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原料煅烧竖窑的种类及窑内物料煅烧特性

发布时间:2023/03/21 技术知识 标签:[db:标签]浏览次数:727

1、竖窑的分类及优缺点竖窑(亦称立窑,瓶子窑)是用来锻烧耐火原料及石灰的窑炉。1)竖窑分类方法一般可按锻烧物料种类和使用燃料的不同进行分类,也可按送风方式和机械化水平不同进行分类。(1)按锻烧物料种类不同可分为:粘土竖窑(锻烧温度1300-1400℃)、白云石竖窑(煅烧温度1600-1650℃)、石灰竖窑(煅烧温度1200-1300℃)、镁石竖窑(煅烧温度1600-1650℃)、高铝竖窑(煅烧温度1450-1650℃)(2)按使用燃料种类可分为:固体燃料竖窑(以焦炭、无烟煤为燃料)、液体燃料竖窑(以重油为燃料)、气体燃料竖窑(焦炉煤气、混合煤气、天然气)(3)按送风方式不同可分为:强制通风竖窑:采用鼓风机将空气鼓入窑内,强化锻烧过程。自然通风竖窑:窑内气体流动主要靠竖筒本身的自然抽力进行操作。(4)按机械化程度不同可分为:人工加料竖窑;机械化竖窑,从加料到出料完全机械化。2)竖窑的优点设备简单、投资少、单位成品所消耗的燃料少、成本低、单位容积利用系数大、设备本身占地面积小等。缺点:窑内温度分布不均匀,因此容易产生欠烧和过烧品;使用焦炭或无烟煤作燃料时,灰分污染产品;对入窑的原料块度有一定的限制,碎料(<30mm)不能用在竖窑锻烧,造成了资源的浪费,而且竖窑的生产能力也较小,劳动条件较差。从竖窑的发展来看,起初是人工操作,自然通风,定时加出料。随着生产技术的发展,为提高产量、质量、改善劳动条件、提高生产效率、降低燃料消耗,逐步实现了机械化通风、机械化加料和出料、水冷炉壁、密闭装置等类型的机械化竖窑,使竖窑不断改进,以适应生产的现代化。

图1:直筒型机械化竖窑/水泥竖窑

图2:哑铃型重油石灰竖窑
2、竖窑的结构、形状1)竖窑的结构窑体、加料装置、密封装置、汽化冷却装置、卸料装置及通风装置等。2)窑体的形状对物料在窑内的运动和气流在窑内的分布无疑都有重要影响。保证窑内物料的均匀下沉和顺行,并使气流沿窑截面均匀分布,是对竖窑体形状的基本要求,其形状大致有以下几种:(1)直筒形:即上下内径相同的圆筒形,这种类型适用于煅烧各种耐火原料。这种竖窑结构简单、坚固,有利于物料顺行和均匀下沉,且砌筑方便。但物料在窑内自上而下运动时,一旦烧结,体积便会收缩,使其与窑壁间形成环形缝隙,造成窑周边的阻力比窑中间的要小;同时,物料在贴近窑衬处的堆积密度也较中部疏松,从而使竖窑同一断面通风不均,以致物料煅烧不均。(2)锻烧带内径收缩的圆筒形竖窑:为克服上述缺点,可将煅烧带内径略加收缩,这样可减少物料与窑壁之间的缝隙,从而使气体沿窑截面较为均匀分布。对使用汽化冷却炉壁的竖窑,还可使周边物料在下沉过程中有可能向内翻动,从而改善物料的煅烧条件,减少欠烧品。(3)哑铃形竖窑:为了扩大窑的容积,常采用预热带和冷却带扩大的哑铃形截面。(4)矩形竖窑:以重油与煤气为燃料的竖窑。由于圆形截面受火焰穿透深度的限制,窑容积不能太大。因此,设计大容积重油、煤气和外火箱竖窑时,需采用矩形截面,其容积范围:白云石、镁石、粘土及高铝原料竖窑,容积都大于50m3;石灰竖窑容积大于100m3。
3)竖窑内各带的作用竖窑内各带的作用(1)原料在竖窑内需历经三带:预热带、煅烧带、冷却带。(2)在预热带的原料借助于烟气的热量进行预热;在煆烧带的原料借助于燃料燃烧所放出的热量进行煅烧;在冷却带已煅烧好的原料与鼓入的冷却空气进行热交换,原料被冷却,而空气被加热后进入煅烧带供助燃用。由于在预热带和冷却带按逆流方式进行热交换,热量得到较好利用。因此,竖窑与其它类型窑比较,有较高的热效率。原料在窑内的停留时间有重要意义,如果停留时间短,就会影响煅烧质量;停留时间过长,将使窑的产量降低,热耗增加,有时也会影响产品质量。因此,原料在窑内的停留时间须与窑内传热情况相配合。如能适当提高锻烧温度,加大气流速度,减少原料块度等,均可加速传热速率,缩短原料在窑内的停留时间,提高窑的产量。
