1﹑項目概況
1.1回轉窯煅燒活性石灰的優勢
在鋼鐵廠生產中，活性石灰用于燒結廠、煙氣脫硫系統、鐵水脫硫系統、轉爐煉鋼系統和電爐煉鋼系統等，其中轉爐煉鋼活性石灰用量占整個鋼鐵廠的一大半。根據寶鋼湛江鋼鐵350噸轉爐煉鋼的生產經驗，回轉窯生產的活性石灰比麥爾茲雙膛豎窯生產的活性石灰同樣的活性度煉鋼時間快約2-3分鐘。（活性石灰回轉窯）
1.2回轉窯與豎窯優點和缺點比較
在國外，生產優質鋼基本上用回轉窯生產活性石灰，很少用豎窯；回轉窯生產活性度大于360，活性度好且非常穩定，殘余CO2<2%（一般<1%），生產操作簡單，產品質量好控制；豎窯生產活性度大于360，但不太穩定，殘余CO2一般在<4%；回轉窯與豎窯相比較，回轉窯缺點是投資多一點，占地面積也大一些。在國內，因為回轉窯投資與占地問題，大部分鋼鐵廠選用豎窯，只有比較注重產品質量的鋼鐵廠，采用了回轉窯來生產活性石灰。今后，在國內生產優質鋼是一個方向，選用大型回轉窯生產活性石灰是保證生產優質鋼的前提條件之一。
1.3項目簡介
1.3.1 工廠位置
1.3.2 設計范圍
2﹑工廠規模及產品方案
2.1工廠規模
采用回轉窯活性石灰工藝，設計規模為13.2萬噸/年活性石灰，按400噸/日，實際生產按330天計算，實際年產量13.2萬噸。整條生產線設備能力及公輔設施設計時，充分考慮將來增產的能力要求。
2.2產品指標
活性石灰產品理化性能：
|
CaO（%）
|
MgO（%）
|
SiO2（%）
|
P（%）
|
S（%）
|
殘余 CO2（%）
|
活性度
|
|
≥90
|
≤0.7
|
≤2.8
|
≤0.03
|
≤0.025
|
≤2
|
≥360
|
2.3 活性石灰產品粒度
活性石灰產品粒度：石灰粒比例為約90%,石灰粉比例為約10%。
3、 原料、燃料的物理性能
3.1原料主要成分、粒度組成
粒度： 20～40mm之間，粒度合格率≥90%
原料：采用清洗過的石灰石。
原料主要成分表
|
化學成分
|
CaO
|
MgO
|
SiO2
|
P
|
S
|
水分
|
雜質
|
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含量 （％）
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≥53.5
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≤0.4
|
≤1.5
|
≤0.03
|
≤0.025
|
≤3
|
≤1
|
|
粒度
|
20～40mm的比例90%，小于20mm的比例≤5％，大于40mm的比例≤5％
|
3.2燃料的物理性能
新建13.2萬噸/年（400噸/日）活性石灰項目采用煤氣作為熱源物質。
煤氣熱值Q=4000Kcal/Nm3
3.3原料、燃料的消耗
3.3.1 單位產品實際石灰石料耗： 1.8kg石灰石。
CaCO3 = CaO + CO2 - 422KJ/kgCaCO3
100 56 44
1.785t 1t
殘余CO2要求：通常，回轉窯≤2%--對應CaCO3 為0.045t。
則每噸CaO消耗CaCO3 :1.785-0.045=1.74t
3.3.2 單位產品熱耗：
理論￡5225kJ/ kg石灰（即￡1250Kcal/kg石灰）。
以下按5225kJ/kg計算熱耗。
