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詳解輕燒白云石土窯改造為新型節(jié)能窯的典型示范工程

2013-12-20 15:59:09 來源：

  詳解輕燒白云石土窯改造為新型節(jié)能窯的典型示范工程
輕燒白云石是白云石礦與一定的燃料混合經(jīng)過焙燒加工而成的礦物材料，可作為燒結(jié)配料及煉鋼過程中排渣用的良好的輔助原料。文章從“引言、原土豎窯生產(chǎn)狀況、新建機(jī)械化豎窯”三方面介紹了“輕燒白云石工藝技術(shù)”的改造，給出了“輕燒白云石使用原料、輕燒白云石產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、機(jī)械化豎窯使用原料指標(biāo)”等5張插表，以及“土豎窯生產(chǎn)白云石工藝流程、機(jī)械化豎窯工藝流程”等插圖。本文可作為與“輕燒白云石工藝技術(shù)”有關(guān)從業(yè)人員的技術(shù)指導(dǎo)，亦可為礦業(yè)企業(yè)行政、技術(shù)管理人員提供參考。
一、引言
    輕燒白云石是白云石礦與一定的燃料混合經(jīng)過焙燒加工而成的礦物材料，可作為煉鋼過程中排渣用的良好的輔助原料。太鋼復(fù)合材料廠自1984年以來陸續(xù)建成5座Φ2.5 m×12.5 m輕燒白云石土豎窯,僅有3座正常生產(chǎn)，生產(chǎn)的輕燒白云石主要供太鋼第二煉鋼廠造渣使用。近年來，隨著太鋼生產(chǎn)的發(fā)展和新建150萬t不銹鋼項(xiàng)目陸續(xù)建成投產(chǎn)，現(xiàn)有土豎窯的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量均不能滿足需求。為了改變這種被動(dòng)局面，陸續(xù)拆除了原有的3座土豎窯，建成了一座機(jī)械化豎窯，為保證公司需求和提高經(jīng)濟(jì)效益提供了保證。
二、原土豎窯生產(chǎn)狀況
（一）   原料及產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)（表1、2）
表1 輕燒白云石使用原料

原料	白云石礦				無煙煤（％）
原料	MgO (%)	SiO₂ (%)	R₂O₃＋Mn₃O₄ （%）	粒度范圍 /mm	固定炭	灰分	揮發(fā)分	S
指標(biāo)	≥19	≤2.0	≤2.0	20－45	≥76	≤10	≤14	≤1.0

