豎式預熱器、回轉窯和單筒冷卻器,是活性石灰回轉窯系統設備的三大組成部分,是一種較大型的煅燒容器。在煅燒工藝中,它們分別承擔著活性石灰產品從烘干、預熱、分解、燒成到冷卻的全部煅燒工藝過程。由于煅燒工藝的需要,在各個容器內,砌筑著不同材質、不同尺寸、不同形狀、不同形式的耐火材料制品。由于這些耐火材料本身所具有的受熱特性和產品的煅燒需要,在使用前,它們必須要經過一個烘干、加熱、升溫的過程。這就是通常所說的烘干窯升溫過程。
所謂烘干窯,就是指利用燃料燃燒所產生的熱,在規定的時間內,使容器內的溫度從較低的狀態開始,逐漸地上升到高溫狀態,使容器內的耐火材料通過烘烤和加熱達到可使用的程度。烘干窯開始的標準是:當噴出燒嘴的燃料或設置在窯內的可燃物質被點燃并開始持續燃燒時。
烘干窯升溫的目的:回轉窯在投入使用前,容器內的耐火材料必須經過烘干、加熱和升溫的處理過程。由于回轉窯內的襯磚,特別是燒成帶的襯磚在特定的環境里,具有冷態時收縮性強、吸水性能強、易水化,不易轉窯。接觸火焰輻射熱時熱點集中,對急冷急熱反應敏感,及易造成崩裂、剝落或抽簽掉磚等特點。為此,在使用前,必須要對它們進行加熱處理。掌握對回轉窯內耐火材料冷態時的低熱量投入是非常重要的。這時,在理念上的烘干窯操作,通常是指對回轉窯的加熱。
而在帶豎式預熱器的回轉窯上,由于豎式預熱器是原料完成煅燒前被加熱和預分解的重要容器,在煅燒系統中占有非常重要的位置。在設計上,它具有磚型多、體型大、材質不同、砌筑復雜、不接觸火焰輻射熱、氣流傳熱慢等特殊的特點。它的被加熱 ,是能否使煅燒系統順利地進入到生產狀態的關鍵環節。為此,在帶豎式預熱器的回轉窯上,具有實際意義的烘干窯操作,應該是指對豎式預熱器的加熱。通過對回轉窯和豎式預熱器內耐火材料特點的基本了解,對耐火材料冷態時加熱溫度使用的重要性便已經很明顯了,因此,也由此而產生了烘干窯升溫的目的。烘干窯的目的是:使襯磚由低溫狀態向高溫狀態緩慢地被加熱,排除所含的水份。升溫的目的是:使襯磚充分蓄熱、膨脹并達到可對物料傳熱的溫度。同時,又能使襯磚得到較長的使用壽命。
烘干窯操作,是一個對襯磚進行緩慢加熱、升溫的過程。是一個溫度與時間的分配關系,時間長短決定溫度走勢。在這個過程中,如何掌握它們的分配關系是非常重要的。這也就是說,任何一條冷態回轉窯在“開窯”點火以前,都應該根據當時的窯況制定出一個烘干窯升溫計劃。因為,它是指導整個烘干窯升溫操作的理論依據。這個所謂的烘干窯升溫計劃,就是通常所說的烘干窯升溫曲線,它是用圖表的形式,將溫度和時間進行分配并具體地表現出來的一種方式。回轉窯在冷窯狀態時,無論使用什么樣的方式開始點火后,都要經過一個使溫度由低溫向高溫逐漸上升的過程,這個過程即是指烘干窯階段。
在以氣體能源為燃料時,燒嘴點火后,窯內的初始溫度通常會上升的比較快。在較短的時間內即可達到150—200℃。這是因為,一、為了保證燃料的點火與著火質量,燃料噴出燒嘴時的初始量往往會比烘干窯時所使用的量要大的多。二、排風抽力在回轉窯內產生的負壓,會將燃料點燃后產生的熱量很快地抽向窯尾加料室的溫度測點處,因此而產生一個短暫的跳高的溫度點。三、冷態窯點火后,窯內襯磚對瞬間產生的氣流溫度反應會比較慢一此,不會馬上產生吸熱反應,燃燒產生的熱量會沿著襯磚表面,快速地通過窯內和溫度測點,由此而表現出一個跳高的溫度指數。
但是,如果是在利用固體燃料點火前,為了使窯內的溫度環境達到可以使固體燃料著火的目的。燃料通過燒嘴點火前,常常會先點燃堆積在窯內的可燃物質,如木材等引火物。這時,窯內的溫度一般不會產生明顯的跳高反應。因為,將堆積在窯內的可燃物質點燃并產生燃燒,是一個緩慢著火和產生熱量的過程,熱量在窯筒體內不會迅速或大量聚集,所以,從溫度測點的反應上,不會出現跳高的反應。
