1112-JLY3809机立窑(窑体及卸料部件)
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1关于机立窑系统技术改造的若干问题中国水泥协会立窑研究会 专家中国建材工业经济研究会 专家水泥专业委员会立窑学组 组长 王志强高工(国家)建材行业生产力促进中心 专家南京立窑水泥技术研究所 所长机立窑系统技术改造是立窑水泥企业技术进步的关键,南京立窑水泥技术研究所十多年来始终围绕立窑如何提高产量、稳定质量、降低消耗和环保达标,开发出了许多新型实用新技术、新产品,先后对全国 4000 多家水泥企业进行技术改造,取得了巨大的经济效益和社会效益。本文就立窑系统技术改造中的关键问题和大家交谈探讨,以飨同行。机立窑综合改造示意图(见图 1) 。图 l 大直径机立窑示意图1 烟囱与窑罩1.1 烟囱熟料煅烧过程中产生的废气不仅包括有煤燃烧和石灰石分解产生的 CO2,还有料球水分蒸发形成的水蒸汽、入窑风中剩余的 N2、过剩的 O2、煤不完全燃烧及包氏反应和郝氏反应产生的 CO、挥发份产生的气体及从窑罩门漏入的空气等。生产 lkg 熟料所产生的废气量一般为 3.54kg(即2.653m 3/ h) ,由立窑的烟囱排向大气。立窑水泥企业通过立窑扩径、预加水成球技术的应用、稳定生料质量等措施,产量明显提高:单位截面积产量大大超过以往的设计指标(1660kgm 2h),如南京雄州水泥公司 3.2m窑的 2500kg m2h、镇江长江水泥厂 3.0m 窑的 2250kgm 2h。产量提高也必须引起废气量的增加,而原先设计的烟囱与窑罩均未充分考虑如此之大的废气量,以致窑面常常逸出大量废气而使操作环境恶劣。另由于排气不畅,还严重影响了窑内的上火速度及熟料产量的提高。立窑烟囱直径(双)d 应大于 0.6D( D 为立窑直径) ,表l 为不同规格的立窑应配备的烟囱直径的适应尺寸。表 1 不同规格的立窑应配备的烟囱直径立窑直径(m)熟料台时产量(t/h)废气量(m3/h)烟囱直径(m)2.5 8.50-9.50 35000-45000 1.4-1.52.8 11.0-12.0 55000-65000 1.5-1.73.0 13.5-14.5 80000-85000 1.7-1.83.2 15.0-16.0 85000-95000 1.8-2.03.4 16.0-18.0 95000-10500 2.0-2.23.6 18.0-20.0 10500-11500 2.2-2.421.2 窑罩窑罩的高度,有条件的扩径立窑应加高 0.5m为宜。窑罩的出风口也应作如图 2 所示的改动(图 2 左半部分为改造前;右半部分为改造后,即将烟囱下部与窑罩的连接处向下扩大到窑罩底部) ,以降低排气阻力。左:改造前 右:改造后图 2 立窑窑罩出风口的改造示意1.烟囱 2.加料器 3.窑罩立窑技改后,窑罩必须相应加高,h/D1.0(D 为立窑有效内径) ,以 3.2m 窑为例,窑罩高度为 3.2m。立窑煅烧时,为了减少废气量,即使不能做到闭门操作,但也应少开窑门,对提高窑内上火速度和熟料产量、改善窑面操作环境均有好处。2 喇叭口角度和高度2.1 喇叭口角度我国机立窑的喇叭口角度一般在 917的范围内选取。之所以将喇叭口设计成一个角度,一方面是将生料球在预热和煅烧过程中的体积收缩率视为一个常数,另一方面是为了耐火砖的砌筑简便。