3、喇叭型竖窑的窑型1)设计原则(1)窑体上口直径等于或略小于窑体下口直径,有效高度12m;(2)窑体直径基本上是两头小、中间大;(3)根据窑体有效高度合理设计预热带、煅烧带、冷却带的各带高度;(4)高度与直径之比建议在3.8-4.2之间(大不超过4.3)。因为高径比小,原料预热不够,窑顶废气温度过高,热能利用率低;高径比大,原料在窑内停留时间过长,操作困难;(5)窑壁的收缩率(窑壁向内倾斜),建议掌握在5-6%之间,因为太小成了直筒型,太大时则窑顶直径太小;(6)窑尾收缩应在中炉条以上1.2m高处开始向下收缩,因为过高不利于落料,过低炉条承受压力过大,易损伤炉条,其收缩率为25-30%;(7)设计要有利于原料通过预热、煅烧、冷却三个带不紊乱层位,顺序下沉。易做到操作方便,三带稳定,不发生意外事件。然后达到高品高产、低耗的目的。2)12m高喇叭型竖窑各部位主要尺寸(1)窑体有效高度12m,中炉条上1.2m处直径为2.8-3m。窑底直径为2.5-2.6m,窑顶直径为1.6-1.8m,窑壁向内倾斜为5-6%。(2)窑壁厚度:它由窑内衬与隔热层组成。窑内衬用耐火砖砌筑时厚度为0.35m。窗内衬与隔热层厚度之和不小于1.1-1.2m。(3)出料口:高2.2m,宽1.8-2.0m。出料口前后窑壁厚度为1.2m。(4)进料口:高1.6m,宽0.8m。其个数,若炉顶口大,相对开2个进料口。(5)吸尘洞:与窑体纵向平行,一般在窑体后边。距窑内壁2.8m左右。下边口低于的下边的大炉条;上边出地面2m。底圆直径为0.6m,上口直径为0.5-0.4m。(6)吸热洞:位于工房顶部,直径为0.4-0.5m,上边超出地面2m。(7)炉帽:位于窑顶,有圆形和方形两种。以方形为例:高2.2m,内墙距窑壁的近点为0.35m。外墙长、宽均为2.2m。其墙厚度为0.4m(或0.37m),其中留两对进料口或一个进料口和一个排烟口。(8)烟囱拐道:是连接烟囱和炉帽的设施,其长短根据情况而定。要有一定的坡度,内部尺寸高0.8m,宽0.7m。出口高度要与烟囱下边留的口吻合,距地面2.5-3m高。(9)烟囱:高度是窑体有效高的1.5-2倍。外壁向内倾斜3%。烟囱出口内径不小于0.8-1m。
4、竖窑的高径比窑的内径是根据煅烧原料的性质、锻烧温度的高低、煅烧操作的灵活程度等因素确定的。窑的内径大,产量高。但内径太大,难于在全窑体横截面上透气性一致、煅烧均匀,窑内煅烧情况不易掌握。一般根据原料性质所需要的锻烧温度、产量要求及能量消耗等各种因素确定高径比。所谓高径比,就是以窑体的有效高度与窑体内径之比,高径比过大,意味着窑体过长,会增加空气透过料层的流体阻力;高径比过小,则窑体过短,热交换来不及充分进行。因此,不适当的高径比,无论过大或过小都会影响产品质量、产量及燃料消耗。目前,河南省矾土竖窑高径比一般采用3.8-4.2,大不超过4.3。对于煅烧耐火级原料,高径比可取上限4.2,对于煅烧研磨级原料,高径比可取下限3.8。
5、竖窑内物料的运动方式1)在竖窑中物料与气流呈逆向运动物料在竖窑中运动的原因有两种:一种是由于物料在煅烧过程中的收缩而引起上层物料(预热带与锻烧带)的运动;另一种是由于下部物料的卸出而引起全窑物料的运动。因此,预热带上层的物料就包含了全部收缩运动与出料运动(而冷却带几乎只有出料运动)。在混料窑中应当包括燃料燃尽所引起的收缩运动。2)竖窑中的空气由窑底部鼓入或吸入,烟气由上部经烟囱排出气体在穿过散状料层时,阻力损失很大,每米散状料层阻力可达800-1000Pa。因此,研究竖窑内气体运动,对于保证煅烧带燃料燃烧所需空气量的供应、气体在窑断面上的合理分布、降低气体流动过程的阻力损失、保证竖窑产量、质量等方面都是有意义的。(1)竖窑产量与鼓风条件的关系:在竖窑断面固定不变时,若空气流量增加,则气流速度加快;由于空气量增多,燃料燃烧速度加快;同时,气流与物料间对流换热増强,从而加快了物料预热、煅烧及冷却过程,窑的产量、煅烧物料质量都可以提高。竖窑一般选用高压离心式鼓风机或罗茨鼓风机。