φ4 800混燒石灰豎窯擴能設備改造

裴小印

（唐山三友建筑安裝工程有限公司，河北唐山 063305）

1 混燒型石灰豎窯的結構

在氨堿法純堿生產中，所使用的石灰窯是以石灰石和焦炭（或無煙煤）為原料的混燒式機械化豎窯，它不僅可以產出高品質的石灰，而且還可以制得高濃度的二氧化碳，能夠較好滿足純堿生產的需要。我集團石灰窯設計規格為?4 800×29 000mm，外徑6.46m、內徑4.8m、高29m、料層高度21.5m、有效容積434m3、最大設計上石量為28t/h，主要由窯體、上料裝置、出料裝置、進風裝置四部分組成，屬于大型露天設備。窯體由殼體、窯襯組成，殼體固定在混凝土的基座上，由10-18mm厚的鋼板焊接而成的；窯襯則砌在基座上面的結構支承上，窯的全部重量由鋼結構來支撐，窯底鋼結構必須十分牢靠，設計的安全富裕系數必須足夠。窯襯由殼體向內的排列次序：絕熱磚、保溫填料、紅磚、兩層耐火磚。有的石灰窯在煅燒區段再增加一層硅酸鋁耐熱纖維氈，以保持良好的隔熱效果。上料結構由上料斗、料斗架、卷揚機、窯頂受料斗、盅帽、布料器組成。出料裝置由螺錐出料機、擋灰板、出灰刮刀、星型出灰機組成。進風裝置由鼓風機、風道組成。

2 石灰窯的擴能改造方案

φ4 800石灰窯設計能力為單窯配套年產純堿140kt，實際生產中8臺石灰窯可滿足年產1.05Mt純堿需求（設備維修需占用一部分時間）。日常生產中，單個石灰窯在穩定狀態下的上石量為26t/h，在生產需求較高的情況下，上石量可以實現28t/h，但是若上石量超過28t/h，則會導致石灰窯超負荷運行，嚴重會造成石灰窯無法正常生產[1]。我集團8臺石灰窯自西向東成“一”字排列在廠區中部，若想實現年產1.5Mt純堿的生產能力，常規辦法是增加石灰窯數量，受設備布局的空間限制，已沒有并排新增石灰窯的位置。在其他位置新增石灰窯，系統相關配套的設備、管道、廠房也需重建，一次投資規模太大，增加石灰窯數量難度較大。根據多年的生產維修經驗，以及對設備和保溫新技術的掌握，采取了石灰窯內部改造，以提高石灰窯生產能力，從而保證純堿擴能的需要。改造方案可概括為：在不改變窯體外部尺寸的前提下，通過優化窯體砌筑材料，將其內徑由4.8m擴為5.1m，增加窯體有效容積12.8%，同時提高風量和出灰能力，進而實現單窯提高生產能力12%。

3 窯體擴徑改造

石灰窯的窯體由殼體、窯襯組成，φ4 800石灰窯原設計，窯體外徑6.46m、內徑4.8m、高29m，窯襯由殼體向內的排列次序：蛭石砼保溫層（厚度300mm）、耐火磚L17（厚度230mm）、耐火磚L16（厚度300mm）。耐火磚L16A的Al2O3含量為55%，為高鋁磚，其耐火度在1 790℃以上，軟化點1 420～1 500℃，氣孔率20%以下，表觀密度大于2.0[2]。耐火磚L17A的Al2O3含量為40%，為黏土磚。窯體擴徑方案為：殼體不動，窯襯由殼體向內的排列次序：純度硅酸鋁板隔熱層（厚度180mm）、耐火磚L17（厚度200mm）、耐火磚L16（厚度300mm），窯體內徑擴大了300mm，達到為5.1m，高度不變，有效容積擴大54.11m3。

