CN101519281A - 一种用于生产优质电石的原料、高品质石灰的大型节能气烧窑 - Google Patents

Abstract

一种用于煅烧各类高品质化工原料及工业原料的大型气烧窑，本文只以煅烧高品质石灰(生产优质电石的上等原料)为例来叙述本窑炉的原理，结构与使用。本窑炉的特征是：窑炉体细长并水平于地面，窑体由小车，床架及轮轨，传动输送装置，缓冲室，预热区，引风机，废气管，布满燃烧器的火焰煅烧区，冷却区，计算机控制装置所组成。窑身由一层砖制外壳，一层绝热保温层，内腔则是由耐火砖构成，在内腔的下部有二条(每侧炉墙一条)贯通炉体的绝热密封槽，运输小车的底板插入其中，确保小车与轮轨的绝热密封。本窑炉内的气流为返流式，由成品出口流向原料入口，加上良好的绝热保温可实现节能10％以上，石灰生烧过烧率低于1％的目标。

Description

一种用于生产优质电石的原料、高品质石灰的大型节能气烧窑

技术领域

本发明涉及一种烧制高品质石灰的大型工业窑炉，可很好的利用密闭电石炉(矿热炉)所产生的废气大批量连续化的生产出高品质的生石灰(氧化钙)，满足大型密闭电石炉及某些工业领域对于高品质的生产原料的需求。

背景技术

现有的烧制石灰的工业窑炉主要有三种。

1.间歇式窑炉，这种窑炉的特征主要是高度较低或多为半地下式建筑的形式，炉膛直径较大。工作时，先在底层放上一定厚度的作为引火之用的木材，然后放一层较厚的焦炭作为主要的热源层，之后选取一定大小块度及基本均匀的石灰石，按照一定的厚度一层石灰石一层焦炭的方式排列起来，一般是在排列至第四层时点燃木材，当焦炭被引燃烧时，即将窑炉填满直至在窑顶架为一个馒头状的穹顶，并用粘土将窑周围抹平，起到密封和保温的作用，燃烧的温度及强度完全依靠窑顶的通风口的大小及进风的多少来控制，烧制时间约为三至四天，烧完后需要二至三天的时间来冷却，之后才能从窑的上面一层一层的取出烧制好的石灰，这种窑结构简单，造价低，但它生产效率低，不易实现机械化，并且是间歇性生产，只能是小企业生产使用。

2.大中型石灰生产企业使用的则是竖式混料石灰窑，这种窑炉基本上实现了生产的自动化与连续化。石灰石在矿山破碎至合格的块度后，一般由汽车运至厂区并卸入贮斗中，用卸料机将石灰石卸至斜斗提升机，再由此经皮带输送机，可逆皮带输送机，进入中间贮斗内。由另一皮带输送机进来的焦炭也经皮带输送机进入中间贮斗内。然后用卸料器分别将石灰石和焦炭加入，自动称量后，自动卸至皮带输送机，再由此装入双斗提升机的斗子内(甲或乙)。当斗子装满料之后，将料送至窑顶，然后通过由油泵控制的加料装置，将混合炉料加入石灰窑内，落到转动的布料器上，将炉料均匀的分布在窑内，燃烧所需之空气用鼓风机自窑下送入。

石灰石的煅烧在竖式石灰窑内进行，一般大型窑的尺寸是：内经5米，高度27米。炉料首先落入窑顶的上部——预热区，用由下至上的热窑气将其预热至800度，然后由于底部烧成的石灰的不断排出，上层的炉料便自动下移至窑的中部——煅烧区，进行石灰石的分解。分解石灰石的热量来自混在石灰石中的焦炭与来自窑底鼓风机中的空气燃烧产生的热量提供。煅烧区中心的温度为1000---1200度，靠窑炉壁处的温度为800---1000度，煅烧好的石灰借助锥形卸灰机和裙式卸灰机卸出，再经又一斜形斗式提升机送至贮斗存之(即进入成品库)。窑内的气体由窑顶的排风管排至大气中。

