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澳门拉斯维加斯石灰回转窑设备技术参数及选型

时间:2020-07-25 22:38

  石灰回转窑设备技术参数及选型方法研究河南宏科_能源/化工_工程科技_专业资料。石灰回转窑设备技术参数及选型方法研究 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 活性石灰概述 石灰作为一种基础原料,在工业生产中占有 一定的比重。通常所说的石灰是 指石灰石在高温煅烧下放出 CO 2 气

  石灰回转窑设备技术参数及选型方法研究 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 活性石灰概述 石灰作为一种基础原料,在工业生产中占有 一定的比重。通常所说的石灰是 指石灰石在高温煅烧下放出 CO 2 气体以后得到的以 CaO 为主要成份的产物。石 灰按照其活性度(availability of lime)的大小可分为活性石灰和普通石 灰。石灰 的活性度是指熔渣中与其它物质的反应能力,用石灰在熔渣中的熔化速度来表 示。 由于直接测定石灰在熔渣中的熔化速度(热活性)比较困难,通常采用酸碱 滴定法测定,石 灰的活性大小是表征水化反应速度的一个指标,是指在充足时间 内,是以中和生石灰消化 时产生的 Ca(OH) 2 所消耗的 4mol/L 盐酸的毫升数来表 示 [1,2] 。一般石灰的活性度平 均值超过 300ml/4N-HCl(4NHCl·40±1°C,10min 盐 酸滴定值),被称为活性石灰。活性 石灰与普通石灰的主要成份都是 CaO,但 活性石灰 CaO 的含量高达 85%以上,是一种性 能活泼、反应能力强、含硫量低 的优质石灰,具有体积密度小、气孔率高(50%左右)、比表 面积大~ ㎡/g)、氧化钙的矿物结晶细小(一般为 1~3μm)等特性,SiO 2 +Fe 2 O 3 +AL 2 O 3 等杂质含量小于 2%,残余 CO 2 含量一般不超过 2%,甚至有的石灰的活性度最 高能达 到 420ml 以上。活性石灰又称软烧石灰,其外观呈现乳白色的块状物, 当含有杂质时, 呈灰色、淡黄色或褐色 [2,3] 。 生产活性石灰所用的原料石灰石是一种天然的矿物,不是 一种纯净的物 质,由 CaCO 3 、MgCO 3 、SiO 2 、K 2 O、Al 2 O 3 、FeO 3 、P、S、 Na 2 O 等物质组成。 其矿物组成以方解石(CaCO 3 )为主,有些也有白云石共生。石灰组 成中有游离 CaO 和结合 CaO,游离氧化钙中又分活性氧化钙和非活性氧化钙。非活性氧 化 钙在普通消解条件下,不能同水发生反应,但是有可能转化为活性氧化钙,如磨 细后。 而活性氧化钙则是在普通消解条件下,能同水发生反应的那部分游离氧化 钙。结合氧化钙 是不可回复的,故不能称为非活性氧化钙。石灰的活性主要取决 于活性氧化钙的质量分数。 石灰石的锻烧是石灰石菱形晶格结构重新结晶转化为 石灰的立方晶格结构的变化过程。其 变化所得到的晶体结构与形成新晶核的速度 和它的生长速度有关。当前者大于后者时,所 得到的为细粒晶体,其活性氧化钙 分子数量多;反之,所得为低表面能的粗粒晶体,其活性 氧化钙分子数量少。石 灰石在低温下锻烧,所得到的为细粒晶体结构的石灰即活性石灰 [5,6] 。活性石灰 河南科技大学硕士学位论文 2 的质量指标主要有两个,一是化学成份, 有效 CaO 含量要高,杂质成分 SiO2、 P、S 等含量要低。另一个是石灰的活性度要高。 活 性石灰是炼钢的重要辅助原料,与普通石灰相比,采用活性石灰炼钢, 不仅可缩短冶炼时 间,降低石灰消耗约 40%,延长炉衬寿命 20%以上,还能使 炼钢造渣成分比较稳定,造 渣速度快,脱磷、脱硫、脱硅等彻底,加入活性石灰 的目地是脱磷、脱硫、脱硅等其它杂 质。从而可以提高钢铁产品的质量,增加钢 铁的产量,降低炼钢各种消耗和成本,稳定操 作等一系列优点。实践证明,凡采 用活性石灰炼钢的企业都取得了显着的经济效益,因此, 采用活性石灰炼钢已成 为世界钢铁企业发展的必然趋势,我国“十五”规划对钢铁行业提 出了新的要求 即限制普通钢的产量,大力发展优质钢及特殊钢的产量和品种。