煅烧镁砂用高温油竖窑的操作技术

煅烧镁砂用高温油竖窑的操作技术杨为振（山东中博先进材料股份有限公司，淄博）摘要高温油竖窑是目前煅烧镁砂比较先进的设备，本文详细论述了煅烧镁砂油竖窑的操作技术及生产中经常出现的问题及其产生原因，提出了解决方法，并指出了煅烧镁砂用高温油竖窑的发展方向是超高温及实现全面自动化控制。关键词油竖窑操作技术镁砂近20年来，我国利用天然菱镁矿，采用高温竖窑煅烧工艺，生产出MgO质量分数为97%-98%的天然镁砂，使我国镁质耐火材料水平有了很大提高。如今辽南地区有10余座高温油竖窑在运行，还有一些厂家正在积极筹建高温油窑。本文作者根据多年实践经验，较详细地论述油竖窑的操作技术及生产中常出现的的问题及原因，并提出解决方案程，这为正确进行油窑操作提供了良好借鉴，对生产高质量镁砂具有重要实际指导意义。1、油竖窑的技术操作要点1.1油竖窑的点火及升温油竖窑从冷态点火升到高温稳定这一变化过程，必须按其升温原理，对各参数及时适当由小到大的加以调整，才能尽快达到升温目的。点火时必须将烧结镁砂垫入窑内至油枪下100mm处为止，先期用易燃的柴油点火，经过一段时间后切换成重油，开排烟机，开一次风，开计量泵，给正常油量的1/2油量。此时不急于加料，火焰在料面以上燃烧，其燃烧状态易观察，可控制燃烧完全均匀。6-8h后每次加料500mm，等料面烧红再加第二层，使燃油总能喷到高温的物料中，得以迅速气化燃烧。物料加至油枪以上2m时再开二次风机，风量不易过大，以正常量的1/3为宜，同时可间断，慢速开动出炉机将出窑物料再返入窑中，直至装满窑才能连续开动出炉机。2d后出窑速度要比正常生产时快10%。采用此方案从点火算起,3-4d可生产出合格镁砂。1.2保证迅速燃烧条件提高油竖窑窑温应该是在保证供热量大于消耗热量的前提下，使燃油迅速完全燃烧，只有这样才能使燃烧热量集中在烧结带，才能使烧结带的温度升高。如果不能有效供热量，即使能达到完全燃烧的话，竖窑的温度也上不来，则容易造成烧结带拉长，预热、冷却带温度偏高等不正常现象。1.21持续的高温状态在正常运行的窑炉中，窑温越高，燃油被气化的速度就越快，燃烧就越迅速，燃烧能力也越易发挥出来，高温区也就越集中，热损失相对越少。相反，窑温低，燃油气化的速度就慢，燃烧的速度也慢。如果不进行适当的控制和调整，就易出现两头温度过高的现象。所以，窑温偏低时给油量要相对减少，随窑温的增加而逐渐缓慢的增加，直至达到正常。1.2.2助燃风的温度及风量助燃风的高温有助于燃烧，并提高窑的煅烧温度，目前还没有对一次助燃风加温的方法，只研究怎样提高二次助燃风的风温，在油竖窑提温的过程中加快出料也正是为了这一目的。出料加快，出料温度相应提高，二次助燃风温也相应提高。同时对出窑的高温物料可反加到窑内（指提温过程），既使窑温得到迅速提高又避免使热量被物料带走，待投入生料正常生产时再将出料速度降至正常。另一个办法是，在冷却带末端放散掉一部分热风，使进入烧成带热风量相对减少，热风温度相应增加，2种方法都能对迅速燃烧起到积极作用。一般而言，为了强化热交换和降低出料温度，助燃风量都远大于理论值，过剩系数达1.8以上。为了减少过量风进入烧成带影响煅烧温度，还要有足够的风使物料冷却下来，在冷却带与烧结带联接下端设热风放散孔，把多余的热风放散掉，使足够的高温助燃风进入烧结带参与燃烧。除了要有足够的高温二次风外，还要有足够的一次风量和风压。因此，一次风采用空压风气化燃烧系统的总管风压要达到0.1-0.15MPa，一次风量占燃烧总风量的30%-40%。1.2.3燃烧空间要迅速达到完全燃烧，必须有足够的燃烧空间，燃油能在一次助燃风的作用下，均匀地分布在横断面的物料空间内燃烧，因此要做到净料入窑，保证粒度小于10mm的物料不能入窑。这样就保证了燃烧所需的必要空间。另外，入窑物料的粒度要尽量大小均匀，这也是增加燃烧空间的一个重要因素。另外投入生料也会增加燃烧空间，因为生料在燃烧过程中会产生40%以上的体积收缩，使燃烧空间增加，新点窑时，尽量晚投料，空窑提问也是这个道理。同一排油枪必须均匀供油，这是保证迅速、完全、均匀燃烧必不可少的条件。