石灰是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要原料，廣泛應(yīng)用于冶金、建材、石化、環(huán)保、食品等行業(yè)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,我國(guó)石灰生產(chǎn)正呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。石灰多應(yīng)用在鋼鐵,化工.建筑、建材、農(nóng)業(yè).醫(yī)藥、環(huán)保領(lǐng)域,但石灰的消毒功能等“非典型”應(yīng)用在這次新冠疫情中也突顯出來。將來,石灰在環(huán)境治理和殺菌消毒領(lǐng)域的市場(chǎng)份額將逐步提升。此外還有一些新的領(lǐng)域,如在市面上流行的“自熱火鍋”中的使用將更加普遍。而對(duì)于石灰的深加工行業(yè),如輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)業(yè),其用途更加廣泛,不僅可以用于涂料、油漆、膩?zhàn)臃邸VC管道等建材行業(yè)，還可以用于食品、醫(yī)藥、日用化工等行業(yè),發(fā)展前景廣闊'。
石灰窯是石灰生產(chǎn)的核心設(shè)備,自主創(chuàng)新開發(fā)新窯型,新技術(shù),合理配置石灰窯,做好石灰窯大型化,是石灰工業(yè)規(guī)模化、專業(yè)化的重要途徑。與其它類型石灰焙燒窯爐相比,回轉(zhuǎn)窯具有生產(chǎn)能力大,產(chǎn)品活性度高、質(zhì)量均勾穩(wěn)定,對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)﹒燃料灰分對(duì)產(chǎn)品污染小、自動(dòng)化程度高、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單.易于操作、勞動(dòng)生產(chǎn)率高以及窯體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,氣流暢通,含硫煙氣可及時(shí)排出,燃料中的硫分不易附著,因而產(chǎn)品含硫量低,符合煉鋼的要求等優(yōu)點(diǎn),而占據(jù)了非常重要的地位。
本文著重介紹由中冶焦耐(大連)工程技術(shù)有限公司總承包的5x 1000 t/d活性石灰回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝和技術(shù)特點(diǎn)。
1項(xiàng)目背景
該項(xiàng)目總投資約1000億元,規(guī)劃鋼鐵產(chǎn)能2 000萬t，項(xiàng)目一期規(guī)劃約800萬t,主要生產(chǎn)精品線棒材及全規(guī)格的H型鋼,同步建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、鋼材深加工、裝配式鋼結(jié)構(gòu)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。項(xiàng)目以“大型化,高效化,集約化,綠色化.智能化"設(shè)計(jì)理念為指導(dǎo),按照“裝備一流、環(huán)保一流,品牌一流.管理一流.效益一流”的戰(zhàn)略目標(biāo),高起點(diǎn)定位.高水平規(guī)劃、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)千億級(jí)高端綠色鋼鐵產(chǎn)業(yè)園,2020年8月開工,2021年9月建成。圖1為此工程鳥瞰圖。
2項(xiàng)目規(guī)模、產(chǎn)品品種和建設(shè)范圍
(1)設(shè)計(jì)規(guī)模:新建5座1000 t/d活性石灰回轉(zhuǎn)窯,其中4座1 000 t/d回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)石灰,1座1 000 t/d回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)輕燒白云石。
(2)產(chǎn)品品種:活性石灰塊灰、活性石灰粉灰、輕燒白云石塊灰.輕燒白云石粉灰,脫硫粉灰。
(3）建設(shè)范圍:包括原料儲(chǔ)存系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯煅燒系統(tǒng)、廢氣處理系統(tǒng)(預(yù)留脫硝系統(tǒng))、成品儲(chǔ)存﹑破碎篩分散裝系統(tǒng)、成品粉灰氣力輸送系統(tǒng)、脫硫劑制粉系統(tǒng)、環(huán)境除塵系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)及儀表檢測(cè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。
3設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和主要原則
