JHZS型节能环保混料式石灰竖窑

　　在安徽皖宝矿业股份有限公司的应用

　　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安徽皖宝矿业股份有限公司设计的两条年产20万吨活性石灰的JHZS型节能环保混料式石灰竖窑全自动生产线的工艺方案、设备配置及应用效果。

　　一、概述

　　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，土窑因生产方式落后、不环保、能源浪费严重等问题已不适合石灰行业的快速发展，特别是近几年国家对环保、节能减排的高度重视，新环保法的实施，各地都已经加快了淘汰落后土窑的步伐，然而石灰市场的需求依然存在，土窑被淘汰后，土窑的这部分产能就要通过其他窑型来消化它，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代替土窑的主要窑型，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。

　　安徽皖宝矿业股份有限公司石灰分公司坐落在安徽省池州市贵池区前江工业园区内，该公司生产的活性石灰主要供给上海宝钢炼铁厂烧结配矿及炼钢使用。厂区内建有两条河南众恒工业炉工程技术有限公司设计的年产20万吨活性石灰全自动化生产线，每条生产线3座250m3的JHZS型节能环保混料式石灰竖窑，两条生产线共计6座250m3混料式石灰竖窑，此窑型为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”的精神设计而成，并获得了多项国家**授权。

　　二、工艺方案

　　每条生产线由原料上料系统、混配系统、窑体系统、出料系统、成品输送系统、除尘系统等组成，其中原料上料系统、成品输送系统及除尘系统3座窑共用，其余像混配系统、窑体系统和出料系统，每座窑均有其各自相互独立的工艺设备，因为一窑一况，必须每座窑都有各自独立的工艺设备，才能生产过程中各窑工艺调控的方便性，避免因对其中一座窑进行工艺调整而影响其他窑的生产。

　　1、 原料上料系统

　　合格的原、燃料对烧成石灰的质量、品质至关重要，没有合格且稳定的原、燃料，就无法生产合格的产品。因而整个生产工艺*先需要对石灰石进行水洗、筛分，入炉原料的粒度与洁净度。燃料方面皖宝矿业股份有限公司石灰分公司采用低硫无烟煤粉压制而成的型煤，其各项指标也基本满足工艺要求。

　　将水洗、筛分过的石灰石通过皮带装入石灰石原料斗，煤通过装载机装入煤原料斗，再经振动给料机、原料皮带及卸料小车(原料皮带分时运输石灰石及煤，通过卸料小车变换料仓的位置)分别运送并装入3座窑对应的石灰石料仓及煤料仓，1座窑对应1座石灰石料仓及1座煤料仓，共3座石灰石料仓及3座煤料仓。石灰石料仓容积储量按8小时的用量考虑，单仓有效容积为100m3，每班上料1次，3条窑每班上料3次;无烟煤仓有效容积为50m3，每天上料一次，一次可储存无烟煤50吨。这样设计的优点是料仓设计的大一些可以让装载机集中工作，当料仓装满后，一个班内都不需再考虑装料的问题，可以去做别的工作，而如果设计成小料仓，料装满的快用完的也快，这样的话装载机就要长时间的进行重复装料，利用效率就要低得多。

　　2、 混配系统

　　混料式石灰竖窑中石灰石和煤的配比至关重要，混配系统的关键就在于要称量有效、混料均匀。在混配系统中设计有青石配料电子称和煤配料电子秤这两种河南众恒的**产品，其为静态斗秤，采用西门子进步的称重技术，主要压力传感元件和称重模块采用进口器件，能很好的连续长期无故障的有效运行。

　　混配系统采用全自动控制，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比较高，石灰石误差在1Kg以内，煤(焦炭)误差在0.2Kg内，并且，系统具有误差自动补偿功能，上次的称量误差，下次能够自动补偿。这样做*先了称量的有效性。

　　其次，石灰石和煤的混合亦采用变频调速控制，先把经过有效称量的石灰石和煤放在其中间料斗内，煤中间料斗下有一条煤皮带，石中间料斗下有一条混料皮带，两条皮带垂直分布，通过在上位机画面上调整两条皮带的运行速度及启动时间，石灰石和煤在规定的时间内进入混料皮带(石灰石在下，煤在上)且二种物料必须在同一时间内卸完(即做到头对头，尾对尾)以两种物料的混合均匀。整个称量、混匀过程都由PLC系统自动控制，且现场有摄像头可以对称量及混合的情况进行实时监控。随后经过有效称量并混合均匀的物料通过溜槽，进入上料小车。