如果同一排烧嘴有的喷油量大，有的喷油量小，就使得窑内温度在横向、纵向上分布很不均匀，尽管总的供油量是合适的，但仍不能形成均匀高温，在实际生产中因此造成物料体积密度不合格的现象是经常出现的。1.3各参数的确定及客观反应达到正常。首先要确定的就是窑的产量，即出窑量，以此为基础来调整其他参数。出窑量的多少一般是根据竖窑的容积和利用系数/而确定的，就目前高温竖窑讲，窑的利用系数一般为・・・；其次就是耗油量，高温镁砂竖窑油耗一般在50-60kg/t,油量的多少要根据物料的性质而定，MgO含量高,C/S大，物料的活性差，球坯密度低，以及难烧结物料就要多一点油耗。此外，还要根据窑炉的自然状况而定，窑炉整体性好，不串风，不漏风，油耗就低。因此新窑省，老窑费；大窑省，小窑费。总之，影响油耗量的因素很多，不能一概而论；再就是确定风量。一次风量太多，风温较低，不利于燃烧温度，一次风量过小，油喷不到物料中，在油枪前堆积形成结焦，更不利于燃烧。二次风量一般都超过理论计算的风量，它一般是由将出窑物料从1800°C降至150°C需要的冷却风量来决定的，只要出炉温度不会太低100C冷却风量就可以适当增加。为了保证烧成带煅烧温度，多余的二次风量需要从放散口中排除。以上3个参数确定后，压力、温度等参数将随时间增加达到正常数据，趋于稳定。压力、温度的变化又反应了以上3个给定参数是否合理。例如：出料温度低，窑顶温度高，说明出料慢了，或二次风量过大；窑顶、出料温度都低，说明上油量少了；出料温度高，窑顶温度正常，说明底风量小了。窑内压力在其他参数不变的前提下，随窑温的升高而增加，最后达到稳定。如果窑温下降，此时就横断面的物料空间内燃烧，因此要找出下降原因，及时处理。窑内压力大小与物料的透气性、窑的高度、窑温高低、风量大小、油量多少和窑内物料是否结坨等诸多因素有关。1.4异常现象的判断与处理1.4.1棚料油竖窑由于温度高、压力大，在一些因素的影响下，很容易出现棚料现象，即物料在窑内悬空不下沉。处理这一故障，轻者用底风脉冲；重者停窑处理。因此棚料对竖窑生产影响很大。棚料的原因很多，一般来说有如下几点：1、由于故障突然停窑，不能出料而造成棚料；1、由于风量、油量大，窑内压力偏高而造成棚料；3、由于物料在预热带受高温炸裂而造成棚料；4、由于物料筛分不净，细料多而造成棚料；5、由于物料中高杂质、低熔点的硅酸盐矿物而造成的棚料；6、由于其他非工艺流程物料杂质而造成的棚料；7、内径上大、下小而造成的棚料等。总而言之，棚料的原因有多种多样，不能一概而论，在解决棚料时具体问题要具体对待。1.4.2结圈结圈就是在烧结带、预热带内衬上均匀或不均匀地粘结上的一层烧结料块、坨块等。随着时间的增加，结圈的厚度也在增加，当结圈达到一定厚度时，竖窑内压力偏高易棚料、易偏窑，造成出窑温度高，出花料等，（即物料烧结不均匀）此时只有停窑处理。控制结圈的方法主要是做到尽可能保证窑炉连续运行，避免频繁和长时间停窑；要做到净料入窑，绝不能让细料入窑；也可以加大排烟机的负压，使进窑的少量细料能被排烟机抽出去；还要控制预热带温度，防止入窑物料急剧升温，造成炸裂而产生过多细料、形成结圈。当物料杂质高时，窑温要适当降低，出料要随之加快。总之，做到以上几条，就会大大降低结圈程度。1.4.3漏水套在生产过程中，由于种种原因，烧嘴的冷却水套会在很难发现的情况下破漏。水套漏水严重，将会对砖衬及烧嘴造成严重损坏。产品质量波动，如不细心观察分析，很难判断是水套漏水造成。一般来说，可以根据出料的颜色、（花料）底风压力变化、水箱水位变化等来判断水套是否漏水。而判断哪一个水套漏水，则可将油枪拔出后观察窑内的亮度，一般而言，漏水之水套前端黑暗，用钢钎伸入窑内穿捅物料，水套前端即现明亮，但很快又变暗，那么，很有可能是该水套已漏水。另外，在突然发生故障停电，水泵不能运转，而备用系统又不能发挥作用的情况下，造成烧嘴冷却水套断水，如要恢复系统正常运行，严禁直接送水，立即供水就会产生剧烈水汽的膨胀而爆炸，其后果不堪设想。在这种情况下应将所有水套全部拔出，逐个打压检查，确认全部完好并在窑外给水10min后，方可安装使用。1.5确定热量与温度的关系油竖窑的生产过程中，有时会出现产品体积密度不合格现象。将不合格镁砂再投入窑内重烧，在不改变其他参数的情况下，也能生产出合格产品。