作為冶金、化工、建材、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)及環(huán)保等行業(yè)的基礎(chǔ)原料，石灰具有應(yīng)用范圍廣、使用量大的特點(diǎn)。隨著下游行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及節(jié)能環(huán)保工作的不斷推進(jìn)，石灰及其精深加工領(lǐng)域的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，行業(yè)發(fā)展面臨新的機(jī)遇。而煅燒是石灰石生產(chǎn)中很關(guān)鍵的一道工序，煅燒的好壞對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。
石灰石煅燒機(jī)理
原料
石灰石的形成時(shí)間的長(zhǎng)短不同，其礦物組成、化學(xué)成份以及物理性質(zhì)也并不相同，越短的時(shí)間形成，質(zhì)地越疏松，越長(zhǎng)時(shí)間形成，其結(jié)構(gòu)就越是致密、堅(jiān)固。石灰石的結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)的成分和含量以及雜質(zhì)在石灰石中的分布是否均勻與它的質(zhì)量?jī)?yōu)劣都有很大程度關(guān)系。
石灰石的主要成分是碳酸鈣CaCO3，少量的碳酸鎂MgCO3以及一些二氧化硅SiO2，三氧化二鋁Al2O3和三氧化二鐵Fe2O3雜質(zhì)。通常情況，Al2O3、SiO2、Fe2O3等導(dǎo)致石灰煅燒困難。堿金屬含量高于0.1%~0.2%或雜質(zhì)含量高于4%~5%的石灰石，更容易形成低熔點(diǎn)的化合物，導(dǎo)致石灰局部或全部過(guò)燒情況發(fā)生，堵塞細(xì)孔通路，CO2釋放受阻，石灰石的煅燒進(jìn)程變緩。
燃料
氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和固態(tài)燃料三種形式的燃料全都可以在石灰石煅燒過(guò)程中使用。氣體燃料有焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、電石爐煤氣、天然氣及由上述煤氣配置的混合煤氣等等。常用的液體燃料為重油，重油是蒸餾石油時(shí)得到的塔底產(chǎn)品，不可燃成分很少。常用固體燃料是焦炭和煤，其主要成分為固定碳、灰分、揮發(fā)分和水分等。石灰石煅燒所選用的燃料隨著窯型和燃料市場(chǎng)價(jià)格的變化而變化。
石灰石煅燒原理
石灰石的鍛燒是石灰石菱形晶格結(jié)構(gòu)重新結(jié)晶轉(zhuǎn)化為石灰的立方晶格結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程。煅燒時(shí)，主要是石灰石中碳酸鈣CaCO3和碳酸鎂MgCO3的分解反應(yīng)，無(wú)煙煤中碳C的燃燒反應(yīng)和氧化物的結(jié)瘤反應(yīng)。
碳酸鈣的分解：
在898℃時(shí)，碳酸鈣分解出CO2的壓力等于空氣的壓力。因此，把898℃稱為碳酸鈣的分解溫度。溫度越高，碳酸鈣分解CO2就越激烈。
碳酸鎂的分解：
碳酸鎂的分解溫度為640℃。氧化鎂的活性低，因此，氧化鎂基本不參與其他雜質(zhì)反應(yīng)，對(duì)煅燒過(guò)程影響不大。
整體而言，石灰石煅燒過(guò)程大致經(jīng)歷3個(gè)階段：首先生成碳酸鈣假晶的亞穩(wěn)氧化鈣；其次，亞穩(wěn)氧化鈣再結(jié)晶生成穩(wěn)定的氧化鈣晶體，內(nèi)比表面積達(dá)到最大；最后，再結(jié)晶氧化鈣在高溫條件下發(fā)生燒結(jié)，內(nèi)比表面積迅速減小。
