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麦尔兹窑_

时间:2020-12-05 20:54

  麦尔兹窑_信息与通信_工程科技_专业资料。麦尔兹公司简介 麦尔兹公司成立于 1950 年,位于瑞士美丽的城市苏黎士。麦尔兹设计并建 造并流蓄热式石灰竖窑是起始于 1965 年。 从第一座烧油的日产量为 150 吨的石 灰竖窑, 后来迅速成功开

  麦尔兹公司简介 麦尔兹公司成立于 1950 年,位于瑞士美丽的城市苏黎士。麦尔兹设计并建 造并流蓄热式石灰竖窑是起始于 1965 年。 从第一座烧油的日产量为 150 吨的石 灰竖窑, 后来迅速成功开发了烧气的石灰窑, 并同时发展了大产量的石灰窑。 七 十年代末,麦尔兹专利技术燃烧固体粉状燃料的系统也成功地引入到世界市场。 到现在,麦尔兹可以提供日产量在 100-800 吨的并流蓄热式石灰窑,它们可以 燃烧各种不同的液体、气体和固体燃料。 作为麦尔兹公司发展史的另一个里程碑,就是在 80 年代后期推出了麦尔兹 细粒窑,允许燃烧小粒度的石灰石和白云石,而这种粒度过去只能在具有较差热 效率的回转窑中锻烧。 90 年代, 在 麦尔兹又发展开发了被称作“三明治进料系统” 的石灰石进料系统,使得其上料的大小块度的比例达到 5∶1,从而大大提高了 石灰石原料场粒度的利用率。 麦尔兹公司是全球领先的提供石灰窑技术生产高活性度石灰和白云石的工 程公司,在全球超过 50 多个国家内设计和建造了 450 多座石灰窑。 麦尔兹公司除了为客户提供“交钥匙”工程外,也提供包括可行性研究,工程 设计,提供关键设备以及派遣人员开展安装调试指导等服务。 麦尔兹并流蓄热式石灰窑的 50 年 在 1958 年世界上的第一座并流蓄热式石灰窑窑型是由一位名叫赫曼.霍夫 的奥地利工程师发明, 并在奥地利 Wopfing 的 opfinger Stein 和 Kalkwerke 石灰 工厂点火运行,之后该窑型就以施密德-霍夫石灰窑的名字而闻名。这座窑 就 是现代麦尔兹并流蓄热式窑的原型,麦尔兹并流蓄热式石灰窑已经成为全世 界 最成功的一种石灰竖窑窑型。 麦尔兹欧芬堡公司的命名来自于约翰尼斯.麦尔兹先生,一个来自于西里西 亚的工程师。在 20 世纪早期的数十年间,他通过在西门子-马丁炉上的先驱性 的发展而树立起自己在钢铁工业的显赫声誉。直到麦尔兹先生 1941 年逝世,麦 尔兹公司一直在钢铁工业致力于工业窑炉的工程设计工作。1950 年麦尔兹欧芬 堡公司在苏黎世开设了一个办公室,也就是今天的公司的总部和业务中心。50 年代后期当西门子-马丁炉时代结束时,麦尔兹必需寻找新的工作领域。最终决 定为石灰工业建设并流蓄热式的竖窑窑型。 第一座并流蓄热式石灰窑,按照施密德-霍夫的建议,以并流同时蓄热的原 理预热助燃空气, 1958 年在奥地利 Wopfing 的 Wopfinger Stein-和 Kalkwerke 于 开始运行。现在已经成为现代竖窑的技术标准。 麦尔兹并流蓄热式石灰竖窑 并流蓄热式窑有两个主要特点: 石灰并流煅烧和在窑系统中助燃空气的蓄热 预热。 并流煅烧是生产活性石灰的最理想的方式。在煅烧区的开始的地方,由于石 灰窑进入的原料和高温气体之间产生最大的温度差, 在那里未得到煅烧的石灰石 能够吸收大量的热量。