自動化機械石灰立窯的設計制造及施工運行要點

自動化機械石灰立窯的設計制造及施工運行要點

齊建軍   王  慶   孫東升   李嶸

（河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�司）

摘要：石灰窯是生產各類型輕質碳酸鈣的首要設備，其設計施工安裝及運行有特殊的規(guī)律性，涉及的專業(yè)多，系統(tǒng)較為龐大，是一綜合性的工程項目。在做好基礎性建設的同時也必須注重關鍵要素的管理，抓好重要工程的建設，環(huán)環(huán)相扣，以確保石灰窯順利建成投產。本文對以無煙煤、石灰石或焦炭、石灰石混燒為主的石灰窯工程設計、制造、施工、操作等方面應當注意的幾點進行探討。

關鍵詞：石灰窯型  工程設計  施工運行  規(guī)范與標準

一、概述

石灰生產已有上百年的歷史，早期是由土窯來完成的。近代后，隨著工業(yè)產業(yè)化的發(fā)展出現(xiàn)了機械立窯生產石灰。上世紀六十年代以后國外企業(yè)實現(xiàn)了規(guī)模化工業(yè)化生產石灰，促進了生產工藝的進步和控制手段的提高。以意大利西姆公司為代表的制造企業(yè)在輕鈣生產規(guī)�；�自動化控制方面取得了實質上的發(fā)展，其主要技術在歐洲等地得到了有效發(fā)揮。

國內輕鈣行業(yè)在國家政策引領下，正由小規(guī)模經營向集約化規(guī)�；�方向轉變。從2008年開始華北地區(qū)土窯改機立窯取得了重大進展，江淮地區(qū)各企業(yè)也在積極改進石灰窯的結構，特別是國內龍頭企業(yè)廣泛采用了先進的機械立窯。以石灰石與煤混燒為主要形式，也有少量企業(yè)采用了煤氣、天然氣燒窯，使石灰煅燒技術向前邁出了一大步。石灰窯是輕鈣生產的首要設備，抓好石灰窯的生產設計制造，可為輕鈣生產創(chuàng)造基本的生產條件。

二、石灰窯的結構設計需要注意的幾個問題

1. 建設石灰窯首先要對基礎地面進行地質勘探，探明地質結構情況，對土質巖貌進行掌握。根據立窯的高度、體積、重量，核定窯的靜態(tài)載荷重、動態(tài)載荷重、地震力及風載荷重，并考慮窯的附著機械荷載重�；�礎開挖，墊層夯實，支筋制作，基礎澆筑，預埋件的安置等必須按照設計院提供的圖紙進行并由專人管理。

2. 一般機械立窯的窯殼為鋼板制作，鋼板材質常選為普通碳鋼板，在滿足窯殼的機械強度前提下可根據窯的不同高度設計板厚，以降低鋼材消耗量。鋼制窯殼的安裝由專業(yè)公司承擔，除了按照圖紙嚴格施工外，要充分運用網絡計劃進行施工管理。窯體就位后的垂直度及焊接縫必須在部頒標準要求范圍內。

窯頂?shù)挠^察孔要留在易于操作人員觀察測量的地方。排潮汽裝置要分別設置在窯的三段，窯頂?shù)呐懦笨讖讲灰顺�過φ50mm，分布要均勻，烘窯結束后要及時封堵三段排潮孔。

3. 窯襯的結構要選好，耐火磚的質量、尺寸必須達到合格標準。輕澆砼保溫隔熱層推薦不超過100mm厚。多層窯襯之間要以異型耐高溫磚相連。保溫隔熱層設置防沉降隔斷墻，間距也應當適宜。

窯襯砌筑前首先驗收磚塊尺寸要合格，然后組織預砌筑。在適合的場地將準備砌筑的磚層進行干組裝，檢查成圓情況，是否與設計的尺寸一致。如果成圓度差則應當進行現(xiàn)場修理。按照部頒機械窯爐施工規(guī)范，對灰漿、磚縫要嚴格按照設計要求操作執(zhí)行。所有磚縫都應錯開，內層外層相交錯砌成。對變徑段要特別關注，按照圖紙要求每層必須保持圓的同軸度，并逐漸形成窯體的錐角。

一般窯襯結構為最內層為高鋁質耐火磚，次之為粘土質耐火磚，再次之為保溫磚或輕澆保溫層，再次之為粘土磚，粘土磚之外為巖棉板，最外層為鋼殼。窯襯連同窯殼總厚度可達到1000mm左右。對于窯的預留孔及預埋件要有專人管理，砌筑時同時施工。窯襯施工盡量避開寒冬，至少環(huán)境溫度達到5℃以上時施工較好。

