套筒竖窑方案.docx
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套筒竖窑方案
环形套筒石灰竖窑
技术特点
环形套筒竖窑是上世纪60年代初德国贝肯巴赫公司发明的,与瑞士麦尔兹双膛竖窑同属世界上先进的窑型,至今已在全世界建有300多座。
我国自梅山钢厂第一次引进并建成投产一座500t/d环形套筒竖窑以来,马钢、首钢、本钢、济钢、淮钢等相继建成投产了十余座环形套筒竖窑。
环形套筒竖窑由砌有耐火材料的窑壳和分为上、下两段的内套筒组成,窑壳与内套筒同心布置,物料位于窑体和内套筒的环形空间以利于气流穿透,故称为环形套筒竖窑。
下内套筒位于竖窑下部,结构为双层钢壳形成环隙,环隙内通空气冷却,其内外侧砌耐火内衬。
上内套筒悬挂在窑顶部。
上内套筒主要是将高温废气抽出用于预热喷射空气;下内套筒主要用于产生循环气流,形成并流煅烧,同时起到保证气流均匀分布的作用。
环形套筒竖窑一般设有两层燃烧室,每层燃烧室数目的大小为3~6个,燃烧室通过用耐火材料砌筑的拱桥与内套筒相联。
环形套筒竖窑从上到下可分为预热带、上部逆流煅烧带、中部逆流煅烧带、下部并流煅烧带和冷却带,核心部位是下部并流煅烧带,石灰最终在此带内烧成,保证了能够煅烧出优质活性石灰。
1、环形套筒竖窑的主要特点:
1.1整个窑体为负压操作,检查、维修、维护便利,且环保条件和劳动条件好。
1.2作业率高。
年作业率可达98%以上,平均5年左右中修一次。
1.3适用燃料范围宽,可使用发热值在1600kCal/Nm3以上的低热值煤气,且煤气压力为15kPa左右的常规压力。
1.4窑体设备简单,绝大部分设备可在国内制造。
需引进的关键设备重量仅数吨,主要是烧嘴系统和下拱桥部分耐火材料。
1.5能耗较低。
采用冷却气热量回输、废气换热等多种形式回收热量,热耗较低,一般在950kCal/kg石灰,大大低于回转窑、焦炭竖窑、普通气烧竖窑等窑型。
窑体部分的电耗一般在25~28kWh/t石灰。
2.环形套筒竖窑的主要组成系统:
原料系统、竖窑系统、成品系统和必要的公用辅助设施。
2.1原料系统:
原料系统由原料堆场、胶带输送机、原料筛分设备、窑前供料仓、振动给料机等部分组成。
料场的石灰石用抓斗吊车抓入窑前供料料仓内,经振动给料机运至振动筛筛分,振动筛有水平振动筛、园形振动筛、八角振动筛。
筛下碎料由皮带机送入碎石仓后运出;筛上合格石灰石运入窑前块料贮料仓内,仓内石灰石经称量料斗称重后、由单斗提升机加入窑内。
2.2竖窑系统
竖窑系统由环形套筒窑、称量间、风机房、液压站、配电室、控制室、废气除尘系统等组成。
石灰石经称量料斗、单斗提升机、窑顶装料设备加入窑内进行煅烧,锻烧好的活性石灰经窑底石灰仓下的电振给料机卸入胶带输送机送往成品贮料仓经筛分后储存。
2.3成品系统:
成品系统由运输、产品分级设施及成品仓组成。
出窑石灰经胶带输送机送至仓顶筛分楼,然后进入振动筛,筛分成0~5mm、5~50mm两个粒级并分别贮入成品仓。
2.4公用辅助设施:
本技术方案公用辅助设施仅窑区域,包括通风除尘、燃气、供电、供排水、热力、检化验设施等。
通风除尘包括套筒窑废气除尘、成品石灰筛分及物料转运点除尘。
燃气要求管道送到石灰车间,然后送往套筒窑燃烧系统,到达套筒窑煤气环管的压力为15kPa。
3、环形套筒竖窑的工艺要求:
3.1原料的工艺条件
环形套筒窑竖窑所用原料为经破粹、筛分后粒度为30~60㎜或40~80㎜合格的石灰石。
要求提供的石灰石是致密细晶粒结构,少热爆裂块,成分均匀稳定。
其理化指标为:
名称
粒度(㎜)
化学组成(%)
CaO
SiO2
s
石灰石
30~60
≧53.5
≤1.5
≤0.025
3.2、燃料的工艺条件
本方案拟采用高炉、焦炉混合煤气作为燃料,高炉、焦炉煤气混合比为9:
1,热值约4.2MJ/Nm3,其燃料要求如下:
高炉煤气(%)低发热值:
3140~3400MJ/Nm3
CO
CO2
N2
H2
CH4
24~26
14~16
57~59
1~2
0.3~0.8
焦炉煤气(%)低发热值:
16400~16900MJ/Nm3
H2
O2
N2
CO
CO2
CH4
CnHm
58~60
0.4~0.8
4~6
7.4~7.6
2.6~2.8
21~23
2.0~2.4
3.3、产品的质量标准:
轻烧白云石:
MgO≥32%,SiO2≤2%,S≤0.018%.
