石灰石在竖式石灰窑内的煅烧过程分析(1)

第 2O卷第 3期 Z000年 7月 山 西 化 工 SHANXI CHEMICAL INDUSTRY VoL 20 NO．3 Ju1．2000 ＼ ／ ' 1 石灰石在竖式石灰窑内的煅烧过程 ⋯ ⋯ ㈣ T口“ (太化桑目有限公司电石厂 ，太原 03O056) 【 V、 摘要：就石灰窑温度、石灰石粒度、燃料特性配比、风压及布料均匀状况对竖式石灰窑锻烧过程的 翟 钙、t寥式 关键词：互盟；坚； b 、 、 1 竖式石灰窑结构简介 竖式石灰窑内部分为 3个区域，即预热区、煅烧 区、冷却区，如图 1所示。 图 l 石裹窑厦三区示意 图 预热区在窑的上部，其作用是使由煅烧区升上 来的废气与新投入的石灰石和炭材相遇，进行热交 换，对将进入煅烧区的石灰石及炭材进行预热，因为 石灰石的分解温度为 812℃，所以大家把预热区与 煅烧区温度分界点定为850℃。 煅烧区是在窑的中部，是窑内进行化学反应的 主要区域，也是全窑温度集中的地方，中心温度可达 I 200"C，边缘区域的最低温度为815 C。由冷却区升 上来的空气在此处起助燃作用。煅烧区的温度和位 置，决定于物料下降速度、混合料的粒度、风量大小、 风压高低、窑料配比等因素 煅烧区主要反应有： (a) 燃料燃烧 C+0 2=COz+33 777 kJ／kg炭 c+告O2=co+10216．5 kJ／kg炭 (b) 石灰石 CaCOa分解 caco aO+CO：一1 788．9 kl／kg 冷却区是在窑下部，当煅烧好的生石灰下降到 这个区域时，与鼓风机送入的冷空气相遇产生热交 换，生石灰被冷空气狰却到 1OO℃以下自窑下卸出。 进人窑内的空气则被生石灰预加热后，上升刊煅烧 区，参加燃烧反应 2 影响石灰石煅烧的主要因素 影响石灰石煅烧因素主要有煅烧温度、石灰粒 度、石灰石与燃料(焦炭)的混合均匀程度。 2．1 温度对石灰石煅烧的影响 L 赠 1 ／一 ·h 囤 2 石灰石煅烧速度与温度的关系 石灰石煅烧速度与温度有极大关系。图 2为石 灰石煅烧曲线图。由图 2可见，煅烧温度在 9ooc 时，每小时只能煅烧 o．33 cm；若在 1 000℃时，则每 小时可烧透石灰 0．66 cm，加快 1倍；若在 1 1O0"C， 啦稿日jII：2000"05—11 作者简介：最澜韩·男、1964年出生、1986年毕业于山西矿业学院t车科，工程师．现为太化集团有限公司电石一分厂原辩车闻主任． 1＼ 一 维普资讯 http://www.cqvip.com ·40· 2000年 7月 则每小时烧透 1．4 cm，加快了 3倍。通常实际生产 中石灰窑的煅烧温度应控制在1 050℃左右，故要求 窑内温度稳定且均匀分布，要求三个区域的位置适 宜，同一截面的温度最好一致，这样石灰石分解就得 到保证。如果煅烧区下移，将使生成的石灰得不到充 分冷却，空气得不到充分预热，冷却区缩短；如果煅 烧区上移，石灰石预热不好(预热区缩短)，热气得不 到冷却，窑气带出 ， 增加。窑气温度高，损失热量 比石灰温度高损失热量高得多。例如同是 150℃，石 灰带出热量为 70 890 kJ／lO00 kg，以同样重量的石 灰石产生窑气带出热量为 175 140 kJ／lO00 kg，要 保证窑内温度稳定均匀正常生产，必须做到四个均 匀：石灰石粒度、焦炭粒度均匀，混合料分布均匀，出 灰速度均匀，送风量均匀。 2．2 石灰石粒度对煅烧过程的影响 石灰石的煅烧速度取决于石灰石的粒度，粒度 越大，煅烧速度越慢 这是由于石灰的导热系数小于 石灰石的导热系数。所以大块石灰往往存在夹心，生 烧石灰就是这个原因。为了使热量尽快进入石块中 心，必须保证窑温。石灰石粒度与煅烧时间关系曲线 如图 3。 