在煅烧区的结束的地方,气体和煅烧石灰间的温度差变得 很小,以至于石灰就不会发生过烧。大多数烧石灰的应用都要求高的活性度,尤 其是在钢铁工业。通过助燃空气在窑系统中的预热,煅烧工艺的热值消耗被大大 降低,这是其他窑型所无法达到的。在实践中,并流蓄热式石灰竖窑中热量输入 和需求达到理想的均衡。 并流蓄热原理和空气预热的应用使得麦尔兹石灰窑同所 有其他石灰竖窑窑型有本质的不同。并流原理无需任何窑废气的循环,并且也无 需助燃空气在外部进行热交换预热。 60 年代早期建设的并流蓄热式窑生产烧石灰的日产量在 100 吨到 150 吨之 间。为了满足客户的需求,不断地设计并建造了更大产量的窑型。如今生产活性 石灰或轻烧白云石的石灰窑日产量能够达到了 800 吨。对于日产量不到 300 吨 的, 可以利用低成本的矩形窑设计,但对于更高产量要求的,可利用圆形截面 的窑型设计。 圆形窑筒对于较大产量的窑实现燃烧气体在窑筒截面上的均匀分布 是必要的条件。其中要达到均匀的石灰质量的最重要条件之一是:燃料在窑筒截 面上的均匀分布。侧面燃烧器从外部进入到窑筒内的形式的窑型,这种情况下只 有在窑筒直径约 2m 时才能满足要求。而麦尔兹石灰窑,燃烧喷枪是从上面垂直 插入预热区并均匀的分布在窑筒截面上。 当使用气体为燃料时,燃料的供应和计量相对简单。燃烧喷枪被设计成普通 的钢管,垂直悬挂在预热区。更关键的是这些喷枪也能用于燃油以及粉末固体燃 料,如褐煤粉、煤粉、焦炭粉和木粉。 麦尔兹细粒窑 由于原料加工的特性,以及取决于一次和二次破碎的类型和设备的调整,在 石灰石采石场的生产过程中石块的尺寸在 0. 1mm 到 150mm 之间。尺寸小于 30mm 的部分很容易占 40%或更多。除此之外,这种破碎的石料的利用通常不 计成本。经验表明,煅烧粒度尺寸小于 30mm 的燃烧系统能量消耗高,又因此 而提高了生产成本,或者无法生产均匀的高质量石灰。举个例子,比起竖窑,石 灰在回转窑中煅烧需要更高的投资和运行成本。另一方面,在传统竖窑中处理细 粒度的碎石块非常困难,因为其不可能实现均匀的煤气和空气分布。在多年的实 验室试验后,麦尔兹开发出了一种煅烧粒度尺寸约 15mm 到 40mm 石块的窑的 模型,即细粒窑。这种新窑型于 1988 年首次在意大利的一个石灰工厂中开始运 行。这种窑型仍然是基于并流蓄热原理,其最重要的特点是,为了更精确地控制 燃料在窑筒截面上的分布方向,采用了更多数量的喷枪;安装了一种上料设备, 使得石料被选择性的分配在窑筒截面的内部或外部。这种措施抵消了气体的壁 流效应。 前景展望 自 1958 年以来,在全球约有 450 座矩形、圆形和细粒型设计的麦尔兹并流 蓄热式窑已经建成。经过 50 年的历史,这种窑型的基本原理完全保持不变。窑 内热量的供应和需求之间几乎完美的平衡意味着没有潜在的方法能再提高热效 率。 环境保护的要求使得使用废气除尘器成为必需。因而其要求一定的废气温 度,这样温度就不会降低到废气的露点。任何进一步降低石灰下料温度低于 100°C 的做法,都很难带来任何进一步的热效率的提高。由于窑的静态结构,允 许通过使用耐火绝热材料使窑的壳体具有很好的绝热效果, 已经将壳体的热量损 失降低到了最小程度。 尽管如此,这些年以来在窑的设计和运行模式上还是有大量的发展和改进。 燃料价格的剧增使得必需使用替代燃料, 加之高等级的原料储量的不断下降使得 必需处理不纯净的石灰石和白云石,通常也包括这两种原料不同比例的混合物。 