一種用於生產優質電石的原料、高品質石灰的大型節能氣燒窯的製作方法

2023-05-01 09:56:21 1

專利名稱：一種用於生產優質電石的原料、高品質石灰的大型節能氣燒窯的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燒制高品質石灰的大型工業窯爐，可很好的利用密閉電石爐 (礦熱爐)所產生的廢氣大批量連續化的生產出高品質的生石灰(氧化鈣)，滿足大型密閉電 石爐及某些工業領域對於高品質的生產原料的需求。
背錄技術現有的燒制石灰的工業窯爐主要有三種。
1. 間歇式窯爐，這種窯爐的特徵主要是高度較低或多為半地下式建築的形式，爐膛直徑較 大。工作時，先在底層放上一定厚度的作為引火之用的木材，然後放一層較厚的焦炭作為主 要的熱源層，之後選取一定大小塊度及基本均勻的石灰石，按照一定的厚度一層石灰石一層 焦炭的方式排列起來， 一般是在排列至第四層時點燃木材，當焦炭被引燃燒時，即將窯爐填 滿直至在窯頂架為一個饅頭狀的穹頂，並用粘土將窯周圍抹平，起到密封和保溫的作用，燃 燒的溫度及強度完全依靠窯頂的通風口的大小及進風的多少來控制，燒制時間約為三至四天, 燒完後需要二至三天的時間來冷卻，之後才能從窯的上面一層一層的取出燒制好的石灰，這 種窯結構簡單，造價低，但它生產效率低，不易實現機械化，並且是間歇性生產，只能是小 企業生產使用。
2. 大中型石灰生產企業使用的則是豎式混料石灰窯，這種窯爐基本上實現了生產的自動化 與連續化。石灰石在礦山破碎至合格的塊度後， 一般由汽車運至廠區並卸入貯鬥中，用卸料 機將石灰石卸至斜鬥提升機，再由此經皮帶輸送機，可逆皮帶輸送機，進入中間貯鬥內。由 另一皮帶輸送機進來的焦炭也經皮帶輸送機進入中間貯鬥內。然後用卸料器分別將石灰石和 焦炭加入，自動稱量後，自動卸至皮帶輸送機，再由此裝入雙鬥提升機的鬥子內(甲或乙)。 當鬥子裝滿料之後，將料送至窯頂，然後通過由油泵控制的加料裝置，將混合爐料加入石灰 窯內，落到轉動的布料器上，將爐料均勻的分布在窯內，燃燒所需之空氣用鼓風機自窯下送 入。
石灰石的煅燒在豎式石灰窯內進行， 一般大型窯的尺寸是內經5米，高度27米。爐料 首先落入窯頂的上部——預熱區，用由下至上的熱窯氣將其預熱至800度，然後由於底部燒 成的石灰的不斷排出，上層的爐料便自動下移至窯的中部 一煅燒區，進行石灰石的分解。 分解石灰石的熱量來自混在石灰石中的焦炭與來自窯底鼓風機中的空氣燃燒產生的熱量提 供。煅燒區中心的溫度為1000—1200度，靠窯爐壁處的溫度為800—1000度，煅燒好的石灰藉助錐形卸灰機和裙式卸灰機卸出，再經又一斜形鬥式提升機送至貯鬥存之(即進入成品庫)。 窯內的氣體由窯頂的排風管排至大氣中。
3.雙筒式氣燒石灰窯，由於豎式混料石灰窯存在效率低和需要使用優質的燃料、焦炭或 優質無煙煤因而成本較高，在此基礎上發展起來了用劣質煤生產煤氣或用密閉的礦熱爐(密 閉電石爐)的淨化廢氣作為燃料來生產石灰的雙筒式氣燒石灰窯。此種窯的原料入爐部分完 全與豎式混料窯相同，只是少了焦炭，配比與原料的稱重，所不同之處在於需要將高濃度的 煤氣或淨化爐氣(一氧化碳)稀釋至發熱值1200—1400千卡/標準立方米，稀釋之後的混合 氣體被送至氣燒窯的中心噴嘴和周邊噴嘴進行燃燒。空氣則由鼓風機出來後分成兩路， 一路 送至中心噴嘴，叫做一次空氣，另一路經中心噴嘴的外套筒自窯下送入窯內，叫做二次空氣。 煅燒好的石灰則從窯下卸灰機和出灰閥卸至石灰貯鬥，再經輸送至倉庫，從窯頂出來的廢氣 經煙囪排至大氣中。此種氣燒窯有負壓操作和正壓操作之分，所以負壓操作的對整個設備都 有較嚴格的密閉，而正壓操作的只對窯下設備有較嚴格的密閉的要求。