　　3、 窑体系统

　　混合料进入上料小车后由变频控制的单斗卷扬机沿着斜桥把混合料提升至炉顶受料斗，卷扬机在运行过程中采用低速->高速->低速的运行方式，在斜桥的两头低速、中间高速，采用河南众恒的**产品ZNLK系列智能主令控制器有效采集料车的位置信号，其控制精度可达到毫米级，了料车加减速及停车位置的有效性，同时智能主令控制器具有超速保护、溜车保护等多种保护功能，也了料车运行的**性。

　　混合料进入炉顶受料斗以后通过电磁振动给料机均匀定量给料，由炉顶旋转布料器完成炉内布料。布料是否均匀、料面是否平整是衡量布料器是否合适的关键，石灰石和煤是两种不同比重的物料，如让其从炉顶自然落下因比重不同、惯性不同势必会造成两种物料在炉内的分离，其造成的结果就是本来已经混合均匀的物料经过布料器进入炉内后又变的不均匀了，以致煤多的地方温度高而产生过烧和结瘤，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。JHZS型石灰竖窑所采用布料器经过多年的改进、新的与实践，已形成一套独有的布料技术，获得国家**授权，混合料进入布料器溜槽后通过特殊设计的机械手将混合料拨撒到料面上，了布料的均匀。同时该布料器也可根据窑炉实际工艺情况调整布料形状，把料面布成“马鞍形”、“驼峰形”等多种形状以控制窑壁效应，提高石灰煅烧的均匀度，在窑炉偏窑时也可通过定点压料的方式对工艺进行调整。

　　料面的稳定对于保持生产的稳定，具有很重要的意义。如果料面不稳定，或形状异常，则烧成带也不稳定，*终影响产量和质量。同时料面过高或过低，对生产也会产生不利的影响。在本系统中炉顶安装有河南众恒的**产品ZTP-A2型智能探测料位计，此种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运行，是*适合窑顶高温、粉尘大的石灰行业应用的料位探测装置。

　　窑体设计采用全密封微负压煅烧机理，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1米厚，减少热量通过窑衬传导造成的热量损失。外层炉壳采用钢壳结构，钢度好，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，JHZS型石灰竖窑的设计充分考虑了炉内的热交换过程，科学设计炉子高径比，250m3石灰窑内径4米，外径6米，有效高度22米，物料在窑内的煅烧分为三个阶段，预热带、煅烧带和冷却带。主供风装置安置在窑下部特定位置向上鼓风，窑上部烟气管道由变频控制的引风机作用形成负压向上引风，使窑内料面上方形成微负压区，这个微负压了炉内气流顺畅，非常有利于煅烧带石灰石进行分解，同时从窑体下部鼓入的常温下的助燃风进入窑内后从下向上*先接触到窑内下部烧成的成品灰，在降低出灰温度的同时，把成品灰上的余热向上带走，随后暖风进入到煅烧带参与煅烧补氧，而后经煅烧带后的高温气流继续上升到预热带和后进入窑炉还未燃烧的常温原料充分接触，其热量被原料充分吸收，积累石灰分解所需的热量，这样的热交换过程极大限度的减少了热量从上部和下部的散失，使排出的成品灰温度在60℃以下，窑顶部排出的烟气温度在150℃以下，使得煤所释放的热量*大限度的被石头吸收，也就是节约了热量、节约了煤的使用量。其次主供风装置采用环形风箱及FF系列仿真风帽，此风帽是用计算机仿真设计的风帽，可以使炉内供风均匀，避免因供风不均而产生的偏烧、生过烧等现象，大大提高活性石灰的质量。且风帽的构造经过特殊设计，对比其它风帽可以避免吹起的灰份上移堵塞气路而影响炉况。在恶劣的排灰环境中，它还具有耐压和耐高温不变形等优点。

