石灰是我國國民經濟中不可缺少的重要原料，廣泛應用于冶金、建材、石化、環保、食品等行業。隨著國民經濟的持續發展,我國石灰生產正呈現逐年增長態勢。石灰多應用在鋼鐵,化工.建筑、建材、農業.醫藥、環保領域,但石灰的消毒功能等“非典型”應用在這次新冠疫情中也突顯出來。將來,石灰在環境治理和殺菌消毒領域的市場份額將逐步提升。此外還有一些新的領域,如在市面上流行的“自熱火鍋”中的使用將更加普遍。而對于石灰的深加工行業,如輕質碳酸鈣產業,其用途更加廣泛,不僅可以用于涂料、油漆、膩子粉、PVC管道等建材行業，還可以用于食品、醫藥、日用化工等行業,發展前景廣闊'。
石灰窯是石灰生產的核心設備,自主創新開發新窯型,新技術,合理配置石灰窯,做好石灰窯大型化,是石灰工業規模化、專業化的重要途徑。與其它類型石灰焙燒窯爐相比,回轉窯具有生產能力大,產品活性度高、質量均勾穩定,對原料的適應性強﹒燃料灰分對產品污染小、自動化程度高、控制系統簡單.易于操作、勞動生產率高以及窯體結構簡單,氣流暢通,含硫煙氣可及時排出,燃料中的硫分不易附著,因而產品含硫量低,符合煉鋼的要求等優點,而占據了非常重要的地位。
本文著重介紹由中冶焦耐(大連)工程技術有限公司總承包的5x 1000 t/d活性石灰回轉窯項目的生產工藝和技術特點。
1項目背景
該項目總投資約1000億元,規劃鋼鐵產能2 000萬t，項目一期規劃約800萬t,主要生產精品線棒材及全規格的H型鋼,同步建設循環經濟、鋼材深加工、裝配式鋼結構等相關產業。項目以“大型化,高效化,集約化,綠色化.智能化"設計理念為指導,按照“裝備一流、環保一流,品牌一流.管理一流.效益一流”的戰略目標,高起點定位.高水平規劃、高標準建設千億級高端綠色鋼鐵產業園,2020年8月開工,2021年9月建成。圖1為此工程鳥瞰圖。
2項目規模、產品品種和建設范圍
(1)設計規模:新建5座1000 t/d活性石灰回轉窯,其中4座1 000 t/d回轉窯生產石灰,1座1 000 t/d回轉窯生產輕燒白云石。
(2)產品品種:活性石灰塊灰、活性石灰粉灰、輕燒白云石塊灰.輕燒白云石粉灰,脫硫粉灰。
(3）建設范圍:包括原料儲存系統、上料系統、回轉窯煅燒系統、廢氣處理系統(預留脫硝系統)、成品儲存﹑破碎篩分散裝系統、成品粉灰氣力輸送系統、脫硫劑制粉系統、環境除塵系統、給排水系統、循環水系統、PLC自動化控制系統及儀表檢測系統、通信系統、監控系統、消防系統等。
3設計指導思想和主要原則
(1）采用成熟、可靠的新工藝、新技術,做到既技術先進,又經濟合理、切實可靠。
(2）貫徹國家環保政策,注重環境保護,采用高效除塵設施,使之符合國家與企業所在地的環保標準。
(3）除塵灰全部回收利用。設計中盡量減少物料的轉運及落差,對所有揚塵點采用分區域集中收塵,嚴格落實國家有關環保政策和標準,做到達標排放。
(4）設備選型時,在“可靠實用、節約投資、技術先進、節能降耗”的原則基礎上,盡量規格、型號統一，以便生產管理和減少備件的種類及數量。
4生產工藝技術裝備
4.1生產工藝流程
（1）原料上料系統
經原料場篩分后,滿足回轉窯焙燒要求的20~50 mm石灰石、白云石分別通過帶式輸送機從料場運輸至石灰廠區的石灰石庫和白云石庫儲存。白云石庫中的白云石、石灰石庫中的石灰石分別經帶式輸送機送至預熱器。
(2）回轉窯焙燒系統