从而活性石 灰作 为提高钢的质量和产量的关键造渣材料将得到广泛的应用和发展。除了钢铁行业 大量 需要活性石灰外,也是其它冶金工业的重要辅助原料。在电厂脱硫和污水处 理、各种卫生 和矿山废液的处理都需要大量的活性石灰;现在新法氧化铝生产也 需要活性石灰。活性石灰 深加工产品超细氧化钙、轻质碳酸钙、氢氧化钙、氰氨 化钙等。用在轻工和食品方面的造 纸、皮草行业、制糖和食用钙等方面;此外, 在橡胶工业中用做补强型填充剂、在涂料工业 和塑料工业中用作填充剂等方面, 每年也需要大量活性石灰 [7,8,9] 。从而可知,活性石 灰的用途是十分广泛的,市场 需求十分巨大。而活性石灰的生产,以前传统的方法是采用 土窑来生产活性石 灰,活性度不高,生烧率较大,产品质量不稳定,且生产能耗高,污染 严重。随 着国家环保力度加大,土窑石灰很难再有生存空间。在现代的所有活性石灰生产 工 艺中,目前最先进的还是回转窑生产工艺,由于煅烧均匀,对原料适应性强, 其产品的活 性度很高,所以得到广泛应用并迅速发展。 石灰回转窑的发展和应用 图 1-1 为实际生产 中的石灰回转窑系统。回转窑最先是用于水泥生产上的, 1824 年英国水泥工人 J.阿斯普 发明了间歇操作的土立窑;1883 年德国人狄茨发 明了连续操作的多层立窑;1885 年英国人 兰萨姆发明了回转窑,随后在英国、 美国取得专利后开始将它投放实际生产中,很快就获 得了相当可观的经济效益。 回转窑的发明,使得水泥工业生产迅速发展,同时也促进了人 们对回转窑新应用 的研究,很快回转窑被广泛应用到许多生产领域,并在这些生产领域中 起着越来 越重要的作用,成为相应企业生产的核心设备。它的技术性能和运转情况,在很 大 程度上决定着企业产品的质量、产量和成本,随着科技的进步、生产的需求, 回转窑的发 展呈现一个物料流、信息流、能量流不断改进,整个系统整体不断优 第 1 章 绪论 3 化的 趋势 [3] 。回转窑应用于活性石灰的生产,使活性石灰的产量和质量都得到更 大的提高。 图 1-1 石灰回转窑系统 The system of lime rotary kiln 现代生产活性石灰的窑炉种类有很 多,有传统式直筒竖窑、回转窑、并流蓄 热式竖窑、环形套筒式竖窑、双梁石灰竖窑、沸 腾窑、外火箱窑及双斜坡窑等。 从有关统计分析可知,我国大部分符合炼钢用的高档活性 石灰是由回转窑和先进 的竖窑生产的。前几年我国花巨资从国外引进技术先进的竖窑,如 贝肯巴赫套筒 窑、麦尔兹双膛蓄热式竖窑和弗卡斯竖窑等,这些窑的窑体结构复杂,适合 煅烧 40~120 ㎜的大块石灰石,这就不能够充分利用矿山资源,且投资大,单位产品 投资 在 350~400 元/吨石灰。日产 500 吨活性石灰生产线 万元以上,甚至高达 800 万 元,况且竖窑生产活性石灰的质量不稳定是其最大的缺点。所以 从总的发展趋势,我国冶 金工业用的石灰窑应立足于国内国情,应重点发展带预 热器和冷却器的回转窑,以适应大 多数钢铁企业的生产的需求。回转窑又可分为 长回转窑和短回转窑,长径比不大于 16 的 称为短回转窑,长回转窑的长径比大 于 16,长回转窑的热耗比较高,现在长回转窑正在逐 渐被短回转窑所取代。自 1939 年美国 Kengnedy Van Sanun 公司设计制造了带竖式预热器 和竖式冷却器的 回转窑,使回转窑系统的发展更进一步,随后在世界上很多国家相继建造 并使 用,用回转窑系统烧石灰已成为一个发展方向 [8] 。德国在 60 年代自已成功研制 河 南科技大学硕士学位论文 4 了带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑,其发展速度远远超过 了其它国家,成为 向世界各国出售这一技术的主要国家。在国外,煅烧活性石灰大都采用 回转窑煅 烧方式。回转窑在环保方面也开始得到了极大应用,美国、欧盟、日本等世界上 一 些发达的国家早在 20 世纪 70 年代已开始采用回转窑处理工业、生活废弃物以 及有害废弃 物等。在化学工业中,用回转窑可以生产小苏打,锻烧磷肥、硫化钡 等。