JHZS型石灰窯在皖寶的應用

　　JHZS型節能環?；炝鲜绞邑Q窯

　　在安徽皖寶礦業股份有限公司的應用

　　李 威

　　河南眾恒工業爐工程技術有限公司，450000，河南省鄭州市未來大道

　　摘 要：介紹了河南眾恒工業爐工程技術有限公司在安徽皖寶礦業股份有限公司設計的兩條年產20萬噸活性石灰的JHZS型節能環?；炝鲜绞邑Q窯全自動生產線的工藝方案、設備配置及應用效果。

　　一、概述

　　石灰工業作為我國的基礎原料工業，近二十多年來，有了長足的進步和發展，石灰的煅燒也由簡單的手工燒制、人工裝料、人工出料，自然通風的土窯發展到目前的混料式機械豎窯、回轉窯、梁式窯、套筒窯、雙膛窯等多種窯型，土窯因生產方式落后、不環保、能源浪費嚴重等問題已不適合石灰行業的快速發展，**是近幾年國家對環保、節能減排的高度重視，新環保法的實施，各地都已經加快了淘汰落后土窯的步伐，然而石灰市場的需求依然存在，土窯被淘汰后，土窯的這部分產能就要通過其他窯型來消化它，從現有國內石灰市場的現狀、投資收益比、燃料的供應等方面考慮，混料式機械豎窯依然是代替土窯的主要窯型，重點是混料式機械豎窯要符合石灰煅燒的工藝要求、有其重要技術，*進合理的工藝設計方案及與其配套的技術裝備。

　　安徽皖寶礦業股份有限公司石灰分公司坐落在安徽省池州市貴池區前江工業園區內，該公司生產的活性石灰主要供給上海寶鋼煉鐵廠燒結配礦及煉鋼使用。廠區內建有兩條河南眾恒工業爐工程技術有限公司設計的年產20萬噸活性石灰全自動化生產線，每條生產線3座250m3的JHZS型節能環?；炝鲜绞邑Q窯，兩條生產線共計6座250m3混料式石灰豎窯，此窯型為引進日本河合株式會社的石灰豎窯技術，遵照“邊引進，邊消化吸收，邊開發”的精神設計而成，并獲得了多項國家**授權。

　　二、工藝方案

　　每條生產線由原料上料系統、混配系統、窯體系統、出料系統、成品輸送系統、除塵系統等組成，其中原料上料系統、成品輸送系統及除塵系統3座窯共用，其余像混配系統、窯體系統和出料系統，每座窯均有其各自相互*立的工藝設備，因為一窯一況，*須每座窯都有各自*立的工藝設備，才能生產過程中各窯工藝調控的方便性，避免因對其中一座窯進行工藝調整而影響其他窯的生產。

　　1、 原料上料系統

　　合格的原、燃料對燒成石灰的質量、品質重要，沒有合格且穩定的原、燃料，就無法生產合格的產品。因而整個生產工藝*先需要對石灰石進行水洗、篩分，入爐原料的粒度與潔凈度。燃料方面皖寶礦業股份有限公司石灰分公司采用低硫無煙煤粉壓制而成的型煤，其各項指標也基本滿足工藝要求。

　　將水洗、篩分過的石灰石通過皮帶裝入石灰石原料斗，煤通過裝載機裝入煤原料斗，再經振動給料機、原料皮帶及卸料小車(原料皮帶分時運輸石灰石及煤，通過卸料小車變換料倉的位置)分別運送并裝入3座窯對應的石灰石料倉及煤料倉，1座窯對應1座石灰石料倉及1座煤料倉，共3座石灰石料倉及3座煤料倉。石灰石料倉容積儲量按8小時的用量考慮，單倉有效容積為100m3，每班上料1次，3條窯每班上料3次;無煙煤倉有效容積為50m3，每天上料一次，一次可儲存無煙煤50噸。這樣設計的優點是料倉設計的大一些可以讓裝載機集中工作，當料倉裝滿后，一個班內不需再考慮裝料的問題，可以去做別的工作，而如果設計成小料倉，料裝滿的快用完的也快，這樣的話裝載機就要長時間的進行重復裝料，利用效率就要低得多。