这就意味着将来的改革和创新是无止境的。麦尔兹基于其几十年的经验,对未来 充满了信心! 并流蓄热式麦尔兹双筒石灰竖窑 目前有两种形式的石灰竖窑,单筒逆流式和多筒并流式石灰窑。标准的并流 蓄热式石灰窑是由燃烧和非燃烧窑筒相互切换运行的双筒式石灰窑。 并流蓄热式 石灰窑有两个显著的特点: 1.燃烧气体和石灰石在煅烧带并流 2.所有燃烧气体在预热过程中蓄热。 由于燃烧窑筒内石灰石与燃烧气体并流形成的条件, 使得该石灰窑型是非常 理想化的适合生产出轻烧石灰、高活性度的石灰和白云石石灰的窑型。另外,蓄 热过程使该石灰窑型在目前所有各石灰窑型中热损耗最少。 1 显示了传统的单 图 筒式石灰窑与并流蓄热式石灰窑在温度曲线图的区别。曲线表示原料、空气、燃 烧气体流经石灰窑的温度。 单筒式石灰窑通常采用逆流式燃烧,图 1a 显示了其温度曲线。绿线表示原 料,蓝线表示冷却空气,红线表示燃烧气体和排出气体。由于冷却空气的量不足 以用来完成燃料的完全燃烧,必须有额外的空气通过侧面的烧嘴加入。这种类型 石灰窑的燃料是从煅烧带下端进入(此处,原料已被煅烧),这一区域的温度大 大高于生产高活性度石灰所要求的温度。 图 1a: 在逆流式石灰窑的温度曲线b:麦尔兹并流蓄热式石灰窑的温度曲线 并流式石灰窑,燃料是从煅烧带上端进入,且与原料并流。图 1b 显示的典 型的温度曲线中,绿线代表原料;在预热带的蓝线代表燃烧空气,在冷却带代表 冷却空气;红线代表燃烧气体和窑内排出气体。由于燃料从煅烧带上部喷入,原 料在此处能吸收大部分燃料所释放的热量,而且煅烧带的温度平均为 950℃。因 此,并流蓄热的方式是生产轻烧石灰,高活性石灰和白云石石灰的最佳方案。 并流蓄热式石灰窑的第二个重要特点是蓄热预热一部分燃烧空气。 而在逆流 加热式石灰窑里,燃烧空气在冷却带被已烧结石灰里包含的热函所预热。然而, 通过石灰内的热函来预热的量是有限的。在逆流加热过程中,在排放气体内含有 的过剩的可用的热函在被排出前未被回收利用。 因此一些单筒石灰竖窑也设计采 用了换热装置以努力达到回收废热的目的, 但这种热交换器容易因排出的热气中 含有灰尘而被破坏。 在并流蓄热式石灰窑中,燃烧空气是以一种理想的方式被预热的。蓄热过程 需要两个相连的窑筒。每一个窑体都要经过两个截然不同的运转模式,燃烧和非 燃烧。 一个窑筒以燃烧模式运行, 同时第二个窑筒以非燃烧模式或排气模式运行。 每一个窑体的燃烧和非燃烧运行所用时间相等。 在燃烧模式中,窑筒的特点是燃烧气体与原料石灰石的并流;而在非燃烧模 式中,窑筒特点是排出气体与原料石灰石逆流。燃烧气体从燃烧窑筒内通过通道 流入到非燃烧窑筒。这种燃烧窑筒与非燃烧窑筒的转换成为蓄热性预热过程。在 非燃烧模式中,热从排出气体传导到原料石灰石上,然后又在燃烧模式中,燃烧 空气又从原料石灰石上重吸收热量。石灰石预热区起到了一个换热器的作用,而 进料的石灰石就象一个个的换热单元。这种换热器对灰尘和酸性气体完全不敏 感,同时也表现出优越的热传递的特性。 燃烧空气的蓄热式预热使得石灰窑的热效率实际上独立于过量燃烧空气系 数。这样大大地简化了为生产出所需质量的软烧石灰,正确的火焰长度的设置。 大量的过量空气产生较短的火焰,少量的空气产生较长的火焰。火焰长度是控制 煅烧石灰活性度的关键因素之一。总的来说,短的火焰和高温火焰会降低煅烧产 品的活性度。 