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摘要：本钢矿业公司石灰石矿拥有两座600TPD回转窑，是生产优质活性石灰的重要生产基地，受回转窑自身工艺特点的影响，产品热耗一直居高不上，近年来，国家要求钢铁企业采取有效的技术措施积极开展节能减排工作以降低产品的各项能耗。本文介绍了本钢回转窑在经济运行、节能降耗方面所采取的一些工艺技术措施，以达到与同行业技术人员进行交流的目的。在此就如何降低回转窑煤气单耗，谈谈自己的初浅看法，仅供参考。
关键词： 活性石灰、竖式冷却器、竖式预热器、煤气单耗、四通道烧嘴。
中图分类号：TF526文献标识码： A
To reduce the power consumption of rotary kiln gas single analysis and practice
WANG Zhong-gui
(benxi steel limestone mine, liaoning benxi 117000, China)
Abstract: Benxi steel's mining company limestone mine has two 600 TPD rotary kiln, is one of the important production base, producing high quality active lime is affected by its process characteristics of rotary kiln, the product has been high heat consumption, in recent years, the national iron and steel enterprises to adopt effective technical measures to actively carry out energy conservation and emissions reduction work in order to reduce the energy consumption of the product.Benxi steel rotary kiln has been introduced in this paper in terms of economic operation, saving energy and reducing consumption has taken some technology measures, in order to communicate with the same industry technical staff.Here is how to reduce the rate of rotary kiln gas consumption, the early talk about their own shallow view, only supplies the reference.
Key words:Active lime 、Vertical cooler、vertical preheater、gas consumption 、four-channel burner.
前言
本鋼石灰石矿现拥有两座600TPD回转窑, 1＃回转窑于2005年5月7日建成投产，2＃回转窑于2006年9月28日建成投产，单窑设计能力为年产活性石灰20.1万吨，原料采用本地自有矿山的石灰石,粒度25～40 mm，CaO含量在53%以上；燃料是由本钢燃气厂提供的焦炉煤气，热值4000 kcal/Nm3。生产的主要产品为≥10mm粒度的活性石灰供炼钢厂；≤10 mm 的粉灰供炼铁厂作烧结用。回转窑投产初期运行极不稳定,窑内频繁发生结圈等问题，煅烧工艺控制不稳定，产量、质量均达不到设计要求，煤气单耗较高，给活性石灰的正常生产带来很大影响。近年来，由于受世界经济的不利影响，钢铁企业生产景气度逐年下降，盈利水平越来越低，按照本钢节能减排的目标和要求，回转窑的经济稳定运行要最大限度地减少煤气消耗、合理利用有限能源，同时减少碳排放、降低吨灰成本，为本钢终端产品提供优质辅料。为此，我们围绕实现这一目标和要求，在稳定生产、降低回转窑煤气单耗等方面做了大量工作，通过合理组织生产、控制原料粒度以及调整烧嘴角度、窑转速、一二次风压力、风量配比、煤气压力等一系列工艺技术措施，实现了窑况的稳定，煤气单耗显著下降，基本上达到了公司节能降耗的指标要求。
1 .回转窑生产运行情况
1.1回转窑的主要生产指标完成情况
2013年1～12月份回转窑煤气单耗完成情况见表1：
表1：回转窑煤气单耗数据（GJ/t）
月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月
煤气单耗 4.40 4.49 4.83 4.56 4.44 3.44
月份 7月 8月 9月 10月 11月 12月
