石灰生产工艺

目录前言第一部分、回转窑基础理论部分活性石灰石灰活性石灰活性石灰质量要求煅烧活性石灰的原料原料的选择理化指标燃料与燃料燃烧燃料热值燃料燃烧空气与燃烧热量换算传热活性石灰的煅烧设备回转窑竖式预热器竖式冷却器燃烧器排烟机收尘器活性石灰的煅烧活性石灰的煅烧机理活性石灰的煅烧过程第二部分、回转窑操作基础部分回转窑的点火操作点火前的检查点火前的准备点火操作烘窑与升温烘窑升温的目的烘窑升温曲线窑况烘窑升温回转窑的加料操作回转窑的生产操作第十一章、回转窑的火焰调整第十二章、回转窑与结圈活性石灰回转窑操作手册前言回转窑作为煅烧活性石灰的窑炉，随着钢铁冶炼工艺发展的需要，经过长期的生产实践表明，它在满足钢铁冶炼需要的同时，亦在其它冶金行业中充分地体现出了它在大工业生产中的优越性和可持续发展的远景。活性石灰产品，在钢铁企业特别是在转炉炼钢中被广泛的使用，用作造渣剂。在缩短冶炼时间，提高产品质量，优化冶炼技术，提高经济效益等方面都发挥出了极其重要的作用。随着回转窑操作技术和活性石灰煅烧工艺的发展和需要，如何更进一步地提高、完善和统一对回转窑操作知识的认识，达到理论与实践有机结合的目的，仍是活性石灰煅烧技术发展过程中不可忽视的课题。坚持遵循理论理念，是提高回转窑操作水平的基本保证。在生产实践中探索积累经验，是提高回转窑操作水平的有效手段。在有关专家，工程技术人员的帮助下、在生产操作人员的配合下。以贴近生产实际为主导，围绕回转窑的操作和活性石灰煅烧工艺，收集，整理汇编了《活性石灰回转窑操作手册》。借此而达到提高操作技术水平，稳定生产运行，增强生产意识，完善生产管理，推进技术进步的目的。第一部分回转窑基础理论部分第一章活性石灰一、石灰所谓石灰：是煅烧天然碳酸钙的产品，呈白色，由（CaO）和一些杂质组成。与水结合能够迅速分解（反应）并释放出热量的物质。石灰与水发生反应，生成Ca（OH）2（氢氧化钙）。也常被称之为消石灰或熟石灰。其化学反应式为：CaO＋H2O＝Ca（OH）2。这时，若将Ca（OH）2（氢氧化钙）加热至580℃以上时，Ca（OH）2（氢氧化钙）即可发生化学反应，放出水份。又能生成CaO（氧化钙）。即：Ca（OH）2＝CaO＋H2O↑。石灰按种类划分：有普通石灰、高镁冶金石灰（白云石）、活性石灰三大类。而用于区别它们的主要指标是：CaO、MgO的含量和活性度指数。表一名称CaO%MgO%活性度ml普通石灰≥80≤5≥180高镁石灰≥815—12≥180活性石灰≥90≤0.7≥300石灰的用途是非常广泛的。常见于建筑、建材、冶金、化工、轻工、环保、医药和农业等众多领域。特别是在炼钢、炼铁、烧结、铜、铝冶炼等行业中，将石灰作为造渣剂、溶解剂或烧结材料等方面，它都发挥出了非常重要的作用。石灰在被广泛使用的众多领域中，冶金（冶炼）工业对石灰的需求量是最大的，而将石灰用于炼钢的消耗量又是最多的。铁，是一种用途非常广泛的金属材料。但是，由于铁中所具有的碳含量较高，硫、磷、硅等杂质较多的特点，在使用中，这一特点在很大程度上影响了材质的性能、性质。由此，便产生了铁在使用中的有限性和局限性的问题。为了适应和满足对金属材料的使用要求，就要得到一种性能优于铁的金属材料。这时，就必须要改善铁的性质。为此，便产生了将铁回炉经过再次高温冶炼，同时加入新的元素原料，也就是所谓的炼钢。由于冶炼工艺的不同，铁被炼制成了性能各异的钢。在这个冶炼过程中，将铁转化为钢的基本冶炼过程包括：将铁中的碳含量调节降低到要求的范围内。除去金属中的非金属物质（硅、碳等）和有害气体。除去金属中的有害元素（硫、磷等），达到规定的要求。加入产品所需的合金，改变成分结构。提高冶炼温度，改变金属性质并能顺利完成浇铸。在将铁向钢转化的冶炼过程中，当铁水中的硅含量超过规定值（＞5%）时，钢的强度可能被增加了，但又可能会失去可轧制性。这时，若在含碳量过高的钢中再提高硅的含量时，则又会增加钢的脆性。所以说，铁水中的非金属物质对钢产品质量的影响是很大的，在冶炼过程中必须要有严格的含量规定。在由铁向各种材质的钢转化冶炼的过程中，供氧、供热和加入熔剂是达到清除杂质的重要手段。供氧、供热就是使钢中的非金属杂质氧化，其中硅氧化后，便增加了钢中的渣量（二氧化硅量）。这时，若要把二氧化硅从钢水中除去，就需要向钢水中添加一种熔剂——石灰或石灰石。二、活性石灰利用转炉吹氧炼钢工艺的全过程，一般在20～30分钟内完成。强烈的脱S（硫）脱P（磷）反应是在有石灰存在时，而如何保证石灰能够在较短的时间内（15分钟左右）与钢水混合，快速并完全熔解。这时，就需要有高反应性能的石灰——活性石灰的存在。在炼钢过程中，钢水中会因不同物质的存在产生出其它的有害物质，这就是通常所说的钢渣。为了得到所需要的钢和保证钢的质量，在冶炼时就必须要除去钢渣，也就是除渣或造渣。如何造渣，如果在钢水中加入硅酸盐造渣，硅酸盐则会在一方面造渣的同时，另一方面又增加渣量，加重了除渣的负担。如果在钢水中加入莹石，在造渣的过程中，莹石本身还会增加渣量，而且，莹石还会严重地侵蚀炉衬。如果在钢水中加入石灰石作造渣剂时，它的作用会远远地好于硅酸盐或莹石。但是，当石灰石在遇到高温时，石灰石本身便会首先开始发生吸热反应。而这个吸热分解反应的过程会需要大量的热量，并且还要经过一定的时间。这时，就会出现热量分配使用上的混乱。造成碳酸钙分解反应在前，造渣过程被滞后，或者是失去了造渣时间的后果。与此同时，石灰石的分解是需要大量的热量的，而钢水的冷却速度又比较快。这时，在钢的冶炼过程中，就会出现热量短缺，就必须不断地提供补充热量来保证温度。