石灰环形套筒窑筑炉材料的选用和筑炉工艺的合理设计.doc

石灰环形套筒窑筑炉材料的选用和筑炉工艺的合理设计国电英力特宁东煤基化学有限公司检修公司刘宁忠摘要：国电宁夏英力特宁东乙炔项目新建了四座环形套筒窑(600 t/d)，筑窑材料的选用及筑窑工艺的合理性，直接影响到窑的使用寿命。关键字：环形套筒窑 耐火材料套筒窑(套筒式石灰窑)是一种锻烧活性石灰的先进窑炉，学术上又叫环形套筒竖窑，煅烧的石灰具有产品质量好(石灰活性高)，能耗低，且环保效果好等特点。国电宁夏英力特宁东煤基化学有限公司乙炔项目公司为了确保后序电石生产过程中原料的品质（石灰活性度360 ml），建造了四座环形套筒窑(600 t/d)，计划于2012年8月建成投产。煅烧石灰的环形套筒窑的内部结构尽管简单，但其工况条件比较特殊，如何保证窑体长时间处于高温条件下工作，筑窑材料的合理选用及筑窑工艺的合理设计是决定其寿命的关键因素之一。一、环形套筒窑简介1、环形套筒窑结构乙炔项目中的环形套筒窑竖窑规格：600 TPD，竖窑总高：50.8 m，竖窑有效高：24.3 m，竖窑窑壳外径： 9.0 m，竖窑窑壳内径： 7.9 m，内套筒外径： 4.8 m。如下图所示，环形套筒窑是由窑体钢外壳及耐火内衬(4)和与其同心布置的上、下内套筒(5、6)组成。竖窑设有上、下两层燃烧室(9、10)，均匀错开布置，燃烧室内有耐火内衬，并通过用耐火材料砌筑的拱桥(16)与内套筒相联。序 号说 明序 号说 明序 号说 明1料车11出灰机21循环气体管2布料系统12出灰台22废气管3料位探尺13窑底料仓23换热器4窑壳及耐火内衬14振动出灰机24上环管(驱动空气环管)5上内套筒15循环气体入口PZ预热带6下内套筒16拱桥UB上部逆流煅烧带7上烧嘴平台17内套筒冷却空气导管MB中部逆流煅烧带8下烧嘴平台18下环管(一次风环管)PF下部并流煅烧带9上燃烧室19喷射管CZ冷却带10下燃烧室20烧嘴2、环形石灰套筒窑的工况环境石灰石经称量后装入料车(1)内，5t卷扬机将料车提升至环形套筒竖窑窑顶，将料车内的石灰石加入窑顶布料系统(2)，通过旋转布料器进入窑内。在窑顶设一料位探尺(3)显示窑内的料位。布料系统设有密封闸门，它与旋转布料器下部的料钟互锁，可以避免在向窑内加料时外界空气的进入。后物料经过窑内的预热带(PZ)、上部逆流煅烧带(UB)、中部逆流煅烧带(MB)、下部并流煅烧带(PF)和冷却带(CZ)，通过出灰机(11)和出灰台(12)进入窑底料仓(13)，最后由振动出灰机(14)排出窑外，用胶带输送机送至成品仓贮存。套筒石灰竖窑窑体工作过程中为负压操作，要求大修周期为5年，生产能力控制在设计生产能力的60%110%之间。3、石灰石在窑体内煅烧过程中温度的分布状况：项目极限值()工作范围()燃烧室135011001300循环气体960800930石灰出料15080140上拱桥中冷却空气出口管400300380进换热器的废气800650750窑顶出口废气250130180预热后的驱动空气500350500废气(在10min内)350200250通过上表我们可以看出，环形套筒窑工作过程中燃烧室部位温度最高，可达到1350，冷却带温度最低，可以降到130，根据以上条件我们在选择耐火材料及砌筑结构时要引起高度重视，既要保证耐火材料的抗高温性能，又要确保该部位的强度。