圈 3 石灰石粒度与嘏烧时间关系 由图 3可见，对石灰石粒度应有一个适当的要 求，否则其所需煅烧时间相差悬殊，150 mm石灰石 在 1 150℃时需煅烧 4 h，如果窑温降至 950℃则需 17 h，煅烧速度低 4倍左右。 以中4 111石灰窑为例，当煅烧区热电偶显示温 度为 690℃～750℃时(窑内实际温度要高出显示温 度 200 C左右)，生产出窑的石灰生烧较多，约 15 ； 如果人窑石灰石粒度超过 200 mm的较多，石灰生 烧现象就更为严重。由于窑温控制得较低，石灰石粒 度却偏大而导致生产的石灰生烧大约 15 以上，显 然是 由于煅烧速度不够所致。提高控制温度在 800℃以上，严格控制石灰石粒度小于中20O mm，石 灰生烧量就会降低到允许范围之内。 2．3 布料均匀状况对石灰石煅烧过程的影响 在煅烧石灰石过程中，燃料应与石灰石块混合 均匀，均匀分布在窑内，才能正常煅烧。燃料的粒度 过大，燃烧较慢，容易在石灰中残存未烧尽的燃料， 不但浪费燃料，还会出现生烧石灰、煅烧不充分现 象；粒度偏小，燃烧较快，煅烧区上移，也可能出现生 烧石灰。 如果石灰石粒度相差悬殊，则与燃料混合后，投 入窑内形成物料分聚现象，靠窑壁的物料粒度大，阻 力小，易燃烧，火层易上移，形成煅烧区上移，窑顶窜 火。消除这种现象必须采取粒度合适的石灰石和燃 料，例如 4 m石灰窑粒度 50 mill～150 mm、焦炭 20 mm～40 mm较合理。布料器须保证运行可靠，布 料均匀。我厂中4111石灰窑曾由于布料器故障，几次 造成布料不均导致石灰窑内煅烧温度不均匀 较典 型 的一 次煅烧 区三个热 电偶 显示温 度分别为 802℃、333℃、723℃，形成偏窑现象，对石灰石煅烧 分解极为不利，而导致生烧与结瘤现象较严重。之后 为确保布料器的运行可靠，布料点控制方式由原设 计的机械传动与行程开关控制形式改进为由石灰窑 系统的可编控制器(PC)控制。 2 4 燃料特征砷石灰石煅烧过程的静响 固体燃料的石灰窑生产通常用焦炭与无烟煤作 燃料，在生产中要求燃料的固定炭含量越高越好，炭 分、挥发分越少越好。因为灰分高燃料发热值降低， 灰分含量高也相应降低石灰质量。挥发份的含量高， 造成火焰长，煅烧区增长，因此要求燃料固定炭高。 焦炭和无烟煤的比较(焦炭及无烟煤燃烧持性 曲线见图 4)。 _c ＼ 诽 0 温度／℃ 圈 4 焦炭豆无烟攥燃烧特性曲线 (a) 焦炭燃烧速度比无烟煤的燃烧速度快，见 图 4，在其它条件相同情况下，使用焦炭煅烧石灰石 大层集中；相反无烟煤的燃烧速度慢、燃点低，易形 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2O卷第 3期 段润林，石灰石在竖式石灰窑内的煅烧过程分析 ·41· 成煅烧区拉长，造成窑气温度及出灰温度偏高。 (b) 由于无烟煤中挥发分太，使用无烟煤煅 烧石灰石易造成两头高。挥发分在较低温度即在预 热区就挥发出来，造成窑气温度高。无烟煤燃烧速度 慢，造成灰温高，热损失较太。实际生产中，使用无烟 煤的配比要比使用焦炭的配比高 2 。 在石灰石燃烧过程中，燃料的配比量是影响石 灰石煅烧分解的关键。配比低了温度达不到要求，煅 烧不充分，石灰带生烧严重；反之，配比过太易造成 结瘤。因此，燃烧配比要适宜，操作计量要准确。配 比大小要根据石灰石粒度、燃料粒度含水量停窑时 间、石灰质量和产量变化而及时合理地调整。 2．5 通风机逆风量对石灰石蠛烧过程的影响 在燃料配比合适的情况下，要控制合理的送风 量，一般情况空气量的控制用压力示，即送风压 力。风压大与小分别影响石灰窑的煅烧和煅烧区上 移、下移，同时影响煅烧过程产生窑气的变化。窑气 主要成分是 ：CO 、C0、0 ，分别应控制 (CO )= 40 ～42 ， (CO)<0．