表2 輕燒白云石產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

項(xiàng)目	MgO(%)	SiO₂(%)	灼減（％）	粒度范圍/mm
指標(biāo)	≥29	≤4.0	≤22	10－40

（二）生產(chǎn)工藝流程（圖1）

圖1 土豎窯生產(chǎn)白云石工藝流程

原料使用自產(chǎn)白云石塊礦，燃料使用無煙塊煤，白云石塊礦經(jīng)煅燒2小時(shí)篩分后存入成品料倉。豎窯的主要參數(shù)為：外徑3.6m、內(nèi)徑2.65m、有效高11m、有效容積58m3，年生產(chǎn)能力1萬t/座。
    白云石礦中有用組分為MgCO3、MgO，輕燒白云石中的有用成分為MgO。為提高其中MgO含量，將白云石礦在1050－1200℃的高溫下煅燒，使MgCO3發(fā)生熱分解反應(yīng)，從而增加MgO的含量。
    （三）工藝流程評(píng)價(jià)
    該生產(chǎn)工藝除了上料、布料、煅燒、篩分采用機(jī)械操作外，原料的運(yùn)送及配料、出料、選料等均為人工操作。因此，生產(chǎn)受人為因素影響較大，窯況不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)欠燒、過燒等現(xiàn)象，造成質(zhì)量不穩(wěn)定；同時(shí)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也較大，2005年全員勞動(dòng)生產(chǎn)率僅為542t／人。
    隨著太鋼（集團(tuán)）公司生產(chǎn)的發(fā)展和新建150萬t不銹鋼項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，從2001年開始輕燒白云石用量從3萬t逐年增加到5.9萬t，預(yù)計(jì)*終需求量將達(dá)到約14萬t/a；同時(shí)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求也在不斷提高，其中主要成分MgO含量從28％提高到29.8％，*終將要求達(dá)30％以上。因此，原有土豎窯生產(chǎn)能力無論從產(chǎn)量或質(zhì)量上已不能滿足需求，急需改進(jìn)。
    三、新建機(jī)械化豎窯
    （一）新建機(jī)械化豎窯的必要性
    為了滿足太鋼（集團(tuán)）公司對(duì)輕燒白云石質(zhì)量、產(chǎn)量的要求，若對(duì)原有3座土豎窯進(jìn)行改造，年生產(chǎn)能力僅約5.5萬t，且工藝落后、產(chǎn)品質(zhì)量差，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足公司發(fā)展的需要。同時(shí)根據(jù)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，太鋼復(fù)合材料廠現(xiàn)存土豎窯均屬于淘汰范圍。為此，建造工藝先進(jìn)、環(huán)保質(zhì)量高的機(jī)械化豎窯生產(chǎn)線勢(shì)在必行。
    （二）新建機(jī)械化豎窯概況
    新建輕燒白云石500m3機(jī)械化豎爐是太鋼（集團(tuán)）公司新建150萬t不銹鋼改造工程的配套項(xiàng)目之一。該豎爐為全機(jī)械化自動(dòng)操作，是目前具有國內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平的豎爐，可年產(chǎn)輕燒白云石13－14萬t，產(chǎn)品質(zhì)量將大幅度提高，無論從產(chǎn)量或質(zhì)量上都滿足了公司的需求。
（二）   原料及產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)（表3、4)
表3 機(jī)械化豎窯使用原料指標(biāo)

原料	白云石礦				無煙煤（％）
原料	MgO(%)	SiO₂(%)	R₂O₃＋Mn₃O₄（%）	粒度范圍/mm	固定炭	灰分	S
指標(biāo)	≥19	≤2.0	≤2.0	30－50	≥85	≤14	≤5.0

表4 機(jī)械化豎窯產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

項(xiàng)目	MgO(%)	SiO₂(%)	灼減（％）	粒度范圍/mm
指標(biāo)	≥30	≤4.0	≤22	10－40

（三）生產(chǎn)工藝流程（圖2）

圖2 機(jī)械化豎窯工藝流程（唐山金泉公司工藝圖）

制備好的白云石與焦粉（或無煙煤）混勻料經(jīng)布料器均勻布入爐內(nèi)。豎爐本體自上而下大致可分為預(yù)熱帶、煅燒帶和冷卻帶，隨著底部成品料的排出，上部爐料靠自重緩緩下移。在預(yù)熱帶冷料與從煅燒帶上來的高溫廢氣產(chǎn)生熱交換，高溫廢氣可將冷料預(yù)熱到約830～850℃；在煅燒帶MgCO3、CaCO3吸熱分解，焦粉燃燒補(bǔ)充熱量，煅燒帶溫度一般控制在1050～1200℃，高時(shí)可達(dá)1300℃；在冷卻帶燒成的高溫輕燒白云石與爐底下部的風(fēng)帽吹入的冷風(fēng)進(jìn)行熱交換，冷風(fēng)被預(yù)熱到約600－700℃，輕燒白云石則被冷卻到30－70℃，預(yù)熱的空氣作為煅燒帶焦炭燃燒的助燃空氣。燃燒產(chǎn)生的廢氣和MgCO3、CaCO3分解產(chǎn)生的CO2則由爐頂進(jìn)入煙氣除塵系統(tǒng)。燒成的輕燒白云石由爐子下部的圓盤卸灰機(jī)均勻卸下，通過密封倉式出灰閥交替動(dòng)作，斷續(xù)排出，實(shí)現(xiàn)不停風(fēng)將灰卸到大傾角膠帶上，經(jīng)大傾角膠帶機(jī)將成品運(yùn)到成品倉。爐頂廢氣溫度150－200℃，爐底出料溫度30－70℃。
輕燒白云石經(jīng)過篩分，5－45mm的進(jìn)入成品料倉，＜5mm的由汽車運(yùn)至粉礦倉回收利用，這不僅避免了固體廢棄物的排放，也提高了粉礦的品位。
該系統(tǒng)從混料、上料到焙燒、卸料均采用自動(dòng)化控制，而且配備有電子計(jì)量秤，杜絕了人為因素的影響，使原、燃料混合均勻，從而布料合理、受熱均勻、質(zhì)量穩(wěn)定。產(chǎn)品組分為：MgO＞30％、Ca0＞50％、CO2殘余量低；生燒率＋過燒率＜8％；且雜質(zhì)含量少。該機(jī)械化豎窯的主要指標(biāo)參數(shù)為：有效高度27m、有效直徑5m,年生產(chǎn)能力可達(dá)14萬t／臺(tái)。

