石灰窑结构和性能改进设计

石灰窑结构和性能改进设计

张明明

新疆圣雄电石有限公司，新疆 吐鲁番 838000

摘要：石灰窑是纯碱工业、钢铁工业、氧化铝工业等行业生产过程中的重要辅助设备。尤其是近年来，随着国民经济建设和工业化进程的不断加速，在国家工业发展过程中，石灰原料供需矛盾日益突出。石灰是工业领域中不同行业发展的重要辅助材料之一，石灰的质量和产量将直接妨碍工业生产的效率和质量。石灰窑的结构设计是保证石灰窑在制造过程中正常运转的前提。石灰窑结构设计涵盖确定石灰窑配比、窑前石灰石焦炭配比、窑底传动系统的稳定性等。本文以某公司环形套筒石灰窑为例，分析了石灰窑的煅烧原理和结构质量，探讨了石灰窑结构和性能的改进措施，希望能起到参考作用。

关键词：石灰窑结构；石灰窑性能；优化措施

引言

国家的工业化建设消耗了大量的石灰。过去普遍存在的老式石灰窑，机械化程度低，生产效率低，但污染环境能力强，没有与现代自动化、数字化技术有机结合。对老石灰窑进行改造，用石灰生产自动化程度高的石灰，能够降低成本，进一步提升石灰质量，具备一定的环保效果。现代石灰窑技术具备环保性高、节能性强、机械化、自动化程度高等优点。在石灰生产过程中，改进后的石灰窑不仅质量好，而且投入成本低。借助对老石灰窑的进一步优化改造，能够进一步提升石灰材料生产过程的自动化、智能化水平，促进行业的可持续发展。

1. 环形套筒石灰窑

环形套筒石灰窑是上世纪德国公司发明的一种新型石灰窑。该型石灰窑主要用于生产化工企业、钢铁企业发展所需的活性石灰原料。迄今为止，世界上有近千座环形套筒石灰窑，其中我国的环形套筒石灰窑种类繁多，大部分以日产150吨到600吨为主。环形石灰窑结构紧凑，在石灰精制过程中具备操作方便的优点。石灰精炼过程中，日产量可参照生产需要灵活调整，调整幅度可达60%～110%，能够同时进行。套筒石灰窑在应用过程中也具备很强的环保性能。

2. 石灰窑主体结构及其煅烧工作原理

2.1 石灰窑的主体结构

本项目套筒石灰窑主要结构为窑体、给料系统、燃烧换热系统、排灰系统和通风系统。套筒式石灰窑的主体分为内筒和外筒。内筒分上下两部分，且两部分相对独立。两部分组成一个双层钢板箱。外筒由普通钢板和耐火材料制成。里面的钢箱会源源不断的供给冷风降温，防止钢箱受热变形，外面还有耐火砖。预热后，冷空气将已然成为燃烧室中的一次空气。石灰窑的内筒和外筒同心，石灰石在它们相互间的环形区域被煅烧。

燃烧换热系统是环形套筒石灰窑的核心部分，其主要结构为双层燃烧室和换热器。燃烧室为双层结构，上下层交错，同层不隔层，分布均匀。每层燃烧室一般位于窑体中部。内筒与燃烧室由耐火砖连接，烟气借助耐火砖砌成的拱桥向下进入料层。换热器负责将窑顶废气导出，在窑顶将驱动风与废气进行热交换，以减少热耗。冷却后的煅烧石灰石进入冷却区运出。套筒窑喷吹风机系统中的排风机负责抽出窑内废气，助燃风机为喷吹器予以空气，冷却风机为窑内筒体予以冷却空气。

2.2 煅烧原理

套筒窑焙烧石灰石时，先逆流焙烧，后并联焙烧。上燃烧室燃烧不充分，助燃空气保持在50%左右。燃烧后排出的废气在炉体底部与多余的空气相遇，使未燃成分继续燃烧。上部煅烧区的物料与气流方向相反，石灰石进入窑体即开始分解，需要大量的热量。在上部煅烧区，完全燃烧后的烟气借助窑顶调节阀分为两部分，一部分负责预热分解后的石灰石，另一部分进入空气热交换器。中间燃烧区连接炉体的上下燃烧室。下部煅烧炉完全煅烧，其形成的高温烟气将分为两部分，一部分上升，一部分下降，最终逐步形成并流煅烧区。主引风机将尾气抽入管道，经除尘器处理后排放。石灰窑内的循环气体首先借助喷射器，然后依次借助下内筒底部、下燃烧室料层、下内筒入口等，实现往复不断循环。

3. 环形套筒石灰窑生产体系的改造和优化

3.1 改进空气与废气系统

本文提到的环形套筒石灰窑风道分为一次风系统和二次风系统。一次风系统在每台环形套筒石灰窑中采取一台离心风机被认为是辅助设备，在二次密封系统中每台环形套筒石灰窑配备两台鼓风机，可将二次风预热至350度以上再喷入进入燃烧室。每台环形套筒窑均设有抽风机，抽取石灰窑结构形成的废气，废气经废气处理系统净化后排放至大气。

3.2 改进石灰窑底出灰系统结构

改造前，环状石灰窑底架排灰板为单层结构，存在排灰结构不足、运行时强度支撑不足等问题。同时，也缺乏精确的定位系统，从而致使石灰窑底部结构在旋转过程中，不同的齿轮在不同的阶段工作，这也造成石灰石原料从不同的方向被扣下。在不同的推力下，还会与齿轮相互作用，造成齿轮严重磨损，需要工人及时更换齿轮，在原有的基础上更进一步提高了工人后期维护管理的难度，不利石灰窑于生产的连续性。

环套石灰窑排灰架系统改造后，可将原来的排灰架改为液压驱动的抽屉式排灰架。石灰石经底风冷却后，可借助抽屉式排灰器直接输送至下一环节。环形套筒石灰窑内有六个排灰杆，对应下燃烧室的位置。新型的抽屉式排灰结构可有效降低环形套筒炉排灰结构的故障概率，也可进一步提升排灰结构的同步效率，防止排灰结构在长期工作条件下发生故障。

3.3 改造燃气通道

环形套筒石灰窑排出的废气可借助支管直接进入燃烧室，气道上部结构有电动截止阀。这种电动调节阀可自动调节燃气，可参照燃气需求灵活调节。一旦运行中出现紧急情况，可及时切断气源，避免发生安全事故。此外，环形套筒石灰窑结构中的所有管子都装有流量计算器，以调节进入燃烧室的空气量，以对整个煅烧过程进行动态控制。在管路外加装氮气吹扫装置后，可有效做到气体置换和抽空功能。

结论

套筒石灰窑是世界先进的石灰生产设备，具备孔隙率高、活性高、产品含硫量低等优点。工业发展对石灰生产的需求，使设计石灰窑的制造单位逐渐，生产成本逐渐降低。随着先进科学技术的有机结合，今后石灰窑设计制造中的问题将逐步解决，推动套筒石灰窑成为优质石灰生产企业的首选。

参考文献

[1]王帆.石灰窑改造项目进度管理研究[J].科技风,2020,10:120.

[2]吕长申.石灰窑结构改造流程及应用[J].科技创新导报,2020,17（17）:94+96.

[3]马传阳，袁华春，王长春，等.石灰窑气洗涤塔及管线改造[J].纯碱工业，2019（4）：24-26.