石灰石的煅燒工藝
石灰石的煅燒分為三個(gè)區(qū)段：預(yù)熱區(qū)；煅燒區(qū)；冷卻區(qū)。石灰石煅燒過(guò)程大致分4個(gè)步驟：開(kāi)始分解前的膨脹；碳酸鈣的分解；石灰石的燒結(jié)；石灰的冷縮。此外根據(jù)石灰石煅燒工藝，可分為并流煅燒和逆流煅燒。
并流煅燒與逆流煅燒
助燃空氣及燃料均從煅燒帶的上部供入向下流動(dòng)，煅燒膛的物料也是自上向下流動(dòng)，兩者流向相同，這種物料與燃料產(chǎn)生的熱氣流流向相同的方式，稱為并流煅燒。助燃空氣及燃料產(chǎn)生的熱氣流方向與物料流動(dòng)方向相反的煅燒過(guò)程稱為逆流煅燒。從煅燒原理分析，在并流煅燒條件下生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品活性度高，生燒和過(guò)燒較低，產(chǎn)品的質(zhì)量也容易控制。更適合于生產(chǎn)高品質(zhì)石灰。
石灰石煅燒工藝條件
煅燒的溫度
提高煅燒溫度可以提高生產(chǎn)能力，但溫度過(guò)高容易導(dǎo)致結(jié)瘤事故且熱損耗高。一般控制煅燒區(qū)溫度為1050-1150℃。
石灰石的粒度
相同的煅燒溫度下，石灰石的粒度越小，所需的煅燒時(shí)間越短。石灰石的粒度越均勻，所燒成的石灰質(zhì)量越穩(wěn)定。
石灰石煅燒時(shí)間與粒度的關(guān)系
石灰石的形狀
球形或者立方形的石灰石煅燒時(shí)間最短。
石灰石煅燒時(shí)間與其粒度形狀的關(guān)系
燃料粒度、配比率
固體燃料的石灰窯生產(chǎn)通常用焦炭與無(wú)煙煤作燃料，燃料的塊度必須與石灰石的塊度相適應(yīng)，燃料在窯內(nèi)的下降速度必須與其燃燒速度相適應(yīng)。粒度過(guò)小，容易生燒；粒度過(guò)大，易產(chǎn)生石灰過(guò)燒。
燃料的配比量是影響石灰石煅燒分解的關(guān)鍵。配煤率的大小主要取決于無(wú)煙煤中固定碳含量的大小和煅燒溫度的高低。配比低了溫度達(dá)不到要求，煅燒不充分，石灰生燒嚴(yán)重；反之，配比過(guò)大易造成結(jié)瘤。
裝窯方法
石灰窯的裝窯方法有混合裝窯法和分層裝窯法。混合法能使石灰石和燃料混合比較均勻，適合于配比率小、一次加入燃料不多的立窯；分層法便于調(diào)節(jié)燃料在窯截面的分布狀態(tài)，適合于比率較大的立窯。
風(fēng)量
風(fēng)量是指送入窯內(nèi)的空氣量，風(fēng)量取決于無(wú)煙煤完全燃燒所需的理論空氣消耗量。風(fēng)量過(guò)小，燃料無(wú)法完全燃燒，燃燒區(qū)溫度降低，生燒量增加，燃料消耗增加；風(fēng)量過(guò)大，窯氣中CO2濃度降低，溫度下降，生燒量增加，燃料消耗亦增加。
風(fēng)壓、窯頂出氣壓力
風(fēng)壓主要取決于立窯的有效高度及石灰石和無(wú)煙煤的粒度。窯頂出氣壓力維持在正壓，以免空氣漏入窯氣中，使窯氣中CO2濃度降低。如果壓力過(guò)大，鼓風(fēng)機(jī)的電耗增加。
出氣、出料溫度
窯頂出氣及窯底出料溫度均應(yīng)較低。過(guò)高的話，熱量流失，配比率升高，窯氣中CO2濃度降低。
碳酸鈣的分解率
碳酸鈣的分解率=分解的碳酸鈣/投入的碳酸鈣*100%。若要維持高分解率，需要配比率適當(dāng)，碳酸鈣在煅燒區(qū)有足夠的停留時(shí)間，煅燒溫度不能過(guò)低。
窯氣中CO2的含量
窯氣中CO2的含量越高，石灰乳所需碳化時(shí)間就越短，碳化塔生產(chǎn)能力就越大。維持窯氣中CO2濃度高的條件：
選用低揮發(fā)分的無(wú)煙煤；