3.4燃料消耗計算
燃料消耗計算
單位消耗：1250Kcal/kg÷4000Kcal/Nm3í1000=312.5Nm3/t石灰
小時消耗：312.5 Nm3×400t÷24h=5208Nm3/h
天消耗量：312.5 Nm3×400t=125000Nm3/d
年消耗量：125000Nm3×330天=41250000Nm3/年
3.5 物料平衡 material balance
物料平衡表Material balance form
|
物 料
名 稱
|
天然水份
(%)
|
消耗定額(t/t)
|
物料平衡量( t) / ( m3)
|
備注
|
|
干燥的
|
含天然
水份的
|
干燥的
|
含天然水份的
|
|
天
|
年
|
天
|
年
|
|
石灰石
|
2
|
1.786
|
1.937
|
714.4
|
235752
|
774.8
|
255684
|
|
|
石 灰
|
|
|
|
360
|
118800
|
|
|
10～40mm(90%)
|
|
細粉
|
|
|
|
40
|
13200
|
|
|
≤10mm(10%)
|
|
煤氣
|
|
312.5
|
|
125000Nm3
|
41250000Nm3
|
|
|
4000kCal/Nm3
|
2.3.4 各種物料的儲存方式、儲存量及儲存期
|
序號
|
物料名稱
|
儲存
方式
|
庫規格
(m)
|
儲存量
(t)
|
儲存期
(d)
|
|
1
|
成品塊灰倉
（10-40mm）
|
圓庫
|
Φ8
|
1000
|
2.5
|
|
2
|
成品粉灰庫
（0-10mm）
|
圓庫
|
Φ5
|
100
|
2.5
|
2.4主機設備一覽表及主要車間工作制度表
|
序號
|
名稱
|
主機規格、名稱、性能
Parameter
|
工作制度
(d/w×h/d)
|
臺數
|
|
1
|
石灰石上料篩分系統
|
篩分機：YA1236
能力：100t/h
|
7d/w×12h/d
|
1
|
|
2
|
石灰燒成系統
|
豎式預熱器：φ8.3×4.0 m
回轉窯：φ3.6×55m
豎式冷卻機：3.7×3.7×11.6m
生產能力：400t/d
|
7d/w×24h/d
|
1
|
|
3
|
袋收塵器
|
處理風量：115，000m3/h
入口含塵濃度t50g/Nm3
出口含塵濃度：10mg/Nm3
風溫：220℃
|
7d/w×24h/d
|
1
|
|
4
|
窯尾風機
|
風量：115，000m3/h
風溫：180℃
壓力：9000Pa
|
7d/w×24h/d
|
1
|
4、設計原則
4.1采用成熟、可靠、實用、有明顯效益的先進工藝技術，工序配置合理、順暢，技術裝備水平達到國內領先、國際同類型石灰生產線先進水平。某些電氣自動化設備采用世界知名品牌
4.2控制系統設計要求先進實用，穩定可靠，以確保該項目投產后盡快達產達效。
4.3充分重視該工程生產中污泥、污水、粉塵、噪音的處理，采用可靠、完善、徹底、高效的環保設施。設計要符合國家和企業所在地最新頒布的安全、衛生、環保標準。改善勞動條件，提高生產率。
4.4采用節能技術，合理利用能源。
6.3 工藝介紹
6.3.1 工藝流程
6.3.1.1石灰石篩分系統
破碎篩分系統破碎完成的20-40mm粒度的石灰石輸送致石灰石原料倉內
,通過棒條閥、振動給料機、皮帶機輸送預熱器頂部的料倉內.
