100-300m3自动化石灰竖窑.doc

一、概 述 锻烧生石灰在我国已有悠久的历史，发展到现在，冶金、化工、建材各行业的用灰量越来越大，对石灰的品质的要求也越来越高。而我国目前用于生石灰生产还大量存在低成本的普通竖窑。普通竖窑生产存在很多缺点，如窑的利用系数低，在50%以下；耗能高，每吨灰用煤量在160kg以上；由于普通窑炉绝大多数为上部开口或半开口结构，所以很难进行除尘，环境污染严重；加料和出灰几乎全靠人工直接操作，劳动强度大，严重损害了操作工的身体健康；质量不稳定，生、过烧、结瘤一般在30%以上，而且不能及时控制。 根据中国国情，引进日本河合株式会社的石灰竖窑技术，遵照“边引进，边消化吸收，边开发”的精神，我们设计成了JHZS型节能环保自动化石灰竖窑。并形成多项中国的专利技术。在国内外已广泛推广，建成达产近百座。近几年来以它节能显著、环保达标、自动化程度高、成品质量高、建造成本低、建成周期短等优点深受到国营大中型、民营个体企业和东南亚许多国家的青睐。 主要技术经济指标 1、炉子有效容积 100-350（m3） 2、产量 85-300（t/d） 3、热耗 9604.1868（KJ/Kg石灰） 标煤用量 130（Kg/ Kg石灰） 4、利用系数 0.85（t/dm3） 5、活性度 300（ml） 6、生石灰含 90 CaO（%） 7、生石灰的生过烧率 5-7（%） 8、石灰石消耗 1.8（t/t灰） 9、烟气中CO2的浓度 42（%） 250m3炉每小时产CO2气体 10（t） 10、烟尘排放指标 50（mg/m3） 二、JHZS型石灰竖窑的工艺特点 1、采用节能的煅烧方式。 （1）通过先进的煅烧机理节能 炉体设计采用全密封煅烧机理，窑内耐火保温层采用高铝砖+轻质保温砖+隔热纤维+钢质炉壳共四层1000mm厚。外层炉壳采用钢壳结构。轻度好，炉内耐火保温层设计寿命都在5年以上。为了有效的利用能源，炉窑上部和下部采用热交换的方式，极大限度的减少了热量从上部和下部的散失。从窑体下部鼓入助燃风，通过和窑内下部烧成的成品灰进行热交换变成热风，而成品灰则被冷却，使排出的成品灰温度在40以下。上部原料加到窑内，与上升的高温烟气进行热交换，以形成原料的预热带，使窑上部排出的烟气温度在140以下。经过实测，燃料热值利用率达80以上（一般窑炉在40-60以下）。 （2）通过QCX，JCX型石灰石和煤炭配料设备，BLQ型布料设备使窑内布料均匀节能。 石灰石和煤炭通过QCX，JCX型配料设备使入窑原料称量精确，混配均匀，并通过BLQ4型布料器使石灰石与煤混匀后撒落到料面上。在煅烧带，使煤各处发热均匀，避免了由于布料不均匀以致煤多的地方温度高产生而过烧和结瘤，温度低的地方产生生烧。即浪费了燃料又降低了成品灰的质量品质。该配料和布料器通过国内外多家用户的应用实测，每吨灰比其它配料布料方式节约煤15Kg以上。 （3）采用变频器，设备节能运行。 该炉窑生产中所用的动力：罗茨风机、卷扬机、圆盘出灰机、布料器、混配皮带等十多处需要调节运行的动力都采用了变频器控制和运行。避免了大马拉小车和无负荷空载运行的现象，节约电能平均在40以上。 （4）除尘设计科学，保证了除尘节能。 岗位除尘有六处，都设计了微机控制的电动阀门。在岗位除尘中各处需要的引风量在50000m3/h左右，需要动力80KW，在设计中将各阀门开闭进入程序控制，根据设备运行顺序分时控制，节约电能70。