煤气单耗 4.81 4.53 4.28 6.87(低产) 4.82 5.23
2013年回转窑全年煤气单耗平均完成4.73 GJ/t。
注：煤气单耗(GJ/t)= 高炉煤气消耗量(km3)×高炉煤气热值(GJ/km3)+焦炉煤气消耗量(km3)×焦炉煤气热值(GJ/km3)/ 活性灰产量(t)[2]
2 .影响回转窑煤气单耗的因素分析及工艺技术措施
2.1影响回转窑煤气单耗的因素分析
回转窑热耗的组成：CaCO3分解消耗的热量 、高温废气带走的热量、水蒸气蒸发消耗的热量、窑壳散失的热量、成品石灰带走的热量、风煤配比不合理产生的热量消耗[3] [4]。其中高温废气带走的热量、风煤配比不合理、成品石灰带走的热量和窑壳散失的热量是最主要的无效热耗。同时，回转窑在低产量下运行也是造成热耗高的一个重要因素。我们采用pareto分析法对上述影响煤气单耗因素进行了分析，回转窑的实际产量、烧嘴角度、二次风机流量配比大小分别占影响煤气单耗因素的40.0%，22.0%和20.0%，是影响煤气单耗的关键因素，是降低煤气单耗的重点。
2.2降低回转窑煤气单耗的工艺技术措施
2.2.1调整烧嘴角度与火焰形状
回转窑原来使用的烧嘴设计存在缺陷，因是高压烧嘴，火焰燃烧过于剧烈，且火焰形状不易调整，火焰直接冲刷窑壁，造成窑内频繁结圈，经常要停窑处理结圈，不能达产、达效，窑衬耐材易损坏，寿命短。烧成带处的窑壳温度高达320～330℃，煤气单耗高达5.5 GJ/t灰以上，因此，我们于2010年9月初更换了新烧嘴，现采用低压四通道烧嘴[5]。
烧嘴更换后，我们通过调整固定烧嘴的桁架尺寸将烧嘴重新调到现在位置，调整后，可明显看出火焰在窑内贴着料面运行，火焰的强焰区不再冲刷窑壁，窑尾区域预热效果明显增强，石灰煅烧均匀，窑壳温度在280℃左右，下降了近40℃，煤气量减少500～800 m3/h。
我们在烧嘴角度调整前后采集了30个煤气单耗样本进行双样本T检验，调整前与调整后的箱形对比，说明烧嘴角度调整后煤气单耗明显有所降低。
2.2.2确定风、煤配比与窑转速的合理参数控制范围
回转窑煤气完全燃烧状态下，一次风约占20%，二次风约占75%[5]。火焰形状主要通过调整一次风的轴向和径向风量来调整，根据火焰燃烧原理，如果煤气压力与一次风压力过高，会引起火焰燃烧速度加快，燃烧剧烈。火焰在窑内的长度缩短，火焰高温集聚易产生窑内结圈，另外煅烧带缩短，窑内物料得不到充分的煅烧，影响石灰质量。因此我们根据生产实际，将煤气压力由原来的9000～10000Pa调整到6500～7500Pa，一次风压力由15500Pa调整到14000Pa，这样形成的火焰形状比较理想，煅烧带比调整前延长了2米左右，煤气用量降低了500m3左右，窑内的局部高温区得到有效缓解。当火焰形状调整好后，当产量发生变化时，一次风量只做小幅度的调整，主要调整二次风量的大小。在风机转速不变的前提下，二次风量的稳定主要是靠竖式冷却器内的料面高度决定的，料面高位与低位相差过大会造成二次风通过物料的阻力发生变化，进而影响二次风量与风温的稳定，因此一定要保持冷却器内的料面高度在格筛下1米左右位置，不能变化过大。结合回转窑的工艺特点，本着“薄料快烧”的原则，我们将窑的转速系数分别设为0.0016， 0.0017， 0.0018， 0.0019这4种状态时进行了单因子方差分析，窑转速系数为0.0017时煤气单耗最低，0.0019时最高，因此我们设定窑转速与产量的系数为0.0017。
表：回转窑工艺操作作业指导标准
产量t 煤气量m3/h 窑转速rpm
600 6000 1.03
推杆间隔s 一次风量m3/h 二次风量m3/h
32 4300 21000
备注：热值按16720kJ/m3，推杆按0.225t/次，焦炉煤气：空气=1：4转速按0.0017计算 二次风可根据实际情况另行调整
2.2.3加强回转窑日常生产组织和设备运行管理
根据回转窑的生产原理和煅烧机理，稳定高产时，特别是超产运行时回转窑运行更经济，工艺更稳定，热损失最低，因此，我们根据炼钢厂的石灰需求合理组织，加强信息沟通与反馈，同时确保活性灰运输渠道畅通，以最大的限度来保证回转窑稳定在高产状态下运行。现阶段由于受炼钢厂的需求影响尚未高产运行，如高产运行煤气单耗还有下降的空间。
针对回转窑生产的特点，我们采取专业点检与岗位巡检相结合的设备管理制度，加强设备缺陷改造和优化，提升设备运行利用率，保证设备完好率，可开动率98%。在日常生产中，对于设备存在的问题做到了及时发现及时处理，对于在线处理不了的问题采取定修制度集中解决，从而大大地减少了因设备故障造成的停产次数。原有的20m3空压机由于设备老化，供风管路长，运行中经常出现压力低于0.3Mpa的情况，频繁导致回转窑煤气自动止火，我们将20m3空压机更换40m3空压机，并加强了对空压机设备、管路、阀门的检修，重新标定用气设备的最低用量，低于标准0.3Mpa立即开启备用空压机，使停窑次数大大减少，保证了回转窑连续稳定运行。
2.2.4加强回转窑入窑原料质量的管理