粒度5~50㎜活性度350ml
活性石灰:
CaO≥90%,SiO2≤1.5%,S≤0.020%.
粒度5~50㎜活性度350ml
3.4、300t/d环形套筒窑主要技术参数:
序号
项目
单位
指标
备注
1
生产规模(设计能力)
万t/a
10.05
原灰
2
利用系数
t/m3.d
0.9
3
年作业天数
d
350
4
日产石灰量
t
300
5
产品——
活性石灰
块灰粒度
mm
5—50
粉灰粒度
mm
5
粉面率
<10mm,%
<15
活性度
4N-HCl,10min,ml
≥350
合格率
%
>95
残余CO2
%
≤1.5
6
原料——
石灰石
耗量
t/t石灰
1.78
粒度
mm
30~60;40~80
CaO
%
≥53.5
MgO
%
<0.3
SiO2
%
<0.4
S
%
0.025
7
燃料——
混合煤气
热耗
kJ/kg石灰
(930-950)×4.18
热值
kcal/Nm3
1500±100
压力
Pa
14000+500
环管处
CO
体积比
47—53
水份
%
100饱和
含尘量
mg/Nm3
10—20
8
压缩空气
m3/t石灰
20
9
电耗
Kwh/t石灰
<28(窑系统)
3.5300t/d环形套筒窑主要设备清单:
序号
名称
单位
数量
序号
名称
单位
数量
一
原料准备
套
1
①
上部燃烧器及烧嘴
套
5
1
10t抓斗桥式起重机
台
2
②
下部燃烧器及烧嘴
套
5
2
电动葫芦
台
2
(12)
换热器(含清灰装置)
3
原料准备设备
套
1
2
液压站
套
1
(1)
石灰石仓电振
套
1
(1)
上部液压系统
套
1
(2)
八棱滚筛
台
1
(2)
下部液压系统
套
1
(3)
废料皮带机
条
1
(3)
手动单轨小车
台
1
(4)
斗式提升机
台
1
(4)
手拉葫芦
台
1
(5)
称量斗装配
套
1
3
废气风机房
套
1
(6)
废料皮带机密封罩
套
1
(1)
废气风机
套
1
4
手动单轨小车
台
2
(2)
手动单轨小车
台
1
5
手拉葫芦
台
2
(3)
手拉葫芦
台
1
二
套筒窑主体系统
套
1
4
驱动风机和冷却风机房
套
1
1
窑本体
套
1
(1)
冷却风机
台
2
(1)
上料系统
套
1
(2)
驱动风机
套
1
(2)
窑顶旋转布料系统
套
1
(3)
电动单梁起重机
台
1
①
料钟装配
套
1
三
成品运输系统
②
旋转料仓装配
套
1
1
窑底输灰皮带机
条
1
③
支撑轮装配
套
4
2
皮带机
条
1
④
驱动装置
套
1
3
输送分配溜槽及插板阀
套
1
⑤
中间料仓装配
套
1
4
手动单轨小车
台
3
⑥
接近开关
套
6
5
手拉葫芦
台
3
(3)
出灰机装配
台
5
6
斗式提升机
台
1
(4)
窑底振动给料机
套
1
四
套筒窑纲结构
套
1
(5)
料位指示器
套
1
1
窑壳、斜桥、平台
套
1
(6)
上部内套筒
套
1
2
设备钢结构
套
1
(7)
中部内套筒
套
1
3
管线
套
1
(8)
下部内套筒
套
1
五
耐材及砌筑工程
套
1
(9)
旋臂起重机
台
1
六
计控装置
套
1
(10)
窑底溜槽系统
套
1
七
水循环系统
套
1
(11)
燃烧器
套
1
4、环形套筒竖窑石灰煅烧工艺:
4.1煅烧工艺说明
环形套筒窑是一个在窑体内形成了预热带、上部煅烧带、中部煅烧带、下部并流煅烧带、冷却带这些区段的竖窑,设计巧妙。
现就窑内物料流向和气流走向分述如下:
4.1.1物料流向:
物料在窑内从上到下运动。
单斗提升机→旋转布料机→预热带→上部煅烧带→中部煅烧带→下部煅烧带→冷却带→出料装置→下部灰仓→窑底振动给料机。
