JHZS型環保節能全自動化石灰豎窯技術的創*與應用

　　JHZS型環保節能

　　全自動化石灰豎窯技術的創*與應用

　　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

　　第*摘 要：介紹了河南眾恒工業爐工程技術有限公司在引進日本河合株式會社*進石灰豎窯技術的基礎上不斷創*與改進，經過十幾年的摸索與研究，而形成的具有*進水平的JHZS型*效節能環保自動化石灰豎窯的創*與應用。

　　一、概述

　　石灰是石灰石經高溫煅燒分解而成，是冶金、化工、建材等多個行業的重要輔料，廣泛應用于公路、高鐵、建筑業、工業(鋁廠、造紙、制糖、純堿、食品、醫藥、建材制品)、農業等領域，是重要的基礎原材料。另外在廢水處理、垃圾焚燒、煙氣脫硫等環保領域也有著**的發展前景。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。在國家大力提倡“節能減排”的今天，隨著政策的宣傳落實執行，各地都把節能減排作為調整經濟結構、轉變發展方式的方針，對符合節能減排的行業或企業都加*了資金投入及政策扶持力度，也加*了*進技術改造石灰產業的力度，一些高耗能、高排放、產能低的落后窯爐一律關停。在“十三五”規劃中，石灰行業已經把“粉塵排放濃度≤30mg/m3，S02≤100mg/m3，石灰利用系數大于0.5，出窯石灰產品生過燒率小于15%，噸灰耗煤量小于145Kg”等作為下一步淘汰普通高耗能石灰豎窯的硬性指標。

　　然而石灰市場的需求依然存在，且在不斷擴大，被淘汰的這部分落后產能就要通過其他*進窯型來消化它，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取代落后產能的主要窯型，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。

　　二、技術創*點

　　JHZS型*效節能環保自動化石灰豎窯是我公司在引進日本河合株式會社的*進石灰豎窯技術的基礎上，根據中國國情，遵照“邊引進，邊消化吸收，邊開發”的精神，不斷的研發、創*、設計而成的混料式石灰豎窯，其所用材料與裝備已**實現國產化，并具有十幾項**技術。其創*主要體現在以下幾個方面：

　　1、完善的石灰窯在線數據采集系統

　　從石灰石進入窯內至煅燒成石灰排出窯外需要約24個小時乃至更長的時間，具有強烈的滯后性，因此往往對窯況的調整只能根據石灰燒成排出后的指標再來進行窯況的調整，但此時調整為時已晚。石灰窯系統是一個龐大的復雜系統，其生產具有高度非線性、多環節、多操作變量的強烈耦合性，其煅燒過程受原料、燃料的性能、窯內溫度、壓力、供風、天氣等多因素影響，具有強烈系統動力學特性的不確定性和對控制性能的高依賴性。因此在各生產工序都*須配有完整計量檢測儀表，能夠*確的采集石灰窯煅燒的各個工藝參數，如溫度、壓力、流量等，再輔以其他檢測手段，給石灰窯建立一套完善的在線數據采集系統，以便根據各個參數的變化情況綜合分析、及時*確的掌握并診斷窯內的煅燒情況。

　　隨著自動化水平的提高，石灰窯已開始采用各種儀表來進行現場數據的采集，但石灰豎窯的儀表大多還采用機械儀表的顯示方式，其精度低、故障率高已不適合現代工業的發展要求。稍微*進一點的石灰豎窯采用現場一次儀表進PLC系統，然后再通過上位機顯示出來，但也存在沒有數據記錄功能、參數只能實時顯示、無法自動生成參數曲線、檢測點少、布置不合理、精度低，測量不*確等多種問題，無法滿足窯況在線診斷的需要。

　　JHZS型石灰豎窯結合以上情況，*先對儀表的檢測點、檢測方式和檢測手段上予以設計完善，開發出了一套完善的石灰窯在線數據采集系統。

　　其主要由以下三部分組成：

　　一是溫度、壓力、流量、料位等的采集：

　?、? 根據石灰窯有效高度，科學的把窯體分為A、B、C、D四層，每層東、西、南、北四點，分別設置熱電偶，總共16點。通過專門設計的熱電偶測溫磚實現*確的對窯內溫度進行采集，為下一步爐況的診斷提供*準的依據;

　?、?窯頂溫度、煙氣溫度、出灰溫度、助燃風溫度的采集;

　?、?風機壓力及風機流量的采集;

　?、?窯內料位的采集。

　　二是爐頂煙氣中CO及O2含量的采集。石灰煅燒過程中風量的大小是決定石灰煅燒質量的關鍵，只有在合適的風量下才能取得好的煅燒質量。石灰煅燒過程中需要的氧氣都是通過風機吸入外界的空氣進入爐內，通過計算煤燃燒需要的氧氣可得到理論空氣量。但實際生產中，為煤完*燃燒，僅用理論空氣量是不夠的，這是由于煤的可燃分與空氣中的氧氣瞬間完*接觸是困難的，*須給予的過?？諝饬?。一般來說，若空氣過剩量增加，則過?？諝鈳ё叩臒釗p失增大，并且過量的氧氣會與燃料中的S、煙氣中的N2反應生成SO2、NOX等有害物質。所以除其它情況外，*須竭力做到盡可能減少過剩量而達到完*燃燒。然而如何找到這個*佳燃燒點，既空氣量，又使空氣過剩量盡量少呢?