这样就大大减小了除尘引风机配置的动力。 2、除尘系统，烟气与粉尘搭配巧妙，烟气达标排放。 将烟气烟尘和岗位粉尘混合进入布袋除尘系统。解决了单烟气除尘温度高损坏布袋，烟气中含有一定量的焦油，往往容易堵塞滤袋孔隙的问题。烟气在除尘前，混入CaO粉尘即可把黏稠的焦油变成容易滤除的颗粒微尘，又可降低了烟气温度，省去经常打开引风阀降温而浪费风力。 对于含SO2量高的烟尘，由于在除尘前，烟气与粉尘混合，粉尘中的CaO遇烟气中的水分发生潮解，与SO2反应生成CaSO4微尘，该窑在生产运行中，原料斗电子秤称量排灰成品仓上筛分汽车装车等过程中，产生粉尘每处都设计了引风罩，在负压的作用下，混合后进入除尘器，通过除尘达标排放。设计排放量5mm的石灰分别卸入不同的料仓。 助燃空气由罗茨风机从炉体下部吹入炉内，克服料粒阻力从下部上升至炉顶，在除尘引风机的吸引下，烟气通过管道输送到除尘器进行除尘。由于引风机的作用，使窑内料面上方形成微负压区（-10Pa左右）。这个微负压保证了炉内气流顺畅，非常有利于煅烧带石灰石进行分解，引风机将全部烟气引进除尘器净化，而后从烟囱达标排放到大气中。 5、该窑树立了以原料为基础的科学指导思想 对原、燃料要求参数如下 石灰石：化学成分：CaO含量53.5 R2O32 粒度：4080mm 上限90mm，下限30mm，超上下限各不大于5 焦碳（无烟煤）：灰分14 固定碳85 发热值65004.186KJ/Kg 粒度：2040mm 上限50mm，下限15mm，超上下限各不大于5 含S量0.5% 合格的原燃料对烧成石灰的质量品质至关重要，如果石灰石粒度大小不均，差别太大或杂质过多，在炉内就会使炉料偏析，致使气流紊乱，煅烧带不稳定，生过烧严重，以致造成严重的炉瘤发生；如果煤粒度不合格，粒度太小就会在煅烧带CaCO3分解时热量不足，容易造成夹生。如粒度太大，到冷却带时还在燃烧，致使排矿温度过高，即浪费燃料，又使得排矿困难。没有合格且稳定的原、燃料，就无法生产合格的产品。所以有了合格的燃料为基础，再加上先进的工艺，就保证了产品的高品质。 6、原、燃料称量与混配设计新颖，调整方便。 混配系统的称量装置采用具有全自动控制能力的自动称量装置。精度3。在称量时，由变频控制的振动给料机分二次给料，先以较快的速度供料至90%，再以较慢的速度供料至100%，石灰石误差在2Kg以内，焦炭（煤）误差在0.21Kg内，并且，上次的称量误差，下次能够自动补偿。在混合物料过程中的传动装置亦采用变频调速控制。先把石灰石、焦炭（煤）放在其中间料斗内，然后在规定的时间内通过宽度为800mm的皮带混匀（石灰石在下，焦碳（煤）在上）通过流槽，进入上料斗。二者必须保证在同一时间内完成（即做到头头相重，尾尾相重）。二者流量大小具有调节手段，整个称量、混匀过程都由可编程控制器（PLC）自动控制，且现场有监视装置进行监视。控制系统采用全自动和半自动冗余方式控制，可与计算机相连进行动态画面显示、报警、打印等功能。 7、布料设备结构奇特，窑内布量混匀到极致。 炉顶振动给料机均匀地将炉顶贮料斗中炉料送至一边布料、一边旋转的回转式布料器中。每次布完料，旋转溜槽所停位置均比开始运转时所在位置前移80度。这样保证了布料始终位相错的均匀性。布料后的料面形状平面型或马鞍型由调整后的布料板决定。也可在一个方位进行定点布料。 8、不停风的均匀排灰，保持良好炉况。 