但投入生坯后会出现产品再次不合格现象，因此很多人认为，熟料易烧结，而生料难烧结，这是错误观点，就理论而言，生料远比欠烧物料易于烧结。因为生料是经过轻烧、细磨、高压成球3道工序处理的物料，在未进行烧结之前，物料本身活性好，晶格缺陷多，晶粒细小，且比表面积大，易于烧结。经过一定程度烧结的熟料，此特点就很少了。那么实际生产中，为什么会出现生料没有熟料好烧结的现象呢？这就是所谓温度与热量的关系没搞清楚。烧熟料时，物料吸热量少，所以窑内热量供给充足，温就高，本体积密度在3.25g/cm3左右，因此达到3.3g/cm3就轻而易举了。而换生料后，其各种参数都未发生变化，生料的吸热量大，势必导致窑温下降，物料的体积密度也随之降低。原体积密度〃（）2.00g/cm3左右的生球坯，一下提到3.30g/cm3左右，就很不容易了。所以要保证充足的热量供给，使生料与熟料在同一温度条件下烧结，那么生料的体积密度必须大于返烧料的体积密度。要做到这一点，在生料入窑时应适当增加5%-10%的油量或减少5%的出窑量。另外，在实际生产中，还出现过用3.20g/cm3的返烧料升温，很长时间内都未达到3.30g/cm3的情况，这主要是由于熟料的反复循环，碎料太多（5-10mm）窑内透气性不好，无法形成燃烧空间，火焰喷不到窑中心，边缘效应加大的缘故。在这种情况下，只要加大筛孔尺寸（大于12mm）或换成生球都可以得到解决（投入生球可以提高窑温）。实践表明：在油窑返烧提温的过程中，若物料体积密度达到3.2g/cm3,以后多次循环返烧也不能达到3.30g/cm3。在此情况下，投换生料球坯出窑时，产品体密可大于3.30g/cm3。2油竖窑的综合评述2.1大、、小型油竖窑的比较直径1600mm油竖窑的油耗为40-50kg/t,直径1200mm的油竖窑的油耗为50-60kg/t，直径800mm的油竖窑为90-110kg/t，就油耗情况看，在一定的范围内油窑体积大的比体积小的要相对省油，但窑炉过大建窑投资相对增加，如遇到系统故障停产时损失较大，因此根据现场经验得出直径1200油竖窑的综合效益最好。油枪、水套、热风口如图：2.2油枪结构的比较直径800mm油竖窑，使用的是内混高压介质雾化烧嘴，其介质为0.4M的空压风，由于空压风在油枪出口处压力骤降而产生了绝热膨胀（吸热过程）会使烧嘴前温度急速降低，这样不利用重油雾化燃烧。而气化油枪没有雾化结构，只是利用直径1.8mm钢管油芯插入水套，将油喷到高温物料表面上，即前文所述的燃烧方式。传统理论认为重油在500-600°C时，气化裂解，易燃烧。而大于600°C时，气化裂解为对称裂解，易生成结焦并冒黑烟，而事实上，使用这种结构的油枪将重油喷到1800C的物料上，其燃烧效果却很好，这主要是由于重油喷到高温物料上蒸发气化，燃烧迅速完全的缘故。另外，油枪的孔径在1.8-2.8mm区间内都好用，只要能正常过油即可。2.3油竖窑的排热风国内外的油竖窑在设计时都带有热风口，将冷却物料用的多余热风排出窑外，使过剩风量不进入烧结带一一采用热风放散的办法，一将多于热风排出，这样可以提高进入烧结带的助燃风温，还可以降低窑内压力，利于操作。但在实际使用过程中，热风口极易被物料堵死，甚至跑漏风会将热风管道烧坏。为解决这些问题，可以把热风口堵死，这对于提高油竖窑的产量、质量、降低油耗、强化烧结无疑是一个重大障碍。所以说研究热风口的设置还是十分有意义和必要的。2.4大风量操作现在竖油窑烧结的一大特点就是加大风量。过剩的空气系数往往在..以上，风量越大，对流热量也越大。我们知道油竖窑中的热交换主要以对流热交换为主，提高空窑的速度，则对流换热系数增大，相应对流热量也增大。所以一般来说，供给油竖窑的底风量增大，则竖窑风速即对流换热系数、相对对流热量增大，增强了对流换热的效率，利于窑温提高。因此，油竖窑一般都采用较大空气过剩系数操作。2.5密集的烧嘴布置油竖窑在烧嘴数量设计上采取高密度，圆周方向烧嘴的密度为3.18支/m。烧嘴分布均匀、密集，燃油就可以均匀地喷到物料表面，使断面温度均匀化，确保了极高的供热均匀度和强度，正常生产时只用一排烧嘴即可，说明此方法的优越性。由此可见，保证烧嘴布置的密度是油竖窑必不可少的环节。2.6体积