在石灰石破碎篩分系統設置了崗位除塵設備，對石灰石輸送系統各揚塵點進行除塵處理，凈化石灰石輸送及篩分車間的工作環境。
6.3.1.2石灰燒成系統
豎式預熱器受料倉中的物料經加料管送入預熱器內的8個預熱箱體內，石灰石在預熱箱體內緩慢下移，并經1000～1100℃的窯尾熱氣預熱到900℃左右，達到部分分解的石灰石經預熱器上的液壓推桿推動，通過加料室進入到回轉窯內進行煅燒，廢氣進入窯尾廢氣處理系統。煅燒后的熱石灰在豎式冷卻機內冷卻，冷卻空氣由二次風機提供，二次風機提供的冷卻空氣一方面能把進入冷卻器石灰的溫度急劇降到110℃以下，而且該部分冷卻空氣在冷卻熱石灰的同時也被加熱到650℃以上，作為燃燒系統的助燃空氣。
6.3.1.3窯尾廢氣處理系統
從預熱器來的廢氣，溫度約在220--250℃左右，經摻入部分冷卻空氣后進入布袋除塵器內進行除塵，經除塵后的廢氣粉塵含量低于10mg/Nm3，完全滿足國家有關環保要求。除塵后的廢氣經高溫風機、煙囪排入大氣，收集下來的粉灰通過輸送設備送入粉灰倉，經有散裝機散裝出廠。
6.3.1.4成品石灰儲存系統
冷卻后的石灰經豎式冷卻機下部的振動卸料機卸出，然后經由板鏈機（該板鏈機耐高溫，可防止冷卻器由于突發事件而卸紅料時燒毀設備）、板鏈式斗提機提升至篩分樓進行篩分，小于10mm的粉灰直接送入粉灰倉， 10-40mm的物料分別送入成品倉進行儲存。
在成品石灰篩分儲存系統設置了崗位除塵設備，對成品石灰儲存系統各揚塵點進行除塵處理，凈化成品石灰儲存系統的工作環境。
為了增加整個系統的除塵效果并降低除塵系統的整體投資，石灰各加料點與卸料點的除塵與加料和卸料設備實行聯鎖，即哪個點加料或哪個點卸料時該部分除塵管道上的閥門才打開，當停止加料或卸料時則該部分除塵管道上的閥門關閉。
6.3.2 煅燒原理
(1) 預熱
預熱器利用窯尾熱煙氣與常溫物料進行氣物熱交換，使物料在進入回轉窯之前就被預熱到900℃以上，實現25～30％的預分解，壓損低；采用多管加料安裝維護簡單，物料流量控制方便；各倉室單獨進料，不易產生偏料現象。分倉加熱式結構使得物料進出相對獨立，熱風循環自成一體，物料預熱更加均勻，預熱效果顯著。工作中即使個別倉室出現故障可獨自關閉，不影響整體系統的正常運行。
(2) 煅燒
石灰石煅燒主要在回轉窯內完成，窯體直徑3.6米，長55米，物料煅燒時在窯內軸向運動的同時也作徑向運動，處于翻滾狀態，輻射、對流、傳導三種熱交換方式同時進行，使整個煅燒過程非常均勻，窯頭、窯尾均為微負壓操作。回轉窯采用兩擋支承結構。該結構較三檔或多檔形式更加簡單，設備重量輕，直線性好，運轉靈活，制造安裝費用降低，運轉過程中調整也相對簡單。窯頭、窯尾密封采用內置魚鱗片形式，系統漏風系數降低，密封效果更加顯著，維護和更換非常簡便。
(3) 冷卻
石灰石在回轉窯內煅燒成石灰后進入豎式冷卻器，從冷卻器底部鼓入的二次風冷卻石灰，獨立的冷卻設施將冷卻風管在整個斷面均勻布置，可以將石灰冷卻到100℃以下，二次風溫度可達600℃以上，經過熱交換后的二次風入窯參與燃燒，有效提高了燃燒溫度，節能降耗。另外為防止大塊物料、窯皮和掉磚等進入冷卻器本體，設置有大料清出裝置，可以將從窯內排出的大塊物料從冷卻器側面排出，保證冷卻器穩定連續運轉，減輕了工人勞動強度。
6.4 三大主機設備選型
6.4.1 設備規格、能力
設備規格：（1）豎式預熱器： 8.3×4.00m（8邊形）
（2）回轉窯： φ3.6×55m
（3）豎式冷卻器： 3.7×3.7m
(2)
6.4.2 主機設備技術規格及參數