(1）采用成熟、可靠的新工藝、新技術(shù),做到既技術(shù)先進(jìn),又經(jīng)濟(jì)合理、切實(shí)可靠。
(2）貫徹國(guó)家環(huán)保政策,注重環(huán)境保護(hù),采用高效除塵設(shè)施,使之符合國(guó)家與企業(yè)所在地的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
(3）除塵灰全部回收利用。設(shè)計(jì)中盡量減少物料的轉(zhuǎn)運(yùn)及落差,對(duì)所有揚(yáng)塵點(diǎn)采用分區(qū)域集中收塵,嚴(yán)格落實(shí)國(guó)家有關(guān)環(huán)保政策和標(biāo)準(zhǔn),做到達(dá)標(biāo)排放。
(4）設(shè)備選型時(shí),在“可靠實(shí)用、節(jié)約投資、技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能降耗”的原則基礎(chǔ)上,盡量規(guī)格、型號(hào)統(tǒng)一，以便生產(chǎn)管理和減少備件的種類及數(shù)量。
4生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備
4.1生產(chǎn)工藝流程
（1）原料上料系統(tǒng)
經(jīng)原料場(chǎng)篩分后,滿足回轉(zhuǎn)窯焙燒要求的20~50 mm石灰石、白云石分別通過帶式輸送機(jī)從料場(chǎng)運(yùn)輸至石灰廠區(qū)的石灰石庫和白云石庫儲(chǔ)存。白云石庫中的白云石、石灰石庫中的石灰石分別經(jīng)帶式輸送機(jī)送至預(yù)熱器。
(2）回轉(zhuǎn)窯焙燒系統(tǒng)
石灰石/白云石進(jìn)人預(yù)熱器后經(jīng)窯尾約1100 ℃的煙氣預(yù)熱,其中一部分石灰石/白云石在預(yù)熱器中分解。預(yù)熱的物料由液壓推桿推出,經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)溜槽進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中,物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)過焙燒分解,焙燒好的石灰/白云石進(jìn)入豎式冷卻器,由底部送入的冷空氣冷卻后通過振動(dòng)給料機(jī)排至集料斗,再經(jīng)成品鏈斗機(jī)送往成品系統(tǒng)。冷空氣在冷卻器內(nèi)冷卻物料的同時(shí)被加熱,經(jīng)窯頭罩進(jìn)入窯內(nèi),作為燃料燃燒的二次空氣參與燃燒。回轉(zhuǎn)窯所用燃料經(jīng)由煤氣和煤粉管道分別送至回轉(zhuǎn)窯窯頭廠房,通過燒嘴從窯頭進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒。燃料燃燒產(chǎn)生的熱煙氣在焙燒和加熱物料后與物料分解產(chǎn)生的廢氣一起從窯尾排出,經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)溜槽進(jìn)入預(yù)熱器中預(yù)熱石灰石/白云石。預(yù)熱石灰石/白云石后的煙氣從預(yù)熱器排出,經(jīng)過除塵器除塵后由排煙機(jī)排入大氣。主要技術(shù)參數(shù)列于表1。
(3）成品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)
冷卻后的輕燒白云石經(jīng)輸送機(jī)送到輕燒白云石緩存庫,緩存庫底設(shè)置振動(dòng)給料機(jī),物料再經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)、帶式輸送機(jī)輸送、板連斗式提升機(jī)進(jìn)入雙層復(fù)頰篩進(jìn)行篩分。其中,篩下料(0~ 3 mm)進(jìn)入輕燒白云石粉倉(cāng);篩上料( 15~50 mm)進(jìn)入輕燒白云石塊倉(cāng),也可直接進(jìn)入輕燒白云石碎料庫;篩中料(3~15 mm)直接進(jìn)入輕燒白云石碎料庫。碎料庫內(nèi)的物料送至立式復(fù)合破碎機(jī)破碎,破碎后的輕燒白云石進(jìn)入單層復(fù)頻篩進(jìn)行篩分,篩下料(0~ 3 mm)直接進(jìn)入輕燒白云石粉倉(cāng),篩上料(> 3 mm)返回輕燒白云石碎料庫。
冷卻后的活性石灰經(jīng)輸送機(jī)送到石灰緩存庫,緩存庫底設(shè)置振動(dòng)給料機(jī),物料經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)、帶式輸送機(jī)輸送、板鏈斗式提升機(jī)進(jìn)入雙層復(fù)頻篩進(jìn)行篩分。篩下料（0~ 3 mm)進(jìn)入石灰粉倉(cāng);篩上料( 15~50 mm)進(jìn)入石灰塊倉(cāng),也可直接進(jìn)入石灰碎料庫;篩中料(3~15 mm)可直接進(jìn)入石灰碎料庫，也可進(jìn)入脫硫劑制粉系統(tǒng)。碎料庫內(nèi)的物料送至立式復(fù)合破碎機(jī)破碎,破碎后的石灰進(jìn)入單層復(fù)頻篩進(jìn)行篩分,篩上料(> 3 mm)返回石灰碎料庫,而篩下料(0~ 3 mm)進(jìn)入石灰粉倉(cāng)。
