石灰石的选择.doc

石灰石的选择原始的石灰生产工艺是将石灰石与燃料（木材）分层铺放，引火煅烧一周后基本可得到成品。现代则采用机械化、半机械化立窑以及回转窑、沸腾炉等设备进行生产。煅烧时间也相应地缩短，用回转窑生产石灰仅需24小时，比用立窑生产可提高生产效率5倍以上。近年来，又出现了横流式、双斜坡式及烧油环行立窑和带预热器的短回转窑等节能效果显著的工艺和设备，燃料也扩大为煤、焦炭、重油或液化气等。石灰石的选择石灰石含钙高的密度大，不好烧，但煅烧后的石灰灰质好，反之含钙低的石灰石密度小，好烧，但煅烧后的灰质差。石灰石含钙量及其他物质含量利用化学分析测试、磨损实验及煅烧实验等得到准确结果后，经慎重判断选择使用。优质石灰石一般CaO含量在52%以上， MgO含量在3%以内，SiO2在1%以内。二、燃料石灰石煅烧燃料有很多种。其中有固体的，液体的，气体的等等。固体状燃料主要是煤及其加工品。煤是重要的能源和化工原料，它的种类繁多。石灰石煅烧用煤选用发热量高含S低的为最佳。但使用煤作燃料成本高污染大。液体燃料为石油及其加工品。大多通过喷雾装置雾化，扩散燃烧。但也因生产成本过高污染大一般不使用。气体燃料有很多种，如：炼焦制的煤气，发生炉制的煤气，天然气，高炉煤气，转炉煤气等。气体燃料有利于提高热效、节约能源。气体燃料与燃煤相比可提高热效2倍，较燃油提高1倍；而且气体燃料有利于保护大气环境减少NO和SO2排放量。所以建议选择气体作为煅烧石灰石的燃料。原料及生产凡是以碳酸钙为主要成分的天然岩石，如石灰岩、白垩、白云质石灰岩等，都可用来生产石灰。将主要成分为碳酸钙的天然岩石，在适当温度下煅烧，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化钙（CaO）为主要成分的产品即为石灰，又称生石灰。在实际生产中，为加快分解，煅烧温度常提高到10001100。由于石灰石原料的尺寸大或煅烧时窑中温度分布不匀等原因，石灰中常含有欠火石灰和过火石灰。欠火石灰中的碳酸钙未完全分解，使用时缺乏粘结力。过火石灰结构密实，表面常包覆一层熔融物，熟化很慢。由于生产原料中常含有碳酸镁（MgCO3），因此生石灰中还含有次要成分氧化镁（MgO），根据氧化镁含量的多少，生石灰分为钙质石灰（MgO5%）和镁质石灰（MgO5%）。生石灰呈白色或灰色块状，为便于使用，块状生石灰常需加工成生石灰粉、消石灰粉或石灰膏。生石灰粉是由块状生石灰磨细而得到的细粉，其主要成分是CaO；消石灰粉是块状生石灰用适量水熟化而得到的粉末，又称熟石灰，其主要成分是Ca（OH）2；石灰膏是块状生石灰用较多的水（约为生石灰体积的3-4倍）熟化而得到的膏状物.也称石灰浆。其主要成分也是Ca（OH）2。3.3.1石灰石的煅烧一、煅烧石灰的基本原理和热工工艺石灰石主要成分是碳酸钙，而石灰成分主要是氧化钙。烧制石灰的基本原理就是借助高温，把石灰石中碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳的生石灰。它的反应式为CaCO2 = CaO+CO242.5 kcal它的工艺过程为，石灰石和燃料装入石灰窑预热后到850度开始分解，到1200度完成煅烧，再经冷却后，卸出窑外。即完成生石灰产品的生产。不同的窑形有不同的预热、煅烧、冷却和卸灰方式。但有几点工艺原则是相同的即：原料质量高，石灰质量好；燃料热值高，数量消耗少；石灰石粒度和煅烧时间成正比；生石灰活性度和煅烧时间，煅烧温度成反比。