減少熱損失，降低配煤率；
使空氣過(guò)剩系數(shù)盡可能低；
窯頂出氣壓力維持正壓，以免空氣漏入窯氣中。
石灰石的煅燒設(shè)備
煅燒設(shè)備的選擇對(duì)能否充分利用石灰石資源有著重要的影響。生產(chǎn)石灰所用的窯爐林林總總，回轉(zhuǎn)窯、環(huán)形套筒式豎窯、懸浮窯，并流蓄熱式雙膛豎窯、CID窯、雙梁石灰豎窯等等。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)石灰使用最多的四種是：回轉(zhuǎn)窯、并流蓄熱式豎窯、環(huán)形套筒豎窯和梁氏燒嘴豎窯。
回轉(zhuǎn)窯
回轉(zhuǎn)窯從屬于回轉(zhuǎn)圓筒類的熱工設(shè)備，筒體、滾圈、窯頭罩、窯尾罩、支撐裝置（帶擋輪或不帶擋輪）、傳動(dòng)裝置等幾個(gè)基本部分組成，漿狀或散狀物常用此設(shè)備進(jìn)行加熱處理。
石灰回轉(zhuǎn)窯設(shè)備
回轉(zhuǎn)窯基本結(jié)構(gòu)圖
（a）為豎式預(yù)熱器，（b）為豎式冷卻器，（c）為回轉(zhuǎn)窯
回轉(zhuǎn)窯三大主機(jī)結(jié)構(gòu)
石灰回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)工藝流程圖
石灰回轉(zhuǎn)窯的特點(diǎn)：
回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量高，非常適合大型活性石灰生產(chǎn)線；
回轉(zhuǎn)窯屬敞開(kāi)式煅燒方式，窯體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣流暢通，含硫煙氣可及時(shí)排出，燃料中的硫成份不易附著，因而產(chǎn)品含硫量低。生產(chǎn)出的活性石灰產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生、過(guò)燒率很低，可以煅燒出高活性度的煉鋼用活性石灰；
回轉(zhuǎn)窯可以直接煅燒不大于50mm的細(xì)粒級(jí)石灰石，能充分利用優(yōu)質(zhì)石灰石礦山資源；
回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量高，且單位產(chǎn)品熱耗低，生產(chǎn)的活性石灰質(zhì)量穩(wěn)定；
機(jī)械化程度高，易于控制，勞動(dòng)條件好。
回轉(zhuǎn)窯煅燒系統(tǒng)設(shè)備較多，重量大，投資高，占地面積大，并對(duì)煅燒的石灰石強(qiáng)度有一定的要求，在煅燒過(guò)程中強(qiáng)度變低、易爆裂的石灰石不適合在回轉(zhuǎn)窯中煅燒。
環(huán)形套筒豎窯(BASK)
環(huán)形套筒豎窯最早是由德國(guó)貝肯巴赫公司研制開(kāi)發(fā)的，首次實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)并流煅燒，是生產(chǎn)活性石灰的先進(jìn)技術(shù)，在國(guó)際上深受歡迎。環(huán)形套筒豎窯在生產(chǎn)使用有多方面優(yōu)勢(shì)：燃料適用范圍廣，窯體構(gòu)成簡(jiǎn)單，熱量高效回收，熱量極低，工藝合理，采用負(fù)壓操作，作業(yè)率很高。
套筒式豎窯主要構(gòu)件為內(nèi)套筒和外殼，物料與氣體就在內(nèi)、外殼之間流動(dòng)。從下到上主要?jiǎng)澐譃槭依鋮s帶、下燃燒室下部并流焙燒帶、上、下燃燒室之間逆流焙燒帶和石灰石預(yù)熱帶四個(gè)區(qū)域。
