JHZS型有效环保节能

　　全自动化石灰竖窑技术的新的与应用

　　李 威

　　河南众恒工业炉工程技术有限公司，450000，河南省郑州市未来大道

　　摘 要：介绍了河南众恒工业炉工程技术有限公司在引进日本河合株式会社进步石灰竖窑技术的基础上不断新的与改进，经过十几年的摸索与研究，而形成的具有进步水平的JHZS型有效节能环保自动化石灰竖窑的新的与应用。

　　一、概述

　　石灰是石灰石经高温煅烧分解而成，是冶金、化工、建材等多个行业的重要辅料，广泛应用于公路、高铁、建筑业、工业(铝厂、造纸、制糖、纯碱、食品、医药、建材制品)、农业等领域，是重要的基础原材料。另外在废水处理、垃圾焚烧、烟气脱硫等环保领域也有着巨大的发展前景。石灰工业作为我国的基础原料工业，近二十多年来，有了长足的进步和发展，石灰的煅烧也由简单的手工烧制、人工装料、人工出料，自然通风的土窑发展到目前的混料式机械竖窑、回转窑、梁式窑、套筒窑、双膛窑等多种窑型。在国家大力提倡“节能减排”的今天，随着政策的宣传落实执行，各地都把节能减排作为调整经济结构、转变发展方式的方针，对符合节能减排的行业或企业都加大了资金投入及政策扶持力度，也加大了进步技术改造石灰产业的力度，一些高耗能、高排放、产能低的落后窑炉一律关停。在“十三五”规划中，石灰行业已经把“粉尘排放浓度≤30mg/m3，S02≤100mg/m3，石灰利用系数大于0.5，出窑石灰产品生过烧率小于15%，吨灰耗煤量小于145Kg”等作为下一步淘汰普通高耗能石灰竖窑的硬性指标。

　　然而石灰市场的需求依然存在，且在不断扩大，被淘汰的这部分落后产能就要通过其他进步窑型来消化它，从现有国内石灰市场的现状、投资收益比、燃料的供应等方面考虑，混料式机械竖窑依然是取代落后产能的主要窑型，重点是混料式机械竖窑要符合石灰煅烧的工艺要求，有其核心技术，进步合理的工艺设计方案及与其配套的技术装备。

　　二、技术新的点

　　JHZS型有效节能环保自动化石灰竖窑是我公司在引进日本河合株式会社的进步石灰竖窑技术的基础上，根据中国国情，遵照“边引进，边消化吸收，边开发”的精神，不断的研发、新的、设计而成的混料式石灰竖窑，其所用材料与装备已全部实现国产化，并具有十几项**技术。其新的主要体现在以下几个方面：

　　1、完善的石灰窑在线数据采集系统

　　从石灰石进入窑内至煅烧成石灰排出窑外需要约24个小时乃至更长的时间，具有强烈的滞后性，因此往往对窑况的调整只能根据石灰烧成排出后的指标再来进行窑况的调整，但此时调整为时已晚。石灰窑系统是一个庞大的复杂系统，其生产具有高度非线性、多环节、多操作变量的强烈耦合性，其煅烧过程受原料、燃料的性能、窑内温度、压力、供风、天气等多因素影响，具有强烈系统动力学特性的不确定性和对控制性能的高依赖性。因此在各生产工序都必须配有完整计量检测仪表，能够有效的采集石灰窑煅烧的各个工艺参数，如温度、压力、流量等，再辅以其他检测手段，给石灰窑建立一套完善的在线数据采集系统，以便根据各个参数的变化情况综合分析、及时有效的掌握并诊断窑内的煅烧情况。

　　随着自动化水平的提高，石灰窑已开始采用各种仪表来进行现场数据的采集，但石灰竖窑的仪表大多还采用机械仪表的显示方式，其精度低、故障率高已不适合现代工业的发展要求。稍微进步一点的石灰竖窑采用现场一次仪表进PLC系统，然后再通过上位机显示出来，但也存在没有数据记录功能、参数只能实时显示、无法自动生成参数曲线、检测点少、布置不合理、精度低，测量不有效等多种问题，无法满足窑况在线诊断的需要。

　　JHZS型石灰竖窑结合以上情况，*先对仪表的检测点、检测方式和检测手段上予以设计完善，开发出了一套完善的石灰窑在线数据采集系统。

　　其主要由以下三部分组成：

　　一是温度、压力、流量、料位等的采集：

　　① 根据石灰窑有效高度，科学的把窑体分为A、B、C、D四层，每层东、西、南、北四点，分别设置热电偶，总共16点。通过专门设计的热电偶测温砖实现有效的对窑内温度进行采集，为下一步炉况的诊断提供有效的依据;

　　② 窑顶温度、烟气温度、出灰温度、助燃风温度的采集;

　　③ 风机压力及风机流量的采集;