這種氣燒窯雖然比豎式混料有較多優勢，但操作它的關鍵問題還是如何掌握好窯內溫度， 尤其是採用電石爐氣作為燃料的氣燒石灰石窯。因為電石爐氣(CO)的發熱值為2800千卡 /標準立方米，若用這種氣體直接燒制石灰，必然會在火焰部分產生較高的溫度，使石灰石 在窯內噴嘴附近發生熔融，產生結瘤，燒壞窯壁及噴嘴造成事故。因此，用電石爐氣燒制石 灰必須參入惰性氣體，以調節電石爐氣的發熱值，使其達到1200--1400千卡/標準立方米。 由於氣燒石灰窯的自身窯氣量波動較大，所以一般不採用其自身的窯氣來稀釋電石爐氣，而 是採用另一臺豎式混料窯的窯氣來作為稀釋氣體，因而，電石廠必須有多臺石灰窯同時運行， 才能滿足氣燒石灰窯的工藝需求。
由此可見雖然現有的三種石灰窯基本上可滿足一般化工和普通化工電石產品的需求，但 它們都無法提供高品質的石灰產品，並且都存在著諸多的缺陷和問題，這些問題和缺陷是
(1) 現有窯爐無法生產出生燒過燒率小於1%的高品質石灰，由於土法間歇式窯和豎式 混料窯難於掌控窯內的溫度，而且窯壁的的溫度低，窯心的溫度高，因而其石灰的生燒過燒
率不低於5%。氣燒窯雖說有所改善，但也不低於4%.
(2) 能源消耗大，此類窯的燃燒方式是要儘量控制燃料的緩慢燃燒，以便使窯內溫度不 至於太高而發生過燒現象，因而燃料的利用率不高，再加上爐體的散熱損失，每噸石灰的熱 耗都在9000.000千卡以上。(3) 耗費時間長，間歇式窯從點火到取石灰需6-7天，豎式混料窯則需l-2天，氣燒窯 也需一天多的時間。
(4) 浪費資源，間歇式窯和豎式混料窯的石灰石塊度最少也要100毫米以上，而氣燒窯 最小也不能小於30毫米，小於30毫米的碎料也就成為了廢物被拋棄。
(5) 設備結構複雜故障率高，日產三百噸以上的大型氣燒窯國內還不能生產，在現有窯 中除間歇窯是土法窯沒有多少輔助設備之外，其它窯爐都有複雜的輔助設備，氣燒窯則更復 雜不但要在爐氣中參入惰性氣體，還需一臺產氣(廢氣)穩定的豎式混料窯給它提供工藝氣 體，如此之多的輔助設備極易發生故障，因而降低了設備的可靠性。隨著設備的大型化，結 構也會變得更加複雜，所以日產三百噸以上的大型氣燒窯還需進口 。
(6) 設備的控制及操作難度大，在現有窯爐中除間歇窯爐外，其它窯的操作難度都較大， 除了有配料，稱量(豎式混料窯)，反覆多次的原料幫運之外，還要設法控制窯內的燃燒溫度， 由於這個參數看不見摸不著，只能間接測量，因而很難準確控制，加之窯的結構不合理，生 產的過程難以控制，所以產出的石灰質量差
發明內容
本發明的目的是提供一種有別於現有方式的氣燒石灰窯，以使所生產的石灰 質量能有一個大的飛躍，生產出生燒過燒率都低於1%的高品質石灰，同時降低生產過程中的 能源消耗，縮短一次點火到出石灰的時間，節約礦產資源提高原料的利用率，簡化設備，降 低設備操作難度，從而提生產率和產品質量。
本發明的機理是給需要煅燒的石灰石原料提供一個穩定的最佳煅燒溫度，並使這個溫 度保持至煅燒結束(燒透)。為此，第一步是要選擇一個合適的原料塊度，以生產電石的石灰 原料為例。雖然塊度大一些可減少礦山對原料的破碎工作量，但塊度大燒透的時間長，不僅 浪費熱能，而且燒成後石灰在加入電石爐前還需進行二次破碎，不僅麻煩還增加了一道工序， 由於石灰易碎，此道工序將會產生較多的碎料與粉末。塊度小雖然可以在較短的時間內燒透， 並可節約熱能，但它不符合電石生產工藝的要求，過小的碎料入爐會造成爐況不順，甚至無 法正常生產。所以原料塊度的選擇最好是以產品的需要為目標並儘可能地減去後道工序。
