窑、包括竖式冷却器内衬砖的性质和使用情况。在烘窑升温曲线的制定内容中,对时间的要求一般有三个时间区段的划分:

    1、新窑:3-9天

    2、检修窑:24-60小时

    3、未检修窑:8-24小时

四、烘窑

  回转窑在冷窑状态时,无论使用什么样的方式开始点火后,都要经过一个使温度由低温向高温逐渐上升的过程,这个过程即是指烘窑阶段。

  在以气体能源为燃料时,烧嘴点火后,窑内的初始温度通常会上升的比较快。在较短的时间内即可达到150—200℃。这是因为,一、为了保证燃料的点火与着火质量,燃料喷出烧嘴时的初始量往往会比烘窑时所使用的量要大的多。二、排风抽力在回转窑内产生的负压,会将燃料点燃后产生的热量很快地抽向窑尾加料室的温度测点处,因此而产生一个短暂的跳高的温度点。三、冷态窑点火后,窑内衬砖对瞬间产生的气流温度反应会比较慢一此,不会马上产生吸热反应,燃烧产生的热量会沿着衬砖表面,快速地通过窑内和温度测点,由此而表现出一个跳高的温度指数。但是,如果是在利用固体燃料点火前,为了使窑内的温度环境达到可以使固体燃料着火的目的。燃料通过烧嘴点火前,常常会先点燃堆积在窑内的可燃物质,如木材等引火物。这时,窑内的温度一般不会产生明显的跳高反应。因为,将堆积在窑内的可燃物质点燃并产生燃烧,是一个缓慢着火和产生热量的过程,热量在窑筒体内不会迅速或大量聚集,所以,从温度测点的反应上,不会出现跳高的反应。

回转窑利用气体燃料点火时产生的温度短时跳高现象,一般不会对耐火材料造成直接的损坏性影响。但是,这种温度跳高现象只能是短时的。当确认燃料已经开始燃烧并且稳定后,则应该很快地将燃料初始用量降回到最低值。使温度逐渐地回到一个低点位置(稳定点),并从这一低点温度开始进入到烘窑状态。

烘窑阶段的温度通常是比较容易控制的。这是因为,这个阶段的燃料用量是很低的。这时,只要稳定好窑内负压抽力,配给出适量的燃料,保证稳定的燃烧状态,便能够使温度沿着烘窑升温曲线的要求运行。这一过程在冷窑和低温窑状态时通常会持续较长的时间。

当窑尾加料室温度达到200℃时,为了使窑内的衬砖能够均匀地受热并逐渐地排出所含的水分。这时,应该考虑少量地翻动窑体。分别在不同的时间里,以不同的幅度翻动回转窑窑体。使窑内衬砖都能够获得均匀受热的机会。但是,这个使窑体翻动的幅度是有一个限度要求的。即,窑内温度愈低时,翻动的幅度应愈小。随着窑内温度的升高,逐渐地缩短翻动窑体的时间和加大窑体翻动的幅度。

表十四、 烘窑阶段的转窑

温 度 范 围

(间隔)时间min

窑 体 转 速  rpm

<200℃

0

0

200 ~ 250℃

60

1/4

250 ~ 300℃

30

1/3

300 ~ 400℃

30

1/2

400

连 续

最 低 转 速

这里应该注意,当窑尾加料室温度在200 — 400℃的区间范围时,连续转动窑体是不允许的。因为,当窑尾加料室温度未达到400℃时,窑内衬砖的吸热、排水、膨胀等反应还没有结束。这时,若连续转动窑体,会造成衬砖松动、抽签、脱落。

随着窑尾温度上升到400℃时,窑内衬砖内的水分已经基本排出,热膨胀效果也已基本形成。这时的转窑便可以从间断翻动窑体改为最低转速的连续转窑。其目的是使衬砖在均热的环境中,形成均衡的膨胀效果。

由此可以看出,烘窑的含义,实际上就是指蒸发水份、吸热烘干、加热膨胀三个过程。这一界限是指当窑尾温度400℃开始连续转窑时。

窑尾加料室温度≥400℃时的连续转窑,是烘窑阶段中热量转换的一个转折点。它预示着窑内的耐火材料在完成了吸热、换热、膨胀反应后,开始转入到蓄热阶段。是在为烘窑后的升温奠定基础。