6.4.2.1豎式預熱器主要技術參數
設備名稱： 豎式預熱器
規 格： 8.3×4.00m (8邊形)
最大儲料量： 400t
預熱倉數： 8個
推桿數量： 8個
推頭材料： 耐熱鑄鋼
油泵數量： 2臺 （一用一備）
每個液壓推桿采用單獨液壓缸控制，通過液壓站可以調節推桿之間的間隔時間及推桿自身的推料時間，準確控制進料量。
6.4.2.2回轉窯主要技術參數
設備名稱： 回轉窯
規 格： Φ3.6×55ｍ
斜 度： 3.5％（正弦）
支承檔數： 2檔
支撐裝置軸承形式： 滑動軸承
擋輪型式： 液壓擋輪
傳動型式： 單傳動
主傳動功率： 132kw
窯體轉速：
主傳動： 0.3～1.67r/min
輔助傳動： 6.85r/h
窯頭、窯尾密封型式： 內置魚鱗片式
6.4.2.3豎式冷卻器主要技術參數
設備名稱： 豎式冷卻器
規 格： 3.7×3.7 m
型 式： 矩型
箱體數量： 4
進料溫度： 1100±50 ℃
出料溫度： ＜100 ℃
卸料裝置型式： 振動出料
卸料裝置數量： 4套
6.5 耐火材料砌筑
6.5.1 回轉窯砌筑
回轉窯的砌筑分為三部分：煅燒帶采用剛玉莫蘭石和粘土磚，預熱帶和冷卻帶采用高鋁磚；窯頭、窯尾焊接蛇形錨固鉤并采用窯頭、窯尾專用耐磨澆注料。
6.5.2 預熱器砌筑
預熱器頂部采用錨固件吊掛錨固磚，且錨固磚之間咬合固定，頂部鋪設輕質澆注料，形成可以任意方向膨脹的整體爐頂；側壁焊接錨固鉤，采用耐磨鋼纖維澆注料和低水泥澆注料，底部用高鋁磚。
6.5.3 轉運溜槽砌筑
轉運溜槽主要承受石灰石的下落沖擊，沖擊部位選用碳化硅磚，側壁采用高鋁磚，用陶瓷纖維毯隔熱。
6.5.4 窯頭罩及冷卻器砌筑
窯頭罩先用錨固磚吊掛，然后鋪設低水泥澆注料，側壁先用硅鈣板作隔熱，然后用低水泥澆注料和鋼纖維耐磨澆注料。
6.6 回轉窯結圈分析
6.6.1回轉窯結圈的癥狀
回轉窯結圈后系統出現以下癥狀：窯主電機負荷增加，電流波動值增大，窯頭、窯尾壓力不穩定，窯頭出現正壓現象，窯內氣流渾濁，窯內的物料受粉塵影響其運動方式由滾動狀態變為滑動狀態，筒體外皮局部溫度下降。
圖1 回轉窯窯內結圈情況圖
6.6.2 回轉窯結圈危害
回轉窯結圈一旦形成，便阻礙了氣流的順暢，窯頭出現正壓現象，窯內高溫氣流大部分被阻礙在結圈體前側，使窯內氣流不能平均分配，結圈體后部分的物料不能充分吸收熱量，窯內的物料受粉塵影響其運動方式由滾動狀態變為滑動狀態，物料不能均勻受熱，物料的煅燒質量不能保證，結圈一旦形成 200mm～300mm 時，主電機電流隨時增大，嚴重時容易引發設備故障，同時能耗增加，現場環境嚴重破壞，增加操作者勞動強度。
6.6.3 回轉窯結圈的原因分析
6.6.3.1 原料含雜質多易造成回轉窯結圈
做為石灰原料的石灰石其主要成分是 CaCO3，一般情況都含有 SiO2、Al2O3、Fe2O3、NaO、K2O 、P、S 等雜質，如果雜質含量高，就容易產生結圈，特別是 Al2O3、Fe2O3、P、S 等其熔點較低，在回轉窯內溫度達到1250℃以上時就會產生熔融，熔融后的雜質，隨回轉窯的旋轉附著在回轉窯煅燒帶最高處形成結圈。
6.6.3.2 高溫使粉塵熔融易造成結圈
窯前儲料場因無防雨設施遇雨雪天氣，原料表面泥土沾在礦石表面篩分不掉，隨礦石一同入窯煅燒，石灰中大量粉塵進入窯內，經過煅燒帶，高溫使粉塵熔融易造成結圈。
6.6.3.3 燃燒器選擇不當直接影響回轉窯內結圈
燃燒器是煅燒石灰的主要工藝設備，直接影響火焰形狀和剛度，進而直接影響回轉窯的煅燒溫度，不同的燃料應采用不同的燃燒器，要使燃料達到充分完全燃燒，燃燒器的選擇與控制至關重要，也直接影響窯內結圈。