第二步是製作一個容器，這個容器內的各個部位應當保持一個最佳的煅燒溫度，而這個 溫度則是既要使石灰石在最短時間內燒透，又可確保所有的石灰石不會過燒。如果是大批量 規模化生產則必須使所有原料以一個均勻的速度，在可確保所有原料都能燒透的時間內連續 通過這個容器。為達到此目的實際上是要建造一個合適的爐體，若是豎直向上的爐體這一目
5的實際上是難以實現的，如果將它放倒，並且平行於地面，那我們的目的就很容易達到，因 為我們可以無限地延長爐體，確保原料燒透的時間。所以我們只需根據所需原料的最大體積 煅燒石灰的最佳溫度及該體積的石灰石在這個溫度下燒透所需的時間，並留有一定的餘地， 既可得出這個爐體的長度。有了爐體就有了如何在這個爐體內獲得均勻的所需高溫的問題， 現有的爐內燃燒噴嘴及排列方式是無法滿足這種新爐體要求的，所以採用的是數個噴嘴在所 需部位進行均勻的分布，並將它們排列成矩形陣，這樣可使新爐體內每一個部位都能形成均 勻的溫度場，確保所有經過爐體的石灰石被燒透，還能根據煅燒的情況調節噴嘴的燃燒強度 來更好地保持局部溫度。第三步，製作一個運輸工具，它即能以一定的形式裝載較多的石灰石，這種裝載形式必 須是最有利於石灰石的煅燒，並且它還能以一定的勻速通過爐體(窯體)確保石灰石的煅燒 時間，而又不會因為時間過長浪費熱能，更要確保它在高溫下不會被燒壞，還能正常工作， 還需持續不斷。為此採用了輕型輪軌式傳動，並由一套精確的變頻調速減速傳動系統以車底 齒輪齒條嚙合的形式來驅動這一長串的輕軌小車，以煅燒時間所要求的勻速通過煅燒窯體。 為了實現煅燒的均勻性，車上的石灰石是分層的放入小車上的床架內的，火焰可通過床架空 間的空隙，使石灰石得到均勻的煅燒，床架則由耐火材料製成，即可承受煅燒火焰的侵蝕。 又有較高的強度和耐久性，還可降低窯爐的使用成本。第四步，是處理窯爐的密封與節能問題，該窯爐不同於現有的雙筒式氣燒窯爐，其密封 的方法也大不相同，實際上密封的意義不大，需要做的只有絕熱保溫和如何高效率地利用燒 成石灰後的大量產品餘熱。對此，將爐體的爐牆設計為三層，第一層內腔為耐火磚層，第二 層是絕熱保溫層，第三層是由普通磚構成的外殼。輕軌小車的側邊插在內腔耐火磚層內，耐 火磚上各有一條凹槽，由此形成一個絕熱密封槽，確保小車底部齒條與車輪及軌道不會受到 煅燒高溫的影響，而保持長久可靠的工作。對於燃燒煙氣的走向採用了返流式煙氣設計，將 原料小車的入口作為煙氣的出口，上面用一引風機人為排氣，使煙氣只能向原料入口處流動，並控制排風量使窯爐出口處有一定合適的風量進入，用於冷卻燒成的石灰並回收石灰中的餘 熱。在窯爐的原料入口處，設有一個緩衝室，緩衝室通過密封門與外界隔絕，同時緩衝室又 通過另一道密封門與窯爐入口隔絕，這樣當原料小車裝滿原料由外界進入緩衝室時，關閉密 封門，再打開第二到密封門，小車進入窯爐與前面的小車相連接，完成煅燒任務，小車進入 後關閉第二道門，打開第一道門，進入新的小車，再關閉第一道門，這樣周而復始的使整個生產過程連續起來，這樣的設計不會導致窯內煙氣紊亂與倒流。由於燃燒煙氣及石灰冷卻氣 流是向窯爐的入口處流動的只要設計得當該窯爐將會有較長的一段餘熱加熱區，可使原料在 煅燒前得到加熱，熱量損失極小可最大限度的利用熱能。 本氣燒石灰窯具有如下的優點-l.生產出的石灰品質高，可生產出生燒過燒率低於0.5%的高品質石灰。由於本窯爐可精 確的控制煅燒石灰的溫度，並且從煅燒開始直到煅燒結束石灰石都始終保持在這個溫度之下， 使得石灰石具能燒透又不會過燒，因而石灰的品質高。