窑尾加料室温度达到400℃以后,烘窑操作的基本内容有,不断增加燃料用量,用以提高窑内温度。逐步启动相关的系统设备,向升温阶段过度。

根据烘窑升温曲线的要求,窑尾温度500—600℃时,操作仍属于烘窑阶段。但是,在实际操作意义上,这个温度范围已经进入到了烘窑和升温操作的转换阶段。

连续转窑后,推杆系统从手动到自动联动(这时,不考虑预热器内是否有料),燃料用量逐渐增加,预热器出口温度不断升高,控制难度开始逐渐加大。这些,都已在明确地表明,烘窑与升温之间的关系已经在开始发生着转换。这是一个自然或必然的转变。如果这时想通过单纯的操作方式,使系统内的温度达到曲线的要求,无疑是有困难的。        在回转窑系统内,温度之间的相互影响是很大的。在控制过程中,在考虑到与其它温度相配合的情况时,要想使某一点温度能单一地达到要求的指数,这通常是很困难的。因为,当某一点温度在到达预定指数的过程中,是要通过不同的参数和手段来配合完成的。而这些参数和手段会必然地影响到它以前和以后的温度变化。

例如:要使窑尾加料室温度从500℃提高到600℃,预热器出口温度则需控制在≤350℃。这时,首先考虑到的会是增加燃料用量,随后,可以考虑增加空气量、排烟量等。但是,随着窑尾温度的升高,预热器的出口温度也会随之升高。这时,如若不采取相应的措施,当窑尾温度达到600℃时,预热器的出口温度也将会超过350℃。从而失去了提升温度的意义。由举例可以看出,在回转窑系统中,对温度的要求,是需要通过一个综合的、全面的调配控制过程才能实现的。为此,当烘窑温度≥500℃时,则应该考虑到在此温度时,回转窑的烘窑阶段应该开始向升温阶段转化了。

五、升温

  所谓升温,在带竖式预热器的回转窑上是指,整个煅烧系统内的耐火材料经过烘窑阶段,已经进入到了吸热、蓄热并能够于原料发生热量转换。窑筒体、托轮、轮带、齿圈经过磨合,完成热膨胀反应并达到可运行的状态。

  在烘窑阶段,当窑尾温度达到500600℃时,一系列的操作内容已经表明了,理论上的烘窑阶段已经开始转变为实际上的升温阶段。其中,最为明显的表现是,由掌握窑尾加料室温度到注重预热器出口温度。由掌握燃料用量到准备加入原料来控制温度。这也就是说,所谓的升温阶段,实际上就是准备向预热器加料和向预热器加料的阶段。

  烘窑升温操作的结果是:保证回转窑系统能够进入到生产和可持续生产状态的重要手段。特别是在带竖式预热器的回转窑上,由于竖式预热器所具有的,设计结构复杂,衬砖砌筑外漏面多,材质厚度大,受热不均衡、特殊的传热方式等因素的影响而产生了所谓的烘窑操作,实际上是对竖式预热器内的耐火材料进行烘干预热的概念。

      竖式预热器内的热交换方式,是通过来自于回转窑内的热气流进行对流传热。容器内的衬砖,在远离传导和辐射传热的特定条件下,即便是当窑尾温度达到≥500℃时,所含的水份才可能被最后排出。这时,就需要有更多一些的热量进入到预热器中。用比烘窑时间要短一些的时间,将耐火材料内的水份完全排出烘干。当然,这段时间的出口温度会明显地升高,这就需要通过进入冷风降低出口温度、保证窑内温度来实现热工平衡。随之,容器内的热量(温度)又会因与冷态原料(石灰石)直接接触,在进行激烈地热量交换过程中改变热环境。

  由此,我们可以看出,升温阶段实际上就是一个通过各种控制手段,如何使温度上升——平衡——上升的阶段。在这个温度不断变化的过程中,将原料加入到预热器内,完成由升温阶段向生产阶段过度的重要阶段。

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