石灰回转窑设备技术参数及选型方法研究河南宏科

Fig.2-5 Thrust roller 传动装置包括电机、减速器等组件，它的作用是通过筒体上的齿圈使 筒体回转，齿圈用弹簧板安装在筒体上的。图 2-6 为现场中的传动装置。 图 2-6 传动装置 Fig.2-6 Driving device 第2 章 石灰回转窑基本结构及工作原理 11 窑头罩是连接窑头端与冷却机的中间体，内部也砌有耐火材料，燃烧器及燃 烧所需空气经过窑头罩入窑，这里是看火工进行生产操作的地点，因此，窑头罩 上设有检修门及看火孔。窑尾罩是连接窑尾端与物料预处理设备以及烟气处理设 备的中间体，内部也有砌有耐火、保温材料，烟气经窑尾罩排出而入烟道和收尘 系统。燃烧器是燃烧煤粉、煤气和液体燃料，对石灰物料进行加热的设备，通过 窑头罩，伸入窑头筒体内，通过火焰与热辐射，将物料加热到需要的温度燃烧器 有喷煤管、油喷枪、煤气喷嘴等多种型式，因燃料品种而异。进料口(也叫喂料 设备)是经过预热的石灰物料入窑的通道 [3,5,8] 。 在生产过程中，石灰物料从窑尾(筒体的高端)进入回转窑窑内进行煅烧。 由于筒体的倾斜和缓慢的回转作用，石灰物料既沿圆周方向翻滚的同时又沿轴向 (从高端向低端)移动，物料在移动过程中，通过与窑头喷入的热气流逆流进行 热交换，得到加热煅烧，经过物理和化学变化，成为合格的产品从低端排出。 2.1.2 石灰回转窑的特点 根据对材料的参考和现场的测试，从而把石灰回转窑的特点总结如下: 1. 回转窑的产量高，非常适合大型活性石灰生产线，现在世界上已有日产 2200 吨的石灰回转窑投入生产;国内外已建成很多日产 300~1000 吨石灰回转 窑。 2. 回转窑属敞开式煅烧方式，窑体结构简单，气流畅通，含硫烟气可及时 排出，燃料中的硫成份不易附着，因而产品含硫量低，符合炼钢的要求。同时因 物料在窑内均匀滚动前进，物料受热均匀、充分、热传递迅速，窑内热工制度稳 定，生产出的活性石灰产品质量稳定，生、过烧率很低，可以煅烧出高活性度的 炼钢用活性石灰。 3. 回转窑可以直接煅烧不大于 50mm 的细粒级石灰石，一般石灰石矿山产 品中 10~30mm 细粒级石灰石约占总产量的 30~40%，这部分石灰石在其他窑 型中不能利用。建设回转窑生产线不但能充分利用优质石灰石矿山资源，且符合 石灰工业的可持续发展的方针。 4. 在窑尾配置竖式预热器可以充分利用回转窑内煅烧产生的高温烟 气，将石灰石从常温预热到初始分解温度状态，有部分石灰石被分解。这 不仅能大大提高回转窑的产量，还能降低单位产品热耗。 5. 在窑头处配置竖式冷却器不仅可使高温石灰骤冷，提高产品活性度，也 便于运输和储存。同时还能得到较高温度的入窑二次风。能有效地提高窑内锻烧 的温度，降低燃料消耗。 河南科技大学硕士学位论文 12 6. 经窑尾竖式预热器排出的烟气温度低，在 280~350℃之间，含尘量较 低，约为 20g/Nm 3 ，使后续烟气处理设备的配置简捷有效，可顺利的达到环保要 求。 7. 回转窑生产的活性石灰质量稳定是其最大的优点。回转窑传动的特点是 速比大，转速低。系统的稳定性也相对较好。 8. 机械化程度高，易于控制，劳动条件好，产量大。回转窑煅烧使用燃料 范围较为广泛,可采用天然气、高炉煤气、焦炉煤气或混合煤气、重油和煤粉 等。 9. 回转窑煅烧系统设备较多，重量大，投资高，占地面积大，它比并流蓄 热式竖窑单位产品耗钢材量大 3~5 倍，投资高出 50%~80%，占地面积多出一 倍。回转窑对煅烧的石灰石强度有一定的要求，在煅烧过程中强度变低、易爆裂 的石灰石不适合在回转窑中煅烧 [7,9] 。 从总的发展趋势分析，我国活性石灰生产设备应立足于国内。不论从生产能 力的适应性，还是从能生产满足炼钢要求的高活性、硫含量低、质量稳定的活性 石灰，还是能充分利用优质石灰石矿山资源等方面，回转窑均具有很好的应用发 展前景。 2.2 回转窑系统的三大主机及工艺流程 2.2.1 回转窑系统的三大主机 图2-7 回转窑系统三维图 Fig.2-7 Graphic model of rotary kiln system 第2 章 石灰回转窑基本结构及工作原理 13 图 2-7 为石灰回转窑系统图，主要包括三大主机，即预热器、回转窑、冷却 器。图 2-8 为三大主机的基本结构，(a)为竖式预热器，(b)为竖式冷却器， (c)为回转窑。经过几十年的实践和应用，以“竖式预热器--回转窑--竖 式冷却器”三大主机设备的回转窑系统将成为我国活性石灰生产的主要设备和其 它行业的核心设备，并将成为石灰窑以后的发展方向。 (a) (b) (c) 图2-8 回转窑三大主机结构