　　2、 混配系統

　　混料式石灰豎窯中石灰石和煤的配比重要，混配系統的關鍵就在于要稱量*確、混料均勻。在混配系統中設計有青石配料電子稱和煤配料電子秤這兩種河南眾恒的**產品，其為靜態斗秤，采用西門子*進的稱重技術，主要壓力傳感元件和稱重模塊采用進口器件，能很好的連續長期無故障的*確運行。

　　混配系統采用全自動控制，精度<3‰。在稱量時，由變頻控制的振動給料機分二次給料，先以較快的速度供料至90%，再以較慢的速度供料至，石灰石誤差在1Kg以內，煤(焦炭)誤差在0.2Kg內，并且，系統具有誤差自動補償功能，上次的稱量誤差，下次能夠自動補償。這樣做*先了稱量的*確性。

　　其次，石灰石和煤的混合亦采用變頻調速控制，先把經過*確稱量的石灰石和煤放在其中間料斗內，煤中間料斗下有一條煤皮帶，石中間料斗下有一條混料皮帶，兩條皮帶垂直分布，通過在上位機畫面上調整兩條皮帶的運行速度及啟動時間，石灰石和煤在規定的時間內進入混料皮帶(石灰石在下，煤在上)且二種物料*須在同一時間內卸完(即做到頭對頭，尾對尾)以兩種物料的混合均勻。整個稱量、混勻過程都由PLC系統自動控制，且現場有攝像頭可以對稱量及混合的情況進行實時監控。隨后經過*確稱量并混合均勻的物料通過溜槽，進入上料小車。

　　3、 窯體系統

　　混合料進入上料小車后由變頻控制的單斗卷揚機沿著斜橋把混合料提*至爐頂受料斗，卷揚機在運行過程中采用低速->高速->低速的運行方式，在斜橋的兩頭低速、中間高速，采用河南眾恒的**產品ZNLK系列智能主令控制器*確采集料車的位置信號，其控制精度可達到毫米級，了料車加減速及停車位置的*確性，同時智能主令控制器具有超速保護、溜車保護等多種保護功能，也了料車運行的安*性。

　　混合料進入爐頂受料斗以后通過電磁振動給料機均勻定量給料，由爐頂旋轉布料器完成爐內布料。布料是否均勻、料面是否平整是衡量布料器是否合適的關鍵，石灰石和煤是兩種不同比重的物料，如讓其從爐頂自然落下因比重不同、慣性不同勢必會造成兩種物料在爐內的分離，其造成的結果就是本來已經混合均勻的物料經過布料器進入爐內后又變的不均勻了，以致煤多的地方溫度高而產生過燒和結瘤，溫度低的地方產生生燒。即浪費了燃料又降低了成品灰的質量。JHZS型石灰豎窯所采用布料器經過多年的改進、創*與實踐，已形成一套獨有的布料技術，獲得國家**授權，混合料進入布料器溜槽后通過其它設計的機械手將混合料撥撒到料面上，了布料的均勻。同時該布料器也可根據窯爐實際工藝情況調整布料形狀，把料面布成“馬鞍形”、“駝峰形”等多種形狀以控制窯壁效應，提高石灰煅燒的均勻度，在窯爐偏窯時也可通過定點壓料的方式對工藝進行調整。

　　料面的穩定對于保持生產的穩定，具有很重要的意義。如果料面不穩定，或形狀異常，則燒成帶也不穩定，*終影響產量和質量。同時料面過高或過低，對生產也會產生不利的影響。在本系統中爐頂安裝有河南眾恒的**產品ZTP-A2型智能探測料位計，此種料位計的探測部分采用耐高溫(600℃以上)耐腐蝕材料制作，控制系統采用進口傳感器件和PLC模塊，以滿足測量系統在惡劣環境中能長期運行，是*適合窯頂高溫、粉塵大的石灰行業應用的料位探測裝置。

　　窯體設計采用全密封微負壓煅燒機理，窯內耐火保溫層采用高鋁磚+輕質保溫磚+隔熱纖維+鋼質爐殼共四層1米厚，減少熱量通過窯襯傳導造成的熱量損失。外層爐殼采用鋼殼結構，鋼度好，爐內耐火保溫層設計壽命都在5年以上。