生石灰的质量标准二、石灰质量的标准石灰质量的一般标准是：氧化钙含量，生、过烧率、活性度、有害成分含量等，但更重的是不同的行业，不同的用途又有不同的标准。一般标准生石灰，氧化钙含量要达到 97%以上，生过烧率小于 10%，活性钙 要300以上。三、石灰窑的基本结构和主要附属设备石灰窑主要由窑体、上料装置、布料装置、燃烧装置、卸灰装置、电器、仪表控制装置、除尘装置等组成。不同形式的石灰窑，它的结构形式和煅烧形式有所区别，工艺流程基本相同，四、立窑煅烧石灰石时区段的划分 用无烟煤在立窑中煅烧石灰石时，窑内物料和气体的温度是窑上部和窑下部低，窑中部高。根据窑内物料和气体所经历的物理、化学过程的不同，可以沿窑的高度自上而下，将窑分为3 个区:预热区、煅烧区和冷却区。1预热区 预热区位于窑的上部，约占窑的有效高度的 1/3 左右。在该区中物料（石灰石）自上而下从常温升高到约900，而从下一区（煅烧区）上升的气体（窑气）则自下而上从约 900降低到约 120。物料在从常温升高到约 900的过程中。物料中的水分被完全蒸发掉，石灰石中的碳酸镁已全部分解，石灰中的碳酸钙的表面也开始分解，煤中所有有机物质和部分矿物质已分解，所以在该区中物料所经历的主要过程是干燥和预热。而气体在从约900降低到约120的过程中，所经历的主要过程则是增湿和冷却。如果预热区的高度不够（煅烧区上移），那么不仅物料得不到充分的预热和干燥，而且会使气体（窑气）的温度过高，因此而浪费能源。 2煅烧区 煅烧区位于窑的中部，约占窑的有效高度的 1/6。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下先从约900升高到约1200，然后又从1200降到约900，（但石灰石的分解面温度维持在约 900），并且石灰石变成了石灰，无烟煤变成了煤灰；从下一区（冷却区）上升的气体（空气）自下而上也是先从约900升高到约1200，然后又从约1200降低到约900，并且空气变成了窑气。在该区中主要是物料（无烟煤）中的碳与气体中的氧气进行燃烧反应以及物料（石灰石）中的碳酸钙进行分解反应。如果煅烧区的温度不够，那么碳酸钙的分解反应就不能充分进行。造成“生烧”反应，如果煅烧区的高度过高温度过高，那么在碳酸钙的分解反应充分进行之后，石灰会进一步烧结，造成“过烧”严重时会造成结瘤。 3冷却区 冷却区位于窑的下部，约占窑的有效高度的1/2 左右。在该区中物料（石灰和煤灰）自上而下从约 900降低到约 60，而气体（空气）则自下而上从常温升高到约900。物料在从约900降低到约60的过程中，煤灰中剩余碳不再燃烧，石灰石中剩余的碳酸钙也不再分解，所以在该区中物料所经历的主要过程就是冷却。而气体（空气）从常温升高到约900时，气体所经历的主要过程就是加热。如果冷却区高度不够（煅烧区下移），那么不仅气体（空气）得不到充分的预热，而且会使物料的温度过高，浪费能源。 各个区段的位置和高度并不是恒定的，因为物料（石灰石和无烟煤）的形状、粒度和配比以及气体（空气）的流量，都会使各区段的位置和高度发生变化。而且各区段的界限也难以准确的划分，因为形状和粒度不均匀的物料会使区段的界限模糊。 预热区和冷却区都是热交换区，预热区中气体（窑气）温度将热量传递给温度低的物料（石灰石和无烟煤）。冷却区中物料（石灰石和煤渣）温度高，将热量传递给温度低的气体（空气）。这样就可以达到高的热效率。如果预热区和冷却区的高度足够高，而且窑体的保温层足够厚，那么热效率可以达到80%以上。