窯襯砌筑時要有專業(yè)的監(jiān)理人員管理，嚴格按設計規(guī)范和圖紙施工，按照部頒標準進行分段和總體驗收。

4. 石灰窯的高徑比是非常關鍵的參數(shù)。受布風裝置的限制，送入窯內的空氣總是沿窯壁上升至頂部的為多數(shù)，即窯壁效應明顯。因此窯的直徑不宜過大而是與其高度成一定比例。一般推薦為1∶6—8。

5. 窯襯結構對于窯的正常運行起著至關重要的作用。由于“邊風效應”的存在窯襯的結構應當適應“攏火壓邊風”的要求，以達到均勻上火的效果。

河南華冠環(huán)保科技有限公司經過多年的探索，結合了石灰窯生產工藝技術實際要求，博采眾家之長，研發(fā)出了新型節(jié)能石灰窯。主要特征是其吸收了花瓶型窯的優(yōu)點，克服了直立窯的不足，它既能滿足生產優(yōu)質石灰的要求，又可以將能耗降到最低，形成了大型機立窯獨有的結構特征，生產實踐證明其窯型科學合理。

三、石灰窯的配套機械工程設計要點

石灰窯的配套機械工程可大致分為：配料、加料系統(tǒng)；出灰系統(tǒng)；配風系統(tǒng)；引風系統(tǒng)；電氣控制系統(tǒng)五部分。

1． 配料加料系統(tǒng)主要工藝技術注意事項

原料的篩分要符合石灰窯的要求。配料前要將礦石中的粘土、碎石篩分并回收再用。石灰石的粒度，煤或焦炭的粒度要符合工藝設計要求。配料設備的選型要合理，精準度要在0.5%級以上，混料要均勻。配混料設備的布置要符合混料均勻的要求。

加料系統(tǒng)包括混料輸送、提升、布料。斗式計量無需混料輸送，皮帶計量則需要混料輸送并要根據加料量和頻次考慮是否需要設置中間料倉，以滿足生產量的需要。提升機選型要與提升重力相匹配，提升架要有足夠的強度和剛度。料車與軌道要相匹配，各部尺寸相一致，軸長、軸距與軌道寬、彎弧相一致。特別是弧形軌道的安裝與加固要按設計圖紙和說明嚴格進行�；⌒诬壍腊惭b完工后要及時進行料車空運行試驗，空試合格后要進行重車試運行，及時消除存在的卡刮機械故障。

布料器形式多樣，總的要求是布料均勻。一方面粒度分布要均勻，另一方面布料量要均勻。這就要求料車裝填容量要適當，布料器形式要合理。經驗證明回轉彎管式布料器設計制造合理，安裝方便，可實現(xiàn)多點布料，運行效果良好�；剞D蝸殼式布料器也得到了用戶的認可。

2．、 出灰設備

常用的有螺錐出灰機、圓盤式出灰機、托扳出料機、振動出灰機。上述機械各有優(yōu)點，也有不足之處。近年來專業(yè)廠家推出了插板式出灰設備。該設備由錐形料斗、上插門、中間倉、下插門和出灰輸送機械組成。結構簡單易行，操作便利，適合原料粒度在50---150mm范圍內的大型石灰窯生產。上插板制作成相向運行的二個插門，出現(xiàn)偏燒情況時可以單獨運作一個插門以糾正偏燒。選擇合適的出灰設備對石灰窯的運行有一定輔助作用。

3． 配風系統(tǒng)

機械立窯應根據窯的有效容積、高徑比、裝填高度及生產能力確定配風量和風壓值。布風應當盡可能沿窯水平截面均勻供風，但由于存在“邊風效應”，往往達不到均勻布風效果。為此可設置底部進風與腰部進風相結合起來的辦法。也可采用風煙結合的方法控制燃燒、糾正偏燒。

布風與出料裝置相連二者有一定占位關系，當采用雙插板中間料倉組合式出灰機械時，布風裝置可以固定在窯底部并盡可能多占據窯低中心面積，同時設計多層風帽，風帽間設置多孔布風，頂部風帽通流量可適當加大，形成中心布風略大于邊風的效果，在下料不受影響前提下保證了中心布風面積足夠大。