4.1.2气流走向与分布:
套筒窑窑体上有两层燃烧室,日产300吨环形套筒窑每层燃烧室数目为5个(沿窑身均匀分布),每个燃烧室内有一个烧咀。
上、下两层燃烧室供给的燃料量不一样,上、下燃烧室的煤气分配比率为:
下/上=1.55~2.20。
上部燃烧室供给的助燃空气量不足,只有50%左右,为不完全燃烧,燃烧烟气中还含有一定的燃料。
由于废气引风机的作用,不完全燃烧烟气进入上部料层时与来自下方的含过剩空气的气流相遇,使不完全燃烧产物得到完全燃烧,这个区域即为上部煅烧带。
在上部煅烧带内为逆流煅烧,但由于在这里石灰石为部分煅烧,此时石灰石刚刚开始分解需要大量吸收热量,故不会过烧,随着料流向下运动,石灰石逐渐通过上部煅烧带。
完全燃烧后的烟气继续上行分成两部分:
一部分(约占废气总量的70%,废气量通过调节阀控制)经环形石灰石层(预热带)到窑顶环形烟道进入引风机前废气管道,并在预热石灰石的同时自身温度降低到130℃左右;另一部分(约占废气总量的30%左右)经上内筒进入空气换热器,换热后废气温度降低到320℃左右再进入废气管道。
窑内所有废气都经引风机抽出,进入废气引风机的废气温度经混合后一般在180℃~200℃左右,然后经布袋除尘器除尘后由烟囱排入大气,除尘效率可达99.4%。
下部燃烧室供给燃烧所需过量的助燃空气,空气过剩系数为2.0左右,这样保证温度较均匀,不会过热,可防止过烧。
下燃烧室燃烧产生的高温烟气(温度<1350℃=分成两股:
一股经中部煅烧带、上部煅烧带后气流分布如前所述。
另一股气流由于燃烧室喷射器所产生的抽力作用往下走,形成并流煅烧带,石灰最终在这个区域内烧成,高温烟气经料层煅烧石灰,然后从下内筒底部均匀分布的六个循环气体入口处进入下内筒;石灰冷却空气从底部吸入窑内,在冷却石灰预热自身后也与高温烟气一起从下内筒入口处进入下内筒内,两股气流的混合气体称为循环气体(其中含有过剩空气可以作为燃烧二次空气),循环气体的温度为800~900℃。
循环气体在下内筒内自下往上流动,从下内筒上部循环气体通道吸入喷射器内,进入下燃烧室随同燃烧产生的高温烟气进入料层,如此周而复始地进行。
应该指出的是,并流带循环气体是整个煅烧工艺的关键,操作中通过检测循环气体的温度和压力来控制整个窑的煅烧状况。
循环气体控制主要通过控制喷射风来实现,罗茨风机供应的高压空气经换热器预热到450℃左右,由环管分配给下燃烧室的喷射器,作为喷射器的引射动力气体,这种喷射作用产生的抽力带动循环气体周而复始地循环。
内筒冷却空气经离心风机排出后分成两部分:
一部分流经上内筒环隙冷却上内筒后排空;另一部分冷却下内筒后自身预热到200℃左右,汇集到下环管内然后分配到各燃烧室作为助燃空气。
4.2环形套筒窑规格尺寸:
套筒窑规格:
300t/d
窑总计高:
49.8m窑有效高:
22.5m
窑壳外径:
Ф6.7m窑壳有效内径:
Ф5.6m
4.3环形套筒窑的燃料消耗:
4.3.1燃料消耗:
3971kJ/kg石灰(950kCal/kg)。
4.3.2燃料消耗量计算:
小时耗量:
3971kJ/kg石灰×300÷24h×103kg石灰×1÷7524kJ/m3=6597.2m3/h
日耗量:
6597.2m3/h×24h/d=0.158×106m3/d
年耗量:
0.158×106m3/d×340d/a=53.83×106m3/a。
5、贝肯巴赫300TPD套筒窑的技术数据:
5.1石灰石的粒度:
30—60㎜或40—80㎜,呈线性分布,超大和超小误差在+∕-5%。
5.2石灰的质量:
活性度大于360ml,CO2残余量低于1.5%。
5.3燃料消耗:
