行业深度 || 2020年度混料式机械化石灰竖窑技术****展报告

 一、概述

随着先进技术的引进消化吸收，竖窑的工艺改进、创新，关键工艺设备的改造开****、操作管理技术的规范，自动化控制技术的应用及环保除尘技术的配套，混料式机械化石灰竖窑基本形成了一整套较完整、科学系统的石灰生产技术体系，目前仍然是国内石灰行业运行的主要窑型，广泛应用于钢铁、有色、化工、电石、建材等行业。国民经济****展的大环境及环境保护的巨大压力促使石灰行业要适应****展需求，迅速进行产业结构的调整、窑炉节能改造和环保达标排放，混料式机械化石灰竖窑面临的压力更加巨大。

二、混料式机械化石灰竖窑的****展现状及特点

在绿色****展理念的指引下，在中国石灰协会“全国石灰清洁生产示范线建设”活动的推动下，石灰行业尤其是混料式机械化石灰竖窑生产企业工艺装备水平跃级提升，厂容厂貌、生产现场越来越整洁美观。

1、混料式机械化石灰竖窑工艺装备的****展现状

（1）混料式机械化石灰竖窑工艺装备的现状

1）原燃料的管理及称量混匀工艺更加受重视；

2）旋转布料技术已成为竖窑行业的共识；

3）圆周卸灰应用广泛，窑下部卸灰结构进一步优化；

4）鼓风系统引起关注，风帽结构的研究更加深入；

5）环保除尘设施配套成为石灰企业的技改重点。

（2）混料式机械化石灰竖窑工艺装备的技术现状

1）部分窑型设计仍不科学，窑膛特大肚现象十分普遍；

2）大容积竖窑越来越多，但实际生产产量和质量离设计目标差距较大；

3）布料器尺寸与窑口内径尺寸不匹配，布料效果不理想，有些情况已严重影响到窑况顺行，这是混料式竖窑目前的普遍现象；

4）送风装置（风帽）的结构和安装位置不合理（出风面积过小或过大、出风口角度不合理、漏灰堵塞等），致使助燃风不能完全进入到窑内，漏风不得已只能停风出灰；

5）风机选型不合理，对于离心风机的选型问题更加突出，这是混料式竖窑目前突出的问题；

6）下部卸灰与密封设备不匹配；

7）窑顶烟气除尘能力与窑的生产能力配置不匹配。

2、混料式机械化石灰竖窑操作管理的****展现状

混料式机械化石灰竖窑的操作管理已逐渐向科学的活性竖窑规范化操作转变，竖窑利用系数逐步提高、产品质量稳定提升，但操作管理仍不够规范。混料式机械化石灰竖窑窑况不稳定，产量、质量波动大仍是行业的普遍现象。

（1）原燃料管理的随意性

目前，混料式竖窑的原燃料管理仍十分随意，石灰石和煤的粒级比及级配不严格遵守竖窑的工艺要求，随着环保管控、石灰石供应紧张，部分企业从成本方面考虑更不顾及工艺规程。石灰石各种粒度混杂入窑，小粒度煤块甚至粉煤入窑更普遍。混料式竖炉原燃料管理的随意性是造成混料式机械化石灰竖窑窑况不顺行的主要原因之一。

（2）竖窑运行的波动性

混料式竖窑的不稳定已是石灰企业的常态，也是困扰石灰企业的难题。淡季稳不住，旺季提不起产，更甚至是下部下红火、窑壁挂满瘤，让生产操作者费尽脑筋。这其中有竖窑工艺选择设备选型配置的因素，但竖窑操作管理不规范依然是造成混料式竖窑运行波动的主要原因。混料式竖窑运行的波动性是影响竖窑质量稳定的直接原因。

（3）竖窑生产的不达产达标

近年来，混料式竖窑不论是老窑还是新建窑出现不能达到常规产量和质量（竖窑利用系数0.65t/m3·灰）的情况，更不能达到设计目标。这种现象越来越多，须引起竖窑建造单位和石灰生产企业深刻反思，更应该引起石灰全行业的关注。

三、对混料式机械化石灰竖窑关键技术的探索

1、原燃料管理是混料式机械化石灰竖窑稳定顺行的基础

原燃料质量的变化是造成竖窑工况失常的主要原因。竖窑操作者要把大部分精力用在原燃料管理上，原燃料分类管理、粒度分级管理是竖窑原燃料管理的重要原则。原料粒级管理是竖窑稳定质量提高原燃料有效利用率的主要工作，要引起竖窑企业的高度关注。

