煅燒豎窯種類及窯內(nèi)石灰、耐火原料的煅燒特性

 

1、豎窯的分類及優(yōu)缺點(diǎn)

豎窯(又稱立窯、瓶窯)是用于鍛造耐火原料和石灰的窯爐。

(1)垂窯分類方法:

一般可根據(jù)不同的鍛料類型和燃料使用情況進(jìn)行分類，也可根據(jù)不同的送風(fēng)方式和機(jī)械化水平進(jìn)行分類。

1)根據(jù)不同類型的鍛料可分為：

粘土豎窯(鍛燒溫度1300-1400℃).(煅燒溫度1600-1650℃).(煅燒溫度12000-1300℃).(煅燒溫度1600-1650℃).(煅燒溫度14500-1650℃)；

2)按使用燃料類型可分為：

固體燃料豎窯(焦炭.無(wú)煙煤為燃料).液體燃料豎窯(以重油為燃料).氣體燃料豎窯(焦?fàn)t氣體燃料).混合煤氣.天然氣)；

3)根據(jù)不同的送風(fēng)方式可分為：

強(qiáng)制通風(fēng)垂直窯利用鼓風(fēng)機(jī)將空氣鼓入窯內(nèi)，加強(qiáng)鍛造過(guò)程。

自然通風(fēng)豎窯：窯內(nèi)氣體流動(dòng)主要依靠豎筒本身的自然抽力。

·根據(jù)機(jī)械化程度的不同可分為：人工加料垂窯.機(jī)械化垂窯，從加料到出料完全機(jī)械化。

(2)垂直窯的優(yōu)點(diǎn)：

設(shè)備簡(jiǎn)單.投資少.單位成品消耗的燃料較少.成本低.單位體積利用系數(shù)大.設(shè)備本身占地面積小。缺點(diǎn):窯內(nèi)溫度分布不均勻，容易產(chǎn)生欠燒和過(guò)燒產(chǎn)品；使用焦炭或無(wú)煙煤作為燃料時(shí)，灰分污染產(chǎn)品；對(duì)內(nèi)原料塊度有一定限制，碎料(0)mm)垂直窯不能用于鍛造，造成資源浪費(fèi)，垂直窯生產(chǎn)能力小，勞動(dòng)條件差。

從垂直窯的發(fā)展來(lái)看，初是人工操作，自然通風(fēng)，定期加料。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，為了提高產(chǎn)量.質(zhì)量.改善勞動(dòng)條件.提高生產(chǎn)效率.降低燃料消耗，逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化通風(fēng).機(jī)械化加料和出料.水冷爐壁.密封裝置等類型的機(jī)械化豎窯，使豎窯不斷改進(jìn)，以適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)代化。

 

圖1:機(jī)械化垂直窯示意圖

圖2:啞鈴重油石灰垂窯

2.豎窯結(jié)構(gòu).形狀

(1)豎窯結(jié)構(gòu)

窯體.加料裝置.密封裝置.汽化冷卻裝置.卸料裝置及通風(fēng)裝置等。

(2)窯體形狀:

無(wú)疑對(duì)窯內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)和氣流在窯內(nèi)的分布有重要影響。保證窯內(nèi)物料的均勻下沉和使氣流沿窯截面均勻分布，是垂直窯形狀的基本要求。其形狀大致如下：

1)直筒形:即上下內(nèi)徑相同的圓筒形，適用于煅燒各種耐火原料。這種垂直窯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.堅(jiān)固，有利于材料順行均勻下沉，砌筑方便。但是，當(dāng)材料在窯內(nèi)自上而下運(yùn)動(dòng)時(shí)，一旦燒結(jié)，體積就會(huì)收縮，與窯壁形成環(huán)形縫隙，導(dǎo)致窯周圍阻力小于窯中間；同時(shí)，靠近窯襯的材料堆積密度也比中間松散，導(dǎo)致垂直窯同一截面通風(fēng)不均勻，導(dǎo)致材料煅燒不均勻。