Fig.2-8 Three major equipments of rotary kiln 预热器的主要作用--是把上部输送来的石灰石物料先用在回转窑内煅烧后 排放出来的高温废气，在预热器内部将石灰物料均匀地预热到约 900℃，然后再 由液压推杆把石灰物料推入到回转窑内煅烧，这样的煅烧工艺不仅使石灰物料在 窑内的煅烧时间大大缩短，同时也能获得较高活性度的石灰，充分利用了废气， 提高了燃料的利用率。回转窑的主要作用--是将预热器送来的预热过的石灰物 料进一步煅烧，使石灰物料最大限度的分解。冷却器的主要作用--是经过回转 窑煅烧之后生成的活性石灰流入到砌有耐火砖的冷却器里进行冷却，冷却风由外 部的风机吹入，冷却风与高温的物料完成热交换后，被物料加热的空气，直接由 窑头罩进入回转窑，作为二次空气参与锻烧，提高热量的利用率 [5,8] 。 2.2.2 工艺流程 石灰石的主要成份是 CaCO 3 ，含有少量的 SiO 2 、MgCO 3 、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、 P、S 等杂质。石灰石高温煅烧成活性石灰的实质是:石灰石在高温加热的条件 河南科技大学硕士学位论文 14 下 发 生 分 解 反 应 从 而 产 生 氧 化 钙 的 过 程 ， 即 CaCO 3 MgCO 3 ? →CaO+MgO+CO 2 +Q。其分解过程可以描述为:常温石灰石 ? →膨胀 ? →表面分解 ? →内部分解 ? →中心分解(分解完成) ? →晶体增长重结 晶 [7,8] 。由于石灰石中含有上述的杂质，这些杂质的存在影响了石灰石的分解条 件，从而会导致石灰石在分解过程中发生了一系列的副反应。工艺流程:①石灰 石在原料仓下通过振动给料机、皮带、输送提升到筛分设备，适当粒度的石灰石 再经输送机进到预热器内，在预热器内石灰石被来自回转窑窑尾的 1000℃左右 的高温烟气预热，大约有 20%~25%的石灰石被分解。然后通过均布的推杆把预 热后的石灰物料推入到回转窑内。②在回转窑中石灰石进一步锻烧，在 1300℃ 左右的高温下继续锻烧，直至完全分解，并向前移动。③锻烧好的石灰从窑头排 出进入冷却器冷却，石灰进入冷却器时的温度为 1100℃左右，从冷却器底部鼓 入的冷风将石灰冷却到 70~100℃，经冷却器下部振动给料机排出到输送机上， 再通过输送、筛分、提升设备进入成品仓，即是活性石灰产品。下图 2-9 为两档 支承石灰回转窑的工艺流程图。 图2-9 石灰回转窑系统工艺流程图 Fig.2-9 Process f low chart of lime rotary kiln system 第2 章 石灰回转窑基本结构及工作原理 15 2.3 石灰在回转窑内的运动 图2-10 回转窑截面图 Fig.2-10 Sectional drawing of rotary kiln 图 2-10 为石灰回转窑工作时的横截面示意图，物料在回转窑内的运动状态 受窑体尺寸、运行条件、物料特性等多种因素的影响。Henein 最早把物料颗粒 在回转筒体内的运动划分为六种运动状态:滑移(slipping )、塌落 (slumping)、滚落(rolling)、泻落(cascading)、抛落(cataracting)、离心 (centrifuging)运动六种运动状态 [3,13-16] 。因为生产活性石灰的回转窑转速比较 低，所以石灰在回转窑的运动多为滑移、塌落、滚落三种运动状态。在滑移的状 态下，窑内的石灰物料运动近似于整个料床作为一个刚体，只有料床与壁面间的 相对运动，而料床与石灰颗粒之间几乎没有相对运动，颗粒之间的混合非常微 弱。在蹋落和滚落状态下，物料的运动充分体现了散体运动的特点，物料将在料 床的上表面产生明显的相对运动，颗粒之间的混合较为明显。而蹋落与滚落的主 要区别是前者的运动是非连续的、间歇的，后者的运动是连续不断的。所以滚落 状态是工程实践中的理想设计工况。在滚落状态下，石灰物料与周围的热烟气能 进行较为强烈的热交换，使石灰物料受热较为均匀，能提高锻炼质量。 2.4 本章小结 本章首先介绍总结了两档支承回转窑系统的基本结构及特点，各主要部件的 特点及功能，阐述了回转窑的生产的优点和缺点，回转窑系统三大主机的基本结 河南科技大学硕士学位论文 16 构及作用。简述了煅烧石灰石的工艺流程和煅烧实质。研究了石灰物料在回转窑 内的运动状态。 第3 章 回转窑主要参数计算及选型 17 第3 章 回转窑主要参数计算及选型 最初设计回转窑时，主要参数的确定采用传统的计算公式，没有考虑其它因 素对其参数的影响，由于实验设备的完善，能够对其进行优化和完善。回转窑的 额定产量是设计回转窑的最基本的参数，是其它参数确定的基础，它的正确确定 关系到其它参数的准确性。 3.1 影响回转窑产量的主

要因素 3.1.1 海拔对生产能力的影响 按 GB1920，设定地球有效半径、重力加速度和海平面上静止空气的 压力为 101.325KPa，温度为 15℃和密度为 1.225k/m 3 ，并给定大气层的垂 直温度梯度在有限范围内为-6.5 /km ℃ ，即可通过对大气静力方程及理想 气体状态方程的积分得到不同海拔高度的大气压力数据 [7,18-20] 。图 3-1 给 出按 3-1 式绘制的在实用海拔高度范围内大气压力--海拔高度曲线。图 中还标出了我国部分城市的多年实测的大气压力和海拔高度。如果只知某 地的海拔高度 Hm，也可按下式计算其地面大气压力: 5.526 6357 101.3 1 0.02255 1000 6357 1000 H P H