(4）脫硫劑制粉系統(tǒng)
進(jìn)入脫硫劑制粉系統(tǒng)的石灰進(jìn)入磨粉機(jī)供料倉(cāng),供料倉(cāng)內(nèi)的石灰經(jīng)皮帶計(jì)量給料機(jī)送入磨粉系統(tǒng)。經(jīng)過研磨后,合格粒度的石灰經(jīng)旋風(fēng)和布袋收塵器收集后,進(jìn)入脫硫劑粉倉(cāng)。
(5)成品發(fā)運(yùn)系統(tǒng)
塊狀活性石灰及塊狀輕燒白云石由帶式輸送機(jī)輸送至煉鋼轉(zhuǎn)運(yùn)站。成品塊倉(cāng)下設(shè)裝車裝置,特殊情況時(shí)成品可經(jīng)汽車運(yùn)出。粉狀活性石灰、粉狀輕燒白云石及脫硫劑由氣力輸送送至燒結(jié)廠、球團(tuán)廠。成品粉倉(cāng)下設(shè)裝車裝置,特殊情況時(shí)成品可經(jīng)罐車運(yùn)出。
(6）石灰工藝流程及輕燒白云石工藝流程示意圖
石灰工藝流程及輕燒白云石工藝流程詳見圖2和圖3。
4.2生產(chǎn)工藝技術(shù)特點(diǎn)
4.2.1 規(guī)模大
本工程共分二期,一期建設(shè)5 × 1000 t/d回轉(zhuǎn)窯,二期規(guī)劃再建設(shè)3x1 000 t/d回轉(zhuǎn)窯,對(duì)石灰工程規(guī)模化、大型化具有里程碑意義。
4.2.2產(chǎn)品多
本工程原料不僅有石灰石,還有白云石,原料品種復(fù)雜。同時(shí),生產(chǎn)產(chǎn)品包括了石灰塊灰、石灰粉灰、輕燒白云石塊灰、輕燒白云石粉灰、脫硫劑灰。復(fù)雜的原料及成品種類也給整個(gè)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
4.2.3 系統(tǒng)多、布置復(fù)雜
本工程主要系統(tǒng)包括以下部分:
(1）原料上料系統(tǒng):1個(gè)石灰石庫,1個(gè)白云石庫;
(2）回轉(zhuǎn)窯焙燒系統(tǒng):5座回轉(zhuǎn)窯;
(3）成品緩存系統(tǒng):2個(gè)活性石灰緩存庫,1個(gè)輕燒白云石緩存庫;
(4）成品篩分破碎及儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng):1個(gè)石灰碎料庫,1個(gè)石灰粉灰倉(cāng),1個(gè)石灰塊灰倉(cāng),1個(gè)輕燒白云石碎料庫,1個(gè)輕燒白云石粉灰倉(cāng),1個(gè)輕燒白云石塊灰倉(cāng);
(5)脫硫劑制粉系統(tǒng):3個(gè)磨粉機(jī)供料倉(cāng),1個(gè)脫硫劑粉倉(cāng);
(6）成品發(fā)運(yùn)系統(tǒng):石灰、輕燒白云石粉灰采用氣力輸送送至燒結(jié)廠,并留有裝車接口;塊灰采用帶式輸送機(jī)輸送至煉鋼廠接口轉(zhuǎn)運(yùn)站,并留有裝車接口;脫硫劑采用氣力輸送送至燒結(jié)廠、球團(tuán)廠,并留有裝車接口;
(7）煤粉貯運(yùn)系統(tǒng):3個(gè)煤粉倉(cāng),煤粉及煤氣管道。
窯尾區(qū)域:窯尾區(qū)域主要為回轉(zhuǎn)窯的除塵系統(tǒng)、原料倉(cāng)、綜合電氣室、循環(huán)水系統(tǒng)等設(shè)施。將原料倉(cāng)布置在用地范圍東側(cè),緊鄰鋼鐵原料場(chǎng),盡量縮短了皮帶連接長(zhǎng)度。5座回轉(zhuǎn)窯的除塵系統(tǒng)集中布置在窯尾,綜合電氣室位于用電負(fù)荷較大的設(shè)施附近。
回轉(zhuǎn)窯區(qū)域:主要包括5座回轉(zhuǎn)窯及窯頭廠房,5座回轉(zhuǎn)窯并排布置,與窯頭廠房相接。
窯頭區(qū)域:主要包括石灰成品倉(cāng)、白云石成品倉(cāng)、煤粉儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)等設(shè)施。該區(qū)域?yàn)楸締卧闹饕\(yùn)輸區(qū)域,且是有可能產(chǎn)生粉塵的區(qū)域，將成品倉(cāng)及除塵系統(tǒng)集中布置,可減少對(duì)石灰單元辦公區(qū)域(綜合電氣室內(nèi))的影響。
綜上所述,全廠總體布局合理,管理方便,工藝流程順暢,功能分區(qū)明顯,各設(shè)施相對(duì)集中緊湊,不僅節(jié)約用地、節(jié)省投資,也保證了安全,有利于施工、生產(chǎn)和檢修。
4.2.4回轉(zhuǎn)窯新技術(shù)應(yīng)用
通過多年的自主研發(fā)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累,我公司在本工程上應(yīng)用了大量的回轉(zhuǎn)窯新技術(shù),確保回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的節(jié)能、環(huán)保、高效。具體應(yīng)用的新技術(shù)列于表2。
4.2.5實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制、監(jiān)視及過程控制功能