4 、 (O 2)=< 1．0 ， 这三个成分可看出石灰窑的煅烧情况： (a) 二氧化碳含量高 40 ～42 ，说明窑角 石灰石煅烧良好，窑况正常。事实上对 m的石灰 窑而言，当窑气中CO 含量为31 ～33 时，煅烧 的石灰石就难以充分分解，生产的石灰中生烧量一 般可能在 15 ～20 。 (b) 一氧化碳低(<0．4 )，说明燃料燃烧完 全，反之说明燃烧不完全；另一方面说明窑内温度 高、配比高，或局部燃料集中，使生成的cO：还原成 CO。CO高是窑内结瘤的一个象征 (c) 一般要求空气过量系数为 1．05，如果 O 浓度高，说明供风量太，有 0：浪费．也造成热量损 失。对石灰窑而言，根据窑气组成可科学合理地指导 控制供风量，保证石灰石煅烧分解反应正常进行。 (d) 供风压力上不去是窑况异常的信号，要及 时分析处理。 综上所述，影响竖式石灰窑煅烧过程的因素是 多方面的，只有合理控制石灰石煅烧温度，合理控制 石灰石粒度、燃料(焦炭)粒度，了解燃料特性，适时 调整配比，混料布料均匀，合理供风，才能保证石灰 窑石灰石煅烧过程的稳定正常进行，避免产生结瘤， 减少石灰生烧，保证生产的石灰(氧化钙)的质量稳 定。 参考文献 1 能瀵远．电石生产工艺学．成都t成都科技大学出版社，1988．159 ～ lBO* The Process Analysis of Calcining Limestone in the Upright Limekiln Duan Runling (Calcium Carbide Factory of Taiyuan Chemical Industry Group Co．Ltd．，Talyuan 030056) Abstract：These in fluencing factors include limekiln’S temperature，limestone’S particle size，the feature of fuel，ingredient，wind pressure，and the limestone’s distributive uniformity which are analyzed respectively and indicate its corresponding range of contro1． Key W ords：limekiln；temperature~calcite；wind pressure ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 0●。。⋯ ⋯ ⋯ 柏 ⋯ ⋯ ●⋯ ⋯ ⋯ * ●⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ o⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 0●⋯ 0⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ● “中国化工企业家人才库”启动 全国首批入选 134名，山西化工有 lO名 周宜平 太化集团有限公司 董事长兼党委记 武村和 太化集团有限公司 总经理 薛佩珍 山西焦化集团有限公司 董事长兼总经理 王梦飞 南风化工集团股份有限公司 董事长兼总经理 王孝书 天脊煤化工集团有限公司 董事长 李中华 天脊煤化工集团有限公司 总经理 刘长贵 山西合成橡胶集团有限公司 董事长 绦 富 山西台成橡胶集团有限公司 总经理 董海水 山西丰喜肥业集团有限公司 董事长 黄万信 临汾染化集团有限公司 董事长 维普资讯 http://www.cqvip.com