这无疑会延长了钢的冶炼时间，降低了造渣质量，同时亦增大了原材料的消耗。为此，随着冶炼技术的发展，在炼钢过程中，由于对造渣剂提出了便于使用上的要求，因此而出现了将石灰石先经过煅烧，使碳酸钙经过高温分解生成氧化钙，也就是通常所说的石灰。这时，将石灰再用于炼钢造渣时，其造渣的效果便非同一般了。随着冶炼技术和钢的品种质量的要求的不断提高，对石灰产品在钢水中的熔解速度也有了“快速”的要求。其目的是较快地提高成渣速度，较早地形成高碱度炉渣。这时，便出现了活性石灰。理论概念中的活性石灰，是一种化学性能活泼、参与反应能力较强、含S（硫）、P（磷）等有害杂质少。具有以下主要特点：——体积密度小：1.5—1.7g∕cm3——气孔率高：≥50%——比表面积大：1.5—2.0m2∕g——反应性能强：活性度＞300ml同时，它还具有：CaO结晶体细小：≤1wm，CaO含量高：≥90%，S、P含量低：＜0.02%和痕迹，SiO2＋Fe2O3＋Al2O3含量低：＜2%，残留CO2低：≤2%等特性的轻烧石灰。活性石灰在炼钢中的用途是：它与钢水混合后，具有较快的成渣（造渣）速度和提高脱S（硫）脱P（磷）效率。其脱S硫脱P磷的化学反应方程式为：脱S：FeS+CaO=FeO+CaS脱P：2P+3CaO+5FeO=3CaO·P2O5+5Fe活性石灰在用于转炉炼钢的过程中同时还具有：可缩短冶炼时间，提高炉龄，降低原材料单耗，提高产量、质量，降低成本,操作稳定,有利于冶炼自动化等优点。活性石灰的次产品——熟小粒、除尘粉，也已随着工业技术的发展，逐渐在烧结制品、耐材制品等很多行业中得到了广泛的应用。活性石灰产品是一种经过高温煅烧后而获得的。它经过煅烧后的实际特征一般表现为：它是一种颗粒状，具有一定粒度，表面清洁，质地疏松，色泽洁白，重量轻，生心小，含热少，散热冷却快，遇水反应强烈，有几乎爆炸反应的轻（软）烧石灰。根据煅烧程度的不同，石灰的种类一般可分为：轻（软）烧石灰，硬烧石灰和死烧石灰。轻（软）烧石灰是指：石灰在经过煅烧分解的瞬间，具备了所谓的活性性能。这时，若将已完成了分解的石灰，在高温下延长煅烧时间，它的细小晶粒会逐渐熔合，总体积产生收缩，性质发生变化，成为硬烧石灰。如果将这种石灰再进一步地煅烧，其活性性能便会消失，水化反应速度变得极低，成为死烧石灰。在石灰的理念中，用于区别它们之间不同性质的、最为明显的方法是活性度的不同。轻烧石灰：一般≥310ml硬烧石灰：≥250～300ml死烧石灰：则一般≤100ml。在认识石灰的理念中，用于能够反映石灰物理性质的内容主要有：石灰的颜色、晶体结构、组织、气味、空隙率、容重、比重、假比重、熔点、沸点、导热率、比热、发光、电阻、硬度、膨胀系数、折射率、安息角等。而在它们之间，用来区别它们不同性能的重要指标还在于主要化学成份的不同。活性石灰理化指标：表二指标等级化学成份%活性度CaO％SiO2S％灼碱％P％MgO％4NHCl/ml40℃±1℃特级品≥92.0≤1.5≤0.020≤2痕迹＜5.0≥360一级品≥90.0≤2.0≤0.030≤4≤0.02≥320二级品≥88.0≤2.5≤0.050≤5≤0.03≥280三级品≥85.0≤3.5≤0.100≤7≤0.03≥250四级品≥85.0≤5.0≤0.100≤7≥180镁质冶金石灰理化指标：表三指标等级化学成份%活性度CaO＋MgO%MgOSiO2S灼碱％4NHCl/ml40℃±1℃特级品≥93.0≥5.0≤1.5≤0.025≤2≥360一级品≥91.0≤2.5≤0.050≤4≥280二级品≥86.0≤3.5≤0.100≤6≥230三级品≥810≤5.0≤0.200≤8≥200活性石灰粒度组成：用途粒度范围允许波动范围转炉造渣mm＜5mm＞40mm5—40≤10%≤10%表四三、活性石灰质量要求1、粒度针对活性石灰的粒度要求，对回转窑的煅烧过程而言，是为了保证在稳定的温度环境下，避免因石灰石颗粒大小不均，级差过大，受热不均而产生欠烧或过烧。防止石灰石在容器内堆积停留的过程中因粒度不均而产生透气程度不均或导致气流行走不畅。对转炉炼钢而言，对活性石灰的粒度要求，是为了保证在有时间要求的炼钢过程中的造渣速度和效果。如果石灰的粒度过大，会导致石灰颗粒与钢水的反应时间被加长，使造渣速度减慢而影响造渣效果。反之，若石灰的粒度过小时，则在炼钢时易引起颗粒或粉尘飞溅而恶化操作环境。2、活性所谓活性，是指石灰与水的反应能力。活性度是指：将一定数量、一定粒度范围的石灰，与具有一定温度和一定量的水混合后，石灰与水进行溶解反应的速度。它代表了石灰在钢水中与其他物质（杂质）发生反应的能力。因为，要直接地测出石灰在造渣过程中与钢水的反应速度是非常困难的。同时，它又能够通过检测活性度的高低来判断石灰的煅烧质量并指导生产。由此，便产生了对煅烧后的石灰产品进行活性度检测的要求。对活性石灰的质量或活性度的检测方法很多。其中，常以盐酸滴定法为主。而在煅烧过程中，采用水化对比法、水化称重法和取样敲样法判断，分析石灰的煅烧质量则是比较快捷实用的。例如：1）、滴定法取出窑后石灰试样若干，破碎，用1mm孔径筛过筛，再用5mm孔径筛过筛，选取1～5mm粒度的石灰50克，放入40±1℃、2000ml的水中溶解并搅拌，在溶液中滴加酚酞作指示剂，以4NHCl（4克当量的盐酸）做滴定剂，滴定5—10分钟。这时，达到滴定终点的HCl体积消耗数（ml），即为所测石灰试样的活性度。根据理论计算方式对石灰的测算结果表明，纯态活性CaO的活性度最高指数为446ml。