3.双筒式气烧石灰窑，由于竖式混料石灰窑存在效率低和需要使用优质的燃料、焦炭或优质无烟煤因而成本较高，在此基础上发展起来了用劣质煤生产煤气或用密闭的矿热炉(密闭电石炉)的净化废气作为燃料来生产石灰的双筒式气烧石灰窑。此种窑的原料入炉部分完全与竖式混料窑相同，只是少了焦炭，配比与原料的称重，所不同之处在于需要将高浓度的煤气或净化炉气(一氧化碳)稀释至发热值1200—1400千卡/标准立方米，稀释之后的混合气体被送至气烧窑的中心喷嘴和周边喷嘴进行燃烧。空气则由鼓风机出来后分成两路，一路送至中心喷嘴，叫做一次空气，另一路经中心喷嘴的外套筒自窑下送入窑内，叫做二次空气。煅烧好的石灰则从窑下卸灰机和出灰阀卸至石灰贮斗，再经输送至仓库，从窑顶出来的废气经烟囱排至大气中。此种气烧窑有负压操作和正压操作之分，所以负压操作的对整个设备都有较严格的密闭，而正压操作的只对窑下设备有较严格的密闭的要求。

这种气烧窑虽然比竖式混料有较多优势，但操作它的关键问题还是如何掌握好窑内温度，尤其是采用电石炉气作为燃料的气烧石灰石窑。因为电石炉气(CO)的发热值为2800千卡/标准立方米，若用这种气体直接烧制石灰，必然会在火焰部分产生较高的温度，使石灰石在窑内喷嘴附近发生熔融，产生结瘤，烧坏窑壁及喷嘴造成事故。因此，用电石炉气烧制石灰必须参入惰性气体，以调节电石炉气的发热值，使其达到1200---1400千卡/标准立方米。由于气烧石灰窑的自身窑气量波动较大，所以一般不采用其自身的窑气来稀释电石炉气，而是采用另一台竖式混料窑的窑气来作为稀释气体，因而，电石厂必须有多台石灰窑同时运行，才能满足气烧石灰窑的工艺需求。

由此可见虽然现有的三种石灰窑基本上可满足一般化工和普通化工电石产品的需求，但它们都无法提供高品质的石灰产品，并且都存在着诸多的缺陷和问题，这些问题和缺陷是：

(1)现有窑炉无法生产出生烧过烧率小于1％的高品质石灰，由于土法间歇式窑和竖式混料窑难于掌控窑内的温度，而且窑壁的的温度低，窑心的温度高，因而其石灰的生烧过烧率不低于5％。气烧窑虽说有所改善，但也不低于4％.

(2)能源消耗大，此类窑的燃烧方式是要尽量控制燃料的缓慢燃烧，以便使窑内温度不至于太高而发生过烧现象，因而燃料的利用率不高，再加上炉体的散热损失，每吨石灰的热耗都在9000.000千卡以上。

(3)耗费时间长，间歇式窑从点火到取石灰需6-7天，竖式混料窑则需1-2天，气烧窑也需一天多的时间。

(4)浪费资源，间歇式窑和竖式混料窑的石灰石块度最少也要100毫米以上，而气烧窑最小也不能小于30毫米，小于30毫米的碎料也就成为了废物被抛弃。

(5)设备结构复杂故障率高，日产三百吨以上的大型气烧窑国内还不能生产，在现有窑中除间歇窑是土法窑没有多少辅助设备之外，其它窑炉都有复杂的辅助设备，气烧窑则更复杂不但要在炉气中参入惰性气体，还需一台产气(废气)稳定的竖式混料窑给它提供工艺气体，如此之多的辅助设备极易发生故障，因而降低了设备的可靠性。随着设备的大型化，结构也会变得更加复杂，所以日产三百吨以上的大型气烧窑还需进口。

(6)设备的控制及操作难度大，在现有窑炉中除间歇窑炉外，其它窑的操作难度都较大，除了有配料，称量(竖式混料窑)，反复多次的原料帮运之外，还要设法控制窑内的燃烧温度，由于这个参数看不见摸不着，只能间接测量，因而很难准确控制，加之窑的结构不合理，生产的过程难以控制，所以产出的石灰质量差。

