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回轉窯的烘窯與升溫

作者:鑫邦工程網址:http://www.belleterrehorse.com

豎式預熱器、回轉窯和豎式冷卻器,是活性石灰回轉窯系統設備的三大組成部分,是一種較大型的煅燒容器。在煅燒工藝中,它們分別承擔著活性石灰產品從烘干、預熱、分解、燒成到冷卻的全部煅燒工藝過程。由于煅燒工藝的需要,在各個容器內,砌筑著不同材質、不同尺寸、不同形狀、不同形式的耐火材料制品。由于這些耐火材料本身所具有的受熱特性和產品的煅燒需要,在使用前,它們必須要經過一個烘干、加熱、升溫的過程。這就是通常所說的烘窯升溫過程。

所謂烘窯,就是指利用燃料燃燒所產生的熱,在規定的時間內,使容器內的溫度從較低的狀態開始,逐漸地上升到高溫狀態,使容器內的耐火材料通過烘烤和加熱達到可使用的程度。

烘窯開始的標準是:當噴出燒嘴的燃料或設置在窯內的可燃物質被點燃并開始持續燃燒時。

一、烘窯升溫的目的

回轉窯在投入使用前,容器內的耐火材料必須經過烘干、加熱和升溫的處理過程。由于回轉窯內的襯磚,特別是燒成帶的襯磚在特定的環境里,具有冷態時收縮性強、吸水性能強、易水化,不易轉窯。接觸火焰輻射熱時熱點集中,對急冷急熱反應敏感,及易造成崩裂、剝落或抽簽掉磚等特點。為此,在使用前,必須要對它們進行加熱處理。

掌握對回轉窯內耐火材料冷態時的低熱量投入是非常重要的。這時,在理念上的烘窯操作,通常是指對回轉窯的加熱。

而在帶豎式預熱器的回轉窯上,由于豎式預熱器是原料完成煅燒前被加熱和預分解的重要容器,在煅燒系統中占有非常重要的位置。在設計上,它具有磚型多、體型大、材質不同、砌筑復雜、不接觸火焰輻射熱、氣流傳熱慢等特殊的特點。它的被加熱效果,是能否使煅燒系統順利地進入到生產狀態的關鍵環節。

為此,在帶豎式預熱器的回轉窯上,具有實際意義的烘窯操作,應該是指對豎式預熱器的加熱。

通過對回轉窯和豎式預熱器內耐火材料特點的基本了解,對耐火材料冷態時加熱溫度使用的重要性便已經很明顯了,因此,也由此而產生了烘窯升溫的目的。

烘窯的目的是:使襯磚由低溫狀態向高溫狀態緩慢地被加熱,排除所含的水份。

升溫的目的是:使襯磚充分蓄熱、膨脹并達到可對物料傳熱的溫度。同時,又能使襯磚得到較長的使用壽命。

烘窯操作,是一個對襯磚進行緩慢加熱、升溫的過程。是一個溫度與時間的分配關系,時間長短決定溫度走勢。在這個過程中,如何掌握它們的分配關系是非常重要的。這也就是說,任何一條冷態回轉窯在“開窯”點火以前,都應該根據當時的窯況制定出一個烘窯升溫計劃。因為,它是指導整個烘窯升溫操作的理論依據。

這個所謂的烘窯升溫計劃,就是通常所說的烘窯升溫曲線,它是用圖表的形式,將溫度和時間進行分配并具體地表現出來的一種方式。

二、烘窯升溫曲線

烘窯升溫曲線的具體內容是將溫度和時間進行分配或劃分。而對烘窯升溫曲線制定的依據是:根據回轉窯系統內的襯磚狀態、材質,使用情況、換磚幅度、停置時間、留料程度等實際情況決定的。

制定烘窯升溫曲線的目的是:在規定的時間內,保證每一個時間段對熱量的準確投入,最終達到所要求的溫度指數。

在實際操作中,烘窯升溫曲線又起著:根據溫度走勢翻動窯體、連續轉窯、啟動設備、動作推桿、完成向預熱器加料操作等指導性作用。

實踐表明,在帶豎式預熱器的活性石灰回轉窯上,烘窯與升溫的理論溫度分界點已經基本形成。這就是當窯尾(加料室)溫度達到600℃時,它表示著烘窯階段的結束、而又是升溫階段開始的標志。