五、石灰石的煅烧过程可分为下列4 个步骤： （1）开始分解前的热胀，石灰石从常温升高到约900时，其体积会因受热而有所膨胀。 （2）碳酸钙的分解，当石灰石表面的温度达到或超过碳酸钙的分解温度898时，石灰石中的碳酸钙就开始分解，所需分解时间取决于石灰石的粒度和煅烧区的温度。分解期间，分界面由石灰石的表面向内部移动，生成的石灰附着于尚未分解的石灰石上，生成的CO2 从石灰石中逸出。分解反应结束后，石灰的体积与开始分解前石灰石的体积相差很小，由于分解时有约44%的CO2 从石灰石中逸出，因此分解反应结束后的石灰是高度疏松的固体。 （3）石灰的烧结，分解反应结束后，如果生成的石灰还在煅烧区，则石灰中的 CaO 晶体就会继续长大，石灰的体积就会缩小，从而使石灰烧结。 （4）石灰的冷缩，是会从约 900将到 60时，其体积会因受冷而有所收缩。石灰烧结后，其活性度会显著降低。所以应尽量避免石灰的烧结。 六、煅烧工艺条件 1.煅烧温度 提高煅烧区的温度是提高立窑生产能力的有效方法。由碳酸钙分解反应的动力学可知，煅烧温度越高，碳酸钙的分解反应面向内部移动的速度也越快。分解面向内部移动的速度只是煅烧温度的函数，而与碳酸钙的粒度无关，所以石灰石的煅烧时间与石灰石的粒度成正比。 当煅烧温度由 1050升高到 1150时，分解面向内部移动的速度增加一倍，当煅烧温度由1050升高到1200时，分解面向内部移动的速度增加二倍。2.石灰石的煅烧时间与石灰石粒度的关系；120mm 的石灰石温度为1000时，煅烧时间为8.6 小时，温度为1050时，煅烧时间为6 小时，温度为1150时，煅烧时间为3 小时，50mm 的石灰石，温度为1000时，煅烧时间为3.2 小时，温度为1050 时，煅烧时间为2.5 小时，温度为1150时，煅烧时间为1.25 小时。因此，提高煅烧区的温度是提高立窑生产能力的有效方法。 煅烧温度和气体介质向物料的传热系数对一定大小和形状石灰石的煅烧时间的影响很大，即对一定粒度的石灰石，煅烧温度越高所需煅烧时间越少，传热系数越高（风量越大，传热系数越高），所需煅烧时间也越少。提高煅烧区的温度虽然可以提高立窑的生产能力，但温度过高，不仅容易导致结瘤事故，而且会使得窑气和石灰（含煤渣）的温度高，从而热损失大，能耗高。所以一般控制煅烧区的温度为10501150，最高温度不能超过1200。 提高煅烧区温度的方法如下： （1）提高配煤率：增加无烟煤的用量可使煅烧区的温度升高，但同时会使窑气中的二氧化碳浓度降低，所以提高配煤率是有一定限度的，不能过多地提高配煤率。 （2）加大风量：加大风量不仅可提高供应的氧气量，从而可加快无烟煤的燃烧速度，使煅烧区的温度提高，而且可提高传热系数。但同时也可使窑气中的二氧化碳浓度降低，所以加大风量也是有一定限度的，不能过多地加大风量，而应与配煤率相适应。 （3）使石灰石的粒度均匀：石灰石粒度均匀可使整个窑截面上的氧气分布均匀，无烟煤燃烧稳定，从而可使煅烧区的温度升高。 2石灰石的粒度 在相同的窑容积和煅烧温度下，立窑的生产能力，在很大程度上取决于石灰石的粒度。石灰石的粒度越小，其预热、煅烧和冷却所需时间越短，即石灰石在窑中所需的停留时间就越短。例200mm 球形石灰石在立窑中所需要的停留时间为40.1 小时， 100mm 球形石灰石在立窑内所需的停留时间为15.1 小时，50mm 球形石灰石在立窑中所需的停留时间为6.21 小时。