该窑排灰采用圆盘出灰机和两段密封阀组成的排灰机构。圆盘出灰机能保证将烧成的灰块在不挤压破碎的情况下，完整的排出，并落到两段密封阀中。两段密封阀的两个挡板交替工作，既能使灰块均匀排出又能保证助燃风不泄漏而连续鼓风。这样即保证了炉内气流分布稳定，又保证了煅烧带的温度连续。使得烧成的石灰有了高品质和高产量。 9、炉况调控手段先进，调偏仅用3-4小时。 窑体上部设有废气循环的装置。当上部出现炉况偏烧时，操作上部八个阀门的开闭，鼓入不含氧气的烟囱中排出的废气即可调整上部偏烧的炉况。 窑体下部设有二次助燃风装置，当下部出现炉况偏烧时，操作下部八个阀门的开闭，鼓入从罗茨风机送来的助燃风，即可调整下部偏烧的炉况。出现偏烧严重的炉况，一般仅用3小时，即可调整过来。 10、自动化生产的水平高，单人操作正常生产。 从原料斗上料电子称称重混配料炉顶上料布料排灰成品进料仓全部实现自动化，需要调整炉况参数时，只在工控室中微机上操作即可。 三、专用、非标设备和主要标准设备 为了保证该成品灰的质量和产量，在生产中实现稳定的全自动化生产，该窑型必用的专用设备和主要标准设备如下： 1、专用设备共七套（河南众恒专利产品） （1）、青石配料电子称量系统（QCX-1.5型） 煤配料电子称量系统（JCX-0.5型） 在该窑生产工艺中，要求石灰石和煤混合加料。在混合中两种料的配比至关重要，这两种称量系统能精确地测定原料的质量，并通过特有的配料方式能将两种料混合。另外当原料粒度或煤的燃烧值有变化时，需要调整两种原料的配比，在工控室操作微机即可实现。 电子称中的主要压力传感元件和PLC模块采用进口器件，它能很好的保证连续长期无故障的运行。 （2）、智能主令控制器（ZNLK-10型） 主卷扬系统，将电机运转改为变频调速。在整个小车行程中从上料开始06m行程采用无级加速6m后调为1ms平稳运行，终端行程提前6m作无级减速运行，直至卸料。此设计方案确保料车运行平稳，大大减少震动和斜桥的故障率。比不用变频调速可提高提升能力60%。主卷扬的控制主令现设计为ZNLK10J智能主令控制器（已被全国宝钢、鞍钢、邯钢等百余厂家使用推广）。使得主卷扬系统维修大大减少。小车运行状况和调整钢丝绳长度再也不用停机调整。钢丝绳的实用寿命提高3倍以上。 （3）、旋转布料器（BLQ-4型） 炉内加料关键要保证料面均匀平整，旋转布料器可以将原料燃料均匀散落在料面上，布料的料面形状可调。应用变频调速器，PLC控制，使得布料准确、可靠。布料器中关键结构如料筒、挡板、布料导槽，撒石板等均用耐高温、耐腐蚀不锈钢制作。转动部分用特制耐高温平面轴承，使得设备运行可靠，能在恶劣的环境中长期连续无故障运行。为石灰石的高质量煅烧提供了很好的工艺条件。 该布料器的特殊结构能将石灰石和煤均匀混合后撒落到料面。大大减少了由于布料不均匀而造成炉内结瘤严重，浪费燃料的情况。如水钢、济钢等单位在更换了该种布料器后，经过实测生产每吨灰节约焦炭（或煤）在15Kg以上。 （4）、智能探测料位计（ZTP-A型） 料位计装在炉顶，通过在工控室遥控能很方便的对料面料位进行探测，以控制确定料车是否上料，排灰设备是否工作。 料位计的探测部分采用耐高温（600以上）耐腐蚀材料制作。控制系统采用进口传感器件和PLC模块，以满足测量系统在恶劣环境中能长期可靠运行。该设备已在全国钢铁、铝业等石灰竖窑中广泛应用。 （5）、仿真风帽（FF-250型） 活性石灰竖窑在煅烧过程中，供风的大小和均匀程度，对石灰的活性度和煅烧的生熟均匀度至关重要。