　　4、 出料系统

　　出料系统*要完成的目标就是出灰均匀、密封良好不漏风。本出料系统采用河南众恒的发明**产品新型圆盘出灰机与新型两级全密封阀式出灰设备相互配合。圆盘出灰机了排灰过程中整个炉内料面下降平稳，保持了料面平整，将烧成的灰块在不被挤压破碎的情况下完整的排出，大大减少出灰过程中产生的粉灰量，可炉内的石灰块间的气流隙保持不变，气流顺畅，还具有可正反转出灰、在需要调整炉况时，可调成任意方位出灰等优点;而新型两级全密封阀式出灰设备密封压力大，一次存储量也大，其配合圆盘出灰机使用，可在排灰过程中炉内密封良好，助燃风连续送风，做到出灰不停风，不漏风，进而保障了煅烧带连续正常的温度煅烧。不但提高了石灰煅烧的质量和产量，而且避免了炉内热量随出灰口向外散失，从而实现了出料系统的节能运行。

　　5、成品输送系统

　　成品输送系统主要负责成品灰的运输与存储，本系统中1#生产线有一条成品皮带(简称1#皮带)，2#生产线有一条成品皮带(简称2#皮带)和一条中转皮带(简称3#皮带)，2#皮带负责输送4#窑-6#窑的成品灰至3#皮带，3#皮带再把灰输送到1#皮带，1#皮带在输送1#窑-3#窑成品灰的基础上，与3#皮带交汇，同时输送4#窑-6#窑成品灰至斗提机处，再通过斗提机提升进入2个600m3统灰仓，完成成品灰的运输与存储工作。皖宝还设计有石灰深加工工序，把统灰破碎成3mm以下的粉灰后再通过粉灰仓存储及皮带倒运到厂区码头，再装船沿长江运输到宝钢，整个过程中灰均不落地，了倒运过程中的环保效果。

　　6、 除尘系统

　　除尘系统主要包括烟气除尘及岗位除尘，本系统中除尘采用脉冲布袋除尘器，除尘效率达99.9%，系统设计时将烟气烟尘和岗位粉尘混合进入脉冲布袋除尘器，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，又降低了烟气温度，省去经常打开野风阀降温而浪费引风量。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。并且多处岗位除尘都设计为微机控制的电动阀门，各引风口分时、分处运行，在岗位除尘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，减少了除尘风量的浪费，了除尘效果。经除尘系统净化后达到颗粒物排放浓度小于30mg/m3， SO2排放浓度小于100mg/m3。

　　三、自动化控制

　　整条生产线为全自动化控制。自动化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)系统，系统操作界面采用德国WINCC人机接口软件。电子称量、混配上料系统，布料器、圆盘出灰机采用变频器控制，各主要工控点设有远程智能检测和智能语音报警器。并且该系统可增加互联网远程数据处理和服务功能，可以让用户足不出户在家里或者出差时通过笔记本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服务。

　　1、自动化控制系统硬件配置

　　(1)、PLC 系统：

　　西门子PLC S7-300系列，在我国冶金、铝业、石灰钙业等各领域得到了广泛应用。在系统中采用西门子PLC 系统功能强、性高、性价比高，并有便于维护、便于扩展，备件价格低，订货周期短等优点,是在工控系统中*理想的选择。

　　(2)、集成的称重模块

　　控制系统中称量部分，我们采用了西门子称重模块，集成在西门子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PLC 直接进行。

　　(3)、上位计算机

　　上位机采用台湾研华IP 610H 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、散热好、运行速度高等各方面都优于一般计算机。

　　(4)、人机操作界面

　　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、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、自动化控制系统的特点

　　(1)、自动和手动系统双备用。除现场操作箱的手动操作外，全部操作也可以用鼠标在工控机上完成。

　　(2)、取消了中间连锁继电器(隔离继电器除外)。

　　(3)、取消了所有二次仪表(如：压力、流量、温度仪表)，所有数据在计算机上显示，由打印机打印。

　　(4)、主要设备(风机、单斗、给料机、皮带机、布料器等)都用变频器代替原有接触器，改善了系统的性能，减少了维修量，加强了系统的性。

　　(5)、完善的WINCC人机界面操作系统。系统的所有参数及设备的停运和运行状态均有显示。各种参数曲线可供操作人员随时掌握系统整体的运行状态。其中像提升等动态设备，画面上有与现场同步的动态显示。