发明内容

本发明的目的是提供一种有别于现有方式的气烧石灰窑，以使所生产的石灰质量能有一个大的飞跃，生产出生烧过烧率都低于1％的高品质石灰，同时降低生产过程中的能源消耗，缩短一次点火到出石灰的时间，节约矿产资源提高原料的利用率，简化设备，降低设备操作难度，从而提生产率和产品质量。

本发明的机理是：给需要煅烧的石灰石原料提供一个稳定的最佳煅烧温度，并使这个温度保持至煅烧结束(烧透)。为此，第一步是要选择一个合适的原料块度，以生产电石的石灰原料为例。虽然块度大一些可减少矿山对原料的破碎工作量，但块度大烧透的时间长，不仅浪费热能，而且烧成后石灰在加入电石炉前还需进行二次破碎，不仅麻烦还增加了一道工序，由于石灰易碎，此道工序将会产生较多的碎料与粉末。块度小虽然可以在较短的时间内烧透，并可节约热能，但它不符合电石生产工艺的要求，过小的碎料入炉会造成炉况不顺，甚至无法正常生产。所以原料块度的选择最好是以产品的需要为目标并尽可能地减去后道工序。

第二步是制作一个容器，这个容器内的各个部位应当保持一个最佳的煅烧温度，而这个温度则是既要使石灰石在最短时间内烧透，又可确保所有的石灰石不会过烧。如果是大批量规模化生产则必须使所有原料以一个均匀的速度，在可确保所有原料都能烧透的时间内连续通过这个容器。为达到此目的实际上是要建造一个合适的炉体，若是竖直向上的炉体这一目的实际上是难以实现的，如果将它放倒，并且平行于地面，那我们的目的就很容易达到，因为我们可以无限地延长炉体，确保原料烧透的时间。所以我们只需根据所需原料的最大体积煅烧石灰的最佳温度及该体积的石灰石在这个温度下烧透所需的时间，并留有一定的余地，既可得出这个炉体的长度。有了炉体就有了如何在这个炉体内获得均匀的所需高温的问题，现有的炉内燃烧喷嘴及排列方式是无法满足这种新炉体要求的，所以采用的是数个喷嘴在所需部位进行均匀的分布，并将它们排列成矩形阵，这样可使新炉体内每一个部位都能形成均匀的温度场，确保所有经过炉体的石灰石被烧透，还能根据煅烧的情况调节喷嘴的燃烧强度来更好地保持局部温度。

第三步，制作一个运输工具，它即能以一定的形式装载较多的石灰石，这种装载形式必须是最有利于石灰石的煅烧，并且它还能以一定的匀速通过炉体(窑体)确保石灰石的煅烧时间，而又不会因为时间过长浪费热能，更要确保它在高温下不会被烧坏，还能正常工作，还需持续不断。为此采用了轻型轮轨式传动，并由一套精确的变频调速减速传动系统以车底齿轮齿条啮合的形式来驱动这一长串的轻轨小车，以煅烧时间所要求的匀速通过煅烧窑体。为了实现煅烧的均匀性，车上的石灰石是分层的放入小车上的床架内的，火焰可通过床架空间的空隙，使石灰石得到均匀的煅烧，床架则由耐火材料制成，即可承受煅烧火焰的侵蚀。又有较高的强度和耐久性，还可降低窑炉的使用成本。

第四步，是处理窑炉的密封与节能问题，该窑炉不同于现有的双筒式气烧窑炉，其密封的方法也大不相同，实际上密封的意义不大，需要做的只有绝热保温和如何高效率地利用烧成石灰后的大量产品余热。对此，将炉体的炉墙设计为三层，第一层内腔为耐火砖层，第二层是绝热保温层，第三层是由普通砖构成的外壳。轻轨小车的侧边插在内腔耐火砖层内，耐火砖上各有一条凹槽，由此形成一个绝热密封槽，确保小车底部齿条与车轮及轨道不会受到煅烧高温的影响，而保持长久可靠的工作。对于燃烧烟气的走向采用了返流式烟气设计，将原料小车的入口作为烟气的出口，上面用一引风机人为排气，使烟气只能向原料入口处流动，并控制排风量使窑炉出口处有一定合适的风量进入，用于冷却烧成的石灰并回收石灰中的余热。在窑炉的原料入口处，设有一个缓冲室，缓冲室通过密封门与外界隔绝，同时缓冲室又通过另一道密封门与窑炉入口隔绝，这样当原料小车装满原料由外界进入缓冲室时，关闭密封门，再打开第二到密封门，小车进入窑炉与前面的小车相连接，完成煅烧任务，小车进入后关闭第二道门，打开第一道门，进入新的小车，再关闭第一道门，这样周而复始的使整个生产过程连续起来，这样的设计不会导致窑内烟气紊乱与倒流。由于燃烧烟气及石灰冷却气流是向窑炉的入口处流动的只要设计得当该窑炉将会有较长的一段余热加热区，可使原料在煅烧前得到加热，热量损失极小可最大限度的利用热能。