其纯态活性CaO的理论活性度的测算方式如下：分子量：Ca=40.08O=16.00H=1.008Cl=35.45解：由活性石灰CaO的活性度检测方法——粗颗粒滴定法可知，CaO+H2O=Ca（OH）2（1）Ca（OH）2+2HCl=CaCl2+2H2O（2）（1）+（2）得CaO+2HCl=CaCl2+H2O（3）56.0872.9250XX=50×72.92/56.08=65.01因为：1升4N的HCl溶液里含有145.84克HCl所以：65.01克HCl可制得4NHCl溶液65.01÷145.84×1000=445.79≈446ml2）、水化称重法在无化学试剂的条件下：a、取石灰试样若干称重，记重为g1。b、将称重后的试样溶干水中，让其充分消化。c、过滤石灰水，收得不溶残渣，烘干称重，记为g2。d、算出反应消化部份：g1－g2=g3。e、算出石灰分解率（g3÷g1）×100%，可基本反映出石灰的煅烧质量。3）、水化对比法取出窑石灰熟料若干冷却后，置于容器中，加水溶解后，将石灰溶液及残渣倒入筛网内，用水洗去石灰残液，观察残渣颗粒的大小与所取的石灰熟料量进行对比来判断煅烧质量。4）、取样敲样法取出窑石灰若干，就地冷却时，观察外观，石灰颗粒含热量颜色发红但不刺眼。石灰颗粒表面质地清洁，色泽洁白。颗粒重量轻。用手锤敲击石灰颗粒，质地疏松易破碎，内含生心明显但体积较小。3、SiO2（二氧化硅）高CaO和低SiO2是完成炼钢过程造渣的基本要求和保证。造渣的目的是脱去钢水的S和P，特别是脱去S，而渣的碱度是用CaO与SiO2的比值来表示的，较高的SiO2会破坏石灰的表面结构，影响造渣速度和效果。在石灰的煅烧过程中，纯SiO2的熔点可高达1713℃，但是，在700～800℃时，SiO2便会以固态形式与CaO之间发生次生反应，随着反应的进行，可依次生成CaO·SiO2（偏硅酸钙），3CaO·2SiO2（硅钙石），2CaO·SiO2（硅酸二钙）和3CaO·SiO2（三硅酸钙），这些产物对石灰的影响是导致活性的降低。S（硫）P（磷）转炉炼钢时，用活性石灰造高碱度渣的目的，主要是要脱去钢水中的硫和磷。钢产品中有含量过高的P磷存在时，会使钢在常温下的冷脆性增大（即P＞0.13时）。也就是造成钢的龟裂。当钢产品中的硫含量过高时，它能明显地破坏钢的焊接性能，降低钢的冲击韧性，特别是使钢在加热轧制或铸造时产生裂纹，即“热脆”。并能明显地降低钢的抗腐蚀性（锈蚀）和耐磨性。所以说，硫对钢产品的危害性具有“白蚁”之称。由于石灰具有与硫化合的特性，特别是石灰在高温状态时，石灰吸收硫的能力特别强。所以说，石灰对脱去钢中硫的作用是非常大的。但是，因石灰石的本身存在着受到原料、燃料本身含硫量和高温煅烧因素的影响，由石灰石生成的石灰本身亦会含有不同程度的硫、磷等成分，为此，对石灰本身的硫、磷含量是有低值要求的。而对它的前者石灰石（原料）和燃料的低硫磷含量也是有低值要求的。5、残留CO2（二氧化碳）所谓残留CO2，实际上就是指石灰颗粒中，没有烧透的生心或夹心，既没有完全分解的石灰内层残留。CO2在石灰中的含量高低，主要是通过煅烧来控制。它对石灰的质量和炼钢的效果，都具有很大的影响。a、生心小或无生心：石灰颗粒表面易烧结而产生过烧，活性的特点会被破坏。生心过大：无疑对石灰的有效分解产生影响，造成石灰特点形成不够，降低活性度。c、炼钢过程中，如果残留CO2过高，会影响废钢的用量，增加热耗，降低石灰利用率，同时也难以控制泡沫渣和喷溅。因此，在严格控制石灰煅烧程度的同时，也应该注意对煅烧后的石灰产品做好贮存运输过程的防水化工作，降低粉化率。d、CO2含量换算：石灰石被加热分解的反应是排除CO2的反应，根据CaCO3分解方程式的结果表明。当CaCO3=100，CaO=56，CO2=44时。100÷44=2.272当生产kg单位的CaO需要CaCO3为1.785kg时，1.785÷2.272=0.79m30.79÷1.97=0.4Nm3/kg由此可以得知：当生产kg单位的CaO需要CaCO3为1.785kg时，所产生的CO2量为0.4Nm3。煅烧活性石灰的原料一、原料选择要求利用回转窑煅烧活性石灰的首要条件，是对原料的选择和使用。而根据选用的原料——石灰石的特性来确定煅烧设备和煅烧方式，是获得合格产品的重要保证。用于生产活性石灰的原料，主要是碳酸盐类岩石，元素成份以CaCO3为主，也就是我们通常所说的石灰石。石灰石的种类很多，一般常见的有：粒状结晶石灰石、致密石灰石、多孔石灰石、土状石灰石、泥灰质石灰石、白垩、白云石、贝壳——石灰质河卵石等。由于在活性石灰的主要化学成分中，对CaO（氧化钙）的含量有较高的要求，一般应达到90%以上。同时，对S（硫）、P（磷）等杂质的含量又有愈低愈好的要求。因此，对生产活性石灰的原料——石灰石的质量是有明确要求的。在对石灰原料的选用或使用上，在众多品位的石灰石（CaCO3碳酸钙）中，常以CaO（氧化钙）含量大于54％，SiO2（二氧化硅）、S(硫)、P(磷)、MgO(氧化镁)，Fe2O3(三氧化二铁)、Al2O3(三氧化二铝)等杂质含量低值的石灰石作为煅烧活性石灰的原料。因为它是实现活性石灰产品所应具有的理化性质的首要保证，这一点是非常重要的。为了满足石灰产品的性质需要，长期以来，对生产冶金石灰或活性石灰主要原料的选择，多以致密石灰石为主，即普通石灰石。因为，致密石灰石的最大特点是表现在它所具有的致密细粒的结晶结构和质地硬度较小的特点，是煅烧活性石灰较为理想的原材料。