套筒式豎窯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1.料斗；2.料口；3.加料斗；4.外筒；5.上內(nèi)筒；6.下內(nèi)筒；7.上燒嘴平臺(tái)；8.下燒嘴平臺(tái)；9.上燃燒室；10.下燃燒室；11.液壓推桿系統(tǒng)；12.出料臺(tái)；13.石灰倉(cāng)；14.振動(dòng)出料機(jī)；15.循環(huán)氣體入口；16.拱橋；17.冷卻梁；18.環(huán)形管道；19.噴射器；20.燒嘴；21.循環(huán)氣體管道；22.環(huán)形煙道。
并流蓄熱式豎窯
并流蓄熱式雙膛豎窯有兩個(gè)窯身，窯身的上部有換向系統(tǒng)，用于交替輪換使用兩個(gè)窯身，在窯身煅燒帶的下部設(shè)有彼此連通的通道。
并流蓄熱式豎窯結(jié)構(gòu)示意圖
并流蓄熱式豎窯的特點(diǎn)：
采用并流蓄熱式豎窯生產(chǎn)的石灰具有質(zhì)量好，粒度均勻，活性度高，殘余二氧化碳含量低，硫含量低的優(yōu)點(diǎn)，很好的滿足了煉鋼用石灰的要求。另外，它的節(jié)能功效明顯，單位產(chǎn)品熱耗量很大程度減少，在全部的石灰煅燒窯中的熱量消耗是最少的。但是，它的生產(chǎn)率與國(guó)內(nèi)其他的以焦炭為燃料的豎窯相比，高出約30%~40%。除此之外，投資建設(shè)的費(fèi)用，豎窯比回轉(zhuǎn)窯更少，所需的建設(shè)場(chǎng)地也不大。
雙粱石灰豎窯(FERCALX窯)
梁式窯大體上可分為四部分：貯料帶、預(yù)熱帶、煅燒帶、冷卻帶。貯料帶處于窯頂部，貯量約夠2～3h的石灰正常生產(chǎn)；石料在預(yù)熱帶吸收向上升騰的熱氣中的熱量；煅燒帶有上下兩層燃燒梁，各燃燒梁上的噴嘴將燃料均勻地噴在石料層上，充分燃燒，為石灰石的分解提供熱量；冷卻帶位于煅燒窯的底部，熱石灰通過(guò)和冷空氣進(jìn)行熱交換，石灰被冷卻，空氣被預(yù)熱，然后升入煅燒帶。
雙梁石灰豎窯采用的是意大利TF軟件系統(tǒng)，在控制方面，系統(tǒng)全部都能實(shí)現(xiàn)連鎖自動(dòng)控制，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)及電腦畫(huà)面上可進(jìn)行單個(gè)人工調(diào)試，自動(dòng)化水平高，質(zhì)量穩(wěn)步上升。另外，其最突出特點(diǎn)是工藝設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，采用三路壓力系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比增加了一個(gè)后置燃燒帶，石灰的活性度被進(jìn)一步提高。此外，雙梁石灰豎窯與回轉(zhuǎn)窯相比，其生產(chǎn)效率非常高，與相同生產(chǎn)能力的窯相比，其投資費(fèi)用較低，占地面積小，熱耗和電耗低，生產(chǎn)穩(wěn)定，靈活度大，燃料適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用小。
除此之外，還有沸騰爐、CID窯、橫流式豎窯、雙斜坡窯、懸浮窯等。實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于煅燒工藝及裝置的選擇則要綜合考慮生產(chǎn)用的石灰石粒度及煅燒特性、使用的燃料種類、生產(chǎn)規(guī)模、對(duì)石灰的粒度及質(zhì)量要求、生產(chǎn)自動(dòng)化水平要求、投資多少、廠區(qū)位置大小、對(duì)環(huán)保有無(wú)特殊要求等因素。
文章抄自中國(guó)粉體網(wǎng)旗下粉享家團(tuán)隊(duì)