因此，在相同的窑容积和煅烧温度下，煅烧200mm 球形石灰石所需时间是煅烧50mm 球形石灰石所需时间的6.46 倍，即煅烧50mm 球形石灰石的生产能力是煅烧200mm 球形石灰石的生产能力的6.46 倍，由此可见，减少石灰石的粒度是提高立窑的生产能力的有效方法。 减小石灰石的粒度虽然可以提高立窑的生产能力，但石灰石的粒度过小，会阻碍立窑的通风，反而使立窑的生产能力下降。立窑内的气相阻力在很大程度上取决于小块石灰石的多少。根据实际操作数据，在立窑的较大负荷下，当石灰石力度为 80 120mm 时，每米立窑高阻力为 80100Pa(即有效高度为 25m 的立窑的阻力约为 2500Pa)，石灰石粒度减小，阻力随之增加。当石灰石粒度为 30mm 时，每米立窑高阻力约为 1200Pa。在煅烧区底部的石灰粒度，由于煅烧，碰撞和摩擦等原因，比石灰石的粒度减少20%，而且还有大量的石灰粉沫，这就使气相阻力大大增加。气相阻力过大，不仅动力消耗大，而且会使气体在整个立窑截面上分布不均匀，从而降低立窑的生产能力。因此，当采用机械方法预处理石灰石时，石灰石的粒度应在 75 150mm 范围内，最小不低于50mm，最大不超过200mm；而当采用手工方法预处理石灰石时，石灰石的粒度可定在100200mm 或150250mm 范围内，最大不超过300mm。 此外，石灰石的粒度应均匀。如果石灰石粒度大小过分悬殊，那么小块石灰石会 “过烧”，大块石灰石会“生烧”。而石灰石在窑中所需的停留时间应取决于大块石灰石的粒度，从而延长了整个石灰石在窑中的停留时间，降低了立窑的生产能力。 3无烟煤的粒度 无烟煤的粒度不同，其在窑中的燃烧时间也不同。由于细粒无烟煤的比表面积比粗粒无烟煤的大，受热面积大，所以细粒无烟煤比粗粒无烟煤燃烧得快。若无烟煤的粒度过小，则无烟煤在煅烧区的上部即已烧完，使煅烧区中下部的石灰石得不到完全分解所需的热量，从而石灰灰石生烧量增加；无烟煤的粒度过小还会造成立窑的透气性差，通风不良，使得气相阻力增大，鼓风压力需相应提高，电耗也随之增加；部分碎粒还可能被气流吹走或顺着物料中的孔隙漏掉，使窑气中粉尘含量增加或冷却区温度升高，以及增加机械不完全燃烧。若无烟煤的粒度过大，则无烟煤来不及在煅烧区内完全燃烧而转移到冷却区，造成煅烧区下移，物料冷却不下来，来不及燃烧的那部分无烟煤和石灰一起卸出，从而使石灰过烧量增加，出料温度升高，无烟煤的耗量增加；在一定的配煤率下，无烟煤的粒度过大还会使无烟煤分布不均匀，致使石灰石受热不均匀，从而导致“生烧”和“过烧”。所以无烟煤的粒度应使其燃烧时间与石灰石的煅烧时间相适应，而石灰石的煅烧时间主要取决于石灰石的粒度，因此石灰石的粒度较小，无烟煤的粒度也应较小，反之，石灰石的粒度较大，无烟煤的粒度也应较大。当石灰石的粒度为 75150mm 时，无烟煤的粒度应为 20 40mm，若采用焦炭，则其粒度可按照分级标准采用2540mm；当石灰石的粒度为100 200mm 或 150250mm 时无烟煤的粒度应为 4070mm.另外，无烟煤的粒度也应均匀，否则会引起“生烧”和“过烧”。4配煤率 100kg 石灰石所配的无烟煤的质量（单位为kg）成为配煤率。配煤率的大小主要取决于无烟煤中固定碳含量的大小和煅烧温度的高低。要从理论上来计算配煤率，还涉及无烟煤的热值，碳酸钙的分解热和窑的保温能力等，过程繁杂，且偏差较大，简单而有效的方法是由实际生产来确定，当出现“生烧”，则配煤率偏低。当出现“过烧”，则配煤率偏高。