为减少动力消耗,在实际操作中应确定较为经济合理的气流速度。(2)竖窑断面上的气流分布:由于窑中物料堆积方式不同,将明显影响气体流动过程中的阻力损失。在靠近窑壁处,物料堆积与窑壁之间的孔隙率较物料之间堆积的孔隙率大,加之物料收缩造成环形缝隙,使气流较易从周边通过,即在窑的同一断面上,周边气流的分配较中心处为多。由于气流分配不均匀,致使物料在窑的同一断面煅烧不均匀,这一现象称为窑壁效应。由于断面上的气流不均匀分布,影响锻烧带物料在竖窑中的位置与形状。例如,用固体燃料的混级料,由于气流易于从周边通过,周边燃料就较早点燃,且燃烧速度较快;而中心由于流体阻力大,气流不易通过,需较晚才能点燃,燃烧过程也进行得较缓慢,从而形成“碗状”煅烧带。随着鼓风压力的提高,空气供应量充分,整个煅烧带将向上移动,并相应缩短;但其周边上火仍比中心处快,故仍呈“碗状”。若窑内阻力很大,鼓风压力低,空气供给不足,则煅烧带向下移动,并且拉长。这样不仅降低了煅烧温度,而且冷却带变短,影响物料的煅烧与冷却。为克服上述现象,应増加周边流体阻力,均衡窑断面通风。为此,须进行合理布料,即将碎料布于周边,以增加阻力,同时应减少周边燃料量,以降低温度。为了保证窑内气体正常流动,并维持锻烧带所需空气量,可采用三种不同的通风方式:一种为压入通风,即用风机由窑底鼓入空气,在窑内形成正压;还有一种为抽出通风,由窑顶抽风,在窑内形成负压;第三种为均衡通风,即由窑底进行鼓风,窑顶进行抽风,在窑内形成既有正压区,又有负压区,并在窑的一定高度处形成零压面的压力制度。一般机械化竖窑采用一种通风形式,而自然通风竖窑为二种方式。
6、竖窑中固体燃料燃烧的方法竖窑中,燃料燃烧放出的热量除供原料烧结外,剩下的是窑衬散失热量,烟气带走热量,这些损失造成竖窑的热效率不高(约50%)。竖窑中的燃料采用固体、液体、气体三者均可。天然气、重油常用于煅烧温度较高的白云石或镁砂竖窑;发生炉煤气可用于煅烧温度较低的石灰或粘土竖窑。但目前使用量广泛的还是固体燃料(煤和焦炭)。1)固体燃料在竖窑中的燃烧方法固体燃料在竖窑中的燃烧方法主要有:窑内燃烧和窑外燃烧室进行燃烧两种。前者又可分为燃料与原料分层交互装料和混合装料两种。2)外火箱燃烧方式主要适用于温度较低的粘土竖窑,其优点是:煤中的灰分不会污染原料,熟料的纯度较高,尤其适用于灰分较多的煤。燃料加入竖窑中燃烧时同时传热给原料,这样传热快、产量高、煤耗低、设备也较简单。但这种燃烧方式对燃料有一定的要求:(1)煤的灰分含量应小于20%。灰分过高,一方面使热值降低、污染原料、影响熟料的纯度;同时易造成炼窑、结瘤现象。对镁砂、白云石质的熟料要求燃料的灰分须低于13%。(2)煤的粒度控制甚为重要,它影响到燃料燃烧速度和燃烧带的厚度。为了保证原料在锻烧时的停留有足够的时间,煤的粒度与原料的粒度(块度)应有一定的比例。煤粒过小,燃烧时的高温带过分集中,高温带较短,生料在高温带的锻烧时间短,原料的物理化学变化来不及完成,影响熟料的质量。同时,煅烧带缩短,预热带相对增长,煅烧带产生的CO2经预热带时还原为CO的比例增多,造成热耗的加大。如果煤粒过大,则燃烧速度减慢,煅烧带拉长,火力不集中,且使冷却带相应缩短,这样造成原料煅烧和冷却的质量欠佳。入窑燃料粒度要求:对于白云石、镁砂竖窑,易烧结原料,燃料粒度25-40mm;难烧结原料,燃料粒度40-70mm或25-40mm。石灰竖窑:原料粒度30-70mm,燃料粒度13-25mm或25-40mm;原料粒度70-75mm,燃料粒度25-40mm。(3)燃料的挥发分应小于7%,以防止化学不完全燃烧的热损失过大。燃料在外设燃烧室中进行燃烧,燃烧产生的烟气通过窑壁火孔进入窑内。这种窑可以使用挥发分含量高的燃料。燃料灰分对原料的粘污也较混料式竖窑为轻,所以这种竖窑使用的燃料种类比较广泛,亦可使用劣质煤。但由于部分热量在燃烧室中散失,故其燃料消耗较混料式竖窑为高。此外,原料煅烧不够均匀,窑中心部位易出现生料现象。为克服此现象,外设燃烧室竖窑一般砌成矩形截面,根据烟气所能渗透的深度来确定矩形断面宽度,以保证沿断面均匀煅烧。