石灰石的粒度对石灰石的粒度要求，从煅烧的角度看，对CaCO3（碳酸钙）加热的目的，是除去颗粒中所含的CO2（二氧化碳）。由于CO2的分离是从石灰石的表面向其内部缓慢地进行的，这时，如果石灰石的颗粒过大，则传热分解过程便会很慢，CO2的分离就会需要过高的温度来产生较高的分离压力。同时，也会延长CO2的分离时间。由于天然生成的石灰石层内具有多孔性和传热性能差等特点的存在，当温度达到1250～1350℃时，石灰石的表面会产生过烧，收缩并产生裂纹，使CO2不能充分地分离。同时，高温亦能够使杂质渣化率增大。因此，对石灰石的粒度选择，对石灰煅烧的影响是非常大的。从煅烧设备的角度看，根据选用的石灰石粒度，确定回转窑的煅烧系统结构，特别是竖式预热器。其基本内容包括：物料堆积状态、移动速度、冷热膨胀效果等对透气程度、传热、受热效率、分解率、产能及石灰最终煅烧结果的影响。从产品使用的角度看，将石灰用于转炉炼钢的造渣剂时，钢的冶炼是在一定的温度范围内有时间上的要求的。这也就决定了石灰在与钢水进行反应并完成造渣时，也应具有时间上的要求。总之，对石灰石粒度要求的首要条件是：应以满足用户对石灰产品粒度的需要为原则，结合考虑石灰石开采过程的成型率和可利用率，并能保持可长期的使用性为基础而进行的。石灰石的杂质用于煅烧活性石灰的原料是石灰石CaCO3（碳酸钙）。它是一种天然矿物质，纯CaCO3的熔点为1339℃。它是以CaO（氧化钙）为主要成分和其它物质组成的，纯CaO的熔点为2550℃。但是，石灰石并非是纯净的物质，在它们的内部组织中，会含有各种各样的杂质成份。石灰石中最常见的杂质有：SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgCO3、S、P和Na2O、K2O。石灰在用于炼钢时，对杂质成分要求注重的是S、P杂质的低值含量。而在制碱工业中，对石灰的杂质要求则在于Mn（锰）、Cr（铬）、Ba（钡）、As（砷）等和其他重金属指标。任何一个种类的石灰石中都会含有不同种类和不同程度的杂质。这些杂质的来源按其分类有：石灰石本身存在的。物质形态粘附在石灰石表面的。在石灰石中，对煅烧过程能够造成影响的有害杂质主要是：SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O等。它们在较低的温度（900℃左右）时，就能与CaO发生反应，造成CaO颗粒间的融合。使颗粒收缩，晶粒粗大，渣化率增大。它们是造成石灰在煅烧过程中，产生结圈结瘤的重要因素之一。石灰石的检验石灰石质量的好坏，在很大程度上影响着活性石灰的最终烧成质量。因此，对选用的石灰石质量进行检验和分析是非常重要的。其中，主要的检验方法是：化学分析试验法，即全分析法。全分析法的主要检验内容包括：CaO、Cag、灼碱、S、P、SiO2、Al2O3、Fe2O3和Na2O、K2O等指标的含量。另外，对石灰石进行质量检验的其他方式还有，磨损试验、结晶组织观察试验、煅烧试验等。与此同时，对石灰石粒度的比例选择，矿物结构，硬度，耐磨度等物理性能也是原料选择的重要因素。从石灰石的外观上看，石灰石的颜色也比较多。常见的有：灰色、灰黑色、灰白色、诸红色等。而在一般的认识当中，理化性能优良的石灰石，其外观颜色通常被视为以灰黑色为主。但是，在本质上，石灰石中钙含量的高低，与其外观的颜色是没有根本联系的。原料开采后或入窑煅烧前，通常要经过水洗处理，目的是为了保证原料表面的清洁，减少杂质的存在。包裹在石灰石表面的泥土中，常存在着SiO2、钾、钠的氧化物和其他多种杂质。SiO2无论是对煅烧过程的石灰质量还是对稳定操作，都是有害的。包裹在石灰石杂质中钾、钠的氧化物虽然含量很小（<1%），但是，它们的氧化物或在生成为其它化合物时的熔点都特别低。是形成窑内结圈的原因之一。石灰石中所含的水分，对石灰的最终煅烧结果影响不大。控制水分的目的是为了稳定热效率。特别是在预热器内，防止因水分过多时产生相互粘结而引起蓬料。而对原料水洗后的筛分目的，是为了获得所需的原料粒度。这些，都是为了煅烧出合格的活性石灰和利于煅烧操作的需要。二、理化指标根据活性石灰产品和煅烧的需要，对原料的选择有基本性质的要求。其物理性质、化学成份按类别区分有如下要求：化学成份表五指标级别化学成份%CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3SP灼碱一级≥54≤1.0≤0.7≤0.2≤0.1≤0.025痕迹≥43二级≥53.5≤1.5≤0.8≤0.035痕迹≥42.5普通≥53≤2.0≤2.0≤0.20≥422．物理性质粒度：要求值：20—50mm，其中：≤20mm和≥50mm均≯10％实际值：≤20mm:9.8％，≥50mm:6.2％，20—50mm=84％水份：入窑前：＜4％杂质：＜1％3、石灰石与石灰消耗比例：根据CaCO3分解式，其CaO和CO2含量为：CaCO3＝CaO+CO2：56X：1100÷56＝1.7857根据计算，可以得出原石与成品消耗比例为：1.785︰14、石灰石的化学成份组成：％根据原素组成：原子量：Ca＝40O＝16C＝12时若：CaCO3=100时其中：CaO=56CO2=445．石灰石密度（比重）：2.6—2.8t/m3石灰石颗粒堆积密度：1.3—1.6t/m3第三章、燃料与燃料燃烧活性石灰的煅烧过程，实际上就是燃料燃烧的过程，是产生热量和热量交换的过程。如何选择燃料，对回转窑和产品的煅烧结果都是至关重要的。