　　根據實驗分析研究，通過測量爐頂煙氣中的CO、O2含量，根據爐頂CO及O2含量判斷調整風量的大小可以供給的空氣在合適的范圍內。

　　JHZS型石灰豎窯窯頂安裝有空氣分析儀，檢測爐頂煙氣中O2及CO濃度，如O2含量高說明爐內空氣量過剩，除滿足煤燃燒外還有富余的空氣從爐頂溢出，需降低風量，如CO含量高說明爐內空氣量不足，煤不完*燃燒，產生CO氣體，此時需增加風量。安裝了空氣分析儀后對風量的調整提供了操作依據，以此為充分優化操作參數提供了及時的*障。

　　三是窯頂耐高溫成像設備實時觀看窯頂布料及上火情況。在石灰煅燒過程中，窯頂布料的情況、料面的平整度及窯頂上火情況對石灰的煅燒重要，當需要調整窯況時工藝人員要上到幾十米高的窯頂人工看料面的平整度及窯頂上火情況，這不僅僅是人力的一種消耗，更重要的是看火也是一個危險的工作，一是爐頂溫度高，高時可達200-300度，二是當窯內煤燃燒不充分就會在窯頂聚集有未充分燃燒的CO，易造成CO中毒。如果有一種設備可以代替人工看火的工作將會是石灰窯生產的一大進步。

　　基于這種需求，我公司在窯頂設計安裝了一套窯內耐高溫成像設備，本設備可將攝像鏡頭直接伸入窯內實時觀察窯頂布料的情況、料面的平整度及窯頂上火情況，既生產安*,提*產品質量,又改善工作環境,降低勞動強度,還便于實現集中調度及生產過程的自動化。

　　本設備采用強迫風冷方式，為了減少爐窯對設備的輻射熱，采用1mm針孔鏡頭，大大降低了輻射面積。即使窯頂溫度高達五六百度也可以正常使用。對鏡頭的保護采用雙層防護罩，由兩路氣體對鏡頭進行冷卻。并將冷卻氣從防護罩前端吹出，可以擋住灰塵。并且在出現探頭罩內腔溫度超過設定值時或壓縮空氣壓力低于規定值時具有自動退出功能，了出現異常情況時設備自身的安*。

　　因石灰窯是一個密封的窯體，當窯頂不上火時(大部分時間窯頂是不上火的)窯頂是沒有光線的，在沒有光線的情況下攝像頭如何成像又成了一個大問題，針對這種情況我公司在原設備的基礎上又進行了改進，在攝像頭的周圍加了輔助光源，窯頂原為鋼結構，現把攝像頭附近的直徑300mm左右大小的鋼板換為耐高溫石英玻璃，在玻璃上面加上強力照明燈用以給窯內補光，這樣不管是白天還是晚上，即使窯頂不上火也可以實時的看到清晰的窯頂畫面。

　　2、窯況調控手段*進，調偏僅用2-3小時

　　完善的石灰窯在線數據采集系統為石灰窯的在線調控提供了數據基礎，接下來就看窯況調整手段的*進與否了。石灰窯能否調控，調控手段是否有效便捷，調控功能是否強大等都是現代石灰生產中涌現出來的重大問題，同時也是石灰行業多年以來的老難題。石灰窯系統是一個龐大的復雜系統，生產過程中受多種因素的影響，如果不能及時有效的進行調控就會造成生產的波動、產量和質量的下降。JHZS型節能環保全自動化石灰窯有著強大的可調控功能，是河南眾恒**石灰窯的重要特點!它能夠*方位實時監測并根據窯況來進行調整和控制，*大特點是多點調控，調整手段多，功能強大。完*解決了老式的“瞎子燒窯”和因為窯況不穩定而帶來的產量低、質量差、經濟效益差等難題!幫助石灰生產單位和石灰窯操作管理人員解決了調整窯況困難、調整時間過長的老問題，打消了石灰生產人員的后顧之憂，使他們能夠更便捷、更放心地從事生產工作。例如當在線數據采集系統檢測到窯爐偏火時，有以下手段可以進行調控：一是窯體上安裝有8個糾偏風管其閥門的開度可任意調節，窯況正常時8個風管均在關閉狀態，當出現偏火時可以通過調整閥門的開度，增加或減少窯內某方位的助燃風量來實現調整偏火的目的;二是布料器有定點布料功能，當窯爐偏火時某一方位火旺、上火快，可在該方位采用定點壓料的方式調整偏火;三是出灰系統有調整功能，可以通過調整圓周內某一方位出灰量的大小來調整偏火。多種*效的調控手段同時使用，調偏僅用2-3小時。