2)鍛燒帶內(nèi)徑收縮的圓柱形垂直窯:為了克服上述缺點(diǎn)，煅燒帶內(nèi)徑可以稍微收縮，從而減少材料與窯壁之間的縫隙，使氣體沿窯段均勻分布。對(duì)于使用汽化冷卻爐壁的垂直窯，周圍材料在下沉過(guò)程中也可以向內(nèi)翻轉(zhuǎn)，從而改善材料的煅燒條件，減少欠燒產(chǎn)品。

3)啞鈴垂直窯：為擴(kuò)大窯體積，常采用預(yù)熱帶和冷卻帶擴(kuò)大啞鈴截面。

4）矩形垂直窯：以重油和煤氣為燃料的垂直窯。由于火焰穿透深度的限制，窯體積不宜過(guò)大。因此，大容積重油的設(shè)計(jì).氣體和外火箱豎窯應(yīng)采用矩形截面，其體積范圍：白云石.鎂石.粘土及高鋁原料豎窯容積在50以上m?;石灰豎窯容積大于1000m?。

 

3.豎窯各帶的作用。

(1)豎窯原料需經(jīng)過(guò)三帶:預(yù)熱帶.煅燒帶.冷卻帶。

（2）預(yù)熱帶原料借助煙氣預(yù)熱；長(zhǎng)期燃燒帶的原料通過(guò)燃料燃燒產(chǎn)生的熱量煅燒；在冷卻帶中煅燒的原料與膨脹的冷卻空氣進(jìn)行熱交換，原料冷卻，空氣加熱后進(jìn)入煅燒帶，以幫助燃燒，熱交換在預(yù)熱帶和冷卻帶上，熱得到更好的利用。因此，與其他類型的窯相比，垂直窯具有較高的熱效率。原料在窯中的停留時(shí)間具有重要意義。如果停留時(shí)間短，會(huì)影響煅燒質(zhì)量；停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)降低窯產(chǎn)量，增加熱耗，有時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，原料在窯中的停留時(shí)間應(yīng)與窯內(nèi)的傳熱情況相匹配。如果鍛造溫度適當(dāng)，增加流量速度，降低原料塊度，可加快傳熱速度，縮短原料窯的停留時(shí)間，提高窯產(chǎn)量。

4.喇叭型垂窯窯窯窯型4。

(1)設(shè)計(jì)原則:

1)窯體上口直徑等于或略小于窯體下口直徑，有效高度12m;

2)窯體直徑基本為兩端小.中間大;

3)根據(jù)窯體有效高度合理設(shè)計(jì)預(yù)熱帶.煅燒帶.冷卻帶各帶高度；

4)高度與直徑之比建議為3.8?4.(范圍不超過(guò)42(范圍不超過(guò)42(范圍不超過(guò)42).3)。由于高徑比小，原料預(yù)熱不足，窯頂廢氣溫度過(guò)高，熱能利用率低；高徑比大，原料在窯內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，操作困難；

5)窯壁收縮率(窯壁向內(nèi)傾斜)應(yīng)掌握在5?6%之間，因?yàn)樘∽兂芍蓖残?，太大時(shí)窯頂直徑太小；

6)窯尾收縮應(yīng)在中爐條以上1.2m高處開(kāi)始向下收縮，因?yàn)檫^(guò)高不利于落料，過(guò)低的爐條承受壓力過(guò)大，容易損壞爐條，其收縮率為25?30%;

7)設(shè)計(jì)應(yīng)通過(guò)預(yù)熱有利于原材料.煅燒.冷卻三帶不紊亂，順序下沉。操作方便，三帶穩(wěn)定，無(wú)事故。之后達(dá)到高品質(zhì)、高產(chǎn)量、高產(chǎn)量。.低消耗的目的。