對烘窯升溫曲線圖表的制定,通常是以縱橫坐標的形式表現??v坐標表示溫度,橫坐標表示時間。將一條理論溫度曲線從縱橫坐標的交匯處,沿時間和溫度發展方向的交點延伸畫出,直至達到終點。這條曲線通常采用呈坡度的直線表現。但是,在這條曲線上應表示出,燃料點火后,燃燒初始階段的溫度高點、烘窯與升溫階段的溫度分界點、進入到生產階段的溫度點,這三個轉折點是非常重要的。它的作用是,能夠反映出溫度指數和時間長短在理論上的定位和分配關系。

在帶豎式預熱器的回轉窯上,在以氣體(煤氣)為燃料時,表示烘窯升溫階段三個溫度轉折點的范圍一般在:

    1、燃料燃燒初始溫度高點:    150 — 200℃

    2、 烘窯與升溫的分界溫度:    600℃

    3、 生產階段溫度點:          1000℃

在烘窯升溫曲線的制定過程中,在一般情況下,對溫度走勢狀態的表現通常是固定的。而對時間的設定,則要根據窯況,將規定(8小時或9天)的時間分布在這個溫度區域內。

如何烘窯,烘窯升溫操作的基本原則是:應促使實際溫度盡可能地沿著理論溫度曲線的下方運行。但是,在實際烘窯升溫操作中,若將一條完整的實際溫度線,用時間劃分后,進行點線連接的結果表明。這條實際的溫度曲線,是不可能以直線呈坡度的形式表現出來的,它通常是以梯形并上下波動的形式向溫度的高點延伸的。這時必須注意。在實際操作中,操作者應該以最大的可能,使這條呈梯形上升的實際溫度走勢不斷地圍繞著理論溫度曲線,以正負誤差指數在3050℃之間運行為宜。因為,這是完成烘窯升溫操作的基本保證。

三、窯況

    在帶豎式預熱器和豎式冷卻器的活性石灰回轉窯上,用于區別襯磚狀態的“窯況”有:

1、新窯:

    a、豎式預熱器,回轉窯,豎式冷卻器全部是新筑襯磚;

    b、預熱器內新襯磚;

    c、回轉窯內全新襯磚;

2、檢修窯:

    a、預熱器部分換襯;

    b、回轉窯燒成帶換襯;

    c、窯襯部分換磚;

3、舊窯:

    a、小面積:少環數換磚或局部挖補換磚。

    b、無修補:無換磚;

    c、空窯:指預熱器內不留料;

    d、留料窯:指預熱器內留料,回轉窯內不留料或少量留料。

      “窯況”是決定烘窯時間的重要依據。不同類型的“窯況”,對受熱的要求程度不同,雖然它們都具有要求均衡受     熱的共性。但是,它們又不可避免地存在著使用程度、損壞程度、質量比例、區域分布、停滯冷卻程度等實際狀況的不同。

       每一條冷態回轉窯,每一次點火時的“窯況”都是不同的。主要原因是襯磚受熱狀態的要求是不同的。所以說,對烘窯升溫曲線的制定內容也是必然不同的。這個不同的關鍵就是,時間對溫度分配概念的不同。那么,根據“窯況”,為什么要將溫度在時間上進行劃分,重要的原因在于,為了防止堿性襯磚在發生受熱不均勻時,產生破壞性水化作用。造成受熱過程排出的水份不同、冷熱均勻程度不同、膨脹效果不同時,使襯磚受到損壞。

  當一條襯磚全新的回轉窯系統砌筑完畢后,襯磚內含有的水份是非常豐富的。它對于堿性磚,特別是燒成帶的鎂質襯磚的水化危害是非常大的。冷態停窯的時間越長,對襯磚損害的可能性越大,向襯磚輸入熱量時的難度也會非常大。短時、局部的急聚受熱,會使襯磚在劇烈的、不均勻的溫度變化中損壞。

       所以說,烘窯過程,必須要針對當時的“窯況”,認真制定和嚴格實施一個合適的、緩慢的烘烤加熱操作程序。也就是操作術語中的烘窯操作。

  根據活性石灰回轉窯的設計原理和結構特點,豎式預熱器、回轉窯、包括豎式冷卻器內襯磚的性質和使用情況。在烘窯升溫曲線的制定內容中,對時間的要求一般有三個時間區段的劃分:

     1、新窯:3-9天

     2、檢修窯:24-60小時

     3、未檢修窯:8-24小時

四、烘窯

  回轉窯在冷窯狀態時,無論使用什么樣的方式開始點火后,都要經過一個使溫度由低溫向高溫逐漸上升的過程,這個過程即是指烘窯階段。

  在以氣體能源為燃料時,燒嘴點火后,窯內的初始溫度通常會上升的比較快。在較短的時間內即可達到150—200℃。這是因為,一、為了保證燃料的點火與著火質量,燃料噴出燒嘴時的初始量往往會比烘窯時所使用的量要大的多。二、排風抽力在回轉窯內產生的負壓,會將燃料點燃后產生的熱量很快地抽向窯尾加料室的溫度測點處,因此而產生一個短暫的跳高的溫度點。三、冷態窯點火后,窯內襯磚對瞬間產生的氣流溫度反應會比較慢一此,不會馬上產生吸熱反應,燃燒產生的熱量會沿著襯磚表面,快速地通過窯內和溫度測點,由此而表現出一個跳高的溫度指數。但是,如果是在利用固體燃料點火前,為了使窯內的溫度環境達到可以使固體燃料著火的目的。燃料通過燒嘴點火前,常常會先點燃堆積在窯內的可燃物質,如木材等引火物。這時,窯內的溫度一般不會產生明顯的跳高反應。因為,將堆積在窯內的可燃物質點燃并產生燃燒,是一個緩慢著火和產生熱量的過程,熱量在窯筒體內不會迅速或大量聚集,所以,從溫度測點的反應上,不會出現跳高的反應。

回轉窯利用氣體燃料點火時產生的溫度短時跳高現象,一般不會對耐火材料造成直接的損壞性影響。但是,這種溫度跳高現象只能是短時的。當確認燃料已經開始燃燒并且穩定后,則應該很快地將燃料初始用量降回到最低值。使溫度逐漸地回到一個低點位置(穩定點),并從這一低點溫度開始進入到烘窯狀態。

烘窯階段的溫度通常是比較容易控制的。這是因為,這個階段的燃料用量是很低的。這時,只要穩定好窯內負壓抽力,配給出適量的燃料,保證穩定的燃燒狀態,便能夠使溫度沿著烘窯升溫曲線的要求運行。這一過程在冷窯和低溫窯狀態時通常會持續較長的時間。

當窯尾加料室溫度達到200℃時,為了使窯內的襯磚能夠均勻地受熱并逐漸地排出所含的水分。這時,應該考慮少量地翻動窯體。分別在不同的時間里,以不同的幅度翻動回轉窯窯體。使窯內襯磚都能夠獲得均勻受熱的機會。但是,這個使窯體翻動的幅度是有一個限度要求的。即,窯內溫度愈低時,翻動的幅度應愈小。隨著窯內溫度的升高,逐漸地縮短翻動窯體的時間和加大窯體翻動的幅度。

表十四、 烘窯階段的轉窯

溫 度 范 圍

(間隔)時間min

窯 體 轉 速   rpm

<200℃

0

0

200 ~ 250℃

60

1/4

250 ~ 300℃

30

1/3

300 ~ 400℃

30

1/2

400

連 續

最 低 轉 速

這里應該注意,當窯尾加料室溫度在200 — 400℃的區間范圍時,連續轉動窯體是不允許的。因為,當窯尾加料室溫度未達到400℃時,窯內襯磚的吸熱、排水、膨脹等反應還沒有結束。這時,若連續轉動窯體,會造成襯磚松動、抽簽、脫落。

隨著窯尾溫度上升到400℃時,窯內襯磚內的水分已經基本排出,熱膨脹效果也已基本形成。這時的轉窯便可以從間斷翻動窯體改為最低轉速的連續轉窯。其目的是使襯磚在均熱的環境中,形成均衡的膨脹效果。

由此可以看出,烘窯的含義,實際上就是指蒸發水份、吸熱烘干、加熱膨脹三個過程。這一界限是指當窯尾溫度400℃開始連續轉窯時。

窯尾加料室溫度≥400℃時的連續轉窯,是烘窯階段中熱量轉換的一個轉折點。它預示著窯內的耐火材料在完成了吸熱、換熱、膨脹反應后,開始轉入到蓄熱階段。是在為烘窯后的升溫奠定基礎。