燃料在回转窑内完全燃烧后所产生的热效应，与窑炉的运作机理应保持相互间的，能够充分地适应和吻合。在回转窑上，对所要煅烧的物质——石灰石来说，燃料的发热值和燃料本身的质量则是更为重要的。与此同时，还应充分地考虑到，对所选用燃料的来源途径，投入成本等，应符合产品价值的要求。燃料所谓燃料，通常是指：某种物质在空气或氧气中，容易产生着火燃烧并放出大量的热，可供给工业或家庭有效的、可利用的可燃物质。所谓标准燃料，是指规定发热量为29273kJ/kg（千焦/千克）=7000kcal/kg的燃料。根据燃料形成或演变的过程，进行性质划分，燃料可分为物理状态和化学状态两大类：物理状态：如煤，天然气，石油等，它们通常被称之为一次能源。化学状态：如焦炭，液化石油气，煤气等，它们则被称之为二次能源。这些燃料按其本身具有的体态分类有固体，液体，气体三大类。它们的基本体态特征表现为：固体——具有一定的体积，又有一定的形状。如煤，焦炭等。它们是由多种复杂的有机化合物质组成的，其基本组成元素为C（碳）、H2（氢）、O2（氧）、N2（氮）S（硫）等。此外，还有一定的水份和灰份。在这些基本的元素当中，碳是固体燃料的基本组成体，是热量的主要来源，含碳越高的固体燃料其热值越高。氢在燃料中有两种形态：一种是与氧结合的氢，燃烧时热效应高。另一种是和燃料中的氧进行结合的氢，它不参加燃烧反应，它的存在降低了可燃物的含量。液体——具有一定的体积，但没有一定的形状。如汽油、材油、液化石油气等。天然的固体和液体燃料是经过长期的地质化学作用而生成，它们的基本组成物是各种有机化合物。用于工业的液体燃料通常是指石油及石油加工产品，石油主要是由各种烷类，归属碳氢化合物所组成。重油是从天然石油中获取的一种常温时为胶质状，类似于固体（半固体）经加热后呈流质状（半液体）的物质。承受的温度越高，流质感越强，它属于类似液体的二次能源。为此，若按形态上分类，它是一种界于固体和液体之间的燃料。但是，若将重油按使用时所产生的形态进行划分，它亦可归属于液体燃料的种类。气体——既没有一定的形状，又没有一定的体积。如天然气、焦炉煤气等各类煤气。其中，天然气是一种天然的，由一些饱和烃类组成的混合体，主要成份是甲烷（CH4），其含量可达到80%以上。而在种类各异的煤气中，最具代表性的是焦炉煤气，它是一种以氢和碳氢化合物为主要成份组成的，其中，H2（氢气）含量＞50%。在各种煤气中属于发热值较高的气体燃料。通过对燃料的了解，我们对燃料已经产生了一个基本的认识。同时，也为在利用回转窑煅烧活性石灰时如何选择燃料提供了参考依据。根据回转窑的煅烧特点和石灰产品的产出价值以及燃料的获取途径等方面的需要，在煅烧活性石灰的燃料选择上，特别是在回转窑等大型的炉窑上，焦炉煤气，混合煤气，煤粉及重油已成为了较为常见的煅烧燃料。一）、焦炉煤气焦炉煤气，是高炉煤气、转炉煤气、混合煤气、发生炉煤气、铁合金炉煤气等众多煤气种类的主要组成部分之一。焦炉煤气是将煤在干锱（隔绝空气加热、即炼焦）过程中产生的一种可燃气体，是煤的组成物质在高温分解时的产物。煤随着干锱温度的增加，在干燥（预热）阶段，先放出煤中所含的水蒸汽及吸附的CO2，CH4等。当温度上升至200—300℃（热分解）时，含氧化物产生出CO2，H2O酚等。温度继续上升至400℃（软化）时，煤开始发生剧烈的分解，产生大量的CO、CH4、H2等，同时产生大量的初生焦油。当温度上升到500—700℃（半焦）时，产生以CH4、H2为主的气体。当温度上升至750—1000℃（成焦）时，产生少量的以H2（氢）为主的气体。这些气体被收集在一起并由焦炉顶端的上升管引导至回收系统，经过一次脱硫（粗脱硫）和二次脱硫（精脱硫）处理后，便生成为一种气体燃料——低压（脱硫）焦炉煤气。焦炉炼焦中，每生产1吨焦炭产生约300m3的荒煤气。回收过程中，对焦炉煤气的回收是指降低煤气所含的温度。净化是指脱去煤气中的焦油、水蒸汽、荼、H2S、NH3、苯类和酚氰化物等杂质。焦炉中的H2S燃烧时能生成SO2，有毒并污染空气。用于冶炼、化学合成时，对钢产品有降低热脆性（龟裂）的伤害作用。在输送过程中，容易腐蚀管道和设备。任何一种副产煤气都是由一些单一气体组成的。其中，主要的可燃成分有H2、CO和其他气态碳氢化合物CmHn以及H2S。不可燃成分有CO2、N2、O2除此之外，在气体燃料中还含有水蒸汽，焦油蒸汽和粉尘固体微粒。煤气中具有腐蚀性的主要成分是H2S、CO2和O2。但是，这些气体只有在有水时才具有腐蚀性。H2S、CO2在水中呈阳性，O2在水中则具有氧化腐蚀性。由于氢的燃烧速度很快，煤气与空气很容易混合，在使用最少量的过剩空气时便能够得到很好的燃烧效果。煤气使用以前，可以进行预热，从而可提高煤气的燃烧温度。焦炉煤气燃烧时，产生的火焰具有：较短、明亮，火力集中的特点。将焦炉煤气与其他类型的燃料进行比较，它具有：质地比较清洁，容易与空气混合，点燃、熄灭过程容易，易于控制，输送方便，成本低廉，保证使用不会中断等优点。通过生产实践表明，在利用回转窑来煅烧活性石灰时，将被称之为低压脱硫的焦炉煤气做为煅烧燃料，是一种较为理想的选择。焦炉煤气性质：1．无色，有臭味，有毒性，易燃易爆2．热值：4000—4100kcal/m3,未经脱硫时，3800—3905kcal/m3（16,35mj/m3）。3．比重：0.45—0.55kg/m34．燃点：650℃5．燃烧温度：1880℃6．爆炸范围：6—30％7．燃烧所需空气量：3.6—4.0m3/m3 8．