（2）12m豎窯各部分主要尺寸：

1)窯體有效高度12)m，中爐條上1.2m處直徑為2.8?3m。窯底直徑為2.5?2.6m，窯頂直徑為1.6?1.8m，窯壁向內(nèi)傾斜為5?6%。

2)窯壁厚度:由窯襯和隔熱層組成。窯襯用耐火磚砌筑時(shí)厚度為0.35m。窗襯與隔熱層厚度之和不小于1.1?1.2m。

3)出料口：高2.2m，寬1.8?2.0m。出料口前后窯壁厚度為1.2m。

4)進(jìn)料口：高1.6m，寬0.8m。如果爐頂口較大，則相對(duì)開(kāi)啟兩個(gè)進(jìn)料口。

5)吸塵洞：與窯體縱向平行，一般在窯體后面。距窯內(nèi)壁22.8m左右。下口低于下面的大爐條；上出地面2；m。底圓直徑為0.6m，上口直徑為0.5?0.4m。

6)吸熱洞：位于工房頂部，直徑0.4?0.5m，上面超過(guò)地面2m。

7)爐帽：位于窯頂，有圓形和方形兩種。以方形為例：高2.2m，內(nèi)墻靠近窯壁的點(diǎn)為0.35m。外墻長(zhǎng).寬均為2.2m。其墻厚度為0.4m(或0.37m)，兩對(duì)進(jìn)料口或一個(gè)進(jìn)料口和一個(gè)排煙口。

8)煙囪拐道:是連接煙囪和爐帽的設(shè)施，其長(zhǎng)度取決于情況。要有一定的坡度，內(nèi)部尺寸高0.8m，寬0.7m。出口高度應(yīng)與煙囪下留下的口一致，距地面2.5?3m高。

9)煙囪:高度為窯體有效高度1.5?兩倍。外壁向內(nèi)傾斜3%。煙囪出口內(nèi)徑不小于0。.8-1m。

 

5、豎窯的高徑比

 

窯的內(nèi)徑是基于煅燒原料的性質(zhì).鍛燒溫度高低.煅燒操作的靈活性是由其他因素決定的。窯內(nèi)徑大，產(chǎn)量高。然而，內(nèi)徑過(guò)大，在整個(gè)窯體的橫截面上很難一致地透氣.煅燒均勻，窯內(nèi)煅燒不易掌握。一般來(lái)說(shuō)，鍛造溫度是根據(jù)原料的性質(zhì)要求的.高徑比由各種因素決定，如產(chǎn)量要求和能耗。

所謂高直徑比是指窯體的有效高度與窯體內(nèi)徑之比。如果高直徑比過(guò)大，則意味著窯體過(guò)長(zhǎng)，會(huì)增加空氣通過(guò)材料層的流體阻力；如果高直徑比太小，窯體太短，熱交換太晚。因此，不適當(dāng)?shù)母咧睆奖?，無(wú)論是太大還是太小，都會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量.產(chǎn)量和燃料消耗。

目前，河南省明礬土立窯的高徑比一般為3.8?4.2，不能超過(guò)4.3.對(duì)于煅燒耐火原料，高徑比可達(dá)上限4.2、對(duì)于煅燒研磨級(jí)原料，高徑比可取下限3.8。

 

6.垂直窯內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)模式

（1）在垂直窯中，材料和氣流向相反方向移動(dòng)。材料在垂直窯中移動(dòng)有兩個(gè)原因：一是煅燒過(guò)程中材料收縮引起的上部材料（預(yù)熱帶和鍛造燃燒帶）；二是下部材料的卸載導(dǎo)致整個(gè)窯材料的運(yùn)動(dòng)。因此，預(yù)熱帶上層的材料包括所有收縮運(yùn)動(dòng)和排放運(yùn)動(dòng)（而冷卻帶幾乎只有排放運(yùn)動(dòng)）。混合窯應(yīng)包括燃料燃燒引起的收縮運(yùn)動(dòng)。