麦尔兹窑的特点和优点 1. 各种石灰窑型之最少热消耗; 2. 使用各类燃料之最大灵活性; 3. 各种石灰窑型之最少排放值(NOx 及其他); 4. 最高产品质量(残余 CO2,活性度); 5. 最大限度的利用来自采石场的石灰石尺寸; 6. 最大的产量(日产 100 吨至 800 吨) ; 7. 具验证的耐火材料设计,采用 100%国产耐火材料; 8. 可以充分利用炼钢厂低热值的煤气(贫煤气),由于其热耗低,因此可 以大大降低燃料成本 ; 9. 燃烧喷枪结构简单,采用耐热钢后,寿命可以达到 1.5-2 年; 10. 工艺过程全自动控制,并带有画面监控; 11. 麦尔兹窑具有相当的可靠性,其调试成功率高,操作简便; 12. 产品质量稳定。 为适应石灰工业需要, 麦尔兹公司于 1997 年收购了奥地利 RCE 公司高温筒 窑的技术诀窍,并联合发展了烧结窑(sintering kiln),以生产石灰行业不同 应用所需的中度煅烧及高度煅烧(低反应度)石灰。RCE 公司专业于烧结镁矿和 白云石矿用作耐火材料的竖窑工程。 通过并逆向流动设计,Maerz-RCE 公司筒窑能在最低热消耗的情况下,达至 或超过摄氏 2000 度的高温, 以熔结镁矿。 这种筒窑主要处理 10-30 毫米及 20-50 毫米的石灰石,因为石灰石的体积细小,故在保存成品同构型的情形下, Maerz-RCE 公司亦可采用气体(如煤气及一些低热值燃气-焦炉煤气)、液体及 固体燃料。 1. 工艺过程描述 原料从窑顶部注入后煅烧.然后由燃烧气体在到达燃烧带之前进行逆流预热. 在燃烧带,通过由放射状的喷枪同时引入的燃料和助燃空气的方式对原料进行分 解煅烧.冷却空气从窑卸料平台以逆流的方式冷却产品。热的冷却空气自下而上 到达燃烧带,并用来充当补充的助燃空气.从窑顶部起用完的气体直接到达灰尘 清洁系统。 2. RCE 的煅烧和烧结技术的应用领域 △原料矿石的煅烧,如:菱镁矿,白云石,石灰石,矾土,高岭土,粘土; △菱镁矿和白云石的直接烧结; △两步燃烧加工技术(煅烧,压块和烧结)用于生产僵烧氧化镁和白云石; △为生产烧结的矾土和尖晶石进行制丸,烘干和烧结; △海水和盐水镁氧加工技术。 3. RCE 石灰窑的主要特点 △得益于温度操作的简单调节, 产品活性度范围广(与其他竖窑类型相比); △石块大小比率高; △调节燃烧温度灵活性高; △产品杂质如硫,氟含量低; △活性度:石灰的特性与传统石灰窑非常相似,其 2~12 分钟(甚至更高) 的 t60数值(按 DIN EN495-2)调节; △残余 CO2:经过调节及控制,Maerz-RCE 筒窑的残余 CO2 可低至<1~2%的 范围内; △ 灰尘: 由于 Maerz-RCE 筒窑的石灰石层的移动比水平式窑相对十分轻微, 而且因高煅烧温度使石灰强度增强,故产生的灰尘相当少; △适合气体,液体和固体燃料; △得益于每平方米竖窑横截面的高输出特点, 每吨产品的投资少。 麦尔兹细粒窑介绍 传统石灰窑典型的工艺处理的石灰石粒度是大于 30mm 的石灰石。尽管在 10~30mm 范围内的石灰石粒度能够在回转窑中煅烧,然而其热效率非常低。为 了解决上述不足,麦尔兹公司特别开发了一种可以煅烧石灰石粒度在大约 10~ 40mm 的特殊的并流蓄热式石灰窑,同时其热效率等于或优于传统的并流蓄热式 石灰窑。 