　　④ 窑内料位的采集。

　　二是炉顶烟气中CO及O2含量的采集。石灰煅烧过程中风量的大小是决定石灰煅烧质量的关键，只有在合适的风量下才能取得好的煅烧质量。石灰煅烧过程中需要的氧气都是通过风机吸入外界的空气进入炉内，通过计算煤燃烧需要的氧气可得到理论空气量。但实际生产中，为煤有效燃烧，仅用理论空气量是不够的，这是由于煤的可燃分与空气中的氧气瞬间有效接触是困难的，必须给予一定的过剩空气量。一般来说，若空气过剩量增加，则过剩空气带走的热损失增大，并且过量的氧气会与燃料中的S、烟气中的N2反应生成SO2、NOX等有害物质。所以除特殊情况外，必须竭力做到尽可能减少过剩量而达到有效燃烧。然而如何找到这个优越燃烧点，既空气量足够，又使空气过剩量尽量少呢?

　　根据实验分析研究，通过测量炉顶烟气中的CO、O2含量，根据炉顶CO及O2含量判断调整风量的大小可以供给的空气在合适的范围内。

　　JHZS型石灰竖窑窑顶安装有空气分析仪，检测炉顶烟气中O2及CO浓度，如O2含量高说明炉内空气量过剩，除满足煤燃烧外还有富余的空气从炉顶溢出，需降低风量，如CO含量高说明炉内空气量不足，煤不有效燃烧，产生CO气体，此时需增加风量。安装了空气分析仪后对风量的调整提供了操作依据，以此为充分优化操作参数提供了及时的保障。

　　三、是窑顶耐高温成像设备实时观看窑顶布料及上火情况。在石灰煅烧过程中，窑顶布料的情况、料面的平整度及窑顶上火情况对石灰的煅烧至关重要，当需要调整窑况时工艺人员要上到几十米高的窑顶人工看料面的平整度及窑顶上火情况，这不仅仅是人力的一种消耗，更重要的是看火也是一个危险的工作，一是炉顶温度高，高时可达200-300度，二是当窑内煤燃烧不充分就会在窑顶聚集有未充分燃烧的CO，易造成CO中毒。如果有一种设备可以代替人工看火的工作将会是石灰窑生产的一大进步。

　　基于这种需求，我公司在窑顶设计安装了一套窑内耐高温成像设备，本设备可将摄像镜头直接伸入窑内实时观察窑顶布料的情况、料面的平整度及窑顶上火情况，既生产**,提高产品质量,又改善工作环境,降低劳动强度,还便于实现集中调度及生产过程的自动化。

　　本设备采用强迫风冷方式，为了减少炉窑对设备的辐射热，采用1mm针孔镜头，大大降低了辐射面积。即使窑顶温度高达五六百度也可以正常使用。对镜头的保护采用双层防护罩，由两路气体对镜头进行冷却。并将冷却气从防护罩前端吹出，可以挡住灰尘。并且在出现探头罩内腔温度超过设定值时或压缩空气压力低于规定值时具有自动退出功能，了出现异常情况时设备自身的**。

　　因石灰窑是一个密封的窑体，当窑顶不上火时(大部分时间窑顶是不上火的)窑顶是没有光线的，在没有光线的情况下摄像头如何成像又成了一个大问题，针对这种情况我公司在原设备的基础上又进行了改进，在摄像头的周围加了辅助光源，窑顶原为钢结构，现把摄像头附近的直径300mm左右大小的钢板换为耐高温石英玻璃，在玻璃上面加上强力照明灯用以给窑内补光，这样不管是白天还是晚上，即使窑顶不上火也可以实时的看到清晰的窑顶画面。

　　2、窑况调控手段进步，调偏仅用2-3小时

　　完善的石灰窑在线数据采集系统为石灰窑的在线调控提供了数据基础，接下来就看窑况调整手段的进步与否了。石灰窑能否调控，调控手段是否有效便捷，调控功能是否强大等都是现代石灰生产中涌现出来的重大问题，同时也是石灰行业多年以来的老难题。石灰窑系统是一个庞大的复杂系统，生产过程中受多种因素的影响，如果不能及时有效的进行调控就会造成生产的波动、产量和质量的下降。JHZS型节能环保全自动化石灰窑有着非常强大的可调控功能，是河南众恒**石灰窑的重要特点!它能够实时监测并随时根据窑况来进行调整和控制，*大特点是多点调控，调整手段多，功能强大。完了老式的“瞎子烧窑”和因为窑况不稳定而带来的产量低、质量差、经济效益差等难题!帮助石灰生产单位和石灰窑操作管理人员解决了调整窑况困难、调整时间过长的老问题，打消了石灰生产人员的后顾之忧，使他们能够更便捷、更放心地从事生产工作。例如当在线数据采集系统检测到窑炉偏火时，有以下手段可以进行调控：一是窑体上安装有8个纠偏风管其阀门的开度可任意调节，窑况正常时8个风管均在关闭状态，当出现偏火时可以通过调整阀门的开度，增加或减少窑内某方位的助燃风量来实现调整偏火的目的;二是布料器有定点布料功能，当窑炉偏火时某一方位火旺、上火快，可在该方位采用定点压料的方式调整偏火;三是出灰系统有调整功能，可以通过调整圆周内某一方位出灰量的大小来调整偏火。多种有效的调控手段同时使用，调偏仅用2-3小时。