　　為了有效的利用能源，JHZS型石灰豎窯的設計充分考慮了爐內的熱交換過程，科學設計爐子高徑比，250m3石灰窯內徑4米，外徑6米，有效高度22米，物料在窯內的煅燒分為三個階段，預熱帶、煅燒帶和冷卻帶。主供風裝置安置在窯下部特定位置向上鼓風，窯上部煙氣管道由變頻控制的引風機作用形成負壓向上引風，使窯內料面上方形成微負壓區，這個微負壓了爐內氣流順暢，有利于煅燒帶石灰石進行分解，同時從窯體下部鼓入的常溫下的助燃風進入窯內后從下向上*先接觸到窯內下部燒成的成品灰，在降低出灰溫度的同時，把成品灰上的余熱向上帶走，隨后暖風進入到煅燒帶參與煅燒補氧，而后經煅燒帶后的高溫氣流繼續上升到預熱帶和后進入窯爐還未燃燒的常溫原料充分接觸，其熱量被原料充分吸收，積累石灰分解所需的熱量，這樣的熱交換過程極大限度的減少了熱量從上部和下部的散失，使排出的成品灰溫度在60℃以下，窯頂部排出的煙氣溫度在150℃以下，使得煤所釋放的熱量*大限度的被石頭吸收，也就是節約了熱量、節約了煤的使用量。其次主供風裝置采用環形風箱及FF系列仿真風帽，此風帽是用計算機仿真設計的風帽，可以使爐內供風均勻，避免因供風不均而產生的偏燒、生過燒等現象，大大提高活性石灰的質量。且風帽的構造經過其它設計，對比其它風帽可以避免吹起的灰份上移堵塞氣路而影響爐況。在惡劣的排灰環境中，它還具有耐壓和耐高溫不變形等優點。

　　4、 出料系統

　　出料系統*要完成的目標就是出灰均勻、密封良好不漏風。本出料系統采用河南眾恒的發明**產品新型圓盤出灰機與新型兩級全密封閥式出灰設備相互配合。圓盤出灰機了排灰過程中整個爐內料面下降平穩，保持了料面平整，將燒成的灰塊在不被擠壓破碎的情況下完整的排出，大大減少出灰過程中產生的粉灰量，可爐內的石灰塊間的氣流隙保持不變，氣流順暢，還具有可正反轉出灰、在需要調整爐況時，可調成任意方位出灰等優點;而新型兩級全密封閥式出灰設備密封壓力大，一次存儲量也大，其配合圓盤出灰機使用，可在排灰過程中爐內密封良好，助燃風連續送風，做到出灰不停風，不漏風，進而*障了煅燒帶連續正常的溫度煅燒。不但提高了石灰煅燒的質量和產量，而且避免了爐內熱量隨出灰口向外散失，從而實現了出料系統的節能運行。

　　5、成品輸送系統

　　成品輸送系統主要負責成品灰的運輸與存儲，本系統中1#生產線有一條成品皮帶(簡稱1#皮帶)，2#生產線有一條成品皮帶(簡稱2#皮帶)和一條中轉皮帶(簡稱3#皮帶)，2#皮帶負責輸送4#窯-6#窯的成品灰至3#皮帶，3#皮帶再把灰輸送到1#皮帶，1#皮帶在輸送1#窯-3#窯成品灰的基礎上，與3#皮帶交匯，同時輸送4#窯-6#窯成品灰至斗提機處，再通過斗提機提*進入2個600m3統灰倉，完成成品灰的運輸與存儲工作。皖寶還設計有石灰深加工工序，把統灰破碎成3mm以下的粉灰后再通過粉灰倉存儲及皮帶倒運到廠區碼頭，再裝船沿長江運輸到寶鋼，整個過程中灰均不落地，了倒運過程中的環保效果。

　　6、 除塵系統

　　除塵系統主要包括煙氣除塵及崗位除塵，本系統中除塵采用脈沖布袋除塵器，除塵效率達99.9%，系統設計時將煙氣煙塵和崗位粉塵混合進入脈沖布袋除塵器，解決了單煙氣除塵溫度高，損壞布袋，煙氣中含有量的焦油，往往容易堵塞濾袋孔隙的問題。煙氣在除塵前，混入CaO粉塵即可把黏稠的焦油變成容易濾除的顆粒微塵，又降低了煙氣溫度，省去經常打開野風閥降溫而浪費引風量。對于含SO2量高的煙塵，由于在除塵前，煙氣與粉塵混合，粉塵中的CaO遇煙氣中的水分發生潮解，與SO2反應生成CaSO4微塵。并且多處崗位除塵都設計為微機控制的電動閥門，各引風口分時、分處運行，在崗位除塵設計中將各閥門開閉進入程序控制，根據設備運行順序分時控制，減少了除塵風量的浪費，了除塵效果。經除塵系統凈化后達到顆粒物排放濃度小于30mg/m3， SO2排放濃度小于100mg/m3。