2. 本窯爐的能源消耗小，窯爐的爐體及所有設備都設置於地面上，可對爐體採用最良好 的絕熱保溫措施，可使爐體散熱減至最小，採用返流式的煙氣迴路設計，如設計得當，可最 大限度利用成品餘熱和煙氣餘熱加熱入窯的原料，此兩項措施可比現有窯節約熱能10%。3. 從點火到出產品耗費的時間短，由於採用良好爐體保溫及返流式煙氣迴路，可使原料 的受熱合理而充分，在加上採用的是小塊原料入爐，煅燒，燒透的時間大大縮短，因而從點 火到出產品的時間只有12小時。4. 節約資源，本窯爐同樣採用電石爐氣，但它不需預先摻入惰性氣體，而且可以使用5 毫米以上的碎料，從而大大的節約了石灰石資源，可將礦山的使用率由原先的92%提高至98% 以上。5. 簡化了設備，降低了故障率提高了可靠性，設備可實現大型化。由於將所有設備布置 於地面，並且採用全新的結構形式，革除了現有氣燒窯爐的密閉系統和卸灰機出灰閥等複雜 結構，設備的工藝流順暢，結構簡單。該套設備可實現大型化，新建日產千噸以上的窯爐不 存在任何技術與較高代價的經濟障礙。6. 設備的控制及操作大大簡化，並可以做到精準化，新型窯爐可完全採用計算機操控不 需要人為幹預，並且控制精度高，性能穩定可靠。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。 圖l中.l是窯爐入口； 2是緩衝室；3為窯爐的預熱區；4為煅燒區；5為煅燒區中的燃 燒器(圖中只標出2排，但在實際窯爐中應根據產量的大小來設置數排燃燒器)；6為冷卻區； 7為引風機；8為廢氣管；9為原料小車；10為傳感器；11為計算機控制裝置。圖2中.l是小車導軌；2為小車車輪；3為小車底板，窯體牆為三層分別是耐火磚層、 絕熱保溫層、磚結構層；4為窯爐內腔與小車底板的絕熱密封槽；5為小車床架(存放生產原料的容器)；6是床架間的隔離支塊；7為窯爐燃燒器；8為窯爐耐火磚層；9為窯爐的絕熱保 溫層；IO為窯爐的磚制外殼。
具體實施方式
首先根據所需生產產品的體積大小及產量確定窯爐的大小與煅燒時間， 其參數可査閱相關資料，由此即可確定窯爐的建造規模。由圖1可看出該窯爐由4段構成， 它們分別是2緩衝室；3預熱區；4煅燒區(該段上排布有數個燃燒器構成的矩陣，以使該 區域的每個部位都可以獲得均勻的煅燒溫度)；6是成品的冷卻區，由圖2可看出該窯爐的內 部構造，窯體由外殼磚層，絕熱保溫層和內腔(爐膛)的耐火磚層構成，小車底板插入內腔 下部的絕熱密封槽內，實現小車輪軌及下部傳動齒條(圖中未畫出)與上部高溫區的絕熱密 封。需煅燒的石灰石則裝在小車的分層床架內，由上下各處的火焰煅燒成生石灰(產品)。石灰石經由破碎達到合格的塊度之後，由料鬥裝入窯爐小車的床架之上，裝滿石灰石的 床架放在小車的支塊之上，並分層放置好。將整個窯爐用空小車排滿，實現窯爐內腔下部的 小車輪軌絕熱密封，點燃煅燒區內的所有燃燒器，開啟窯爐入口處的引風機7實現燃燒廢氣 單向返流運動，至煅燒區窯壁溫度達煅燒溫度並保持穩定時(點火升溫時，緩衝室內的密封 門是關閉的)，將三輛小車編為一組(也可是一輛或數量，視生產規模的大小而定)，推進緩 衝室，關閉緩衝室外的封閉密封門(圖中未畫出)，打開緩衝室內的密封門(圖中未畫出)， 將小車連接在窯內的空載小車上。此時啟動小車行走機構，小車在行走機構(圖中未畫出) 的牽引下，以緩慢的勻速向前運動，後續裝滿原料的小車源源不斷地經由緩衝室與這個小車 長龍連接在一起，隨著時間的推移，裝在小車床架裡的石灰石經由預熱區加熱之後，進入煅 燒區，完成煅燒之後，進入冷卻區。