配煤率过高，则窑气中CO2 浓度低而且会使石灰石“过烧”，甚至导致结瘤事故，配煤率过低，则会使石灰石“生烧”。当无烟煤中的固定碳含量为 78%82%时，配煤率为100：12100：15。 5装窑方法 装窑的方法有混合和分层两种，其中混合装窑法采用较多。混合装窑法是将石灰石与无烟煤混合均匀后再装入窑内。混合装窑法的优点是石灰石和无烟煤混合比较均匀，较适合于配煤率小的立窑，依次加入燃烧量不多的立窑。分层装窑法是一层石灰石一层无烟煤的装入窑内。分层装窑法的优点是便于调节无烟煤在窑截面上的分布状态，较适合于配煤率较大的立窑。采用分层装窑法时，石灰石层的厚度可取为 120150mm，对于难煅烧的石灰石或粒度较小的石灰石，石灰石层厚度可薄些，反之可厚些。但对窑顶为负压的立窑，为了减少窑顶料钟的开启次数，石灰石层的厚度可取厚些。无烟煤层的厚度则由配煤率确定。 6风量 风量是指送入窑内的空气量，风量取决于无烟煤完全燃烧所需的消耗量。若取配煤率为100：15，则煅烧1 千克石灰石需要的容气量为7.132515/100（m/kg）,实际空气量应比理论空气量稍大，一般取空气过剩系数为 1.051.10。风量过小，无烟煤不能完全燃烧，使窑气中的 CO 浓度升高，CO2 浓度降低，使煅烧区温度下降，生烧量增加；是煅烧区缺氧，无烟煤在冷却区继续燃烧，但由于空气中过量的氧气及带入的氮气，也是窑气中的CO2 浓度降低；使空气不能预热到所需温度，也使煅烧区温度下降，生烧量增加；使预热区的氧气浓度增加，无烟煤还没有降到煅烧区就开始燃烧，其结果是煅烧区上移，窑气温度升高，窑气带走热量增加，也使无烟煤的消耗增加。但在选购鼓风机时，其风量应比理论空气量大一倍左右，以适应风量的变化。 7风压 风压主要取决于立窑的有效高度及石灰石和无烟煤的粒度，应根据立窑的料层阻力来确定，而影响料层阻力的因素多，理论计算所得的料层阻力往往与实际生产情况有很大出入，因此正确确定风压，使其符合实际生产情况，是件复杂的工作。在设计和生产中，通常是根据实际生产的数据来确定鼓风机的压力。但石灰石粒度为 75150mm，无烟煤的粒度为 2040mm 时，每米料层的阻力可考虑为 117.68 245.18Pa 对有效高度为 20m 的立窑，一般进立窑的风压约 5kPa（表压）。如石灰石和无烟煤的粒度较小，则需增高风压。 8窑顶出气压力 窑顶出气压力应维持正压，以免空气漏入窑气中，使窑气中 CO2 浓度降低。但压力过大，则鼓风机的电耗增加。一般窑顶出气压力应维持在147.11294.21Pa。9出气、出料温度 窑顶出气及窑底出料温度均应较低。出气温度应控制在 120左右，不应超过 150，出料温度则应控制在 60左右，不能够超过 80。出气和出料温度高，则窑气和石灰带来的热量就多，从而使热效率降低，配煤率升高，窑气中CO2 浓度降低。3.3.1烧石灰的基本原理和热工工艺石灰石主要成分是碳酸钙，而石灰成分主要是氧化钙。烧制石灰的基本原理就是借助高温，把石灰石中碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳的生石灰。它的反应式为CaCO2 = CaO+CO242.5 kcal它的工艺过程为，石灰石和燃料装入石灰窑（若气体燃料经管道和燃烧器送入）预热后到850度开始分解，到1200度完成煅烧，再经冷却后，卸出窑外。即完成生石灰产品的生产。不同的窑形有不同的预热、煅烧、冷却和卸灰方式。