　　三、自動化控制

　　整條生產線為全自動化控制。自動化系統采用兩級微機控制系統。上位機為研華工業控制機，下位機的控制重要部分采用西門子PLC (可編程序控制器)系統，系統操作界面采用德國WINCC人機接口軟件。電子稱量、混配上料系統，布料器、圓盤出灰機采用變頻器控制，各主要工控點設有遠程智能檢測和智能語音報警器。并且該系統可增加互聯網遠程數據處理和服務功能，可以讓用戶足不出戶在家里或者出差時通過筆記本就可以看到生產現場的實際情況及各種工藝參數，對生產進行遠程操作和服務。

　　1、自動化控制系統硬件配置

　　(1)、PLC 系統：

　　西門子PLC S7-300系列，在我國冶金、鋁業、石灰鈣業等各領域得到了廣泛應用。在系統中采用西門子PLC 系統功能強、性高、科學合理，并有便于維護、便于擴展，備件價格低，訂貨周期短等優點,是在工控系統中*理想的選擇。

　　(2)、集成的稱重模塊

　　控制系統中稱量部分，我們采用了西門子稱重模塊，集成在西門子PLC系統中。電信號(毫伏)由現場3個傳感器(每個電子稱3個壓式荷重傳感器并聯，安裝在平面三角形的三個角)直接傳給稱重模塊。再經稱重模塊運算后變為重量值。通過PLC 總線直接傳送CPU。這樣就減少了數據傳遞的中間環節，同樣增強了抗干擾能力。校秤使用西門子提供的稱重組態軟件，通過計算機串行接口進行校秤。過程簡單、快捷，生產過程中如需校秤，可用控制系統程序由上位機下達指令，通過PLC 直接進行。

　　(3)、上位計算機

　　上位機采用臺灣研華IP 610H 工業控制機，通過串行接口或網絡(多爐系統)與CPU上的接口相連，工控機適應于工業控制場合，可以24 小時連續工作，抗干擾、抗灰塵、散熱好、運行速度高等各方面都優于一般計算機。

　　(4)、人機操作界面

　　上位機操作界面采用德國WINCC人機接口軟件。這種軟件在工業控制中使用比較普遍。因其功能強大、易于掌握、使用方便、性好、操作簡單而受到歡迎。操作皆由鼠標完成，可進行參數顯示、修改、設定，可以方便制作出動態工藝畫面，操作畫面，歷史曲線、實時曲線等功能完善的畫面。這種軟件初學者易學、易掌握，**適合于現場技術人員維護系統和完善系統功能。而且人機交流**方便，操作員直接可在畫面上操作現場的設備。

　　2、自動化控制系統的特點

　　(1)、自動和手動系統雙備用。除現場操作箱的手動操作外，**操作也可以用鼠標在工控機上完成。

　　(2)、取消了中間連鎖繼電器(隔離繼電器除外)。

　　(3)、取消了二次儀表(如：壓力、流量、溫度儀表)，數據在計算機上顯示，由打印機打印。

　　(4)、主要設備(風機、單斗、給料機、皮帶機、布料器等)都用變頻器代替原有接觸器，改善了系統的性能，減少了維修量，加強了系統的性。

　　(5)、完善的WINCC人機界面操作系統。系統的參數及設備的停運和運行狀態均有顯示。各種參數曲線可供操作人員掌握系統整體的運行狀態。其中像提*等動態設備，畫面上有與現場同步的動態顯示。

　　(6)、完善的西門子智能稱重模塊配料稱量和補償系統。

　　(7)、的石灰窯智能探測料位計和智能主令控制器等專有的使用設備。

　　(8)、完善的現場攝像監視系統，分別對混配、卷揚、爐頂、出灰進行監視。

　　(9)、的西門子PLC，變頻器和工業計算機兩級微機自動化系統。

　　(10)、上位機互為熱備，一臺上位機就可完成3座窯的監控與操作。

　　(11)、可具有互聯網遠程數據處理和服務功能

　　四、在線檢測儀表

　　在線檢測儀表是石灰生產過程中的“眼睛”也是生產操作的重要依據，石灰窯工藝參數的在線監測既是生產操作的基礎也是爐況診斷的前提，工藝人員通過觀察儀表采集到的各項參數才能*確的把握石灰窯的工藝狀況，系統根據儀表采集到的各項參數才能夠對窯況進行實時調整，因而在石灰的生產過程中儀表起著重要的作用。