石灰石/白云石進人預熱器后經窯尾約1100 ℃的煙氣預熱,其中一部分石灰石/白云石在預熱器中分解。預熱的物料由液壓推桿推出,經轉運溜槽進入回轉窯中,物料在回轉窯內經過焙燒分解,焙燒好的石灰/白云石進入豎式冷卻器,由底部送入的冷空氣冷卻后通過振動給料機排至集料斗,再經成品鏈斗機送往成品系統。冷空氣在冷卻器內冷卻物料的同時被加熱,經窯頭罩進入窯內,作為燃料燃燒的二次空氣參與燃燒。回轉窯所用燃料經由煤氣和煤粉管道分別送至回轉窯窯頭廠房,通過燒嘴從窯頭進入回轉窯內燃燒。燃料燃燒產生的熱煙氣在焙燒和加熱物料后與物料分解產生的廢氣一起從窯尾排出,經轉運溜槽進入預熱器中預熱石灰石/白云石。預熱石灰石/白云石后的煙氣從預熱器排出,經過除塵器除塵后由排煙機排入大氣。主要技術參數列于表1。
(3）成品儲運系統
冷卻后的輕燒白云石經輸送機送到輕燒白云石緩存庫,緩存庫底設置振動給料機,物料再經振動給料機、帶式輸送機輸送、板連斗式提升機進入雙層復頰篩進行篩分。其中,篩下料(0~ 3 mm)進入輕燒白云石粉倉;篩上料( 15~50 mm)進入輕燒白云石塊倉,也可直接進入輕燒白云石碎料庫;篩中料(3~15 mm)直接進入輕燒白云石碎料庫。碎料庫內的物料送至立式復合破碎機破碎,破碎后的輕燒白云石進入單層復頻篩進行篩分,篩下料(0~ 3 mm)直接進入輕燒白云石粉倉,篩上料(> 3 mm)返回輕燒白云石碎料庫。
冷卻后的活性石灰經輸送機送到石灰緩存庫,緩存庫底設置振動給料機,物料經振動給料機、帶式輸送機輸送、板鏈斗式提升機進入雙層復頻篩進行篩分。篩下料（0~ 3 mm)進入石灰粉倉;篩上料( 15~50 mm)進入石灰塊倉,也可直接進入石灰碎料庫;篩中料(3~15 mm)可直接進入石灰碎料庫，也可進入脫硫劑制粉系統。碎料庫內的物料送至立式復合破碎機破碎,破碎后的石灰進入單層復頻篩進行篩分,篩上料(> 3 mm)返回石灰碎料庫,而篩下料(0~ 3 mm)進入石灰粉倉。
(4）脫硫劑制粉系統
進入脫硫劑制粉系統的石灰進入磨粉機供料倉,供料倉內的石灰經皮帶計量給料機送入磨粉系統。經過研磨后,合格粒度的石灰經旋風和布袋收塵器收集后,進入脫硫劑粉倉。
(5)成品發運系統
塊狀活性石灰及塊狀輕燒白云石由帶式輸送機輸送至煉鋼轉運站。成品塊倉下設裝車裝置,特殊情況時成品可經汽車運出。粉狀活性石灰、粉狀輕燒白云石及脫硫劑由氣力輸送送至燒結廠、球團廠。成品粉倉下設裝車裝置,特殊情況時成品可經罐車運出。
(6）石灰工藝流程及輕燒白云石工藝流程示意圖
石灰工藝流程及輕燒白云石工藝流程詳見圖2和圖3。
4.2生產工藝技術特點
4.2.1 規模大
本工程共分二期,一期建設5 × 1000 t/d回轉窯,二期規劃再建設3x1 000 t/d回轉窯,對石灰工程規模化、大型化具有里程碑意義。
4.2.2產品多
本工程原料不僅有石灰石,還有白云石,原料品種復雜。同時,生產產品包括了石灰塊灰、石灰粉灰、輕燒白云石塊灰、輕燒白云石粉灰、脫硫劑灰。復雜的原料及成品種類也給整個生產線的設計提出了更高的要求。
4.2.3 系統多、布置復雜
本工程主要系統包括以下部分:
(1）原料上料系統:1個石灰石庫,1個白云石庫;
(2）回轉窯焙燒系統:5座回轉窯;
(3）成品緩存系統:2個活性石灰緩存庫,1個輕燒白云石緩存庫;
(4）成品篩分破碎及儲運系統:1個石灰碎料庫,1個石灰粉灰倉,1個石灰塊灰倉,1個輕燒白云石碎料庫,1個輕燒白云石粉灰倉,1個輕燒白云石塊灰倉;