由於窯內的氣流只向入口方向流動，所以出口方向來的 是冷空氣，它們對燒成後的石灰進行冷卻，被加熱後的空氣進入煅燒區，在煅燒區又受到火 焰的加熱，它們的流動使窯內的溫度分布更加均勻，有利於提高燒制石灰的質量。在出口氣 流及窯內煙氣的作用下，煅燒區會向預熱區前移大量的熱氣流將會與冷原料相遇，冷原料吸 收熱量後就會減少吸收煅燒區的熱能，加上窯體的保溫絕熱以及採用小塊度的石灰石，該窯 爐可比現有氣燒窯節能10%以上，而且基本上沒有生燒和過燒的石灰存在，還不需要進行石 灰的二次破碎。計算機控制裝置，則控制該窯爐中各支燃燒器燃燒的強度，可使煅燒區內的 各處都達到均勻的溫度，在計算機的控制下，小車以一個均勻的速度，並以確保燒透的時間 通過煅燒區，通過計算機的控制引風機的抽風量可以得到最大優化，具可以使窯內的溫度分 布更均勻又可儘可能多的回收餘熱，實現窯爐的全自動化與高效率。8
權利要求
1. 一種窯體細長並水平於地面的氣燒石灰窯，包括緩衝室2，預熱區3，引風機7，廢氣管8，煅燒區4，成品冷卻區6，運輸小車9以及小車底部的傳動齒輪、齒條，傳動機構，計算機，傳感器，執行機構；所述的氣燒石灰窯爐體由磚層外殼，中間保溫絕熱層及內腔耐火磚層構成，在窯下部內腔設有二條貫通整個窯體的絕熱密封槽，運輸小車的底板插入該槽內，起到使該窯煅燒區與小車底部輪軌裝置的絕熱密封作用。
2. 根據權利要求1所述的石灰窯中的緩衝室，其特徵是有一扇與外界隔絕的密封門，一 扇與窯體內腔隔絕的密封門，外界密封門打開可推入小車，關閉可實現緩衝室內氣流與外界 隔絕，內腔門打開可將小車推入爐腔煅燒，關閉可實現爐腔與緩衝室氣流的密封隔絕。
3. 根據權利要求l所述的石灰窯中的預熱區，其特徵是引風機與廢氣管相連接，引風機 的入風口位於緩衝室與預熱區的結合部，起到使窯內氣流冷卻段流向煅燒區最後到達預熱區 的作用(即返流式煙氣迴路)。
4. 根據權利要求1所述的石灰窯中的煅燒區，其特徵是窯身周圍的燃燒器是由數隻及數 排(燃燒器的個數與排數是根據窯爐的大小，產量的高低和產品的種類而確定)燃燒器所構 成的矩陣起到向這個長而寬的煅燒區提供一個均勻穩定的熱源的作用。
5. 根據權利要求1.2.3.4所述的石灰窯系統，其特徵是計算機通過電纜線與設在石灰窯系 統各處的傳感器和執行機構連接，由各個傳感器採集到的各種參數傳回計算機，經過計算機 與預先設定的參數範圍進行比較分析，如超出此範圍計算機會命令執行機構進行調整，出現 故障會報警並指示故障部位，起到控制燃燒器燃燒強度，小車在窯內的勻速運動，引風機抽 風量太小的作用。
全文摘要
一種用於煅燒各類高品質化工原料及工業原料的大型氣燒窯，本文只以煅燒高品質石灰(生產優質電石的上等原料)為例來敘述本窯爐的原理，結構與使用。本窯爐的特徵是窯爐體細長並水平於地面，窯體由小車，床架及輪軌，傳動輸送裝置，緩衝室，預熱區，引風機，廢氣管，布滿燃燒器的火焰煅燒區，冷卻區，計算機控制裝置所組成。窯身由一層磚制外殼，一層絕熱保溫層，內腔則是由耐火磚構成，在內腔的下部有二條(每側爐牆一條)貫通爐體的絕熱密封槽，運輸小車的底板插入其中，確保小車與輪軌的絕熱密封。本窯爐內的氣流為返流式，由成品出口流向原料入口，加上良好的絕熱保溫可實現節能10％以上，石灰生燒過燒率低於1％的目標。
文檔編號C04B2/00GK101519281SQ20081001755
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者謝西平 申請人:謝西平