在实验室和现场试验阶段, 当在一个竖窑里处理小粒度原料时,以下参数显 示是关键的: 石灰石上料的偏析现象 在窑筒横截面的燃料分配 窑耐火层的内部形状. 这些关键因素在细粒窑的所有进一步的开发和设计阶段中经过特别研究和 关注,一直维持着并流蓄热式窑型的独一无二的特性,例如原料和助燃空气的平 行流动和早前所描述的助燃空气的再生预热。 麦尔兹细粒窑的主要特点 石灰石上料系统 石灰石粒度越小,窑内气体的“通道”风险就越大.这就意味着该气体本该 可以把它们的热函均匀传递给将被煅烧的石灰石的,却穿过原料床的“优先”通 道,质量不均匀的产品就从那里产生了。所以上料系统要确保窑筒完美的均衡上 料。使用一个置于每个窑筒垂直上方的料钟并取代了传统的倾斜通道的上料系 统。从而进一步改善了石灰石的均匀分布。当由换向输送带或振动给料器上料的 时候,料钟旋转均匀布料。 此外,这种新型的上料系统容易使较小尺寸粒度的原料 被引入到窑筒横截面的外侧以克服“墙面效应”(气体沿着窑筒壁优先流动)。 为 了达到这个目标, 比如 15~40mm 的粒度上料,将其分成 15~30mm 和 30~40mm 两部分粒度级,两部分能够单独并连续上料。一种特殊的“挡板型式”的分配系 统可以允许更小尺寸的石灰石被引入到窑筒的外侧。 燃料分布系统 燃料燃烧的过程也受到粒度大小和煅烧原料的粒度分布的影响。 在石灰石粒 度较小的情况下,空隙的总体积也相应减少,因而在喷嘴端的火焰就更难扩展. 当处理小块石灰石时,火焰形状更窄,热量分布更不均匀。为了解决这个问题,燃 烧喷嘴的数量就要充分的增加。 窑的内部形状 从以前的技术说明来看,麦尔兹细粒窑必须要有环形的横截面。一个带矩形 或半圆形横截面的窑既不能使原料上料充分均匀,也不能使经过窑筒的空气和燃 烧气体均匀流动。 冷却带设计 为了使窑筒里的煅烧过的原料容易自由向下流动到卸料装置里,冷却带的墙 壁被设计成垂直的,而不是像标准的圆形窑是倾斜的。 悬挂内圆筒 除了采用支撑柱支撑燃烧带砌砖的石灰窑的耐火炉衬的经典设计外,也可以 安装如图 2 所示的一种空气冷却“悬挂内圆筒”的结构, 而不采用支撑柱结 构。该结构的窑型更进一步有利于煅烧产品通过冷却带的无限制的流动,这可能 在原料品质差或物理和化学特性多变的情况下是必要的。 可产生过量细粉的易脆 的石灰石,以及易结渣的不纯的石灰石要求在窑筒里的原料柱均匀流动。 细粒窑也有能力处理大粒度的原料,例如 40~80mm,或者不同规格石灰石以 三明治模式上料,甚至可以同时加入粒度范围更小和更大的石灰石。在这种情况 下,较小粒度和较大粒度的原料独立分层且连续加料到窑筒内,由此减少窑内总 体的压力,同时,也改善了煅烧的均匀性。 处理大范围原料粒度的能力使得细粒窑 是石灰工厂一个非常好的选择,通过安装多个窑来燃烧不同规格的石灰石粒度是 不经济的。 主要设计和性能参数 细粒窑现有的范围由以下标准窑型组成: 窑型: 燃烧带直径: 日产量 (吨): 石灰石粒度(mm): 燃料: F1~F3 3.0~4.0 200~400 (300~500) 10~40 (40~80) 气体,液体和粉末固体燃料 热耗(kJ/kg of product): 约为 3430 (kcal/kg of product): 石灰活性度: 约为 820 非常高

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