(2)垂直窯內(nèi)的空氣從窯底膨脹或吸入，煙氣通過(guò)煙囪從上部排出。氣體通過(guò)散料層時(shí)，阻力損失很大，每米散料層阻力可達(dá)800?1000Pa。因此，研究垂直窯的氣體運(yùn)動(dòng)，以確保煅燒帶燃料燃燒所需的空氣供應(yīng).合理分布窯面氣體.減少氣體流動(dòng)過(guò)程中的阻力損失.保證垂窯產(chǎn)量.質(zhì)量等方面都是有意義的。

1)垂直窯生產(chǎn)與鼓風(fēng)條件之間的關(guān)系：當(dāng)垂直窯段固定時(shí)，如果氣流增加，氣流速度加快；隨著空氣量的增加，燃料燃燒速度加快；同時(shí)，氣流和材料之間的對(duì)流熱交換增加，從而加材料預(yù)熱.窯爐在煅燒和冷卻過(guò)程中的產(chǎn)量.可以提高煅燒材料的質(zhì)量。垂直窯一般采用高壓離心鼓風(fēng)機(jī)或羅茨鼓風(fēng)機(jī)。為了降低功耗，在實(shí)際操作中應(yīng)確定更經(jīng)濟(jì)合理的氣流速度。

2)垂直窯段上的氣流分布：由于窯內(nèi)材料的積累方式不同，在氣體流動(dòng)過(guò)程中會(huì)明顯影響阻力損失。在窯壁附近，材料堆積與窯壁之間的孔隙率大于材料之間的孔隙率。此外，材料收縮導(dǎo)致環(huán)形間隙，使氣流更容易通過(guò)周圍，即在窯的同一部分，周圍氣流的分布大于中心。由于氣流分布不均勻，窯同一部分的材料煅燒不均勻，這種現(xiàn)象被稱為窯壁效應(yīng)。由于截面上的氣流分布不均勻，影響垂直窯內(nèi)鍛造帶材料的位置和形狀。

例如，對(duì)于固體燃料的混合材料，由于氣流容易通過(guò)周圍區(qū)域，周圍燃料點(diǎn)燃較早，燃燒速度較快；由于流體阻力大，中心氣流不易通過(guò)，需要較晚點(diǎn)燃，燃燒過(guò)程也較慢，從而形成“碗狀”煅燒帶。隨著鼓風(fēng)壓力的增加，空氣供應(yīng)充足，整個(gè)煅燒帶會(huì)向上移動(dòng)，相應(yīng)縮短；但是，它周圍的火還是比中心快，所以還是“碗狀”。如果窯內(nèi)阻力大，鼓風(fēng)壓力低，空氣供應(yīng)不足，煅燒帶向下移動(dòng)，拉長(zhǎng)。這不僅降低了煅燒溫度，而且縮短了冷卻帶，影響了材料的煅燒和冷卻。

為了克服上述現(xiàn)象，應(yīng)增加周圍流體的阻力，平衡窯段的通風(fēng)。因此，有必要進(jìn)行合理的布料，即將碎料分布在周圍，以增加阻力，并減少周圍的燃料量以降低溫度。

為了保證窯內(nèi)氣體的正常流動(dòng)，保持鍛造燃燒帶所需的空氣量，可采用三種不同的通風(fēng)方式：一種是壓入通風(fēng)，即風(fēng)機(jī)從窯底鼓入空氣，在窯內(nèi)形成正壓；第二種是從窯頂抽出通風(fēng)，在窯內(nèi)形成負(fù)壓；第三種是平衡通風(fēng)，即從窯底抽風(fēng)，從窯頂抽風(fēng)，在窯內(nèi)形成既有正壓區(qū)又有負(fù)壓區(qū)，在窯內(nèi)一定高度形成零壓面壓力系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械化垂直窯采用通風(fēng)形式，而自然通風(fēng)垂直窯是第二種方式。