理化指标（％） 表六名称H2CH4COCmHnO2CO2N2理论值50-6019-254-81.6-2.32-32-37-13实际值58.521.98.32.00.83.165.39．杂质含量mg/Nm3表七名称H2S有机硫荼（夏）荼（冬）焦油指数＜200＜250＜100＜150＞50H2S为无色气体，具有浓厚的臭蛋气味。分子量：34.07，比重：1.52，发热值：5660大卡/m3，易容于水。爆炸范围：4.3～45.6%，着火温度：364℃，火焰呈兰色，空气中浓度达0.04%时有害人体，0.10%时可致人死亡。二）、高炉煤气高炉煤气，是高炉炼铁过程中产生的一种副产煤气。主要生产原料为铁矿石（原矿或烧结矿），石灰石，助燃剂等，主要燃料是焦炭。焦炭在燃烧过程中，开始由空气过剩状态逐渐变成空气不足的燃烧状态，结果便产生出了高炉煤气，也可称为BFG煤气或B煤气。每生产1吨生铁可生成2000m3可燃气体，主要成分为CO，属低热值煤气，可单独供低热值煤气使用或与焦炉煤气（M）混合使用。高炉煤气性质：1．无色，无味，剧毒，易燃易爆2．热值：800—950kcal/m33．比重：1.295kg/m34．燃点：700℃5．燃烧温度：1400℃6．爆炸范围：40~70％7．燃烧所需空气量：0.83~0.85m3/m38．理化指标：%表八名称CON2CO2H2O2CH4指数26—3156—607—141.5—1.80.50.3—0.8三）、转炉煤气转炉煤气是转炉炼钢过程中，氧气通过氧枪，从炉口上方伸入到距铁水适当的位置，以一定的压力进行吹炼。这时，铁的氧化物，特别是其中的氧化亚铁与铁水中的碳化合，产生出含有大量一氧化碳的气体，这一副产的可燃气体即为转炉煤气。由于转炉煤气的发热值较焦炉煤气要低，但又高于高炉煤气。气体中含有较大成分的CO和15%左右的CO2、氮气以及微量的氧气和氧化物，并且含尘量较高。所以通常被作为废气排放或烧掉，其性质与高炉煤气相近。为此，在煅烧活性石灰的回转窑上，对转炉煤气的使用通常是以与其它较高热值的燃料进行混合使用的。净化后的转炉煤气，是一种有毒，易燃，无色无味，发热值为1700—2000大卡/m3的气体，煤气中含有55%以上的CO，与空气或氧化混合达到一定比例时，遇到明火便会发生爆炸。转炉煤气理化指标：%表九名称COCO2O2N2H2指数56.7～61.218.9～17.90.4～0.3722.4～19.31.5四）、混合煤气随着工业发展的需要，将焦炉煤气与高炉煤气或者其它煤气进行混合使用，已在各种加热、煅烧、冶炼工艺中被广泛地采用。在将各种煤气进行混合使用的同时，将煤气与其它燃料混合配制使用的种类也很多。如液化石油气、煤粉、重油等。总之，对燃料的混合使用，是一种很好的利用能源、节约能源的使用手段。在气体燃料混合使用的过程中，用于表示混合气体成分的方法通常有体积成分和重量成分两种。气体的重量与重量之比是重量成分，气体的分容积与总容积之比，被称之为体积成分。混合气体的比热有容积比热和重量比热，重量比热等于混合气体所含的各种气体的重量比热和它们的重量成分乘积的和。容积比热等于组成混合气体的各种气体的容积比热与它们的容积成分的乘积之和。在种类众多的煤气中，在各自固有的特点的基础上，它们之间又存在着既相同又不尽相同的易燃易爆，有毒性的基本性质。其中，能够引起煤气爆炸所必须具备的条件是：a、煤气与空气混合达到一定的比例（爆炸极限范围）。b、处于爆炸极限范围的混合物遇到明火或达到着火温度。c、混合物处于密闭或开孔极小的容器内。煤气爆炸是指，当煤气发生瞬时燃烧并产生出具有高温、高压冲击波并对物质或环境形成强大的破坏力。空气、煤气混合物的爆炸特征是，煤气迅速地燃尽后产生的发热和瞬时急剧的膨胀反应。煤气中的有毒成分主要是指CO（一氧化碳），它是一种在常温状态时呈无色，无臭，无刺激性，性极毒。燃烧时呈蓝色火焰，与空气混合极易发生爆炸的气体。分子量：28.01，密度（比重）：0.968热值：3020大卡/m3燃点：609℃，在气体中含有少量的水即可降低其着火温度爆炸极限：12.5~75％。空气中可允许的CO浓度为0.02g/m3空气中含量0.06%即有害人体空气中含量0.2%时即可使人失去感觉空气中含量0.4%可至人迅速死亡CO是C与O2结合燃烧不完全时的产物，它们结合并产生完全燃烧后生成CO2，而燃烧不完全时则可生成CO。它既是一种可燃烧气体，又是一种有毒性气体。CO对人的危害是极大的，在进入人体呼吸道很少量的情况下便会很快地导致中毒，同时也会在很短的时间内至人死亡。当人体通过呼吸道吸入CO后，CO即被吸入肺泡内并进入血液，使血液中输氧的血红蛋白被减少，造成人体组织缺氧而引起中毒。它造成人体中毒的机理在于：1）、CO与Hb亲和生成HbCO（碳氧血红蛋白），它们的亲和力比O2与Hb的亲和力大300倍。而它们的解离速度却要比HbO2（氧合血红蛋白）的解离速度慢3600倍，从而阻碍氧的释放和传递，引起人体组织缺氧。2）、CO能与许多C（碳）结合，从而影响酶的功能。3）、人体中枢神经对缺氧最敏感。煤气造成人体中毒的关键是CO成分，人体中毒的程度主要与血液中的CO浓度有关。CO在人体血液中的浓度不同时，人体中毒的反应程度亦是不同的。CO浓度达到1～20%时，有轻度头痛，额部有紧压感。CO浓度达到20～30%时，头痛时有心悸。CO浓度达到30～40%时，头痛剧烈，虚弱无力脑晕虚脱，视力模糊思维迟钝。CO浓度达到40～50%时，容易虚脱，脉搏、呼吸加快。CO浓度达到50～60%时，惊厥昏迷。