近年回转窑又用 于生产人造轻骨料,对医术水平有一定的提高。现在美国已 经有几十座回转窑,用于将有 害废弃物作为替代燃料在回转窑中进行锻烧处理, 替代量一般在 20%-60%。欧洲一些国家 的回转窑将有害废弃物作为替代燃料的 替代量最高已经达到 75%。瑞典己制订了具体措 施,计划 2008 年全国使用废弃 物作为替代燃料的量的比例达到 50%以上,而我国远远低 于这一水平,有待进 一步持续快速发展 [7,8] 。 我国对回转窑的应用和发展都相对起步比 较晚,最先也是应用于水泥工业 上的。1920 年,在上海龙华建起了我国第一座湿法水泥回 转窑,解放前回转窑 在我国的应用都相对极少。新中国成立后,回转窑迅速发展并应用到 冶金、建 材、化工等行业中。1988 年北京市水泥厂、上海金山水泥厂开始利用水泥回转 窑 焚烧危险废弃物等,从此我国在环保方面开始使用回转窑处理废弃物和垃圾, 取得了一定 的进步,随后也在其它地区相继使用,不过数量相对于发达国家还是 很少的 [8] 。 对于 煅烧石灰石的回转窑系统及设备,无论在国外还是在国内进行研究的 单位和人员都比较缺 乏。在国外活性石灰回转窑先进设计研究单位,主要有美卓 矿机(Metso)、伯力鸠斯、日本 川崎等公司,其中美卓公司最具代表性,处于 世界领先的地位。而在我国回转窑系统锻烧 石灰在 70 年代初期才开始进行研究 和试验,但由于理论基础差,没有一定的经验,试验 手段落后等原因,所以技术 水平上没有很大的突破,且没有能取得在工业上的推广使用。 八十年代我国开始 引进国外先进的工艺及设备,通过转化设计和安装调试,开始积累了一 定的经 验,开始测绘、翻版移植,自行设计了国内带竖式预热器、竖式冷却器的回转窑 系 统,但这二十年来,由于实验手段和试验条件的不建全,科研开发的投入又相 对很少,再 加上科研人员的短缺,致使我国虽然在引进国外先进回转窑系统设备 的基础上,回转窑锻 烧石灰的工艺及设备没有较大的进步,导致与国外先进的回 转窑技术的差距加大了。1976 年吉林铁合金厂用φ×15m 回转窑做活性石灰 煅烧试验取得可喜成果,为我国的活性石灰 回转窑系统及设备开发及研制打下了 坚实的基础 [5] 。鞍山焦化耐火材料设计研究院在焙 烧工艺和武钢进口活性石灰设 第 1 章 绪论 5 备国内配套设计方面,洛阳矿山机械工程设 计研究院在测绘和翻版移植武钢进口 设备方面都做了大量工作,并积累了一定的经验和理 论基础。洛阳矿山机械工程 设计研究院在六十年代初开始了回转窑的开发和设计,在七十 年代初开始了活性 石灰生产工艺及设备的开发研制,并在七十年代中期采用小型回转窑进 行活性石 灰煅烧试验取得了成功。并相继自行设计了回转窑系统,提高了我国回转窑系统 的设计技术水平 [6,8] 。 洛阳矿山机械工程设计研究院于 1993~1995 年为武钢二期, 1995~1998 年 为鞍钢二期各设计、制造了一套 KMAG 改进型的日产 600 吨石灰回转窑 系统设 备。随着我国近几年来钢产量的迅速增长,使活性石灰能在大、中、小型钢铁企 业 均得到广泛应用,矿研院开发研制了日产 150~1000 吨石灰回转窑系统工艺及 设备。并根 据我国国情及设计、制造业的水平,矿研院研制的活性石灰回转窑以 发展短回转窑为主, 且致力于发展带竖式预热器和竖式冷却器的石灰回转窑。实 践证明,这种生产活性石灰工 艺、设备不论用于大、中、小型规模生产线,或是 用于新建回转窑还是旧窑改造,都取得 显着效果。近年来,我国活性石灰回转窑 有了较快发展。然而,由于我国机械制造和自动 化水平限制,再加上回转窑新技 术和新结构的推广耗资巨大,使得我国目前回转窑应用技 术和装备水平相当落 后,在生产工艺和设备的设计、制造方面等需要更多的精力来研究 [7,8] 。 课题研究的背景及意义 随着钢铁产量的提高和冶炼周期的加快,钢厂对冶炼造渣 用的活性石灰的 质量的要求越来越严格,产量需求越来越大,对活性石灰的研发越来越重 视。活 性石灰的产量和质量不仅影响钢铁工业的发展,也影响着我国其它行业的发展, 对 我国经济的发展具有十分重大意义。其它行业对活性石灰的应用也在加大,活 性石灰的需 求量十分巨大。因此对回转窑的技术水平也提出了更高的要求。