实际上,生料球在预热和烧结过程中的收缩率是不同的,即使对同一过程(如预热干燥过程)而言,若操作方法(浅暗火、暗火、深暗火 )不同,生料球的体积收缩率也有差异,即浅暗火操作时的生料球体积收缩率比暗火、深暗火操作时的要大,而在预热过程中的收缩率比烧结过程中的要大。如果喇叭口角度按生料球在烧结过程中的收缩率选择,通常取 912,煅烧时虽不易炼边,但边部呲火频繁,中部底火拉深(窑径大者更甚) ,卸出熟料温度偏高,时有卸红料现象;如果喇叭口角度按生料球在预热干燥过程中的收缩率选择,通常取 1417,由于扩大了烧成带截面积,熟料产量有一定提高,还有利于边部封料,不易呲火,但炼边严重,增加了操作工人的劳动强度。针对上述问题,有的水泥厂将机立窑的喇叭口设计成两个角度,如图 2 所示。图 3 的 al 为预热过程(即湿料层部分)的喇叭口角度,a2 为烧结过程中的喇叭口角度,显然ala2,al 与 a2 的差值与各厂的生料球的物理化学性能及 成球的工艺条件有关,一般为2.53.5。hl、 h2 分别为喇叭口角度 a1、a2 的高度,一般 h2 h1。图 3 立窑双角度喇叭口示意对于采用双喇叭口角度的立窑,操作必须稳定,亦即底火层能控制的在较为恒定的深度。设想一台操作变化大、底火层忽上忽下的立窑,必然会引起预热干燥过程与烧结过程位置在不断剧烈变化,则双喇叭口角度还有什么意义呢!目前,我国立窑喇叭口的设计一般根据机立窑的收尘方式确定,一般采用大布袋除尘器或电除尘器,采用浅暗火操作,喇叭口角度=13.5 14.5。采 用 暗 火 或 深 暗 火 操 作 喇 叭 口 角度 一 般 12.5 13.5。2.2 喇叭口高度喇叭口的高度与角度一样,同样受各厂操作方法的制约。深暗火或暗火操作的喇叭口高度要比浅暗火操作的高。同时还因立窑直径不同而异,直径大的,喇叭口高度相应要大些,唯一的原则3是维护立窑煅烧熟料过程中的整个烧成带位置,绝大部分在窑直筒部分之上的喇叭口部位,且烧成带的最低处必须在喇叭口与直筒部位接口处600mm 以上。一般采用大布袋或电收尘器,采用浅暗火操作,喇叭口深度 H=0.5-0.55D,暗火或深暗火操作,喇叭口深度 H=0.550.6D。煤的挥发份对喇叭口角度也有一定影响,一般煤的挥发份高,喇叭口深度要浅一些;煤的挥发份低,喇叭口深度要深一些。3 布料器原加料系统(如图 4)图 4 原加料系统图1-蜗轮减速机 2-三角皮带 3-电动机 4-窑罩上平板5-输出中空轴 6-锥形料斗 7-溜子其存在的主要问题是:1加料斗和布料器(或称溜子)易变形,易被腐蚀。因为加料斗和布料器均设在窑罩内腔里,而窑罩内腔里布满高温和有腐蚀性气体(如SO2、F 等) ,所以使用时间短,须常更换。2料球常易粘附在料斗内壁,阻碍下料,工人清除时很不方便,清除粘料时间长,影响生产。3蜗轮减速机不适宜在高温、粉尘大及腐蚀性气体下工作。高温及腐蚀下立轴部位油封经常损坏,箱内润滑油保存不住,顺轴流出,同时含有粉尘热气流上升进机体内,也造成轴承、蜗杆和蜗轮的严重磨损。4蜗轮减速机的中空输出轴与料斗是用 M16的螺栓联接起来的,且处于窑罩内腔高温腐蚀性环境里,螺栓经常脱落、断裂,从而造成料斗和溜子落入窑内。5料斗和溜槽均是用 12mm 的钢板焊接而成,重量大、价格高,更换频繁,浪费严重。改进后的加料系统(如图 5)图 5 改进后加料系统图1-锥形料斗 2-大圆锥齿轮 3-小圆锥齿轮4-摆线针轮减速机 5-窑罩上平板 6-溜子7-支承装置 8-钢球及轨道其主要特点是:1结构合理,料斗布置在窑罩上,脱离了高温腐蚀区;溜子被升高,比改造前离高温腐蚀区远些,从而提高了料斗和溜子的使用寿命。