热耗不高于950Kcal/Kg成品灰;电耗为28Kwh/吨石灰(石灰窑本体)。
5.4废气含尘量:
烟筒出口处废气中含尘量不高于20mg/Nm3。
5.5内筒冷却空气:
流量:
7200Nm3/h;压力:
7Kpa。
5.6驱动空气:
流量:
4800Nm3/h;压力:
50Kpa。
5.7废气风机废气流量:
流量:
38000Nm3/h;压力:
-10Kpa。
5.8除尘器设计数据:
流量:
45000Nm3/h;压力:
-2Kpa;
温度:
160℃。
5.9总废气温度:
220~250℃。
5.10热交换器入口/出口温度:
750℃/350℃。
5.11窑顶压力:
-8.5~-0.1Kpa。
5.12循环气体温度范围:
840~920℃。
5.13燃烧温度和压力:
1350℃,-0.1Kpa。
5.14石灰出料台温度:
80℃(60~120℃)
5.15石灰窑的一般尺寸:
窑壳外径:
6700㎜;窑中空直径:
6500mm窑总高:
55000㎜
6.300t/d环形套筒窑的风机:
6.1内套筒冷却风机:
风机类型:
带逆向叶片的风机数量:
2台(一开一备)
流动介质:
空气,约20℃流量:
7750N
6.2驱动风机:
风机类型:
罗茨风机数量:
1台(变频调速)
流动介质:
空气,约20℃流量:
5280Nm3/h
功率:
132Kw效率:
最小80%
带进、出口消音器,进口过滤器,自动压力释放阀及止回阀
6.3废气风机:
数量:
1台流动介质:
石灰窑废气
废气组成:
CO2、N2、O2、H2O、粉尘流量:
34000Nm3/h
功率:
315Kw(10KV)效率:
最小65%
6.4除尘风机:
风机类型:
锅炉引风机数量:
1台
流动介质:
废气;流量:
76040Nm3/h;功率:
110Kw
6.5脉冲袋式除尘器
额定处理烟气量:
72000Nm3/h;烟气温度:
<200℃
有效过滤面积:
1730㎡;滤袋数量:
256根
滤袋材质:
GORTEX薄膜/抗酸玻纤织物,
织物结构1×3RHTWill
7、贝肯巴赫环形套筒窑的TF控制系统:
贝肯巴赫环形套筒窑的工艺控制系统适用于石灰窑运行的控制和调节,PLC用来控制石灰窑场,软件监视系统用来监视石灰窑运行的主要工艺参数。
系统包括:
一个PLC和一个操作人员工作站(TF图形监控软件,个人电脑,显示器,鼠标,彩色打印机)。
来自于现场的和电机控制中心的输入/输出信号传送给PLC,由PLC处理后,通过数据总线输送给操作人员工作站。
石灰窑的自动运行通过自动控制系统实现,自动控制系统带有基于PLC的典型分配型现场总线,管理所有的石灰窑逻辑功能。
如开窑、停窑指令序,来自现场的模拟和数字信号,所有的页面显示和通过操作人员工作站进行的操作等。
所有的报警和错误矫正功能都通过PLC系统自动完成。
控制回路有:
上料系统;内筒冷却空气;驱动空气;废气;石灰冷却空气;燃料气的供应;石灰出料。
7.1PLC的功能:
电机、风机、鼓风机和阀门的开/停,联锁,指令序,调节。
7.2操作人员工作站的功能:
显示主要工艺数据,数据的连续获取,实时趋势,工艺数据的历史趋势,手动操作,报警和事件编年表。
由TF图形监控软件管理的控制系统可实现两种操作模式:
自动控制和手动控制。
自动控制时,PLC负责控制,个人电脑实现可视化。
通过获得设备和机器的运行状态,校验单元指令序和进行信号调节回路连锁。
手动控制时,由键盘执行,通过相关的调定点,调节每个调节器的参数。
7.3控制工艺如下:
7.3.1上料系统:
石灰石上料系统由定时器和料位计实行自动控制。
合格的石灰石通过上料斗送到窑顶部,通过一个自动开闭的密封门倒入料斗符合重量后,上料停止窑顶的门关闭。
