淺議第四代石灰豎爐窯型結(jié)構(gòu)的特征
因?yàn)閲?guó)內(nèi)燃料的結(jié)構(gòu)所限，目前國(guó)內(nèi)80%以上的石灰產(chǎn)量都來(lái)自于燃煤（焦炭）石灰窯，而且生產(chǎn)成本*低的也是燃煤（焦炭）型石灰窯。目前國(guó)內(nèi)的所謂的“機(jī)械化石灰豎窯”雖然從外觀上看區(qū)別不是很大，但是取得的經(jīng)濟(jì)效益確千差萬(wàn)別，隨著國(guó)內(nèi)絕大部分的土窯拆除，普通的石灰豎窯由于產(chǎn)品質(zhì)量差、能耗高、環(huán)境污染不易治理等原因也被列入強(qiáng)制淘汰的序列，如何普及推廣新型節(jié)能石灰窯是大勢(shì)所趨也是石灰生產(chǎn)企業(yè)的必然選擇。
目前我國(guó)石灰行業(yè)廣泛應(yīng)用的固體燃料石灰豎窯窯型結(jié)構(gòu)主要有錐形式豎窯、花瓶式豎窯、直筒式豎窯等，其中前兩者屬于二十世紀(jì)六十年代至八十年代廣泛應(yīng)用的窯型，由于二者存在單位煤耗高、石灰質(zhì)量品質(zhì)差、窯壁效應(yīng)嚴(yán)重等原因已經(jīng)逐步退出市場(chǎng)。而直筒式豎窯是在九十年代從日本引進(jìn)的技術(shù)并綜合了國(guó)外其它窯型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)后推出的，是目前應(yīng)用*為普遍的一種窯型，但是直筒窯型也沒(méi)有徹底的解決石灰產(chǎn)品生過(guò)燒率高、活性度差的問(wèn)題。如何通過(guò)選擇石灰豎爐新型爐型結(jié)構(gòu)來(lái)提升產(chǎn)品的品質(zhì)和增加效益以及達(dá)到國(guó)家認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是目前亟待解決問(wèn)題。
文章內(nèi)容摘要：
一、我國(guó)傳統(tǒng)石灰豎窯的結(jié)構(gòu)特征：
二、窯型選用設(shè)計(jì)的機(jī)理和原則：石灰豎窯采用逆流預(yù)熱煅燒原理，石灰在窯內(nèi)的熱工過(guò)程是在窯內(nèi)自上而下經(jīng)過(guò)三個(gè)區(qū)域：預(yù)熱區(qū)、煅燒區(qū)、冷卻區(qū)，助燃空氣自下而上與物料逆向運(yùn)動(dòng)，在上述區(qū)域內(nèi)做不同的熱工過(guò)程，助燃空氣在窯底進(jìn)入，首先與下降到冷卻段已煅燒好的石灰進(jìn)行預(yù)熱，在預(yù)熱的同時(shí)完成冷卻，經(jīng)過(guò)熱交換預(yù)熱后的熱空氣進(jìn)入煅燒區(qū)，在煅燒區(qū)提高煅燒溫度完成助燃作用，由煅燒區(qū)流出的含有CO2成分的高溫氣流進(jìn)入預(yù)熱區(qū)，高溫氣流與進(jìn)入窯內(nèi)的石料和燃料再次進(jìn)行熱交換，在熱交換的同時(shí)降低了自身的溫度，減少了出窯廢氣帶出的熱能，這種逆流熱交換方式的合理性及節(jié)能原理顯而易見(jiàn)，這是其它窯型所不能比擬的。
窯型內(nèi)腔（窯膛）是由窯襯圍成的用于焙燒石灰的空間，窯膛內(nèi)部的截面形狀對(duì)于物料在窯內(nèi)的活動(dòng)和氣流在窯內(nèi)的分布具有關(guān)鍵性作用。使窯內(nèi)物料均勻下沉和順行，并使氣流能均勻地沿截面分布，是確定豎窯截面外形和尺寸的前提條件。混料式機(jī)械化石灰豎窯由于自身結(jié)構(gòu)的原因，窯內(nèi)物料分布孔隙率不均，通風(fēng)存在“窯壁效應(yīng)”。所謂“窯壁效應(yīng)”就是由于石灰窯爐中物料堆積方式不同，將明顯影響氣體流動(dòng)過(guò)程。在靠近窯壁處，物料與窯壁之間的孔隙率較物料之間堆積的孔隙率大，使氣體容易從周邊通過(guò)，即在窯的同一斷面上，周邊的氣流分配較窯中心多。由于氣流分配不均勻，致使物料在窯的同一斷面煅燒不均勻，這一現(xiàn)象稱為窯壁效應(yīng)�；蛘咄ㄋ椎恼f(shuō)就是窯底鼓風(fēng)形成的氣流在窯內(nèi)流動(dòng)時(shí)遇到窯壁形成阻力造成窯壁周邊的通風(fēng)量大而窯爐中心區(qū)域通風(fēng)不足。這是造成石灰品質(zhì)差活性低的癥狀之一，也是造成石灰的生過(guò)燒率過(guò)高的主要原因。尤其是大直徑的直筒式石灰窯窯壁效應(yīng)更加明顯。
所以，利用和控制“窯壁效應(yīng)”是豎窯設(shè)計(jì)中的主要原則，采用變徑內(nèi)膽結(jié)構(gòu)，改變空氣流動(dòng)方向和均壓布風(fēng)，配合料面形狀調(diào)節(jié)及差熱布煤方法是豎窯控制和降低“窯壁效應(yīng)”的基本思路。
三、第四代石灰豎爐新型爐型結(jié)構(gòu)的先進(jìn)理念和應(yīng)用措施
目前，無(wú)論是“花瓶型”或“直筒型”等結(jié)構(gòu)的石灰豎爐都沒(méi)有很好的解決“窯壁效應(yīng)”，如何解決這一難題是業(yè)界一直關(guān)注的問(wèn)題。
唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)旗下“唐山市豐南區(qū)金泉冶金能源新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司”和“唐山金泉成套設(shè)備有限公司”為了更好的提升傳統(tǒng)石灰豎窯的實(shí)質(zhì)性功能，進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)石灰窯豎窯窯型結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)深入的研究和探索，對(duì)目前應(yīng)用的窯型不斷的進(jìn)行改進(jìn)和研究，運(yùn)用氣體動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)原理對(duì)石灰豎窯的煅燒原理進(jìn)行了全新的研究，全面的、系統(tǒng)的揭示了其關(guān)鍵性問(wèn)題：1、塊狀料層對(duì)氣流的阻力問(wèn)題。2、塊狀物料在窯內(nèi)的氣體速度場(chǎng)問(wèn)題。
仿形模擬爐型的選用是該項(xiàng)技術(shù)的主要特征，該爐型綜合了“錐形豎窯”、“花瓶型豎窯”、“直筒型豎窯”等窯型中的一些優(yōu)點(diǎn)，窯型內(nèi)腔采用了“AHA仿形”結(jié)構(gòu)，采用多椎體圓臺(tái)與直線型結(jié)構(gòu)組合應(yīng)用，改變了窯體上下椎體收口的模式，通過(guò)新型風(fēng)帽與窯體冷卻帶爐璧的形狀組合，改變了冷卻帶的氣流直線走向，氣流向煅燒帶中心區(qū)域輻射，使流向煅燒帶中心的氣流流量增加了30%以上，同時(shí)減少了煅燒帶窯壁周邊同等流量的風(fēng)量。煅燒帶流向預(yù)熱帶的氣流也變?yōu)檎劬�流向，使高溫?zé)釟饬髦饾u向預(yù)熱帶中心增加流量，使預(yù)熱帶的中心通風(fēng)效果更加強(qiáng)化。該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了石灰豎窯“三段富氧動(dòng)態(tài)煅燒”方式。
四、結(jié)束語(yǔ)
以上技術(shù)及理念的運(yùn)用，或許能夠給我們帶來(lái)一些啟發(fā)，我們決不能拿80年代初期的水平來(lái)看待國(guó)內(nèi)近幾年石灰生產(chǎn)的新技術(shù)、新裝備。實(shí)踐證明，該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)提高石灰品質(zhì)和節(jié)能降耗的方法是可行的，是先進(jìn)的、是成熟的，可以達(dá)到節(jié)能的預(yù)期目的。目前，唐山金泉公司的“第四代新型節(jié)能環(huán)保內(nèi)置循環(huán)負(fù)壓工業(yè)豎爐”技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了全新的行業(yè)指標(biāo)，利用系數(shù)*高達(dá)到了1.12，石灰生過(guò)燒率低于3-5%，活性度大于330mL，由此可見(jiàn)，石灰豎窯通過(guò)新技術(shù)的應(yīng)用是完全可以創(chuàng)造出先進(jìn)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益的。該技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)我國(guó)這樣一個(gè)能源消耗大國(guó)來(lái)說(shuō)，意義深遠(yuǎn)，是值得大力推廣的。
文章為摘要部分，文章全部?jī)?nèi)容詳見(jiàn)《石灰產(chǎn)業(yè)》2020新年特刊。本期《石灰產(chǎn)業(yè)》2020年新年特刊在2020年01月中旬已經(jīng)內(nèi)部發(fā)行，發(fā)行后受到好評(píng)和關(guān)注，應(yīng)廣大讀者要求及工作需要以及回饋?zhàn)x者對(duì)微信“石灰窯生態(tài)圈”的關(guān)注與關(guān)愛(ài)，決定再版重印發(fā)行。文章精選中國(guó)石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會(huì)2019年年會(huì)會(huì)刊資料中優(yōu)秀論文、2019年度期刊優(yōu)秀文章、2020年新推薦文章等組成。內(nèi)容結(jié)合了我國(guó)石灰發(fā)展前景和石灰企業(yè)自身的特點(diǎn)，既有前沿理論與分析，更有科學(xué)性與實(shí)踐性相結(jié)合的特點(diǎn)，對(duì)行業(yè)具有指導(dǎo)性意義。值得投資者和企業(yè)家和管理人員閱讀。2020新年特刊《石灰產(chǎn)業(yè)》主要欄目有：投資風(fēng)向標(biāo)、學(xué)術(shù)研究、生產(chǎn)實(shí)踐、瞭望臺(tái)、市場(chǎng)動(dòng)態(tài)、名企專訪等特色欄目。
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本期《石灰產(chǎn)業(yè)》2020年新年特刊由中國(guó)石灰學(xué)會(huì)河北分會(huì)發(fā)起、發(fā)行。是除在中國(guó)石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會(huì)及北方爐窯協(xié)會(huì)會(huì)員單位內(nèi)部發(fā)行外首次對(duì)外公開(kāi)發(fā)行。本次發(fā)行為免費(fèi)贈(zèng)送。
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