2用摆线针轮减速机取代了蜗轮减速机,彻底解决了漏油问题,且功率不变。3将料斗和溜子的钢板厚度由 12mm 改为3mm,节约了材料,降低了价格。4大圆锥齿轮下有轨道和钢球,传动十分平稳,操作方便,占地小,费用低。改进后的效果改进后的加料系统运转率达到 98以上,使用检修十分方便,材料消耗大大地降低。减轻和降低了维修工作量及费用。4 节能型窑体保温技术大规格直径机立窑,尤其要重视窑体保温措施,窑体保温直接影响机立窑产、质量,由于窑体保温不好,配煤增加,中部热量过剩,造成中部煅烧带延长,底火下移,影响机立窑煅烧,产量降低;而且由于中部通风不良,还原气氛严重,4造成 C3S 转化为 C2S 和二次 fCaO 熟料质量下降。采用节能型窑衬以后,边部散热减少,减少了中边部温差,底火不拉深,中风加强,煅烧速度加快,产品质量提高。窑体保温不宜用外保温法,应采用内保温法。在窑体内采用绝热保温效果好的新型保温材料和浇注料。窑体保温后,应使煅烧带筒体表面温度与环境温度差不小于 10。采用新型保温技术后,一般机立窑可节煤 1015%,以年产量 10 万吨熟料计,年节煤近 60 万元。图 6 310M 机立窑耐火、保温材料布置图1.喇叭口磷酸盐高强耐磨砖 2.直体磷酸耐磨砖3.倒喇叭砖 4.直体 1#砖 5.QT150 浇注料6.GL20 保温板 7.FZ 保温砖8.GB 40 保温板 9.GQ 浇注料5 机立窑底火平衡自动控制系统立窑底火的稳定是优质高产的基本条件。在立窑煅烧过程中,由于料球成分、含煤量、窑内通风、炼边等多种因素,往往引起底火的偏斜,一旦发生偏火,随之产生结块、架窑等异常现象,甚至发生喷窑事故。传统的处理办法是减风、不均匀布料、插钎打洞、局部加煤等办法,不但劳动强度大,而且处理时间长,严重影响立窑的产、质量。随着我国立窑技术水平的不断提高,一方面立窑的规格越来越大,操作带来困难;另一方面,越来越多的立窑企业采用大布袋除尘器,对立窑的操作提出了更高的要求,如何通过技术手段保证底火的稳定,是目前立窑水泥企业面临的一个重大问题。我所自行研发的立窑底火平衡自动控制系统成功的解决了上述难题,是立窑系统综合改造必须配套的关键设备。本系统是在广大立窑水泥厂应用热电偶测温的基础上研制成功的。它根据煅烧原理和闭环控制原理,采用微机自控技术,将热电偶作为底火温度热传感器,用电动风阀作为腰风执行元件,由微机构成闭路自控系统,同时对八个方向上的温度进行检测,自动诊断偏火情况,并根据偏火位置,自动控制与其对应的腰风阀的开启、关闭,集中风力消除偏火,无需进行人工干预,使底火自动稳定在预定的范围内。图 7 立窑底火平衡自动控制系统示意图1. 窑壁热电偶外套管 2. 测量窑壁温度热电偶3. 环形窑风供风管 4. 窑风阀 5. 入窑窑风管6. 腰风供风管 7. 腰风供风调节阀 8. 放风管9. 罗茨风机6 新型卸料篦子大直径机立窑卸料结构不宜采用塔式结构,因为塔式结构不仅增加卸料部分高度,缩短窑的有效高度,而且随着窑径扩大,塔式窑中、边部5卸料能力不均匀性越大,造成中部卸料速度远远大于边部卸料速度,必然造成底火拉深,中风不足。即使是塔式窑结构,千万不要采用高塔篦。应选择卸料均匀性好的双曲面可换齿高效节能塔篦(见图 8) 。双曲面可换齿高效节能塔篦主要性能特点:a破拱、破碎能力大,卸料能力强;b破碎卸料均衡,底火平稳;c通风面积大,通风阻力小,通风均匀性好。