本气烧石灰窑具有如下的优点：

1.生产出的石灰品质高，可生产出生烧过烧率低于0.5％的高品质石灰。由于本窑炉可精确的控制煅烧石灰的温度，并且从煅烧开始直到煅烧结束石灰石都始终保持在这个温度之下，使得石灰石具能烧透又不会过烧，因而石灰的品质高。

2.本窑炉的能源消耗小，窑炉的炉体及所有设备都设置于地面上，可对炉体采用最良好的绝热保温措施，可使炉体散热减至最小，采用返流式的烟气回路设计，如设计得当，可最大限度利用成品余热和烟气余热加热入窑的原料，此两项措施可比现有窑节约热能10％。

3.从点火到出产品耗费的时间短，由于采用良好炉体保温及返流式烟气回路，可使原料的受热合理而充分，在加上采用的是小块原料入炉，煅烧，烧透的时间大大缩短，因而从点火到出产品的时间只有12小时。

4.节约资源，本窑炉同样采用电石炉气，但它不需预先掺入惰性气体，而且可以使用5毫米以上的碎料，从而大大的节约了石灰石资源，可将矿山的使用率由原先的92％提高至98％以上。

5.简化了设备，降低了故障率提高了可靠性，设备可实现大型化。由于将所有设备布置于地面，并且采用全新的结构形式，革除了现有气烧窑炉的密闭系统和卸灰机出灰阀等复杂结构，设备的工艺流顺畅，结构简单。该套设备可实现大型化，新建日产千吨以上的窑炉不存在任何技术与较高代价的经济障碍。

6.设备的控制及操作大大简化，并可以做到精准化，新型窑炉可完全采用计算机操控不需要人为干预，并且控制精度高，性能稳定可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1中.1是窑炉入口；2是缓冲室；3为窑炉的预热区；4为煅烧区；5为煅烧区中的燃烧器(图中只标出2排，但在实际窑炉中应根据产量的大小来设置数排燃烧器)；6为冷却区；7为引风机；8为废气管；9为原料小车；10为传感器；11为计算机控制装置。

图2中.1是小车导轨；2为小车车轮；3为小车底板，窑体墙为三层分别是耐火砖层、绝热保温层、砖结构层；4为窑炉内腔与小车底板的绝热密封槽；5为小车床架(存放生产原料的容器)；6是床架间的隔离支块；7为窑炉燃烧器；8为窑炉耐火砖层；9为窑炉的绝热保温层；10为窑炉的砖制外壳。

具体实施方式

首先根据所需生产产品的体积大小及产量确定窑炉的大小与煅烧时间，其参数可查阅相关资料，由此即可确定窑炉的建造规模。由图1可看出该窑炉由4段构成，它们分别是：2缓冲室；3预热区；4煅烧区(该段上排布有数个燃烧器构成的矩阵，以使该区域的每个部位都可以获得均匀的煅烧温度)；6是成品的冷却区，由图2可看出该窑炉的内部构造，窑体由外壳砖层，绝热保温层和内腔(炉膛)的耐火砖层构成，小车底板插入内腔下部的绝热密封槽内，实现小车轮轨及下部传动齿条(图中未画出)与上部高温区的绝热密封。需煅烧的石灰石则装在小车的分层床架内，由上下各处的火焰煅烧成生石灰(产品)。