此风帽是用计算机仿真设计的风帽。它能使得供风均匀。使炉况因供风不均而产生的偏烧、过烧、生烧现象大大减少，大大提高了活性石灰的质量。 另外，由于风帽的特殊构造，它比其它风帽能避免吹起的灰份上移堵塞气路而影响炉况。同时还比其它风帽排灰顺畅。在恶劣的排灰环境中，它还具有耐压和耐高温不变形等性能。 （6）、圆盘出灰机（YPJ-4型） 该设备主要由电动机、减速机、传动轴、转盘刮刀等件组成。 a、排灰过程中，不挤压和损坏块状石灰，使出灰过程中产生的粉灰量大大减少。 b、排灰过程中使整个炉内料面下降平稳，保持了料面平整。 c、排灰过程中由于排灰机自动正转和逆转，使得上面的石灰块间的气流隙保持不变，从而保持气流顺畅，而不像其它排灰设备容易使炉内空隙变小气流紊乱。 d、由于电动机采用变频运行，出灰量的大小在工控室内点鼠标即可调整，根据产量需要能很方便调整出灰量。 e、工艺人员根据原料和燃料的质量及外界因素的变化，经常需要调整炉况，如它可调成单边出灰，本设备配合调整炉况得心应手。 （7）、两段密封阀出灰机（SMF-4型） 在石灰竖窑生产中，为保证成品石灰的质量和产量，必须做到不停助燃风连续生产。而两段密封阀出灰机就是高效自动化出灰生产中的关键设备之一。 全套设备由上、下两段挡板串联组成，每个挡板由挡板箱、挡板、挡板轴、挡板垫片、检修门盖、气动系统和润滑系统组成。 两段挡板轮番交替开闭，把排灰筒中连续落下的石灰不断排到成品传送皮带机上。排灰过程中由于挡板的密封作用，使助燃风能连续供风而不致从下面泄漏。 主要特点： a、设备配合圆盘机使用，在连续排灰中使炉内密封良好，不影响助燃风连续送风。 b、排灰过程中不挤压和损坏石灰块。 c、设备运行准备，可靠，免经常维护，故障率极低。 2、主要标准设备 根据该窑型的工艺要求，用到的主要标准设备如下 序号名 称用 途参数 1罗茨风机窑炉助燃风和二次风规格与技术参数根据窑炉大小而定 2烟气循环风机烟气循环风，调整炉况用 3空气压缩机电子称、布料器、两段密封阀的工作气缸；除尘设备的反吹风 4除尘器烟气除尘和岗位除尘 5离心引风机除尘器配套设备 6多斗提升机成品灰装仓 7吊挂式振动筛原料筛分，清除杂质、粉尘 8吊挂式振动给料机电子称、炉顶成品仓下等处卸料用 9卸料小车往料仓装原料 10各种阀门各种管道 11各种皮带机原料上料、混配料、成品灰输送等 四、自动化控制系统 石灰竖炉控制中，我们拟采用了微机网络控制系统。吸取了仪表控制系统、电气控制系统和普通计算机控制系统的长处。实现了活性石灰生产从投入到产出全过程自动化作业。不但提高了产量和活性度，而且降低了工人的劳动强度，改善了工作环境。经过近十几年的使用表明，它不但稳定可靠、故障率低、抗干扰能力强，而且称量系统精度高、功能齐全、操作简便，深受操作工人的欢迎。是石灰炉中比较理想的控制系统。 1、控制系统硬件组成 系统采用两级微机控制系统。上位机为研华工业控制机，下位机的控制核心部分采用西门子PLC （可编程序控制器） S7-300系统，其中含有数字量输入输出模块，模拟量输入输出模块，通讯模块，接口模块，集成的称重模块。系统操作界面采用德国WINCC人机接口软件。探尺用智能探测料位计，上料系统采用变频器控制，智能主令控制器，智能语音报警器。 工控系统框图 （1）、PLC 系统： 西门子PLC S7系列，在我国冶金、等各领域得到了广泛应用。