二、筑炉材料的选用由于活性石灰套筒窑的工作环境是碱性的,故用于筑炉的耐火材料必须抗碱性，且要具备较高的热震稳定性，也就是说，高温下耐火材料不变形，且有一定的强度，因为石灰石在下落煅烧的过程中与之发生碰撞和摩擦，如果材料性能差，很容易损坏炉体砌筑结构，势必影响整体套筒窑的安全性。通过查阅相关资料，碱性耐火材料符合上述要求，目前主要有以下几种：（1）镁碳砖，氧化环境下稳定性差；（2）镁橄榄石，符合上述条件，但是人工成型比较困难，成本高；（3）镁铬尖晶石砖，性能优良，但铬污染环境严重，对人体有伤害；（4）镁铝尖晶砖石，特性：气孔率很低(小于9)，体积密度达3.223.23g/cm3。常温和高温强度很高，荷重软化温度1700一1750，抗蠕变能力也很强。抵抗硅酸盐与含铁熔渣能力强。热膨胀系数较低（8.2×106/），故耐热震性也较好，1300水冷循环达613次，体积稳定性很好。通过上述几种材料的对比，镁铝尖晶石砖性能优良，完全符合此工况条件下的使用。宁东乙炔项目的环形套筒窑就大量使用此类型的砖。三、筑窑工艺的合理设计1、各种耐火材料的合理搭配耐火材料砌筑窑工艺一般情况分三层：耐磨层、保护层、绝热层。耐磨层：镁铝尖晶砖或者莫来石砖砌筑，需定期检修；保护层：位于耐磨层和绝热层之间，通常使用轻质砖；绝热层：处于耐火衬和窑壳之间，一般使用隔热保温材料，如硅酸钙板、纤维。考虑到600吨/天的单台套筒窑筑完需要1376吨耐火材料，如果整体窑全部使用镁铝尖晶石砖砌筑，不仅成本太高，而且窑身重量增加很多。另外镁铝尖晶石砖强度高，切割困难，所有外围耐磨层使用此种材料的制作的随形砖，保证了砖与砖之间的缝隙严实。考虑到石灰石在煅烧过程中的温度分布不同，工艺上可以考虑在不受石灰石冲击的局部地方使用普通的高铝砖，厚大部位使用高铝砖、粘土耐火砖、镁铝尖晶石砖按三层工艺砌筑，保证材料满足工的况要求。如图所示：2、隔热保温层的处理套筒窑的窑壳、上内套筒、下内套筒是由钢板焊制而成的，窑体工作过程中为了防止窑体内的热量外散，绝热层处工艺上采用隔热保温材料，本项目工艺上使用硅酸钙板，厚度为40mm，如下图所示。窑体局部特殊部位，工艺上使用高铝高强度浇注料配合隔热保温材料，比如：与下内套筒相连接的冷却风管，浇注料制作保护层时，为了防止受热后由于膨胀系数的差异造成浇注耐火层开裂，与冷却风管相接触的部位必须使用硅酸钙板作为隔热层，厚度控制在25-40mm。如下图所示：下内套筒冷却风管3、加强拉筋的使用为了保证浇注料干燥后的强度，和长时间的使用，浇注前应在金属外侧考虑焊制”Y”形拉筋，如图（a）所示：（a） (b) 4、带拱形弧度或管道接口处使用高强度耐火碱性浇注料我们的套筒窑分上、下燃烧室，燃烧室顶是拱形的，且多处接通燃气、通风管道，为了保证上述部位的严密性，在保证材料耐火度足够的前提下，工艺上可以使用钢纤维浇注料制作。如图(b)所示：5、随形砖的使用筑窑过程中为了确保关键部位的耐火度和耐热震性，使用随形镁铝尖晶石砖砌筑。如内套筒下部上方和燃烧室出口的拱桥。如下图所示：四、小结通过上述筑窑材料的合理选用和筑窑结构的合理设计，确保了套筒窑长时间在高温工况环境下的稳定使用，且延长了其使用寿命。参考文献南京工业大学能源学院于晓锋石灰套筒窑下燃烧室坍塌分析及解决方案