為了安防和便于管理及監(jiān)視主要生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行、操作情況,分別在原料上料系統(tǒng)、成品緩存系統(tǒng)、成品篩分破碎及儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、成品發(fā)運(yùn)系統(tǒng)等處設(shè)置攝像機(jī)監(jiān)視點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)視頻信號(hào)通過光纜接入視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及相應(yīng)視頻服務(wù)器,并在控制室設(shè)置大屏幕顯示單元。窯頭廠房閥門組及窯頭廠房燒嘴等處設(shè)置有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由氣體報(bào)警控制器、有毒氣體探測(cè)器(一氧化碳介質(zhì))及現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器組成。
過程控制范圍包含5x1000 t/d回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)及其配套公輔設(shè)施的生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制和監(jiān)視。主要包括回轉(zhuǎn)窯﹑燃料系統(tǒng)、原料及成品、煅燒系統(tǒng)除塵、原料及成品除塵(含窯頭及轉(zhuǎn)運(yùn)站)循環(huán)水及外線等配套系統(tǒng)。
自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用兩級(jí)控制,基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)(L1),以控制系統(tǒng)為核心,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上考慮以EIC一體化設(shè)計(jì)、PLC為控制核心,具有數(shù)據(jù)采集處理、順序控制、過程控制、參數(shù)指示.超限報(bào)警、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視等功能,構(gòu)成一個(gè)功能劃分合理、層次清晰和安全、高效、開放的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
石灰窯綜合控制系統(tǒng)(L2）,以生產(chǎn)管理系統(tǒng)為核心,實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的采集、整合、存儲(chǔ)和查詢,通過過程數(shù)據(jù)的分析和處理,使用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算,使系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)、優(yōu)化的狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行,減小中間操作影響,生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本和能耗。
5結(jié)語
我國(guó)的石灰生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量眾多,但其技術(shù)裝備水平和產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,隨著人們對(duì)節(jié)能減排認(rèn)識(shí)的日益提高和國(guó)家相應(yīng)環(huán)保政策的出臺(tái),勢(shì)必會(huì)有大量的高能耗、高污染的石灰企業(yè)被淘汰出局。近幾年,1000 t/d及以上大型回轉(zhuǎn)窯以其產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、占地、投資、自動(dòng)化控制、節(jié)能減排等優(yōu)勢(shì)，迅速得到市場(chǎng)認(rèn)可和普及,這符合冶金石灰行業(yè)大型化、節(jié)能化的發(fā)展趨勢(shì),具有廣闊的應(yīng)用前景。我公司5x1000 t/d回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目,集成了目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的技術(shù),代表了石灰行業(yè)的未來發(fā)展方向,該工程必將助推該公司在國(guó)內(nèi)精品鋼領(lǐng)域更上一個(gè)臺(tái)階。
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