回转窑所用原料石灰石质量的理化指标的好坏直接影响活性石灰的最终烧成质量及煤气单耗的高低。为此，我们加强了对入窑原料的质量控制，制订了如下质量标准：
质量标准:CaO≥53.6%，SiO2≤1.0%，MgO≤2.0%，S≤0.015%；
判废標准： CaO＜51.6%或SiO2＞2.0%。
粒度要求：25-40mm，最大50 mm，超出上、下限比例不得＞10%。
加强了原料入窑前的控制，每批次矿石都要进行采样化验、粒度测试、杂质确认。同时做好振动筛的检查与维护，提高振动筛的运行效率，确保原料筛分效果，从而避免了因原料质量波动而引起工艺操作的不稳定，为保证筛分效果，我们新进一台移动筛分机对原料进行再次筛分，效果良好，筛分前与筛分后的原料对比见。
由于移动筛分机的投入使用，较大程度地控制了不合格原料入窑，提高了预热器及冷却器内的透气性，使得回转窑气流顺畅，降低了主排烟机的转数，减少了大量高温废气外排，提高了热效率。
2.2.5完善回转窑工艺控制操作
窑内温度过高是影响回转窑煤气单耗的一个重要的因素，如果只依靠窑尾温度和预热器顶温的变化来控制煤气用量，不能做到及时和准确，针对这一问题，我们在窑头安装了比色温度计，操作人员可根据比色温度计检测的窑内温度变化来控制窑内温度和煤气用量，这样避免了回转窑生产中过量使用煤气。
同时，我们在窑壳的不同区域划定5个测温点进行测温监控，通过控制窑壳温度，有效地防止了窑内高温对耐材烧损和热耗的增加。
3 .结束语
经过我们的不断努力，目前两座回转窑正向安全、稳定、高效的运行方向发展，在企业生产经营中发挥着重要作用。但还有许多问题有待解决，我们要进一步完善工艺控制，以实现高产、优质、低耗的目标，为钢铁生产提供优质冶金辅料，为终端产品提供保障。
参考文献：
[1] 杨加国.转炉煤气回收的应用技术[J].冶金环境保护，2007(1)：18-22
[2] 初建民等.冶金石灰生产技术手册[M].北京：冶金工业出版，2009
[3] 郑云等.环形套筒窑废气余热利用装置[Z].实用新型专利，专利号：ZL 2008 2 0031027.7
[4] 冶金石灰杂志。中国石灰协会出版。
[5] 硅酸盐热工设备。天津大学、南京化工学院、华南化工学院合编。
[6] 转炉炼钢。冶金工业出版社。
关键词： 活性石灰、竖式冷却器、竖式预热器、煤气单耗、四通道烧嘴。
中图分类号：TF526文献标识码： A
To reduce the power consumption of rotary kiln gas single analysis and practice
WANG Zhong-gui
(benxi steel limestone mine, liaoning benxi 117000, China)
Abstract: Benxi steel's mining company limestone mine has two 600 TPD rotary kiln, is one of the important production base, producing high quality active lime is affected by its process characteristics of rotary kiln, the product has been high heat consumption, in recent years, the national iron and steel enterprises to adopt effective technical measures to actively carry out energy conservation and emissions reduction work in order to reduce the energy consumption of the product.Benxi steel rotary kiln has been introduced in this paper in terms of economic operation, saving energy and reducing consumption has taken some technology measures, in order to communicate with the same industry technical staff.Here is how to reduce the rate of rotary kiln gas consumption, the early talk about their own shallow view, only supplies the reference.
Key words:Active lime 、Vertical cooler、vertical preheater、gas consumption 、four-channel burner.