該豎窯建成后的技術(shù)指標(biāo)如表5所示。

表5 2006年8－10月新建500m3機(jī)械化豎窯產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)目		8月	9月	10月
產(chǎn)量（含面灰）/t		1660	6784	7884
組分（％）	MgO	31.14	32.28	31.14
	CaO	45.25	46.29	48.79
	SiO₂	3.41	2.00	3.41
	灼減	17.4	16.5	16.7

（四）   工藝流程評(píng)價(jià)
根據(jù)該項(xiàng)工程的先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)結(jié)合對(duì)唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司工藝設(shè)計(jì)對(duì)比分析，機(jī)械化豎窯系統(tǒng)是目前國內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的工藝系統(tǒng)，采用自動(dòng)化控制工人的勞動(dòng)強(qiáng)度減少了80％，同時(shí)徹底杜絕了人為因素的影響，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定提供了必要的條件。年全員勞動(dòng)生產(chǎn)率2917 t/人，是原有土豎窯的5.4倍。
    與原土豎窯相比機(jī)械化豎窯主要技術(shù)特點(diǎn)：
    －生產(chǎn)過程采用PLC控制系統(tǒng)，設(shè)中央控制室CRT和若干電氣室。同時(shí)對(duì)原料、成品及生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。采用電子稱量技術(shù)，使入窯前的原料、燃料準(zhǔn)確稱量，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。
    －采用新型設(shè)備連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料，使礦石和焦炭在豎窯同沿料面的不同半徑圓周上均勻分布，同一環(huán)帶無凸凹現(xiàn)象，不同環(huán)帶的料面≤300mm。在布料過程中，可使大塊白云石布在窯中心，小塊布在窯周邊，以減輕窯周邊效應(yīng)的影響。
    －采用脈沖式液動(dòng)料位探測(cè)器控制窯內(nèi)料面高度，使窯內(nèi)料面高度保持在一定范圍內(nèi)，從而穩(wěn)定了窯的熱工制度，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。
    －采用圓盤卸灰機(jī)將焙燒好的白云石均勻地從窯內(nèi)卸出，配備的雙層液動(dòng)閘板出灰機(jī)密封效果好，運(yùn)行可靠，可在不停風(fēng)的情況下均勻出料，有利于窯內(nèi)物料平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
    －采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)向窯內(nèi)送風(fēng)，其鼓風(fēng)量不受窯內(nèi)阻力變化的影響，可保證窯內(nèi)熱工制度的穩(wěn)定，有利于穩(wěn)定白云石質(zhì)量。
    －出窯廢氣經(jīng)過高效除塵凈化，減輕了對(duì)環(huán)境的污染，其粉塵排放濃度＜50 mg/m3，從而改善了生產(chǎn)環(huán)境，具有較大的社會(huì)效益。
采用輕燒白云石500m3機(jī)械化豎窯獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，投產(chǎn)后年可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)輕燒白云石14萬t（全灰量），投資利潤率達(dá)70％，稅前達(dá)92.70％，投資回收期（含建設(shè)期）稅后為1.11年，稅前為0.89年。
目前，唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司在此技術(shù)上繼續(xù)創(chuàng)新，于2010年全面推出了“第三代具有國際領(lǐng)先水平的新型節(jié)能白云石專用石灰窯技術(shù)”，使該項(xiàng)工程投資更低，原料、燃料更具多樣化，生產(chǎn)系數(shù)提高了20%，能耗降低了25%，目前主要窯型容積有：150 m³、170 m³、200 m³、250 m³、300 m³、350 m³、400 m³、500 m³、588 m³、628m³等，日產(chǎn)量從120噸到500噸均可以設(shè)計(jì)建造。

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