西门子PLC S7系列价格低、功能强、可靠性好。其S7-300 PLC系列在石灰炉生产的应用上也非常普遍。在系统中采用西门子S7-300 PLC 性价比高，并且便于维护、便于扩展，备件价格低，订货周期短是最理想的控制系统。 （2）、集成的称重模块 目前控制系统中称量部分，我们采用了西门子称重模块，集成在S7-300 PLC系统中。电信号（毫伏）由现场3个传感器（每个电子称3个压式荷重传感器并联，安装在平面三角形的三个角）直接传给称重模块。再经称重模块运算后变为重量值。通过PLC 总线直接传送CPU。这样就减少了数据传递的中间环节，同样增强了抗干扰能力。校秤使用西门子提供的称重组态软件，通过计算机串行接口进行校秤。过程简单、快捷，生产过程中如需校秤，可用控制系统程序由上位机下达指令，通过S7-300 PLC 直接进行。我们设计的这套独特的称重系统在石灰和炼铁系统都得到了广泛的应用。 （3）、上位计算机 上位机采用研华IP 610 工业控制机，通过串行接口或网络（多炉系统）与CPU上的接口相连，工控机适应于工业控制场合，可以24 小时连续工作，抗干扰、抗灰尘、散热、运行速度等各方面优于一般计算机。 （4）、人机操作界面 人机操作界面图 上位机操作界面采用德国WINCC人机接口软件。这种软件在工业控制中使用比较普遍。因其功能强大、易于掌握、使用方便、可靠性好、操作简单而受到欢迎。所有操作皆由鼠标完成，可进行参数显示、修改、设定，可以方便制作出动态工艺画面，操作画面，历史曲线、实时曲线等功能完善的画面。这种软件初学者易学、易掌握，特别适合于现场技术人员维护系统和完善系统功能。而且人机交流特别方便，操作员直接可在画面上操作现场的设备。 2、主要完成的功能 主要完成混配、炉体煅烧、成品出灰三大部分的称量自动补偿及自动控制。 （1）公用部分 a、在上位机上可随时设定风机运行速度，显示风速、风压； b、显示压缩机空气压力，并设定压力报警值； c、设定炉顶温度报警值； d、对所有热工参数、压力、流量等值在上位机上用实时曲线、历史曲线、直方图、参数表等方式显示，并进行报警、统计、打印报表等处理； e、每台设备的运行状态，可在工艺流程图中动态显示，并可在状态表中显示其运行、停止、故障、手动、自动等状态。可以用鼠标在计算机上手动操作（根据工艺要求）每台设备，使其运行、停止。 f、工业电视，分别对混配、炉顶、卷扬远距离监控。 g、由三个转换开关控制混配、炉体、成品出灰三系统自动手动状态，转换开关在零位时，所有受PLC控制的设备不能启动。 h、重要场所设有安全开关，以便在紧急状态下或检修时紧急停车，保证设备、人身安全，如卷扬、炉顶、混配、风机、出灰皮带等场所。 i、所有报警通过语音报警器报警，报警解除后再用复位按钮复位。 （2）、混配部分 称重拟采用电子称量的基本模式，通过性能可靠的西门子专有称重模块和上位计算机相配合，采用称重补偿的计算方法。并采用两条皮带调速混料方式。可以完成以下功能。 a、在上位机上可随时设定石灰石、焦碳的重量值，显示其每次的称量值、误差值、班累积、总累积，自动计算下次设定值，并作历史曲线，交班时可对班累积清零，随时打印报表。 b、可对电子称可进行手工校零，设定给料机快振、慢振速度，皮带输送机运行速度，调节范围分别为：100T/d，0-20T/d，0-1m/s，0-1.2m/s。 