6.6.3.4 回轉窯轉速與推料時間匹配不當影響結圈
回轉窯轉速與推料時間的匹配影響物料在窯內薄厚，物料薄厚影響物料在窯內的運動軌跡。窯速低、推料時間短會形成料層太厚，物料在窯內出現拋落現象，料層薄，就會形成物料在窯內整體滑動，拋落和滑動都會產生物料粉化，粉化量大，在煅燒帶受到較強火焰的高溫，就會熔融形成結圈。
6.6.3.5 生產操作控制不當影響結圈
1)回轉窯預熱器出口溫度過高，物料在預熱器內預熱和分解加速，將在煅燒帶被燒結，石灰過燒，易造成結圈。
2) 窯尾壓力控制大小，會改變火焰長度、形狀，直接影響窯況變化和石灰質量，易產生結圈。
3) 在燃料流量正常情況下，燃料壓力控制過低，燃燒火焰短粗，煅燒帶提供熱量過多使物料出現過燒，嚴重時煅燒帶結圈。
4) 一、二次風的合理分配直接影響煅燒和質量的穩定，一次風過大，火焰會短粗，高溫段過于集中，引起結圈；反之火焰瘦長，煅燒溫度低，會使石灰質量不穩定，易結圈。
6.6.4 控制措施
6.6.4.1 嚴格原料進廠驗收制度
一是加強物理檢驗控制，進廠粒度應控制在20～40mm，減少過小顆粒原料摻入，避免入窯后大量灰粉產生，因此入窯前的石灰石經過水洗篩分。二是加強化驗檢驗控制，對進廠的原料進行嚴格化驗，控制 CaO 含量不低于 53%，MgO、SiO2的含量控制在 2%和 1.5%以下，S 含量小于0.025%，不合格原料不入窯。
6.6.4.2 控制窯速與推料時間的匹配
物料由窯尾運動到窯頭完成石灰石分解的全過程，而預熱器向回轉窯的推料量必須與回轉窯的轉速同步，也就是說，一定的產量必須制定相應的回轉窯轉速，以保證物料在回轉窯內的料層厚度和填充量。正常控制物料在窯內的填充率在 6%～8%之間，窯的轉速快慢要達到物料顆粒自我翻滾為宜。
6.6.4.3 合理控制各部熱工參數
根據改進后的燃燒器，調整好燒嘴角度，合理控制窯尾風機壓力、流量和一、二次風機風量及風壓，以保證火焰的長度和剛度，使火焰與筒體保持平行；同時供給煤粉熱值穩定、煤粉量平穩連續輸送。
6.6.4.4 加強煅燒過程管理
1)隨時觀察窯內火焰、氣流、物料運動情況，如果發現火焰形狀發散，窯內氣流渾濁或物料有滑動現象，應立即檢查產品實物質量 SiO2是否偏高，同時減產降溫，調整窯況。選擇優質原料入窯，待實物質量好轉，窯內氣流順暢，粉塵明顯減少，再逐步提產，恢復正常生產，避免熔融物粘窯壁產生結圈。
2) 每小時在窯頭從格柵側門取一次樣，用肉眼分析實物質量，根據實物質量情況，調整氣量等工藝參數。
3) 冷卻器下電振給料機均勻出灰，保證冷卻器內高、低料位差在 100mm 左右，使二次風量供給均勻。
4) 計劃減產時，應按 5t/h 梯度逐步減產，同時及時調整燃料量等各部工藝參數；恢復生產時，按升溫曲線進行操作(回轉窯升溫曲線見表1)。
表1 回轉窯升溫曲線
6.6.4.5 一旦發生結圈應采取以下措施
1)不定期短時間減產、停窯，同時，停一、二次風機，觀察窯襯情況，如有輕微結圈，選擇適當時間減產、降溫，利用高、低溫差使結圈脫落，避免窯況惡化。
2)如果出現窯頭、窯尾產生正壓，窯內氣流渾濁，主電機電流增大，不能完成正常產量、質量等現象，需停窯處理。
6.6.5 結論
活性石灰回轉窯結圈是石灰行業普遍存在問題，結圈因素也是多方面的，既有原料、燃料影響，又與燃燒器的選擇和生產工藝控制等有關，只要強化各個環節的管理，預防為主，回轉窯結圈就能得到有效控制，進而不斷延長結圈周期，逐步實現回轉窯高產、穩產。