图 8 双曲面可换齿高效节能塔篦图 9 双曲面可换齿高效节能盘塔大直径机立窑卸料结构宜选用通风面积大、卸料均匀性好的双曲面可换齿高效节能盘塔结构(见图 9) 。该盘塔主要性能特点:a塔尖、盘体采用双曲面结构设计,兜风效果大大提高,气流阻力减小,中心通风加大,上风速度加快且通风均匀性好;b破碎卸料平衡,中、边部物料下移速度落差减小,稳定底火;c塔尖、爪齿、颚板使用寿命长,且更换方便;d产量提高1520,煤耗降低,熟料强度提高。采用以上卸料结构不仅破碎卸料能力大,而且卸料均匀性好、底火平浅、不拉深、落料平衡、中风强,窑面不正常情况少,工人好操作,产量高、质量好。7 供风7.1 风机的选型机立窑供风可用罗茨风机,亦可采用高压离心风机。罗茨风机是硬特性,当风压变化时,风量不变化;离心风机是软特性,当风压变化时,风量也随之变化。一般操作水平比较差的企业尽可能采用罗茨风机。不论是采用罗茨风机或高压离心风机,有条件的厂家应尽可能用变频器调节风量,这样有利于机立窑操作和煅烧。7.2 风压和风量的选择一般机械化立窑横截面的气流速度以 0.5-0.7m/s 为宜,所需空气量以燃烧 1kg 煤 8m3 空气计算。气体通过立窑的总压降,随着窑的高度增加而增大,而与窑径的关系不显著,立窑中阻力最大的是冷却带和预热带,预热带的阻力取决于成球质量。冷却带的阻力取决于立窑的烧结状态,即底火厚度。如底火厚度厚,冷却带内块状熟料比例大通风空隙多,阻力变小。反之,底火较薄,窑煅烧经常出现呲火、漏生,在冷却带内块状与粉状混存,通风间隙大幅度下降,通风阻力骤增。生产实践证明,窑况良好的立窑,其窑体阻力(全风入窑时) 可稳定在 12001600mmH 2,且立窑产量超设计产量 1520以上,而且立窑不粘边、不结圈,工人操作简化,劳动强度下降。8 大直径机立窑的最新突破8.1 立窑直径立窑直径小一直是影响立窑水泥生产线生产能力的“瓶颈” ,过去一直认为立窑直径扩大以后,窑内通风和热力场分布的不均匀性加剧,煅烧条件和烧成火候的差异将扩展,窑的工况处于不正常的故障状态,无法维持持续正常生产。近年来,经过立窑水泥工作者的不懈努力,通过优化窑形型结构的设计、卸料通风部位的改进、加强窑体保温、小料球煅烧、改进配料方案和窑工操作方法等一系列技术措施,立窑直径有大幅度提高。目前 3.5m、3.6m 机立窑已在全国 60 多家水泥厂推广使用,而且由于采用了一系列有针对性的技术措施,窑越大越好烧,3.6m 机立窑台时产量高达 25t/h、熟料强度均在 62MPa 以上,煤耗在 900Kcal/kg 熟料以下,技术经济指标和新型6干法窑相比毫不逊色。南京立窑所正抓紧进行4m、5m 机立窑的研发工作,新一代超大直径优质高产机立窑即将问世!8.2 立窑高径比 立窑的高度是为了保证熟料在窑中的烧结和充分的冷却,所以立窑高径比历来为水泥工作者所重视。立窑改造时为不增加太多的土建费用,往往保持原有窑房高度上进行,因此必须考虑高径比。比较保守的高径比一般控制在 4 左右,后随着全黑生料和小料球煅烧与新技术的采用,才降低至 33.5。目前立窑高径比有重大突破,采用低风压大风量风机,3.6m 窑最小高度仅8.5m,高径比 2.33,立窑高度大大降低,不但风机功率消耗大大降低节约成本,而且加快熟料冷却,产量高质量好。
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