　　本套石灰豎窯的在線檢測儀表主要完成下列兩大部分的功能：一是石灰石及煤兩種物料的稱量;二是溫度、壓力、流量、料位等的采集及顯示。

　　(1) 石灰石及煤兩種物料的稱量

　　工業現場的物料稱量現大都采用稱重傳感器及稱重儀表的方式，稱重傳感器出來的信號傳給稱重儀表，由稱重儀表來完成顯示及設定功能，并輸出標準信號傳給CPU，同時通過計算機顯示出來。這樣的稱量方法中間環節繁瑣、不方便人工調整，精度低、抗干擾能力差并且成本較高。

　　JHZS型石灰豎窯在稱量部分采用了西門子稱重模塊，集成在西門子S7-300 PLC系統中。電信號由現場稱重傳感器直接傳給稱重模塊，再經稱重模塊運算后變為重量值，通過PLC 總線直接傳送給CPU并通過計算機顯示出來。這樣就減少了數據傳遞的中間環節，同時增強了抗干擾能力，并且在系統中營造性的采用了稱重誤差補償的方式，了入窯物料的*準量，消除了稱量的累計誤差對石灰窯工藝操作的影響。

　　校秤使用西門子提供的稱重組態軟件，通過計算機串行接口進行校秤，過程簡單、快捷，生產過程中如需校秤，可用控制系統程序由上位機下達指令，通過S7-300 PLC 直接進行。

　　(2)溫度、壓力、流量、料位的采集及顯示

　　a、溫度采集包括：

　?、? 根據石灰窯有效高度及預熱帶、煅燒帶、冷卻帶的分布，科學的把窯體分為A,B,C,D四層(A層位于預熱帶，B層及C層位于煅燒帶，D層位于冷卻帶)，每層設東、西、南、北四點共設置有16點K型熱電偶測溫，并且熱電偶與熱電偶磚相互配合，把熱電偶的安裝方式規范化，使熱電偶的測溫端與外界完*密封隔絕，杜絕因外界溫度影響熱電偶的測量*確性，從而*方位的*確采集爐體各層各點的溫度;

　?、?窯頂溫度2點、煙氣溫度2點共設置有4點K型熱電偶測溫，采集窯頂及煙氣溫度;

　?、?出灰溫度2點、助燃風溫度1點共設置有3點PT100型熱電阻測溫，*確采集成品石灰溫度及助燃風溫度;

　　b、窯頂壓力的采集，采用電容式壓力變送器，爐內微負壓煅燒，節省燃料及爐頂密封效果;

　　c、風機壓力的采集，采用電容式壓力變送器，風機壓力的大小反應助燃風通過爐內物料的阻力大小及煅燒帶是否下移等;

　　d、風機流量的采集，采用孔板流量計、差壓式壓力變送器，配合風機變頻器*確控制進入爐內的助燃風的風量;

　　e、爐內料位測量，采用ZTP-A2型智能探測料位計，測量爐內物料的高低，料面穩定在范圍內，便于石灰窯的工藝操作。

　　熱工參數、壓力、流量、料位等值均取消了二次儀表，直接在上位機上用實時曲線、歷史曲線、直方圖、參數表等方式顯示，并進行報警、統計、打印報表等處理;在上位機上可設定風機運行頻率，各種工藝參數的實時*確的采集，給爐況的實時診斷及調整提供了依據，同時可以讓司窯工掌控當前的窯況情形，作出各種快速的決定，從而了合格活性石灰的產出。

　　五、應用效果

　　皖寶礦業股份有限公司的兩條年產20萬噸活性石灰全自動化生產線自2013年建成投產以來，設備運轉正常，產品質量穩定，日產活性石灰1200噸左右，成品灰CaO≥90%，石灰活性度≥300ml，生產的活性石灰通過長江船運供給上海寶鋼煉鐵廠燒結配礦及煉鋼使用，了寶鋼的石灰供給，受到了上級單位的一致好評。