目前 我国拥有各种规格的 回转窑 2000 余台,随着工业和科技的发展,国民生产各部 门对回转窑的应用会越来越广 泛,数量需求也会越来越多,规格要求也会越来越 大 [3,8] 。 最初设计回转窑时,支承点 有很多,从理论上看,多支点、厚筒体有利于回 转窑的运转。但由于安装误差,很难将窑 中心安装调整成一直线,并且由于各支 承点对基础受力不均以及地耐力不一致,在回转窑 工作一段时间后,基础下沉不 均;又由于各档托轮、轮带及轴承磨损不同;还有温度的不同 对其影响,必然会 造成各档支承力发生很大变化,会在窑筒体内产生附加弯曲应力,这对 窑的寿命 有很大影响。随着技术的发展,二支座回转窑已成为石灰回转窑的发展趋势。二 河 南科技大学硕士学位论文 6 支座回转窑是静定的支承系统,支承力变化不大,且减少了建 设回转窑的费用。 但二支座回转窑中间跨的挠度大,易使传动装置的大齿圈及小齿轮齿面 啮合不良 和托轮与轮带产生边缘接触,另外二支座回转窑的进料端和出料端相对悬臂较 长,端部偏摆量会较大,要求采用更先进的密封装置,二支座回转窑的设计技术 水平不高, 迫切需要新型的回转窑设计方法及理论,需要对传统的设计理论与方 法进行优化。 通过对 多档支承回转窑的研究和分析,并总结前期的研发成果,由于实验手 段的逐渐健全及完善, 通过现场测试数据分析,得到不同燃料、海拨、石灰石性 能对回转窑系统有主要影响的基 础数据,优化回转窑计算的数学模型,使系统三 大主机的配置更加合理,并形成一套完整 的确定回转窑主要参数的软件。有利于 提高两档支承回转窑的设计水平,促进我国石灰窑 的技术水平,对填补国家空白 的大型活性石灰生产线有重要意义,并提高活性石灰的产量 和质量,有利于大力 提高钢产品的产量及质量,也有利于促进其它行业的发展,促进我国 国民经济的 发展具有重要意义,也必将带来显着的综合经济效益和社会效益。 课题的来 源和本文的主要研究内容 课题的来源 课题来源于国家科技支撑计划(2007BAF26B03 ):低 能耗、智能化、高 活性大型石灰成套关键技术及设备。 本论文的主要研究内容 1. 了解 活性石灰生产设备的市场需求和发展方向。 2. 对活性石灰回转窑系统的组成、结构及工艺 流程进行研究。 3. 熟悉多档支承回转窑的结构及工作原理,确定两档支承回转窑的基本结 构,分析各自的优缺点。 4. 研究回转窑的传统设计理论及方法,通过对检测、试验数据的 分析比 较,总结出回转窑设计参数的影响因素,完善和优化石灰回转窑的主要参数的计 算 和选型。 5. 设计编写回转窑主要参数确定的软件,实现两档支承石灰回转窑的选型 和计 算。 第 2 章 石灰回转窑基本结构及工作原理 7 第 2 章 石灰回转窑基本结构及工作原理 石灰回转窑的结构及特点 石灰回转窑的结构 在许多行业的工业生产中,使用各种不同的 大型回转圆筒体设备对物料进 行机械、物理和化学等加工处理,这类大型设备被称为回转 窑(俗称旋 窑) [5,6] 。这类设备应用于活性石灰的生产中,被称为石灰回转窑。石灰 回转 窑以小角度倾斜安装,低速回转。如图 2-1 所示的正在实际生产运行 的石灰回转窑设备。 图 2-1 石灰回转窑设备 Lime rotary kiln equipment 两档支承的活性石灰回转窑的外形与 结构见下图 2-2 所示。 河南科技大学硕士学位论文 8 a.燃烧器 b.窑头罩 c.筒体 d.滚圈 e. 支承装置 f.窑衬(耐火砖) g.传动装置 h.齿圈 i.进料口 j.窑尾罩 图 2-2 回转窑基本结构图 Basic structure figure of rotary kiln 回转窑的窑型有直筒、扩大热端(窑头扩大)、扩大冷端(窑 尾扩大)、 及双端扩大 [5] 。现代设计的回转窑多采用直筒型,因为其部件和衬砖的规格较 少,结构简单,有利于统一零部件、简化制造和安装维修等。筒体由钢板卷成圆 筒,然后 一段一段地采用自动焊焊接而成,是物料完成物理与化学变化的容器, 是回转窑的基体。 窑内物料温度可达 1300℃左右,故筒体内砌筑有耐火材料 (即窑衬),减少对筒体的热辐射 和热流损失,提高回转窑系统的热效率,降低 物料的热耗,起保护筒体和减少散热的作用, 有利于提高筒体的寿命。