燃料粒度直接影响到燃烧速度和煅烧带厚度，燃料粒度和石灰石粒度应有相应的比例关系，燃料粒度过大、过小、粒度比波动太大都会影响竖窑热工状况。

原料粒度大小和粒度不均一性都会影响竖窑内气流阻力分布和传热过程。根据工艺配置合理选取入窑粒级比，稳定粒级、降低粒度比是竖窑高产、稳质、低耗的重要条件。

强化筛分工序管理、科学地进行粒度分级设计、认真进行筛分工序操作控制，确保入窑粒级稳定。

采取不同粒度范围分别入窑煅烧，是提高石灰石入窑利用率的有效操作管理措施。只有这样，才能保证混料式机械化石灰竖窑顺行稳定，才能物尽其用，品质稳定，降本增效。

2、混料式机械化石灰竖窑的料位操作管理

混料式机械化石灰竖窑操作须以窑内料位基本稳定为基准设定、调控各操作参数。

（1）厚料层操作问题：厚料层操作大量卸灰容易使原来稳定的煅烧火层散乱，卸灰后再重新培养新的火层致使窑内气流重新分布造成窑况不连续稳定。厚料层操作煅烧带位置波动太大，使窑内料柱阻力波动太大，致使进入窑内的鼓风量和鼓风速度****生变化（风机鼓风量随压力变化），影响竖窑内的燃烧状况，对大多使用离心风机的竖窑影响就更大。厚料层操作大量卸灰更易使窑内料面区域窑衬因温度变化梯度大而加速损坏。混合烧成石灰竖窑“三带”平衡稳定是窑况稳定顺行的标志，煅烧带位置波动将会给竖窑煅烧过程造成不良影响。

（2）低料位操作问题：低料位操作不但会使得窑内料柱高度降低，致使竖窑高径比相对变小，还会使窑顶布料器功能失效，造成竖窑的热工制度失衡，不利于竖窑窑况稳定顺行。

料位操作管理影响竖窑的提质高产、低耗、降低成本。更应该引起竖窑企业的高度关注。

3、混料式机械化石灰竖窑的窑容大型化

近几年混料式机械化石灰竖窑存在一种趋势，好像容积越大越先进、越大越时尚，700m3容积以上的已比比皆是，但实际生产产量和质量离设计目标差距较大。这应引起行业关注。

混料式机械化石灰竖窑由于自身窑型结构造成窑内物料分布孔隙率不均，通风存在“窑壁效应”。利用和控制“窑壁效应”是竖窑设计和操作的核心工作。目前竖窑容积扩大，为了适应窑顶布料和窑下出料的设备，竖窑上口和下口未扩大，只加大了窑腹直径，形成了窑胆特大肚现象，无论是上部布料、下部出料，还是窑断面气流分布都无法满足竖窑工艺要求的均匀性。窑胆特大肚形状易形成窑内混合料悬空、堆积形成死料区，使窑内混合料横向移动的可能性增大，易产生“夹生”料柱。

要想实现竖窑的大型化，就要在与大容积窑型相匹配的大型布料设备、出灰设备、窑内送风装备等方面进行攻关、研究开****，只有相关设备成熟后，竖窑大型化才能提到日程，否则就会盲目进入误区。

4、混料式机械化石灰竖窑的助燃风

（1）混料式机械化石灰竖窑助燃风系统的设计选型

1）送风装置的设计

送风装置的结构和通风面积及设置位置对窑内送风到煅烧带的均匀性和流速至关重要，影响到窑内煅烧带的位置，这也是竖窑的心脏，关乎竖窑的顺行和达标达产。

2）风机选型

混料式机械化石灰竖窑的风机选型，首先是结合窑型先确定风机类型，其次是根据热工计算的风量选择符合风机性能曲线的风量范围，再是根据原燃料的性能和粒度组成估算窑内料柱的通风阻力，综合选定的竖窑高径比来选择风机的风压量程。对混料式机械化石灰竖窑来说，到达竖窑内煅烧带的风量和流速决定了窑炉的生产能力。风机的选型不仅是流量问题，而且更要重视克服料柱阻力到达煅烧带的风压，这是混料式机械化石灰竖窑的核心问题。送风装置的设计及风机选型也是竖窑设计者的核心技术。

（2）混料式机械化石灰竖窑助燃风的操作管理

竖窑的送风操作管理对于保证煅烧带燃料燃烧所需空气量的合理供应、气流在窑断面上的合理分布、保证竖窑产量、质量等方面至关重要。科学、规范用风操作是竖窑操作者进行调节、控制煅烧带的基本操作手段。

助燃风的过剩系数即空气比的合理性对提高燃料燃烧率有不可估量的作用。连续稳定的供风是窑内气流合理分布、煅烧带稳定的先决条件。不连续送风必然会造成窑内气流的重新分布，窑内燃烧处于稳定、紊乱、形成新的状态、再紊乱的恶性循环，使窑内煅烧带位置产生大的移动，造成窑内热工状态经常紊乱，这是造成窑况不顺行、高能耗的主要原因之一。

5、混料式机械化石灰竖窑内胆形状与窑顶布料技术

机械化布料设备可选用回转蜗壳式布料器、新型旋转溜槽布料器、带反射板的渐进式旋转布料器。机械化布料器的选型尺寸须与窑口内径尺寸匹配。窑口内径尺寸须与整个窑内胆形状相一致。机械化布料器的选型尺寸须与窑内操作料位相对位。目前混料式机械化石灰竖窑这几个对位关系不匹配是普遍现象，造成布料不匀、煅烧带不稳定，更严重的是冲刷窑壁损伤窑衬，影响竖窑的稳定运行。