但有几点工艺原则是相同的即：原料质量高，石灰质量好；燃料热值高，数量消耗少；石灰石粒度和煅烧时间成正比；生石灰活性度和煅烧时间，煅烧温度成反比。3.3.2 石灰窑的基本结构和主要附属设备石灰窑主要由窑体、上料装置、布料装置、燃烧装置、卸灰装置、电器、仪表控制装置、除尘装置等组成。不同形式的石灰窑，它的结构形式和煅烧形式有所区别，工艺流程基本相同，但设备价值有很大区别。当然使用效果肯定也是有差别的。3.3.3石灰石的质量和数量消耗工业用石灰对石灰石的质量要求主要有两个方面：一是要求含碳酸钙成分含量高，一般要求要在97%以上。二是它的结构晶粒要小，因为晶粒小的石灰石晶间不严实，且在含有有机物的情况下，有机物燃烧形成的多孔状，二氧化碳容易分离，故便于煅烧。三是杂质少，特别有害成分少如二氧化硅，氧化镁、氧化铝、氧化铁、硫和磷等。这些成分在石灰石中若有百分之一，到煅烧成的生石灰中，就是百分之十八。烧一吨石灰按理论计算需1.78吨石灰石，但煅烧时“生”“过”烧的高低主石灰石质量好坏也有一定区别 。3.3.4 生石灰的质量标准石灰质量的一般标准是：氧化钙含量，生、过烧率、活性度、有害成分含量等，但更重的是不同的行业，不同的用途又有不同的标准。如电石行业它特别强调活性度即软烧灰，炼铁行业它又强调的是强度，所以要硬烧灰，炼钢则又要 软烧灰。因此它的指标也是不一样的。一般标准生石灰，氧化钙含量要达到 97%以上，生过烧率小于 10%，活性钙 要300以上。3.3.5 节能环保石灰窑的燃料与燃烧烧石灰的燃料很广泛，固体燃料、气体燃料、液体燃料都可以，但新技术石灰窑的燃烧原则是，那种燃料最经济，那种燃料更有利于环保、那些燃料更能节约能源是新技术石灰窑的关键。现在使用普遍的主要是焦炭和煤气。就新技术来说最理想的还是煤气，包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电石尾气（煤气）发生炉煤气等是石灰窑的最好燃料。因为这些气体燃料都属于废物利用，循环经济性质。特别像焦炉煤气现在大部分放散，资源十分丰富，其次是高炉煤气，再就是电石尾气,这些煤气若利用起来，一来可大量节约能源，二来环境可得到保护，更重要的是企业可以收到很好的经济效益。这些气烧石灰窑，若大量发展起来，土烧窑污染环境的问题自然而然就解决了。现在为什么如此好的项目为什么发展缓慢，主要是气烧石灰窑技术在我国发展起来时间还比较短，任何事务都有一个发展认识的过程.特别是焦炉煤气，由于热值高、火焰短、石灰窑使用容易过烧和生烧。致使有的企业不敢大胆使用。其实这不是太难解决的问题，林州现代科技中心，现在已经研究制造出了外混式长火焰烧咀，和石灰窑自循环稀释高热值煤气的工艺技术。完全可以解决焦炉煤气的烧石灰问题。烧石灰用燃料的多少，是和它炉型与燃料的热值有关。煅烧石灰所需的热量是由燃料的燃烧而得，燃料的主要成分，碳的燃烧过程的分子式为C+O2 = CO2气体燃料则是根据它的热值来计算的。按实际经验生产一公斤石灰约需960千卡热量。但由于各厂的生产设备和工艺条件各不同也有区别。一般来说，烧一吨灰用高炉煤气需1600立方左右，烧焦炉煤气需300立方左右。电石尾气需360立方左右，天然气需120立方左右，发生炉煤气需900立方左右。八石灰窑的布料器、燃烧器和其它附属设备石灰窑主要附属设备有上料机构,布料器，供风装置、燃烧装置,卸灰装置等，相对而言,混烧石灰窑布料很关键，因为它必须把燃料和石灰石同时装入窑内，通过布料实现炉料在窑内的合理分布，消除炉壁效应，均衡炉内阻力，力求整个炉截面