4． 引風系統(tǒng)在設計時主要考慮出風均勻，防止由于引風偏向而引起窯內偏燒的問題。

一般考慮設置對稱的引風出口，如雙出煙口180°布置，對稱匯流。引風應當可控制，采用調風器或變頻調節(jié)以維持窯頂一定的壓力。

5． 電氣控制系統(tǒng)應由專業(yè)的設計公司根據所配置的機電設備進行優(yōu)化設計。

根據業(yè)主要求和實際工程需要，設計技術先進、符合規(guī)范、性價比優(yōu)良的配套電氣工程。

對于起重設備要采用國內外質量有保證、服務及時的（廠家）產品，電氣設備必須經得住高強度、大負荷、抗干攏運行的考驗。

四、石灰窯的控制工程設計要點

石灰窯控制工程系統(tǒng)主要包括給料控制、計量控制、配料控制、提升控制、布料控制、出料與料位控制、煅燒溫度控制與鼓風控制、引風控制及糾偏控制。上述控制單元可以實施分散控制集中監(jiān)視管理，即DCS控制。其中給料、計量、配料、提升、布料可合并為一個子系統(tǒng)；出料與料位控制為一子系統(tǒng)；煅燒鼓風與糾偏為一子系統(tǒng)；引風控制為一子系統(tǒng)。

各子系統(tǒng)均可采用目前較為先進的PLC控制。各子系統(tǒng)可單獨操作也可通過一定的通訊協(xié)議組成工業(yè)以太網絡，并由上位機進行監(jiān)督控制。一般敘述為現(xiàn)場采集模擬量后送模數(shù)轉換，然后送工控機模塊式程控與給定比較后輸出調節(jié)數(shù)字量，經數(shù)模轉換后送送執(zhí)行機構以完成一次調整�；蛘哂蒔LC硬連線直接完成采集、處理和控制。相應地考慮IO本地和遠程設置的數(shù)量、分布、整體性、安全可靠性和經濟合理性。此外對主機冗余、電源冗余也要做充分的考慮。有條件的要進一步考慮備品、擴容、操作站的數(shù)量及外圍設備的配置。緊急停車系統(tǒng)是為防止生產裝置發(fā)生故障引發(fā)人身傷亡或設備損壞導致重大事故而設置的安全保護裝置。這就要求控制系統(tǒng)本身的事故發(fā)生率要小，要有自診斷報警功能，能夠在線軟件組態(tài)和修改，設置適當?shù)臋嘞蕖?/span>

控制系統(tǒng)的結構必須獨立于其它系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)的安全等級。即硬件中發(fā)信元件、IO卡件及供電等應獨立設計，軟件應遵守IEC61508-3標準，軟件結構本身要滿足生產安全的特殊要求。

提升系統(tǒng)的控制國內許多廠家采用旋轉編碼器做為測量料車位置、加減速、停車限位信號發(fā)生裝置，再由PLC編程控制料車的運行，這方面取得了較好的效果。

石灰窯控制的主要工藝指標有煅燒段溫度，料位，窯頂壓力，窯頂溫度，出料溫度等。

配料提升加料系統(tǒng)為相對獨立的程控系統(tǒng)但可與料位控制系統(tǒng)串聯(lián)控制。

石灰窯運行屬于大滯后、長周期、多因素干擾工況。因此在設計石灰窯的自動控制系統(tǒng)工程時要特別的注意各因素間的關聯(lián)程度，各參數(shù)變化周期相差較大。在整定各系統(tǒng)PID參數(shù)時要充分考慮工藝操作人員提供的經驗數(shù)據。

石灰生產主要由煅燒段溫度和鼓引風量所決定。在原料成分穩(wěn)定的情況下，煅燒溫度與配料比例、送風量有直接關系。當溫度升高時煤石比、送入風量均應減小，反之應增加。出料可根據產量要求采用定時定量出料，加料以料位高低為依據。加料周期應小于溫度調整周期。加料以批為單位，配比也以批為一個單位進行調整。鼓風可實現(xiàn)連續(xù)調整而不受限制。

引風控制一方面要考慮窯頂風壓，另一方面要考慮煙氣濃度。通�？刂聘G頂為微正壓。

為方便糾正燒偏，在煅燒段與冷卻段之間設有腰風口。當窯煅燒平面的對稱點溫度差超過一定值時可開啟相應腰風口閥門強化或抑制低溫點或高溫點的燃燒工況。但需要注意其可操作性。窯的溫度調整要求靈敏有效，測溫點必須接近窯內，感應元件配置要準確。

圖示如下：

五、石灰窯工程項目建設方式

石灰窯從設計階段開始就應當通盤考慮。選址要正確；土建工程要由專業(yè)工程公司承攬；窯體加工要嚴格按圖施工；砌筑要執(zhí)行HGT20641—98標準；窯頂、窯底部設備選型非常關鍵，關系到窯的正常運行與否；配套的機電設備、自控設備直接關系到窯的生產效率高低。