一般回转 窑的高温带窑衬需要经常更换,它的更换周期即为窑的 生产运转周期,使用优质 的耐火材料,砌筑且维护好窑衬,对窑的长其稳定生产运行起着 重要作用。按照 石灰物料在回转窑筒体内部的变化过程,可将筒体内部在长度方面上化分 成各个 工作带,即预热带、分解带、烧成带、冷却带。滚圈为一厚圆环,也称为轮带, 套 在筒体上,与筒体外表面的连接方式分为固定式和活套式两种 [5,8] 。固定式连 接方式是 将滚圈(或轮带)处的筒体外表面与滚圈通过焊接连在一起,这种连接 结构的筒体刚度好, 但是由于回转窑工作时和非工作时的筒体和滚圈的温差较 大,会产生较大热应力,现在的 回转窑设计中很少采用此连接方式。活套式连接 方式是将滚圈松套(或轮带)在筒体外表面 上,滚圈和筒体之间加装焊接式垫 板,垫板可以加强筒体的刚度、垫板之间的空隙增大了 滚圈的散热面积,减小滚 圈对筒体的磨损以及调整筒体与滚圈的间隙大小,防止由于温度 变化引起的筒体 “缩颈”现象 [5,10,11,12] 。现在回转窑多用活套式连接。当轮带内径磨 大,筒体垫 板外径磨小,其间隙会加大,超出允许范围时,可以更换垫板来重新调整间隙。 如图 2-3 所示的滚圈。第 2 章 石灰回转窑基本结构及工作原理 9 图 2-3 滚圈 Supporting wheel 回转窑筒体、齿圈、物料等所有回转部分的载荷,通过滚圈加到托轮上。 支承装置 承受了回转部分的全部重量,由托轮轴承组和基础(大底座)组成,每 档支承装置由一对托 轮、托轮轴、轴承组和一个大底座组成,支承装置的组数称 为档数 [8] 。托轮支承着滚圈, 允许筒体自由转动,又承受巨大的载荷,是支承装 置中最容易损坏的部件。托轮与垂直方 向成 30°的夹角安装,支承截面示意图如 图 2-4 所示。 图 2-4 支承 截面示意图 Schematic drawing of supporting section 河南科技大学硕士学位论文 10 在一档附近还装有 挡轮支承装置,它用来限制或控制回转窑运转时的 轴向窜动。图 2-5 是实际中工作时的状 况。 图 2-5 挡轮 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 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。 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。澳门拉斯维加斯 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。 回转窑系统的三大主机 及工艺流程 回转窑系统的三大主机 图 2-7 回转窑系统三维图 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 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] 。 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 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 石灰在回转窑内的运动 图 2-10 回转窑截面图 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。 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。 影响回转窑产量的主要因素 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 ,温度为 15℃和密度为 m 3 , 并给定大气层的垂 直温度梯度在有限范围内为 /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: 6357 1 1000 6357 1000 H P H

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