CO浓度达到60～70%时，惊厥昏迷，心脏、呼吸受到抑制，可能导致死亡。CO浓度达到70～80%时，脉搏细弱，呼吸缓慢，心脏衰弱而死亡。通过对气体燃料基本性能的了解，煤气是一种较为经济、用途广泛的由管道输送，必须具有一定的压力、温度、体积、速度的气体燃料。所谓压力是指单位面积上所受到的垂直作用力，被称为压强，工程上常被称为压力。压力单位，在国际标准中使用N/m2即Pa（帕斯卡）表示。工程单位为kg/m2。此外，在使用中还存在着很多习惯性的表示单位。为此，在常见的压力单位中也就存在着它们之间的换算关系：即1个（标准）物理大气压=N/m3=101.3kN/m2=10330kgf/m2=760mmH2O由于1kgf/cm2与物理上的1标准大气压在数值上很相近，故而在工程上常将1kgf/cm2称为工程大气压。气体的温度、压力、体积之间的关系具有：在一定的压力条件下，气体的体积与气体的绝对温度成反比。在一定的温度时，气体的体积与气体的绝对压力成反比。当气体的体积不变时，气体的压强与气体的绝对温度成正比的关系。用于表示它们之间的关系式为：PV=CRT或PD=RT也可用常数表示五）、煤煤是指一种固体、呈黑色、质地各异的可燃烧物体。属于天然的、埋于地下，由C（碳）、H（氢）、O（氧）为主要元素组成的有机岩质。由于煤的质地各有不同，煤可分为：烟煤、无煤烟、褐煤、泥煤等很多种类。煤因分布于地表地下，地域广阔、开采容易、用途广泛。在民用、工业等很多领域得到了使用。根据用途的不同，对煤的质地要求亦不同。用于检测煤的质量指标内容一般包括：灰份、挥发份、水份、固定碳、发热量、硫、磷含量等。其中，煤的挥发份，是检测煤的质量和在工业用途中进行分类的重要指标之一。煤粉的细度通常以目表示，它是指在120英寸的面积内，用针刺出的眼数，即为多少目。烟煤理化指标：%表十名称S水份灰份挥发份细度指标≤0.4≤1.5≤10≤15≤8六）、重油重油是一种有机化合物的混合物。主要由不同族类的碳氢化合物和溶在其中的固体碳氢化合物组成。它们包括烷烃、环烷烃、芳香烃和少量烯烃及少量的硫化物、氧化物、水以及混入的机械杂质。重油是石油经过蒸馏处理后得到的塔底产品。其质地粘度较大，常温状态呈半固体，经升温加热降低粘度后呈半流质体。其色泽发黑，可燃成份较高。属于典型的工业燃料。对重油产品质量的区别，常以粘度、凝点和闪点的不同来区分。重油的粘度较大，并且能够随温度的变化而变化，因此，它的比重亦会随温度的变化而变化。重油理化指标：%表十一名称CHO+N灰份水份指标85—8810—130.5—10.1—0.31—4重油质量标准表十二标号恩氏粘度凝点℃闪点℃灰份%水份%S%杂质%205≤1580≤0.3≤1.0≤1.0≤1.56011≤20100≤0.3≤1.5≤1.5≤2.010015≤25120≤0.3≤2.0≤2.0≤2.52005—10≤36130≤0.3≤2.0≤3.0≤2.5二、热值各种燃料在体态特征的不同之中，还有着各不相同的热工特性。其中最明显的特征之一，就是热值不同。所谓热值，是指每单位重量或体积的燃料完全燃烧时所放出的热量。在单位燃料完全燃烧后，将燃烧产物中的水蒸汽冷却到零度时的水放出的热量也计算在内的热量。被称之为该燃料的高发热值。在单位燃料完全燃烧后，将燃料产物中的水蒸汽冷却到20℃时所放出的热量。则被称之为该燃料的低发热值。在日常使用过程中，我们所指的或使用的燃料发热值，通常是指燃料燃烧后的最低发热值（QH），单位常以kcal/kg（千卡/千克）或kcal/Nm3（千卡/标准立方米）表示。其中，在对各种燃料的使用过程中，为了规范测定燃料的燃烧热量，从理论上产生了：以千克单位的标准煤完全燃烧后所产生的热量7000kcal为标准，来衡量比照各种燃料燃烧后所发出的热量，取其低热值单位，被称为该燃料的低发热值。在目前常见的燃料种类中，发热值最高的是液化石油气。而在工业燃料中，发热值最高的燃料是重油。见表十三常用燃料发热值：表十三燃料名称低发热值着火温度℃液化石油气10800kcal/kg300重油9800kcal/kg500—600天然气9000kcal/Nm3550—600标准煤7000kcal/kg600焦炉煤气4000kcal/Nm3600—650转炉煤气1800kcal/kg650—700高炉煤气950kcal/Nm3700三、燃料燃烧所谓燃烧，是指可燃物质与氧化合，并同时放出光和热的现象。亦可称之为燃烧反应。燃烧是一个化学变化的过程。在这个变化过程中，能够使物质产生燃烧的基本条件是：可燃物（燃料），助燃物（氧气），着火点（着火温度，火种）。燃料燃烧的前提条件是着火。而着火是指，促使可燃混合物达到某一温度时，混合物能够自动着火并达到燃烧状态。亦可称为“自然着火”。当可燃混合物的化学反应可以自动加速而到达自然着火时，从燃烧开始的瞬间进入到燃烧发展过程时的温度。通常被称之为燃料的着火温度。当燃料与氧化剂均匀混合后，从开始产生化学反应到温度升高，达到激烈的燃烧反应之前的过程被称之为燃料的着火过程。这个着火的过程，是由缓慢的氧化反应转变到猛烈的氧化反应的发展过程。将燃料在空气存在的条件下进行加热，在不使用点火源点火而开始燃烧时的最低温度。被称为该燃料的自燃点，而在使用点火源点火，开始燃烧时的最低温度则被称为该燃料的燃点。焦炉煤气是一种大型冶炼工业生产中常见的，使用广泛的气体燃料。它与其它气体燃料一样，是由若干种成份单位所组成的混合气体。