A、隧道窑功能简介
此类隧道窑是长期连续生产的热工设备,其用途是将在装耐火罐中的铁矿粉和固体炭还原剂在1150℃的高温下发生还原反应,从而得到直接还原海绵铁.装在耐火罐中的固体炭和铁矿粉,进入隧道窑后要经预热、还原、冷却三个阶段,故隧道窑设计应遵循还原过程中炉料的物理化学变化原理,将隧道窑分为三个带分别实现预热、还原、冷却三个功能:
预热段的主要作用是:利用还原带的热烟气对炉料进行预热,完成炉料中水分的蒸发和水化物的分解,促使还原剂中挥发份的逸出和脱硫剂碳酸钙(即石灰石)的分解,同时产生的废气及烟气由若干对支烟道汇总后经排烟风机排出厂房外.
还原段的主要作用是:随着炉料被逐步加热到高温,铁的氧化物被CO还原,直至金属铁全部被还原出来,需要较稳定的温度、压力、气氛和较长的还原时间.该段设计若干对燃烧器,布置在窑的两侧,通过调节燃烧器的燃烧能力使窑内形成较理想的温度、压力和气氛,使产品在高温区得到充分的还原.
冷却段的主要作用:充分利用快速冷却换热器及水循环间接冷却、夹壁间接冷却等各种冷却设置对产品进行间接冷却,窑尾采用风机对产品进行直接冷却,尽量缩短海绵铁冷却时间,避免还原后的海绵铁出现二次严重氧化.
B、隧道窑设计说明
1、窑炉基础
隧道窑的窑体砌筑在坚固的钢筋混凝土基础上,以及窑车和窑车上装载的耐火罐、炉料的重量都由这个基础来承受.根据设计要求对窑基进行处理,其地耐力要求达到12~20吨/㎡.窑炉基础上留有沉降缝,以确保基础受到压力时得以膨胀.
此外,在基础上设计了车下风坑道,用于放置车下风管道系统,该系统配有车下压力平衡冷却风机.有利于还原段的压力制度的实现,同时防止窑车车下温度过高,保证窑车的正常运行.
2、窑长、窑内宽、内高
窑长取决于产量、窑车尺寸、还原时间、原料种类,此外还应考虑到热工制度的稳定性、易于操作性、节能性.一般说,短窑投资少,但产量低,热量损失大,能耗高;长窑产量大,热利用好,能耗低,但投资大.窑长确定后,为了提高产品质量,应注意预热段,高温段和冷却段的最佳分配,及各种结构的设置.
窑避内宽与高则取决于燃料种类、耐火罐尺寸、装车形式、推车方式等.以煤气或煤为燃料,人工调节煤气烧嘴,强制鼓风到燃烧室/烧嘴内.
3、炉衬设计
窑炉炉衬选材遵循温度对应原则,在高温区内衬采用粘土质耐火砖及轻质保温砖和硅酸铝纤维毯,低温区采用粘土质耐火砖及轻质保温砖.高温区燃烧室采用高铝制耐火砖,以较好地抵抗高温火焰冲刷和延长窑炉的使用寿命.
4、燃烧系统设计
全窑设置若干只煤气烧咀,煤气通过调节煤气阀门和助燃风阀门,在助燃风的作用下高速进入窑内实现最佳的温度曲线和还原气氛.
或是设置若干个炉膛,通过加煤速度的调节来控制隧道窑的温度曲线及还原气氛.
5、曲封、车封、砂封和车下风
在窑墙与窑车之间设有砂封结构,窑炉长度方向根据需要装有若干对加砂斗.窑车钢架上设有d=N厚砂封钢板,砂封槽采用d=N厚钢板制作.
窑车砌体与窑墙之间设有双摩擦曲封结构,曲封间隙为9~11mm,窑车两边外侧砖采用断缝独立砌筑结构(易于更换).窑墙曲封砖为重质,窑车曲封砖为轻质,如有异物掉进曲封间隙中发生摩擦不致损坏窑墙而影响窑炉使用寿命.在窑车上曲封角上夹砌有折叠形高温毡,使窑车于窑墙间良好密封.窑车与窑车之间采用曲形密封面,以保证车与车之间的良好密封.
此外煤气隧道窑的基础中设置有车下风结构,用于平衡车下压力,降低车下温度,保证窑车的正常运转.
6、风机管道系统
通风设备包括排烟系统、气幕、气体循环装置以及冷却系统,它们由排烟机、烟囱及各种烟道、管道组成,其作用是使窑内气流按一定方向流动,排出烟气供给空气,抽出热空气等,并维持窑内一定的温度,气氛和压力制度,助燃风机供给空气,经过管道输送给烧嘴,管道放在窑顶两侧进行空气预热,空气受热后对稳定助燃起着重要作用.
7、电气控制热工测量仪表及报警系统设计
在窑炉各段不同部位设置若干支热电偶,将窑内的温度信号通过补偿导线传递到仪表柜上的温度仪表,可自动显示窑内的烧成温度曲线.还设置有温度超过上限报警、顶车机压力过载报警、风机停转报警等声光报警装置,可及时提醒值班人员处理和排除故障.
8、窑体外形设计
窑外墙镶装装饰钢板,装饰板及窑体骨架的颜色根据客户要求来确定,做到"个性化"的体现.
9、窑体金属构件设计
窑体金属构件包括:轨道、立柱、拱脚梁、拉杆、加砂管、水箱设备等.
10、输送系统
作为窑内输送设备的窑车是由型钢焊接成的框架、窑车下脚及耐火材料组成的,且窑车构成隧道窑窑底.窑车的结构材质和砌筑方法对窑内热工状况有很大影响,窑车一般采用粘土砖和轻质粘土保温砖组合砌筑,一般车面、曲封和车封处采用重质粘土砖砌筑,中心部位用轻质粘土砖填塞,砌砖厚度以保证窑车底部表面温度不大于80℃为准.这样不仅减轻窑车重量,且蓄热小,提高了窑炉的热利用率.
此外,尚有顶车机、半自动托车、自动回车线等设备与窑车构成隧道窑的运输系统。