(5)脫硫劑制粉系統:3個磨粉機供料倉,1個脫硫劑粉倉;
(6）成品發運系統:石灰、輕燒白云石粉灰采用氣力輸送送至燒結廠,并留有裝車接口;塊灰采用帶式輸送機輸送至煉鋼廠接口轉運站,并留有裝車接口;脫硫劑采用氣力輸送送至燒結廠、球團廠,并留有裝車接口;
(7）煤粉貯運系統:3個煤粉倉,煤粉及煤氣管道。
窯尾區域:窯尾區域主要為回轉窯的除塵系統、原料倉、綜合電氣室、循環水系統等設施。將原料倉布置在用地范圍東側,緊鄰鋼鐵原料場,盡量縮短了皮帶連接長度。5座回轉窯的除塵系統集中布置在窯尾,綜合電氣室位于用電負荷較大的設施附近。
回轉窯區域:主要包括5座回轉窯及窯頭廠房,5座回轉窯并排布置,與窯頭廠房相接。
窯頭區域:主要包括石灰成品倉、白云石成品倉、煤粉儲運系統及除塵系統等設施。該區域為本單元的主要運輸區域,且是有可能產生粉塵的區域，將成品倉及除塵系統集中布置,可減少對石灰單元辦公區域(綜合電氣室內)的影響。
綜上所述,全廠總體布局合理,管理方便,工藝流程順暢,功能分區明顯,各設施相對集中緊湊,不僅節約用地、節省投資,也保證了安全,有利于施工、生產和檢修。
4.2.4回轉窯新技術應用
通過多年的自主研發和實踐經驗積累,我公司在本工程上應用了大量的回轉窯新技術,確保回轉窯系統的節能、環保、高效。具體應用的新技術列于表2。
4.2.5實現全自動控制、監視及過程控制功能
為了安防和便于管理及監視主要生產設備運行、操作情況,分別在原料上料系統、成品緩存系統、成品篩分破碎及儲運系統、成品發運系統等處設置攝像機監視點。網絡視頻信號通過光纜接入視頻監控系統網絡交換機及相應視頻服務器,并在控制室設置大屏幕顯示單元。窯頭廠房閥門組及窯頭廠房燒嘴等處設置有毒氣體檢測報警系統。該系統由氣體報警控制器、有毒氣體探測器(一氧化碳介質)及現場聲光報警器組成。
過程控制范圍包含5x1000 t/d回轉窯系統及其配套公輔設施的生產過程的自動化控制和監視。主要包括回轉窯﹑燃料系統、原料及成品、煅燒系統除塵、原料及成品除塵(含窯頭及轉運站)循環水及外線等配套系統。
自動化控制系統采用兩級控制,基礎自動化控制系統(L1),以控制系統為核心,系統總體結構上考慮以EIC一體化設計、PLC為控制核心,具有數據采集處理、順序控制、過程控制、參數指示.超限報警、設備狀態監視等功能,構成一個功能劃分合理、層次清晰和安全、高效、開放的自動化控制系統。
石灰窯綜合控制系統(L2）,以生產管理系統為核心,實現過程數據的采集、整合、存儲和查詢,通過過程數據的分析和處理,使用數學模型進行計算,使系統在經濟、優化的狀態下穩定運行,減小中間操作影響,生產出高質量的產品,提高勞動生產率，降低生產成本和能耗。
5結語
我國的石灰生產企業數量眾多,但其技術裝備水平和產品質量參差不齊,隨著人們對節能減排認識的日益提高和國家相應環保政策的出臺,勢必會有大量的高能耗、高污染的石灰企業被淘汰出局。近幾年,1000 t/d及以上大型回轉窯以其產量、質量、能耗、占地、投資、自動化控制、節能減排等優勢，迅速得到市場認可和普及,這符合冶金石灰行業大型化、節能化的發展趨勢,具有廣闊的應用前景。我公司5x1000 t/d回轉窯項目,集成了目前國內先進的技術,代表了石灰行業的未來發展方向,該工程必將助推該公司在國內精品鋼領域更上一個臺階。
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