基礎材料、板材、型鋼必須按國標號要求采購，易損耗非標件則要選擇正規(guī)供應廠商。起重等特種設備要選擇有資質的廠商進貨。

石灰窯工程有總包與分包之分�？偘�工程由承攬工程的工程公司總體設計推進工程項目的建設，建設單位、監(jiān)理公司共同監(jiān)督工程建設項目的每一階段情況。分包則由建設單位統(tǒng)一規(guī)劃設計，由設計院、分項目由各專業(yè)公司承攬、監(jiān)理公司監(jiān)督工程項目的實施，可以是菜單式組織管理模式。建設單位可根據自己的情況結合項目建設情況選擇建設方式。

六、石灰窯的操作要點

石灰窯的操作是一項較為復雜的工程作業(yè)。工程項目建成后，建設單位要組織監(jiān)理、施工、設計、供應商進行綜合性試生產前驗收。工程建設的各項資料完整，安全環(huán)保三同時，各項手續(xù)齊全。生產準備工作就緒，安全、操作規(guī)程、檢修規(guī)程、管理規(guī)定齊全。現(xiàn)場整理完畢，符合規(guī)范。

運行人員對窯的隱蔽工程要進行徹底檢查，將施工時遺留的物品清理出，對一些臨時構件進行合理處理，不得有任何阻礙窯運行時物料流動的物體。如施工時遺留下的焊絲、螺絲、廢鋼材料等。

烘窯要按規(guī)程規(guī)定進行操作。烘窯結束后要清理烘窯產生的廢渣以防止點火后阻礙物料下降。點火時最為關鍵的是上火均勻，加布料均勻，出料時間要根據原料粒度掌握好時間和出料量。出料后要及時補充料位至正常值。此外還須注意底火的焦結程度，防止形成大焦渣堵阻物料下降。點火成功后原料配比的變化要掌握好，點火初期的每批料配比都要有變動，遞減速度要掌握好，嚴防高配比結瘤產生。

送引風使用要得當，初期嚴格控制風量，之后每隔一定時間適當提高風量。窯溫提升速度要緩慢，一般20---30日調整到位即可。之后可根據對產量的要求適當提高風量以適應產出量和加入量，每提高一個產量單位要在此產量下運行一段時間以穩(wěn)定窯的工況。新建設工廠建議請有經驗的運行專家指導烘窯、點火、試生產。

各崗位運行人員必須緊密配合，做到勤看火勤卸料勤加料，多點布料或連續(xù)加料要準確，混料要均勻，配比要穩(wěn)定，用風要得當。以產定風。參考窯頂溫度、出灰溫度嚴格控制風量。

七、石灰窯的維護保養(yǎng)及安全注意事項

石灰窯的維護保養(yǎng)主要是指運行設備。一是易損件的維護保養(yǎng)，要有專人定時定期巡回檢查，定期調整或更換。如天輪、鋼絲繩、制動器摩擦片、觸點開關等。二是定期潤滑加油，每班至少對油杯油進行檢查加注一次，對油位進行監(jiān)管，對大型運轉機械定期更換新油。三是對各限位保險等安全防護裝置進行定時檢查試驗，嚴防安保裝置失效。

石灰窯的操作為典型的窯爐操作，涉及起重、高空等特種作業(yè)。操作人員要有一定的技術素質和職業(yè)責任，管理層要加強硬件和軟件管理，防止粉塵危害及中毒等事故發(fā)生。

八、結論

石灰窯工程是一項系統(tǒng)性很強的工程項目建設，只要建設方、施工單位、設計及監(jiān)理單位通力合作，從基礎抓起，科學設計、科學施工、科學管理，關注并解決要點問題，形成系統(tǒng)性，工程建設就一定會收到事半功倍的效果。工程的質量、安全也就有了保障，項目建設將會如期完成。

隨著設計施工生產水平的穩(wěn)步提高，安全、環(huán)保投入的加大，企業(yè)將在循環(huán)經濟、三廢治理、污染物零排放等方面取得重大進展。相信在不遠的一個時期我國石灰生產將步入一個全新的階段，并將在輕鈣等多領域發(fā)揮出重要作用。

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河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�司在國內有50余條大大小小活性石灰生產線回轉窯生產線業(yè)績，處理量有50-1000噸每天產能，回轉窯規(guī)格從φ1.6---φ4.8米，長度32米--68米的。在國內安鋼、舞鋼、日照鋼鐵、唐山、邯鄲、成都、有大量成功案例，可技術轉讓，可出售設備，產品。

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