前言
本鋼石灰石矿现拥有两座600TPD回转窑, 1＃回转窑于2005年5月7日建成投产，2＃回转窑于2006年9月28日建成投产，单窑设计能力为年产活性石灰20.1万吨，原料采用本地自有矿山的石灰石,粒度25～40 mm，CaO含量在53%以上；燃料是由本钢燃气厂提供的焦炉煤气，热值4000 kcal/Nm3。生产的主要产品为≥10mm粒度的活性石灰供炼钢厂；≤10 mm 的粉灰供炼铁厂作烧结用。回转窑投产初期运行极不稳定,窑内频繁发生结圈等问题，煅烧工艺控制不稳定，产量、质量均达不到设计要求，煤气单耗较高，给活性石灰的正常生产带来很大影响。近年来，由于受世界经济的不利影响，钢铁企业生产景气度逐年下降，盈利水平越来越低，按照本钢节能减排的目标和要求，回转窑的经济稳定运行要最大限度地减少煤气消耗、合理利用有限能源，同时减少碳排放、降低吨灰成本，为本钢终端产品提供优质辅料。为此，我们围绕实现这一目标和要求，在稳定生产、降低回转窑煤气单耗等方面做了大量工作，通过合理组织生产、控制原料粒度以及调整烧嘴角度、窑转速、一二次风压力、风量配比、煤气压力等一系列工艺技术措施，实现了窑况的稳定，煤气单耗显著下降，基本上达到了公司节能降耗的指标要求。
1 .回转窑生产运行情况
1.1回转窑的主要生产指标完成情况
2013年1～12月份回转窑煤气单耗完成情况见表1：
表1：回转窑煤气单耗数据（GJ/t）
月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月
煤气单耗 4.40 4.49 4.83 4.56 4.44 3.44
月份 7月 8月 9月 10月 11月 12月
煤气单耗 4.81 4.53 4.28 6.87(低产) 4.82 5.23
2013年回转窑全年煤气单耗平均完成4.73 GJ/t。
注：煤气单耗(GJ/t)= 高炉煤气消耗量(km3)×高炉煤气热值(GJ/km3)+焦炉煤气消耗量(km3)×焦炉煤气热值(GJ/km3)/ 活性灰产量(t)[2]
2 .影响回转窑煤气单耗的因素分析及工艺技术措施
2.1影响回转窑煤气单耗的因素分析
回转窑热耗的组成：CaCO3分解消耗的热量 、高温废气带走的热量、水蒸气蒸发消耗的热量、窑壳散失的热量、成品石灰带走的热量、风煤配比不合理产生的热量消耗[3] [4]。其中高温废气带走的热量、风煤配比不合理、成品石灰带走的热量和窑壳散失的热量是最主要的无效热耗。同时，回转窑在低产量下运行也是造成热耗高的一个重要因素。我们采用pareto分析法对上述影响煤气单耗因素进行了分析，回转窑的实际产量、烧嘴角度、二次风机流量配比大小分别占影响煤气单耗因素的40.0%，22.0%和20.0%，是影响煤气单耗的关键因素，是降低煤气单耗的重点。
2.2降低回转窑煤气单耗的工艺技术措施
2.2.1调整烧嘴角度与火焰形状
回转窑原来使用的烧嘴设计存在缺陷，因是高压烧嘴，火焰燃烧过于剧烈，且火焰形状不易调整，火焰直接冲刷窑壁，造成窑内频繁结圈，经常要停窑处理结圈，不能达产、达效，窑衬耐材易损坏，寿命短。烧成带处的窑壳温度高达320～330℃，煤气单耗高达5.5 GJ/t灰以上，因此，我们于2010年9月初更换了新烧嘴，现采用低压四通道烧嘴[5]。
烧嘴更换后，我们通过调整固定烧嘴的桁架尺寸将烧嘴重新调到现在位置，调整后，可明显看出火焰在窑内贴着料面运行，火焰的强焰区不再冲刷窑壁，窑尾区域预热效果明显增强，石灰煅烧均匀，窑壳温度在280℃左右，下降了近40℃，煤气量减少500～800 m3/h。
我们在烧嘴角度调整前后采集了30个煤气单耗样本进行双样本T检验，调整前与调整后的箱形对比，说明烧嘴角度调整后煤气单耗明显有所降低。
2.2.2确定风、煤配比与窑转速的合理参数控制范围
回转窑煤气完全燃烧状态下，一次风约占20%，二次风约占75%[5]。火焰形状主要通过调整一次风的轴向和径向风量来调整，根据火焰燃烧原理，如果煤气压力与一次风压力过高，会引起火焰燃烧速度加快，燃烧剧烈。火焰在窑内的长度缩短，火焰高温集聚易产生窑内结圈，另外煅烧带缩短，窑内物料得不到充分的煅烧，影响石灰质量。因此我们根据生产实际，将煤气压力由原来的9000～10000Pa调整到6500～7500Pa，一次风压力由15500Pa调整到14000Pa，这样形成的火焰形状比较理想，煅烧带比调整前延长了2米左右，煤气用量降低了500m3左右，窑内的局部高温区得到有效缓解。当火焰形状调整好后，当产量发生变化时，一次风量只做小幅度的调整，主要调整二次风量的大小。在风机转速不变的前提下，二次风量的稳定主要是靠竖式冷却器内的料面高度决定的，料面高位与低位相差过大会造成二次风通过物料的阻力发生变化，进而影响二次风量与风温的稳定，因此一定要保持冷却器内的料面高度在格筛下1米左右位置，不能变化过大。结合回转窑的工艺特点，本着“薄料快烧”的原则，我们将窑的转速系数分别设为0.0016， 0.0017， 0.0018， 0.0019这4种状态时进行了单因子方差分析，窑转速系数为0.0017时煤气单耗最低，0.0019时最高，因此我们设定窑转速与产量的系数为0.0017。