c、在称量过程中自动调节变频给料机速度，当称重值在设定值（含上次误差、提前量）的90%以前，给料机按设定的快振速度振动，到达90%以后，进行慢速振动，直到100%停止。实现对石灰石、焦碳的自动精确称量。每批料间都进行误差自动补偿，超差报警并自动修正补偿量，零点自动跟踪。 d、经误差自动补偿后，长时间的生产，累积误差石灰石5kg,焦碳3kg，（人为因素及设备故障除外 ）。 方法：因每次终止给料后，由高度差引起的空间物料的不确定性。以及物料的颗粒大小、振给机的惯性等是最终称量精度的直接原因。若能准确估计终止给料时刻空间物料量，振动机的惯性等因素而提前终止给料，就能保证最终称量结果在给定范围内。根据本系统物料重复特点，利用过去的称量误差，对未来空间物料量进行估计，作为设定值的提前量，提前结束振动给料。同时采用差值补偿，最大限度的保障称量的精确。 e、对称量斗阀、电磁振动机、皮带机的自动联锁控制，调整振动机、皮带机速度，使两种物料在混配皮带上“头对头，尾对尾”，配料同步均匀。 f、与单斗联锁，保证单斗在下限位时才可进行混配。 g、各设备按顺序联锁控制，如其中一台设备出现故障，按联锁顺序自动停止相关设备，保证物料不乱洒。 h、称量时间不大于60秒，混配时间不大于50秒，且具有卡料不停机，报警自动解除，自动延时配料功能。 （3）、炉体部分 a、单斗使用变频器控制，可改变单斗运行速度。在上位机上可随时改变单斗上料周期，设定单斗快速、慢速频率，在工艺流程图上动态显示单斗小车运行状态和位置。自动计算上料周期剩余时间并在工艺图上显示。统计出本班和总计上料次数，作历史记录及打印报表。 b、智能主令控制器可在生产时随时调整上下限位及加减速限位，实时检测单车位置，到达加速、减速位置时，PLC控制单斗变频器加速、减速运行，到达上下限位时，单斗准确停止在设定位置，并向其他设备提供联锁信号（如：炉顶设备、混配设备）。 c、上位机可设定变频布料器的运行速度，每次运行圈数，布料器上9个的限位开关接同、断开状态反馈布料器当前位置。根据工艺要求按九点方法定时、定位、递进均匀布料。在流程图上动态显示运行状态和位置。 d、上位机可设定料位计探料间隔（单斗上料几次，料位计探料一次，料位计仪表传过来的4-20ma信号，表示当前料面位置），动态显示运行状态，设定料面上、下限报警高度（提示并自动出灰）。显示料面高度，作历史记录、报警。 e、炉顶闸门卡料报警时，可随时人工干预，开启、关闭炉顶闸门，报警自动解除，流程图上动态显示开关状态及位置。 f、炉顶设有上过卷紧急限位开关，单斗过高时碰到上过卷限位，单斗立即停止运行并语音报警；卷扬滚筒设有松绳开关，当单斗卡在斜桥上或上过卷时，以及其他原因造成单斗的拉钢丝绳松弛时，碰到松绳开关，单斗立即停止运行并语音报警。 g、炉顶闸门、布料器、电磁振动机与单斗联锁，在单斗到达炉顶前自动顺序运行（打开），及顺序停止（关闭）。 h、炉体四层16点温度测量及完善的计算机实时曲线图。 i、炉顶温度，出灰温度，助燃风流量，压力测量和曲线显示。 （4）、布料部分 布料对于石灰的均匀培烧十分关键。布料采用新型的九点布料器的布料方式。起始位与停止位依次步进80度。并由变频器可控速度。是炉内撒料均匀，并且在调节炉况时，可随意控制在任何角度布料。通过改变布料的制度和方式也可以起到调节纠正炉内温度偏烧问题。 （5）、成品出灰部分 a、出灰部分与炉体料面连锁，当料面高于所设上