回轉窯利用氣體燃料點火時產生的溫度短時跳高現象,一般不會對耐火材料造成直接的損壞性影響。但是,這種溫度跳高現象只能是短時的。當確認燃料已經開始燃燒并且穩定后,則應該很快地將燃料初始用量降回到 值。使溫度逐漸地回到一個低點位置(穩定點),并從這一低點溫度開始進入到烘干窯狀態。
烘干窯階段的溫度通常是比較容易控制的。這是因為,這個階段的燃料用量是很低的。這時,只要穩定好窯內負壓抽力,配給出適量的燃料,保證 燃燒狀態,便能夠使溫度沿著烘干窯升溫曲線的要求運行。這一過程在冷窯和低溫窯狀態時通常會持續較長的時間。
當窯尾加料室溫度達到200℃時,為了使窯內的襯磚能夠均勻地受熱并逐漸地排出所含的水分。這時,應該考慮少量地翻動窯體。分別在不同的時間里,以不同的幅度翻動回轉窯窯體。使窯內襯磚都能夠獲得均勻受熱的機會。但是,這個使窯體翻動的幅度是有一個限度要求的。即,窯內溫度愈低時,翻動的幅度應愈小。隨著窯內溫度的升高,逐漸地縮短翻動窯體的時間和加大窯體翻動的幅度。
表十四 烘干窯階段的轉窯
溫 度 范 圍 |
(間隔)時間min |
窯 體 轉 速? rpm |
<200℃ |
0 |
0 |
200 ~ 250℃ |
60 |
1/4 |
250 ~ 300℃ |
30 |
1/3 |
300 ~ 400℃ |
30 |
1/2 |
400℃ |
連 續 |
最 低 轉 速 |
?
這里應該注意,當窯尾加料室溫度在200 — 400℃的區間范圍時,連續轉動窯體是不允許的。因為,當窯尾加料室溫度未達到400℃時,窯內襯磚的吸熱、排水、膨脹等反應還沒有結束。這時,若連續轉動窯體,會造成襯磚松動、抽簽、脫落。隨著窯尾溫度上升到400℃時,窯內襯磚內的水分已經基本排出,熱膨脹 也已基本形成。這時的轉窯便可以從間斷翻動窯體改為 轉速的連續轉窯。其目的是使襯磚在均熱的環境中,形成均衡的膨脹 。
由此可以看出,烘干窯的含義,實際上就是指蒸發水份、吸熱烘干、加熱膨脹三個過程。這一界限是指當窯尾溫度400℃開始連續轉窯時。窯尾加料室溫度≥400℃時的連續轉窯,是烘干窯階段中熱量轉換的一個轉折點。它預示著窯內的耐火材料在完成了吸熱、換熱、膨脹反應后,開始轉入到蓄熱階段。是在為烘干窯后的升溫奠定基礎。窯尾加料室溫度達到400℃以后,烘干窯操作的基本內容有,不斷增加燃料用量,用以提高窯內溫度。逐步啟動相關的系統設備,向升溫階段過度。
根據烘干窯升溫曲線的要求,窯尾溫度500—600℃時,操作仍屬于烘干窯階段。但是,在實際操作意義上,這個溫度范圍已經進入到了烘干窯和升溫操作的轉換階段。連續轉窯后,推桿系統從手動到自動聯動(這時,不考慮預熱器內是否有料),燃料用量逐漸增加,預熱器出口溫度不斷升高,控制難度開始逐漸加大。這些,都已在明確地表明,烘干窯與升溫之間的關系已經在開始發生著轉換。這是一個自然或必然的轉變。如果這時想通過單純的操作方式,使系統內的溫度達到曲線的要求,無疑是有困難的。
在回轉窯系統內,溫度之間的相互影響是很大的。在控制過程中,在考慮到與其它溫度相配合的情況時,要想使某一點溫度能單一地達到要求的指數,這通常是很困難的。因為,當某一點溫度在到達預定指數的過程中,是要通過不同的參數和手段來配合完成的。而這些參數和手段會必然地影響到它以前和以后的溫度變化。例如:要使窯尾加料室溫度從500℃提高到600℃,預熱器出口溫度則需控制在≤350℃。這時,首先考慮到的會是增加燃料用量,隨后,可以考慮增加空氣量、排煙量等。但是,隨著窯尾溫度的升高,預熱器的出口溫度也會隨之升高。這時,如若不采取相應的措施,當窯尾溫度達到600℃時,預熱器的出口溫度也將會超過350℃。從而失去了提升溫度的意義。
由舉例可以看出,在回轉窯系統中,對溫度的要求,是需要通過一個綜合的、全面的調配控制過程才能 的。為此,當烘干窯溫度≥500℃時,則應該考慮到在此溫度時,回轉窯的烘干窯階段應該開始向升溫階段轉化了。