第二个门由气动装置控制自动开启,由“裤腿”布料器落入储料带。
7.3.2内筒冷却空气:
内筒冷却空气由两台鼓风机打入窑内(一开一备),冷却空气的流量由孔板测量,数据由4—20mA变送器传到PLC,由软件控制器控制。
不同地点的温度和压力被监测并由操作者工作站显示。
PLC控制所有必要的连锁操作,当停电时,下内筒冷却空气鼓风机的应急电源自动供电。
7.3.3驱动空气:
驱动空气由两台罗茨风机驱动进入石灰窑,其中一台带变频器。
驱动空气从环管被送入喷射器,蝶阀控制合适的流量。
驱动空气的流量、压力和温度在不同地点被测量和调节以达到工艺要求。
7.3.4废气:
套筒窑为负压运行,负压由废气风机造成,被一个PID控制器控制,电机装有变频器以调节转速。
废气风机的调节与下燃烧室的负压有关,从废气风机出来的废气,由以一台除尘风机抽进布带除尘器,配有辅助空气调节阀降低废气温度。
气体分析仪随时对废气中的CO和O2含量进行分析。
7.3.5石灰冷却气体:
窑内负压将冷却空气吸入,安装在管路上的流量控制器和一个蝶阀,使冷却空气的流量衡定。
7.3.6燃料气供给:
燃料气由主环管通过连接管进入上、下烧嘴,流量由每个烧嘴的调节阀和相应的流量测量装置控制,每个烧嘴装置有必要的过滤器、关闭阀、手动阀和带变送器的流量测量仪,确保燃料气燃烧功能可靠而安全。
低位热值检测装置自动控制燃料气热值的变化。
每个烧嘴附有专用火焰控制装置。
7.3.7石灰出料:
出灰在卸料台完成,出料台由定时器驱动,出灰量和时间间隔根据实际产量调定。
一个控制回路将出灰定时器与循环气体温度相连锁,确保连续稳定地生产优质石灰。
每个卸料台的位置由限位开关控制。
在自动控制系统中,预先设定:
每天的产量和热耗,其他的参数由控制软件自动计算。
8、300t/d环形套筒窑投资估算表:
序号
工程和费用名称
概算价值(万元)
建筑工程费
安装工程费
设备购置费
其它费
总值
(一)
工程费用
250
1220
1734
3204
1
设备基础及厂房
250
2
设备及安装
60
934
3
钢结构及管道安装
720
4
耐材及砌筑
440
5
电气控制
350
6
自动化
200
7
废气除尘系统
250
(二)
其它费用
150
150
1
设计费
120
2
总承包管理费
30
(三)
合计
(一)+
(二)=(三)
250
1220
1734
150
3354
注:
本报价不包括厂区三通一平,道路建设,水、电、气建设单位接到窑区。
目前国内石灰生产厂家在竖窑上使用套筒窑的较多,一部分是由弗卡斯公司提供技术、按国外标准进行工程设计,由国内设计院进行技术转化。
进口部分主要是流量孔板、烧嘴、煤气调节阀、部分液压元件,其余部分由国内制造。
近年来国内技术最先进的套筒窑是宝钢和邯钢,控制系统采用自动调节方式,控制系统由弗卡斯公司编程,费用较高,耐材国产化。
另一部分是由南京中圣园公司根据国内套筒窑的使用情况,部分技术由国外施瓦普公司提供,进行国内工程设计、制造。
进口部分主要是流量孔板、烧嘴、煤气调节阀、部分液压元件,下拱桥的耐材。
淮钢的套筒窑使用该公司的技术,生产情况较好,工程费用较低。
两种套筒窑的技术差异主要是弗卡斯公司的上、下拱桥内采用风冷技术,而中圣园公司的上、下拱桥采用其它技术无风冷设计。
总之,套筒窑在国内的使用大修周期为五年,关键在于下拱桥的使用状况,工艺上主要是控制石灰石的粒度和杂质,该窑型液压控制点较多。
套筒窑生产石灰在技术上是成熟的,工艺控制简单,产品质量高,能耗低,维护费用低。
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