表：回转窑工艺操作作业指导标准
产量t 煤气量m3/h 窑转速rpm
600 6000 1.03
推杆间隔s 一次风量m3/h 二次风量m3/h
32 4300 21000
备注：热值按16720kJ/m3，推杆按0.225t/次，焦炉煤气：空气=1：4转速按0.0017计算 二次风可根据实际情况另行调整
2.2.3加强回转窑日常生产组织和设备运行管理
根据回转窑的生产原理和煅烧机理，稳定高产时，特别是超产运行时回转窑运行更经济，工艺更稳定，热损失最低，因此，我们根据炼钢厂的石灰需求合理组织，加强信息沟通与反馈，同时确保活性灰运输渠道畅通，以最大的限度来保证回转窑稳定在高产状态下运行。现阶段由于受炼钢厂的需求影响尚未高产运行，如高产运行煤气单耗还有下降的空间。
针对回转窑生产的特点，我们采取专业点检与岗位巡检相结合的设备管理制度，加强设备缺陷改造和优化，提升设备运行利用率，保证设备完好率，可开动率98%。在日常生产中，对于设备存在的问题做到了及时发现及时处理，对于在线处理不了的问题采取定修制度集中解决，从而大大地减少了因设备故障造成的停产次数。原有的20m3空压机由于设备老化，供风管路长，运行中经常出现压力低于0.3Mpa的情况，频繁导致回转窑煤气自动止火，我们将20m3空压机更换40m3空压机，并加强了对空压机设备、管路、阀门的检修，重新标定用气设备的最低用量，低于标准0.3Mpa立即开启备用空压机，使停窑次数大大减少，保证了回转窑连续稳定运行。
2.2.4加强回转窑入窑原料质量的管理
回转窑所用原料石灰石质量的理化指标的好坏直接影响活性石灰的最终烧成质量及煤气单耗的高低。为此，我们加强了对入窑原料的质量控制，制订了如下质量标准：
质量标准:CaO≥53.6%，SiO2≤1.0%，MgO≤2.0%，S≤0.015%；
判废標准： CaO＜51.6%或SiO2＞2.0%。
粒度要求：25-40mm，最大50 mm，超出上、下限比例不得＞10%。
加强了原料入窑前的控制，每批次矿石都要进行采样化验、粒度测试、杂质确认。同时做好振动筛的检查与维护，提高振动筛的运行效率，确保原料筛分效果，从而避免了因原料质量波动而引起工艺操作的不稳定，为保证筛分效果，我们新进一台移动筛分机对原料进行再次筛分，效果良好，筛分前与筛分后的原料对比见。
由于移动筛分机的投入使用，较大程度地控制了不合格原料入窑，提高了预热器及冷却器内的透气性，使得回转窑气流顺畅，降低了主排烟机的转数，减少了大量高温废气外排，提高了热效率。
2.2.5完善回转窑工艺控制操作
窑内温度过高是影响回转窑煤气单耗的一个重要的因素，如果只依靠窑尾温度和预热器顶温的变化来控制煤气用量，不能做到及时和准确，针对这一问题，我们在窑头安装了比色温度计，操作人员可根据比色温度计检测的窑内温度变化来控制窑内温度和煤气用量，这样避免了回转窑生产中过量使用煤气。
同时，我们在窑壳的不同区域划定5个测温点进行测温监控，通过控制窑壳温度，有效地防止了窑内高温对耐材烧损和热耗的增加。
3 .结束语
经过我们的不断努力，目前两座回转窑正向安全、稳定、高效的运行方向发展，在企业生产经营中发挥着重要作用。但还有许多问题有待解决，我们要进一步完善工艺控制，以实现高产、优质、低耗的目标，为钢铁生产提供优质冶金辅料，为终端产品提供保障。
参考文献：
[1] 杨加国.转炉煤气回收的应用技术[J].冶金环境保护，2007(1)：18-22
[2] 初建民等.冶金石灰生产技术手册[M].北京：冶金工业出版，2009
[3] 郑云等.环形套筒窑废气余热利用装置[Z].实用新型专利，专利号：ZL 2008 2 0031027.7
[4] 冶金石灰杂志。中国石灰协会出版。
[5] 硅酸盐热工设备。天津大学、南京化工学院、华南化工学院合编。
[6] 转炉炼钢。冶金工业出版社。