　　我公司研发的这种“双层侧吹温度可调控式石灰竖窑”装置成本低，调整操作简便，调整速度快。已被国家知识产权局正式授予国家**证书，**号：ZL 2008 2 0221129.5 。

　　3、原料及燃料的多样性

　　*初从日本河合引进该窑型时，该窑型对原料及燃料的选用非常严格，原料要求4-8cm的石块，燃料要求使用粒度为2-4cm焦炭。现在国家对矿山资源的管控力度很大，如果对石料的要求过严，能满足使用要求的石料少，资源的综合利用率低，势必造成资源的浪费，业主的生产成本也会增加，经过我公司对煅烧工艺及混配、布料、出灰、供风等核心设备的改进与完善，JHZS型石灰竖窑对原料及燃料的包容性更强，石料可以用2-4cm、3-6cm、4-8cm、6-9cm、9-12cm等多种规格，燃料既可以使用焦炭同时也可以使用无烟煤、烟煤、焦丁、兰炭、型煤等多种燃料，而且对燃料的热值也不做硬性要求。这样可供业主选择的余地就更为广泛，也可以有效的控制生产成本。

　　4、石灰窑互联网远程控制专家系统

　　国家近几年提出了互联网+战略，要求各行各业利用互联网的平台，利用信息通信技术，把互联网和各行各业结合起来，在新的领域创造一种新的生态，工业互联网正在从消费品工业向装备制造和能源、新材料等工业领域渗透，推动传统工业生产方式的转变。

　　我公司把互联网技术与JHZS型有效节能环保自动化石灰竖窑相结合，开发研制了石灰窑互联网远程控制专家系统，以互联网为纽带，给石灰窑加上了远程数据处理和服务功能。为石灰窑提前预防工艺故障、充分优化操作参数提供及时的保障，可以让用户足不出户在家里或者出差时通过笔记本、手机就可以看到生产现场的实际情况及各种工艺参数，对生产进行远程操作和控制。

　　石灰窑互联网远程控制专家系统结构如下：*先生产现场的数据通过现场的各种在线检测仪表采集后送至西门子PLC 系统，西门子PLC 系统再通过安装在现场工控机(已接入互联网)上的西门子通讯卡与工控机上安装的Wincc画面进行通讯、数据交换，通过Wincc画面显示各种数据并对现场设备进行操作;同时我们在工控机上安装服务器程序，把Wincc画面通过局域网发布出去，在局域网内输入对应的IP地址就可以访问到Wincc画面，然后在工控机上安装IP地址解析软件，并进行相应的设置，通过IP地址解析软件，外网就能够识别到本台工控机，这样在有外网的任一台计算机上都可以输入对应这台工控机的域名访问工控机的Wincc画面，并且不影响现场人员对该台工控机的操作。

　　石灰窑互联网远程控制专家系统采用进步成熟的西门子网络模块及网络技术，它集成了数据采集、数据传输、历史数据库以及对石灰窑运行的智能化分析，为企业动态掌握设备的运行情况，为工艺调整提供基础数据和指导，力图将能耗降到*低，同时，通过对大数据分析，消除预知故障，降低设备故障发生率，一方面了设备的稳定运行，另一方面，延长了设备的使用寿命。

　　安装了石灰窑互联网远程控制专家系统后即使我们的工程师或者用户不在现场，只要在有互联网的地方就如同在现场一样，可以实时的掌握生产现场的情况以便及时的采取措施，并且可以在公司设立一个远程监控中心采集各个现场的运行数据并进行详细的对比分析为石灰窑的改进提供必要的数据支持。

　　三、结束语

　　河南众恒工业炉工程技术有限公司作为石灰行业内*屈一指的品牌企业、炉窑专家。在引进日本河合株式会社进步石灰竖窑技术的基础上不断新的与改进，经过十几年的摸索与研究，在国内外已先后设计、承建了JHZS型有效节能环保自动化石灰竖窑几百座，使用客户有上海宝钢集团、国电集团、济钢集团、水钢集团、安华集团、阳煤集团、舞钢集团、鄂尔多斯铝业集团、凯恩斯纳米、天泽纳米等企业，均取得了非常满意的效果。它以节能显著、环保达标、自动化程度高、成品灰品质高、建造成本低、建成周期短等优点深受国营大中型、民营个体企业和东南亚许多国家的青睐。在原燃料合格的条件下，成品灰CaO≥90%，石灰活性度≥300ml，吨灰标煤耗：120kg/t•灰，生过烧≤5%。JHZS型有效节能环保自动化石灰竖窑使石灰生产的技术经济指标得到的改善，使石灰生产的质量不再取决于司炉工的工作经验，实现了生产操作的优化控制，使企业获得可观的经济效益，为企业的节能增效做出了重要的贡献。