石灰石经由破碎达到合格的块度之后，由料斗装入窑炉小车的床架之上，装满石灰石的床架放在小车的支块之上，并分层放置好。将整个窑炉用空小车排满，实现窑炉内腔下部的小车轮轨绝热密封，点燃煅烧区内的所有燃烧器，开启窑炉入口处的引风机7实现燃烧废气单向返流运动，至煅烧区窑壁温度达煅烧温度并保持稳定时(点火升温时，缓冲室内的密封门是关闭的)，将三辆小车编为一组(也可是一辆或数量，视生产规模的大小而定)，推进缓冲室，关闭缓冲室外的封闭密封门(图中未画出)，打开缓冲室内的密封门(图中未画出)，将小车连接在窑内的空载小车上。此时启动小车行走机构，小车在行走机构(图中未画出)的牵引下，以缓慢的匀速向前运动，后续装满原料的小车源源不断地经由缓冲室与这个小车长龙连接在一起，随着时间的推移，装在小车床架里的石灰石经由预热区加热之后，进入煅烧区，完成煅烧之后，进入冷却区。由于窑内的气流只向入口方向流动，所以出口方向来的是冷空气，它们对烧成后的石灰进行冷却，被加热后的空气进入煅烧区，在煅烧区又受到火焰的加热，它们的流动使窑内的温度分布更加均匀，有利于提高烧制石灰的质量。在出口气流及窑内烟气的作用下，煅烧区会向预热区前移大量的热气流将会与冷原料相遇，冷原料吸收热量后就会减少吸收煅烧区的热能，加上窑体的保温绝热以及采用小块度的石灰石，该窑炉可比现有气烧窑节能10％以上，而且基本上没有生烧和过烧的石灰存在，还不需要进行石灰的二次破碎。计算机控制装置，则控制该窑炉中各支燃烧器燃烧的强度，可使煅烧区内的各处都达到均匀的温度，在计算机的控制下，小车以一个均匀的速度，并以确保烧透的时间通过煅烧区，通过计算机的控制引风机的抽风量可以得到最大优化，具可以使窑内的温度分布更均匀又可尽可能多的回收余热，实现窑炉的全自动化与高效率。

Claims (5)

1.一种窑体细长并水平于地面的气烧石灰窑，包括：缓冲室2，预热区3，引风机7，废气管8，煅烧区4，成品冷却区6，运输小车9以及小车底部的传动齿轮、齿条，传动机构，计算机，传感器，执行机构；所述的气烧石灰窑炉体由砖层外壳，中间保温绝热层及内腔耐火砖层构成，在窑下部内腔设有二条贯通整个窑体的绝热密封槽，运输小车的底板插入该槽内，起到使该窑煅烧区与小车底部轮轨装置的绝热密封作用。

2.根据权利要求1所述的石灰窑中的缓冲室，其特征是有一扇与外界隔绝的密封门，一扇与窑体内腔隔绝的密封门，外界密封门打开可推入小车，关闭可实现缓冲室内气流与外界隔绝，内腔门打开可将小车推入炉腔煅烧，关闭可实现炉腔与缓冲室气流的密封隔绝。

3.根据权利要求1所述的石灰窑中的预热区，其特征是引风机与废气管相连接，引风机的入风口位于缓冲室与预热区的结合部，起到使窑内气流冷却段流向煅烧区最后到达预热区的作用(即返流式烟气回路)。

4.根据权利要求1所述的石灰窑中的煅烧区，其特征是窑身周围的燃烧器是由数只及数排(燃烧器的个数与排数是根据窑炉的大小，产量的高低和产品的种类而确定)燃烧器所构成的矩阵起到向这个长而宽的煅烧区提供一个均匀稳定的热源的作用。

5.根据权利要求1.2.3.4所述的石灰窑系统，其特征是计算机通过电缆线与设在石灰窑系统各处的传感器和执行机构连接，由各个传感器采集到的各种参数传回计算机，经过计算机与预先设定的参数范围进行比较分析，如超出此范围计算机会命令执行机构进行调整，出现故障会报警并指示故障部位，起到控制燃烧器燃烧强度，小车在窑内的匀速运动，引风机抽风量大小的作用。

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