 

7.在垂直窯中燃燒固體燃料的方法

在垂直窯中，除原料燒結(jié)外，燃料燃燒釋放的熱量是窯襯里散熱，煙氣帶走熱量，導(dǎo)致垂直窯熱效率低(約50%)。

垂直窯中的燃料是固體.液體.氣體三者均可。天然氣。.重油常用于高煅燒溫度的白云石或鎂砂立窯；爐煤氣可用于低煅燒溫度的石灰或粘土立窯。但目前，固體燃料（煤和焦炭）被廣泛使用。

（1）垂直窯內(nèi)固體燃料的燃燒方法分為窯內(nèi)燃燒和窯外燃燒室燃燒兩種。前者可分為燃料和原材料分層裝載和混合裝載。

（2）外火箱燃燒方式：主要適用于低溫粘土垂直窯。其優(yōu)點(diǎn)是煤中的灰分不會(huì)污染原料，熟料的純度較高，特別是對(duì)于灰分較多的煤。當(dāng)燃料添加到垂直窯中燃燒時(shí)，它會(huì)同時(shí)將熱量傳遞給原材料，從而快速傳遞熱量.產(chǎn)量高.煤耗低.設(shè)備也比較簡(jiǎn)單。但是這種燃燒方式對(duì)燃料有一定的要求：

1)煤灰含量應(yīng)小于20%?；曳诌^(guò)高，一方面降低了熱值.污染原料.影響熟料的純度；同時(shí)，很容易造成窯.結(jié)瘤現(xiàn)象。對(duì)鎂砂.白云石質(zhì)熟料要求燃料灰分低于13%。

2)煤的粒度控制非常重要，影響燃料燃燒速度和燃燒帶的厚度。為了確保原材料在鍛造和燃燒過(guò)程中有足夠的時(shí)間，煤的粒度應(yīng)與原材料的粒度（塊）成一定的比例。煤粒太小，燃燒時(shí)高溫帶過(guò)于集中，高溫帶較短，高溫帶原材料的鍛造和燃燒時(shí)間較短，原材料的物理和化學(xué)變化太晚，影響熟料的質(zhì)量。同時(shí)，煅燒帶縮短，預(yù)熱帶相對(duì)增長(zhǎng)，煅燒帶產(chǎn)生CO預(yù)熱帶時(shí)還原為CO比例增加，導(dǎo)致熱耗增加。如果煤粒過(guò)大，燃燒速度會(huì)減慢，煅燒帶拉長(zhǎng)，火力不集中，冷卻帶會(huì)相應(yīng)縮短，導(dǎo)致煅燒和冷卻原料質(zhì)量差。

入窯燃料粒度要求:對(duì)于白云石.鎂砂垂直窯，易燒結(jié)原料，燃料粒度25?40mm;難燒結(jié)原料，燃料粒度40?70mm或25?40mm。石灰垂直窯：原料粒度30?70mm，燃料粒度13?25mm或25?40mm;原料粒度70?75mm，燃料粒度25?40mm。

 

3)為了防止熱損失過(guò)大，燃料的揮發(fā)分應(yīng)小于7%。

燃料在外部燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙氣通過(guò)窯壁火孔進(jìn)入窯內(nèi)。這種窯爐可以使用揮發(fā)性含量高的燃料。燃料灰分對(duì)原料的粘性也比混合垂直窯輕，因此這種垂直窯采用了廣泛的燃料類型，也可以使用劣質(zhì)煤。然而，由于燃燒室中的一些熱量損失，其燃料消耗量高于混合垂直窯。此外，原料煅燒不夠均勻，窯的中心部分容易出現(xiàn)原料現(xiàn)象。為了克服這一現(xiàn)象，外部燃燒室的垂直窯一般形成一個(gè)矩形截面，根據(jù)煙氣的滲透深度確定矩形截面的寬度，以確保沿截面的均勻煅燒。