　　我公司研發的這種“雙層側吹溫度可調控式石灰豎窯”裝置成本低，調整操作簡便，調整速度快。已被國家知識產權局正式授予國家**證書，**號：ZL 2008 2 0221129.5 。

　　3、原料及燃料的多樣性

　　*初從日本河合引進該窯型時，該窯型對原料及燃料的選用嚴格，原料要求4-8cm的石塊，燃料要求使用粒度為2-4cm焦炭?，F在國家對礦山資源的管控力度很大，如果對石料的要求過嚴，能滿足使用要求的石料少，資源的綜合利用率低，勢必造成資源的浪費，業主的生產成本也會增加，經過我公司對煅燒工藝及混配、布料、出灰、供風等重要設備的改進與完善，JHZS型石灰豎窯對原料及燃料的包容性更強，石料可以用2-4cm、3-6cm、4-8cm、6-9cm、9-12cm等多種規格，燃料既可以使用焦炭同時也可以使用無煙煤、煙煤、焦丁、蘭炭、型煤等多種燃料，而且對燃料的熱值也不做硬性要求。這樣可供業主選擇的余地就更為廣泛，也可以有效的控制生產成本。

　　4、石灰窯互聯網遠程控制專家系統

　　國家近幾年提出了互聯網+戰略，要求各行各業利用互聯網的平臺，利用信息通信技術，把互聯網和各行各業結合起來，在新的領域營造一種新的生態，工業互聯網正在從消費品工業向裝備制造和能源、新材料等工業領域滲透，*面推動傳統工業生產方式的轉變。

　　我公司把互聯網技術與JHZS型*效節能環保自動化石灰豎窯相結合，開發研制了石灰窯互聯網遠程控制專家系統，以互聯網為紐帶，給石灰窯加上了遠程數據處理和服務功能。為石灰窯提前預防工藝故障、充分優化操作參數提供及時的*障，可以讓用戶足不出戶在家里或者出差時通過筆記本、手機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控制。

　　石灰窯互聯網遠程控制專家系統結構如下：*先生產現場的數據通過現場的各種在線檢測儀表采集后送至西門子PLC 系統，西門子PLC 系統再通過安裝在現場工控機(已接入互聯網)上的西門子通訊卡與工控機上安裝的Wincc畫面進行通訊、數據交換，通過Wincc畫面顯示各種數據并對現場設備進行操作;同時我們在工控機上安裝服務器程序，把Wincc畫面通過局域網發布出去，在局域網內輸入對應的IP地址就可以訪問到Wincc畫面，然后在工控機上安裝IP地址解析軟件，并進行相應的設置，通過IP地址解析軟件，外網就能夠識別到本臺工控機，這樣在有外網的任一臺計算機上都可以輸入對應這臺工控機的域名訪問工控機的Wincc畫面，并且不影響現場人員對該臺工控機的操作。

　　石灰窯互聯網遠程控制專家系統采用*進成熟的西門子網絡模塊及網絡技術，它集成了數據采集、數據傳輸、歷史數據庫以及對石灰窯運行的智能化分析，為企業動態掌握設備的運行情況，為工藝調整提供基礎數據和指導，力圖將能耗降到*低，同時，通過對大數據分析，消除預知故障，降低設備故障發生率，一方面了設備的穩定運行，另一方面，延長了設備的使用壽命。

　　安裝了石灰窯互聯網遠程控制專家系統后即使我們的工程師或者用戶不在現場，只要在有互聯網的地方就如同在現場一樣，可以實時的掌握生產現場的情況以便及時的采取措施，并且可以在公司設立一個遠程監控中心采集各個現場的運行數據并進行詳細的對比分析為石灰窯的改進提供重要的數據支持。

　　三、結束語

　　河南眾恒工業爐工程技術有限公司作為石灰行業內*屈一指的*方位品牌企業、爐窯專家。在引進日本河合株式會社*進石灰豎窯技術的基礎上不斷創*與改進，經過十幾年的摸索與研究，在已先后設計、承建了JHZS型*效節能環保自動化石灰豎窯幾百座，使用客戶有上海寶鋼集團、國電集團、濟鋼集團、水鋼集團、安華集團、陽煤集團、舞鋼集團、鄂爾多斯鋁業集團、凱恩斯納米、天澤納米等企業，均取得了滿意的效果。它以節能顯著、環保達標、自動化程度高、成品灰品質高、建造成本低、建成周期短等優點深受國營大中型、民營個體企業和東南亞許多國家的青睞。在原燃料合格的條件下，成品灰CaO≥90%，石灰活性度≥300ml，噸灰標煤耗：120kg/t?灰，生過燒≤5%。JHZS型*效節能環保自動化石灰豎窯使石灰生產的技術經濟指標得到*面的改善，使石灰生產的質量不再取決于司爐工的工作經驗，實現了生產操作的優化控制，使企業獲得可觀的經濟效益，為企業的節能增效做出了重要的貢獻。