进一步加强混料式机械化石灰竖窑内胆形状与窑顶布料技术的开****研究，以达到料面形状理想、调节自如、满足产能、操作维修方便、经久耐用的效果，为窑况顺行奠定基础。

6、混料式机械化石灰竖窑生产

（1）稳定高产运行是降低成本的关键

窑炉长期稳定顺行才能获得指标，生产成本才会大大降低，企业才能有好的经济效益。对于石灰企业生产来说，实现混料式机械化石灰竖窑长期稳定顺行是首要目标。

（2）从窑炉改进入手，降低能耗

石灰生产窑炉是关键。在石灰生产过程中，石灰石煅烧工序是产品质量和节能降耗的关键环节。

石灰生产主要能源消耗是燃料和电，能源消耗费用占生产成本的50%以上。

要做好石灰石煅烧工序的节能降耗工作，除了引进先进技术，消化吸收、改进****展外，当务之急是如何采取措施改进企业的工艺条件和改造工艺设备，完善提高工艺操作水平以降低石灰窑的燃料消耗，并注重余热利用和进行节能改造，以较少的投资、较快的进度实现窑炉较低的能源消耗。

（3）生产管理和操作水平是稳定高产运行的保障

当前，一些混料式机械化石灰竖窑生产出现窑况不稳定的主要原因是：窑炉的工艺设计有问题、原燃料质量不稳定或恶化、生产不均衡等，也有操作不当或失误的原因。操作中对出现的小波动（窑顶烟道温度不均、料面下降不均、窑下局部排灰不畅、窑下部局部稳定性不高等）如不及时处理，会导致大波动的形成，不得不进行较长时间的操作调整，使生产处于大起大落状态，这是窑炉不能实现稳定高产运行的普遍原因。

石灰窑的稳定高产运行是企业生存之本，生产管理和操作水平已成为混烧式机械化石灰竖窑高质稳产运行的关键点。

四、混料式机械化石灰竖窑****展的思考

1、石灰行业健康****展，尊重科学原理

石灰窑炉工程是一项系统工程，不仅要有科学的规划设计，合理的设备选型，优良的建设能力，可靠的设备性能，更应持之以恒地强化生产科学管理，进一步规范提高窑炉操作水平。遵循窑炉工艺原理、科学进行窑炉选型设计，规范窑炉操作管理，切不可不经研究分析，随意模仿、想当然地进行修建和改造，更不可投机取巧、偷工减料，陷企业于恶性循环的困境，这对于混料式机械化石灰竖窑尤为关键。

2、石灰行业高速度****展，急需行业自律规范

在石灰行业高速度****展的形势下，石灰行业须自觉以国家产业政策作为行业企业的****展导向。在协会的组织下，全行业在政策执行、生产管理、经营环境、诚信守规等方面形成行业自律规范，引导石灰行业转变经济增长方式，形成良币驱逐劣币的公平竞争环境，推进石灰行业企业高速度良性****展。

3、石灰行业高质量****展，急需标准指导引导

先进标准的指导引导是石灰企业生产管理的方向性灯塔。依据行业技术进步和经济社会****展的新要求，适时制修订石灰竖窑行业的工艺装备、产品质量、检测、环保、安全以及操作等相关团体标准和规范，这对于石灰行业高质量****展十分迫切。中国石灰协会即将****布的《石灰行业绿色工厂评价要求》及《石灰行业先进产能评价标准》，一定会对混料式机械化石灰竖窑技术的****展起到带领推动作用。

4、石灰行业****展，急需标杆榜样示范

石灰行业的关键是窑炉的稳定顺行。不断学习和提升操作管理水平是窑炉“均衡、稳定生产的源动力。树立行业标杆榜样示范企业（窑炉），对照同类型标杆示范企业分指标、工序进行剖析学习，抓实抓细相关企业的生产操作管理，必将促进混料式机械化石灰竖窑实现“均衡、稳定”生产。

5、石灰行业可持续****展，急需技术创新开****

加强装备、工艺与窑型匹配性技术的研究开****，加大对关键装备的研****投入，持续推进混料式机械化石灰竖炉工艺装备技术水平的提升。这是石灰行业持续科学****展之本。

混料式机械化石灰竖窑技术创新开****的关键课题：

（1）清洁、低污染的燃煤燃气技术研究；

（2）固气两用燃料的技术研究；

（3）窑炉大型化的科学研究开****；

（4）针对下游行业进行专项技术研究开****：①特定深加工领域的窑炉新技术开****；②扩展原料使用范围的窑炉新技术开****；

（5）混料式机械化石灰竖窑稳定顺行的操作规范研究；

（6）混料式机械化石灰竖窑用原燃料煅烧性能的研究。

文章源自：中国石灰协会技术专家组：李昕