　　(6)、完善的西门子智能称重模块配料称量和补偿系统。

　　(7)、的石灰窑智能探测料位计和智能主令控制器等专有的使用设备。

　　(8)、完善的现场摄像监视系统，分别对混配、卷扬、炉顶、出灰进行监视。

　　(9)、的西门子PLC，变频器和工业计算机两级微机自动化系统。

　　(10)、上位机互为热备，一台上位机就可完成3座窑的监控与操作。

　　(11)、可具有互联网远程数据处理和服务功能

　　四、在线检测仪表

　　在线检测仪表是石灰生产过程中的“眼睛”也是生产操作的重要依据，石灰窑工艺参数的在线监测既是生产操作的基础也是炉况诊断的前提，工艺人员通过观察仪表采集到的各项参数才能有效的把握石灰窑的工艺状况，系统根据仪表采集到的各项参数才能够对窑况进行实时调整，因而在石灰的生产过程中仪表起着至关重要的作用。

　　本套石灰竖窑的在线检测仪表主要完成下列两大部分的功能：一是石灰石及煤两种物料的称量;二是温度、压力、流量、料位等的采集及显示。

　　(1) 石灰石及煤两种物料的称量

　　工业现场的物料称量现大都采用称重传感器及称重仪表的方式，称重传感器出来的信号传给称重仪表，由称重仪表来完成显示及设定功能，并输出标准信号传给CPU，同时通过计算机显示出来。这样的称量方法中间环节繁琐、不方便人工调整，精度低、抗干扰能力差并且成本较高。

　　JHZS型石灰竖窑在称量部分采用了西门子称重模块，集成在西门子S7-300 PLC系统中。电信号由现场称重传感器直接传给称重模块，再经称重模块运算后变为重量值，通过PLC 总线直接传送给CPU并通过计算机显示出来。这样就减少了数据传递的中间环节，同时增强了抗干扰能力，并且在系统中创造性的采用了称重误差补偿的方式，了入窑物料的有效量，消除了称量的累计误差对石灰窑工艺操作的影响。

　　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。

　　(2)温度、压力、流量、料位的采集及显示

　　a、温度采集包括：

　　① 根据石灰窑有效高度及预热带、煅烧带、冷却带的分布，科学的把窑体分为A,B,C,D四层(A层位于预热带，B层及C层位于煅烧带，D层位于冷却带)，每层设东、西、南、北四点共设置有16点K型热电偶测温，并且热电偶与热电偶砖相互配合，把热电偶的安装方式规范化，使热电偶的测温端与外界有效密封隔绝，杜绝因外界温度影响热电偶的测量有效性，从而的有效采集炉体各层各点的温度;

　　② 窑顶温度2点、烟气温度2点共设置有4点K型热电偶测温，采集窑顶及烟气温度;

　　③ 出灰温度2点、助燃风温度1点共设置有3点PT100型热电阻测温，有效采集成品石灰温度及助燃风温度;

　　b、窑顶压力的采集，采用电容式压力变送器，炉内微负压煅烧，节省燃料及炉顶密封效果;

　　c、风机压力的采集，采用电容式压力变送器，风机压力的大小反应助燃风通过炉内物料的阻力大小及煅烧带是否下移等;

　　d、风机流量的采集，采用孔板流量计、差压式压力变送器，配合风机变频器有效控制进入炉内的助燃风的风量;

　　e、炉内料位测量，采用ZTP-A2型智能探测料位计，测量炉内物料的高低，料面稳定在一定范围内，便于石灰窑的工艺操作。

　　所有热工参数、压力、流量、料位等值均取消了二次仪表，直接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;在上位机上可随时设定风机运行频率，各种工艺参数的实时有效的采集，给炉况的实时诊断及调整提供了依据，同时可以让司窑工随时掌控当前的窑况情形，作出各种快速的决定，从而了合格活性石灰的产出。

　　五、应用效果

　　皖宝矿业股份有限公司的两条年产20万吨活性石灰全自动化生产线自2013年建成投产以来，设备运转正常，产品质量稳定，日产活性石灰1200吨左右，成品灰CaO≥90%，石灰活性度≥300ml，生产的活性石灰通过长江船运供给上海宝钢炼铁厂烧结配矿及炼钢使用，了宝钢的石灰供给，受到了上级单位的一致好评。