窯尾加料室溫度達到400℃以后,烘窯操作的基本內容有,不斷增加燃料用量,用以提高窯內溫度。逐步啟動相關的系統設備,向升溫階段過度。

根據烘窯升溫曲線的要求,窯尾溫度500—600℃時,操作仍屬于烘窯階段。但是,在實際操作意義上,這個溫度范圍已經進入到了烘窯和升溫操作的轉換階段。

連續轉窯后,推桿系統從手動到自動聯動(這時,不考慮預熱器內是否有料),燃料用量逐漸增加,預熱器出口溫度不斷升高,控制難度開始逐漸加大。這些,都已在明確地表明,烘窯與升溫之間的關系已經在開始發生著轉換。這是一個自然或必然的轉變。如果這時想通過單純的操作方式,使系統內的溫度達到曲線的要求,無疑是有困難的。        在回轉窯系統內,溫度之間的相互影響是很大的。在控制過程中,在考慮到與其它溫度相配合的情況時,要想使某一點溫度能單一地達到要求的指數,這通常是很困難的。因為,當某一點溫度在到達預定指數的過程中,是要通過不同的參數和手段來配合完成的。而這些參數和手段會必然地影響到它以前和以后的溫度變化。

例如:要使窯尾加料室溫度從500℃提高到600℃,預熱器出口溫度則需控制在≤350℃。這時,首先考慮到的會是增加燃料用量,隨后,可以考慮增加空氣量、排煙量等。但是,隨著窯尾溫度的升高,預熱器的出口溫度也會隨之升高。這時,如若不采取相應的措施,當窯尾溫度達到600℃時,預熱器的出口溫度也將會超過350℃。從而失去了提升溫度的意義。由舉例可以看出,在回轉窯系統中,對溫度的要求,是需要通過一個綜合的、全面的調配控制過程才能實現的。為此,當烘窯溫度≥500℃時,則應該考慮到在此溫度時,回轉窯的烘窯階段應該開始向升溫階段轉化了。

五、升溫

  所謂升溫,在帶豎式預熱器的回轉窯上是指,整個煅燒系統內的耐火材料經過烘窯階段,已經進入到了吸熱、蓄熱并能夠于原料發生熱量轉換。窯筒體、托輪、輪帶、齒圈經過磨合,完成熱膨脹反應并達到可運行的狀態。

  在烘窯階段,當窯尾溫度達到500600℃時,一系列的操作內容已經表明了,理論上的烘窯階段已經開始轉變為實際上的升溫階段。其中,最為明顯的表現是,由掌握窯尾加料室溫度到注重預熱器出口溫度。由掌握燃料用量到準備加入原料來控制溫度。這也就是說,所謂的升溫階段,實際上就是準備向預熱器加料和向預熱器加料的階段。

  烘窯升溫操作的結果是:保證回轉窯系統能夠進入到生產和可持續生產狀態的重要手段。特別是在帶豎式預熱器的回轉窯上,由于豎式預熱器所具有的,設計結構復雜,襯磚砌筑外漏面多,材質厚度大,受熱不均衡、特殊的傳熱方式等因素的影響而產生了所謂的烘窯操作,實際上是對豎式預熱器內的耐火材料進行烘干預熱的概念。

       豎式預熱器內的熱交換方式,是通過來自于回轉窯內的熱氣流進行對流傳熱。容器內的襯磚,在遠離傳導和輻射傳熱的特定條件下,即便是當窯尾溫度達到≥500℃時,所含的水份才可能被最后排出。這時,就需要有更多一些的熱量進入到預熱器中。用比烘窯時間要短一些的時間,將耐火材料內的水份完全排出烘干。當然,這段時間的出口溫度會明顯地升高,這就需要通過進入冷風降低出口溫度、保證窯內溫度來實現熱工平衡。隨之,容器內的熱量(溫度)又會因與冷態原料(石灰石)直接接觸,在進行激烈地熱量交換過程中改變熱環境。

  由此,我們可以看出,升溫階段實際上就是一個通過各種控制手段,如何使溫度上升——平衡——上升的階段。在這個溫度不斷變化的過程中,將原料加入到預熱器內,完成由升溫階段向生產階段過度的重要階段。

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