窯體擴徑前，原設計高鋁磚L16A有64塊×228層=14 592塊，每塊磚重量為16.3kg，高鋁磚總重257t；黏土磚L17A有64塊×228層=14 592塊，每塊磚重量為13.26kg，黏土磚總重為194t。擴徑后高鋁磚L16A有68塊×228層=15 504塊，每塊磚重量為17.49kg，高鋁磚總重為271t。黏土磚L17A有68塊×228層=15 504塊，每塊磚重量為11.4kg，黏土磚總重為177t。擴徑之后高鋁磚增加14.7t，黏土磚減少17t，同時將蛭石砼改為硅酸鋁板后重量減輕約37t，所以，擴徑后砌體部分重量減輕40t左右，石灰窯基礎承載力沒有問題。

4 石灰窯進風裝置的改造

石灰窯進風裝置由鼓風機、風道組成，風道包括風機入口管線、出口管線、閥門、流量計等管路附件。進風裝置的作用是將一定壓力、流量的空氣從窯底送入窯內提供氧氣供焦炭燃燒，并降低窯底灰溫。給風系統對石灰窯生產能力有較大的影響。

4.1 鼓風機增容改造

石灰窯鼓風機設計型號為9-26NO8D、風量為22 288m3/h，風壓16.22kPa，配套電機為Y315M2-2，160kW，2 980r/min。為了實現增產增效目標，決定對風機葉輪實行非標準擴徑改造。為了切實增強產量，結合本公司實際情況與專業風機廠家溝通，對風葉輪實施了非標準優化改造方案。保障葉輪直徑不變、葉輪軸孔直徑不變、葉片數不變，增加葉輪寬度、加大葉片直徑，葉片角度適當進行改造，使用優質低合金鋼作為改造材料，適當增加風機機殼寬度，中心高度保持不變[2]。在風機葉輪改造之后，風機理論設計流量和風壓都有所提高。改造之后的風機葉輪電機功率有所變化，計算功率為188kW，應配套200kW電機。考慮石灰窯生產受原料粒度影響，導致生產期間窯內阻力偏大，促使風機風壓高、流量小、電流小。因此結合實際生產情況，經測試160kW電機也能滿足改造需求。為了避免夏天生產時電機過熱問題，配備了相應的散熱系統，改進后的電機運行效率較高，能夠滿足生產需求。

4.2 風道優化改造

結合石灰窯擴能的實際需要，為了有效減少阻力，需要對風機進口和出口管線進行擴徑改造，并對流量計進行降阻改造。具體方案是：入口管線管徑由DN700擴大為DN900，出口管線管徑由DN500擴大為DN700，管線上的焊接彎頭改為沖壓彎頭，所有流量計都換成了彎管流量計。改造后的風機進口和出口管線風壓增加了1kPa，送風量比原來增大了約1500m3/h。阻力減小、送風量增加可以切實保障石灰窯生產能力，強化石灰窯生產穩定性。

5 進料及出灰裝置的改造

石灰窯原設計上料量為32t/h，可生產21t粗石灰（粗石灰容重以1.1t/m3計算），55min完成出灰，窯底轉盤出灰速度為23t/h。石灰窯改造后，上料量為36t/h，按40min完成上料、出灰進行設計，則窯底轉盤出灰能力為35.25t/h，這就對上料、出灰裝置提出了更高要求。

出灰裝置的螺錐出料機由直聯擺線減速機通過一、二段軸及一對錐齒輪帶動螺錐轉動，螺錐轉速0.15r/min。減速機型號為XWED-117，7.5kW，i=1003。在用電機功率為7.5kW，工作電流10A，已達額定電流的67%。經工藝計算，改造后螺錐轉速需增加到0.182r/min。由于窯內物料重量增加，螺錐轉速加大，傳動所需功率較改造前最少要增加30%，所以電機功率需加大至11kW。提高螺錐轉速有兩種方法：第一種是降低減速機的速比，第二種是增加小錐齒輪的齒數。經比較，第一種方案具有施工難度小，費用低的優點，只需將減速機改為XWED-117，11kW，i=841即可，其余零部件不變。改造后螺錐轉速為0.185r/min，滿足生產要求。

6 結束語

石灰窯擴能改造后，生產能力約提高12%，如八臺石灰窯全部改造，其新增能力相當增加一臺現用石灰窯，該方案具有投資小，見效快的特點，給企業帶來的效益是顯著的，也為老企業設備挖潛擴能提供了一定經驗。