如：CO（一氧化碳），H2（氢），CH4（甲垸），O2（氧气），N2（氮气），CO2（二氧化碳），CmHn（碳氢化合物）等。CH4：属于无色气体。微有臭味，难容于水，火焰呈微弱亮光。分子量：16.04比重：0.175热值：8530大卡/m3着火温度：650～750℃爆炸范围：4.4～15%，H2：无色无臭气体，难容于水。分子量：2.016比重：0.899热值：2570大卡/m3着火温度：580～590℃爆炸范围：4.2～7.4%其中，可燃成份主要是H2和CmHn。它们的燃烧方程式为：2H2+O2=2H2OCH4+2O2=CO2+2H2OCHm+（N+m/4）O2=NCO2+m/2H2O。在此之中，煤气中不可燃的成份有：O2、N2、CO2。而对燃烧不利的成份则为：N2、CO2.。凡是气体燃料在使用过程中往往都具有：燃烧爆炸性，扩散性，压缩和膨胀性，带电性，毒害性和腐蚀性等特性。燃料发生燃烧的过程一般可分为：混合，着火，燃烧三个基本阶段。其中，以气体燃料的燃烧最具有这一过程的代表性。所谓完全燃烧：是指燃料中的可燃元素成份与氧结合后，因燃烧变化而生成了CO2（二氧化碳），SO2（二氧化硫）和H2O（水蒸气）等新的物质并不再有可燃物质存在时。若燃烧产物中还存在有可燃物质，即燃料中的可燃物质未能与氧结合并完成燃烧反应的状态则被称之为不完全燃烧。造成燃料燃烧过程不完全燃烧的因素一般有，机械不完全燃烧：由机械带出和漏损等原因造成燃料损失。化学不完全燃烧：由于空气不足或燃料与空气混合不好，使燃烧反应未完全进行，在燃烧产物中存有少量的可燃成分两种状态。当燃料的可燃分子与氧化剂分子相接触，在一定的温度环境和浓度条件下，发生燃烧反应并放出一定的热量的现象被称之为燃烧现象。O2为无色无臭气体。分子量：32比重：1.429CO2又称碳酸气。常温状态下为无色、无臭（略有气味）气体，易容于水，空气中的CO2含量达到25mg/l时对人体有害，含量达到162mg/l时即可致人死亡。分子量：44.01比重：1.977SO2又称无水亚硫酸或亚硫酸酐。为无色、有刺激气味，不燃烧，常温下4个大气压即可液化的气体。分子量：64.07气体比重：2.3液体比重：1.5。通常决定气体燃料燃烧速度和燃烧程度的主要因素是与空气的混合速度和混合程度。气体燃料燃烧过程热平衡的基本内容包括：——燃料的化学热，即燃料的发热量——空气带入的物理热——燃料带入的物理热——燃烧产物得到的物理热——燃烧产物传给周围介质的热量——由于不完全燃烧损失的热量——由于燃烧产物中某些气体在高温下热分解反应消耗的热量影响燃烧速度的主要矛盾不是燃料本身的反应，而是煤气与空气的混合以及混合以后，可燃气体被加热的升温速度。将空气与煤气的预热，对提高燃烧速度和煤气的充分燃烧都是很有益的。气体燃料的燃烧状态，一般可分为动力燃烧状态和扩散燃烧状态。动力燃烧状态，亦可称为无焰燃烧或预混合燃烧状态。它是指：燃料（煤气），空气在进入燃烧室（窑内）或烧嘴以前，预先进行了混合。当通过烧嘴喷出时便直接开始产生燃烧。这一燃烧状态的速度极快，喷出烧嘴后，便会很快完成燃烧。这一燃烧状态的火焰很短，常常会看不到火焰。由于动力燃烧状态对煤气与空气的混合存在着压力、预热温度、纯度等方面的要求，在燃烧时，它具有易回火、不易控制、易烧坏烧嘴和易产生爆炸的缺点。因此，常常不被采用。扩散燃烧状态，亦可称为有焰燃烧状态。它是指：燃料（煤气）、空气在通过烧嘴时，不经过混合。而是以各自的通道，分别通过烧嘴喷出后，边混合边燃烧并形成火焰。这一燃烧状态因受混合因素的影响，火焰长度会相对地较长。由于扩散燃烧状态在使用时，具有火焰辐射能力强，温度分布均匀，火焰状态可以调整。煤气压力可低值使用，纯度质量要求不高，不易发生回火等特点。在回转窑和其它窑炉上得到了普遍地采用。与此同时，燃料（特别是煤气）在燃烧时，存在着需要大于燃料本身数倍的助燃空气进行混合帮助燃烧时，因燃料或空气的质量因素，需要较大的燃烧空间。因空气系统（风机）不足或异常时，易产生燃烧不完全，回火燃烧和爆炸的缺点。总之，扩散燃烧的特点及缺点的关键表现是：燃料（煤气）与空气的混合质量，即混合程度和混合速度。混合程度决定燃烧的完全程度，混合速度决定燃烧速度。由于燃烧反应比混合过程快，燃料与空气的混合程度和混合速度（助燃空气的配比量、被加热的温度），决定了燃烧的速度和燃烧的完全程度。对气体燃料（主要指焦炉煤气）的燃烧过程而言，获得迅速、完全、热利用率高的基本方法是：与空气形成分子状完全混合。这是保证燃烧开始的首要条件。在高温环境中进行燃烧。高温环境能够加速燃烧反应，着火容易，能够保证燃烧过程的稳定。形成较大的火焰传播效果。扩大火焰前焰面，着火前，混合体的预热是发生在离开火焰前焰面极近的距离内。扩大前焰面能够加快预热速度，产生迅速着火。保证实现燃料燃烧过程的持续和稳定。获得高温状态下燃料与空气可持续混合的环境。四、空气与燃烧促成燃料产生燃烧和完成燃烧的因素很多。但是，能够影响燃料产生和完成燃烧及产生燃烧温度的重要因素之一，是空气的存在和使用。空气是指：由占78％的N2（氮气）和21％的O2（氧气）为主要成份，以及少量的CO2（二氧化碳），SO2（二氧化硫）等分子组成的，密度（比重）为1.29kg/m3的混合气体。在它们当中，N2（氮气）是一种惰性气体，是不具备助燃条件的。而真正具有助燃效率的成份是O2（氧气）。这也就是说，所谓的助燃空气，在实际意义上指的是空气中的O2（氧气）成份。但是，在日常使用过程中，对这一助燃气体的谓称，仍称之为空气。燃料与空气混合，产生燃烧是一个氧化反应过程，燃料必须借助空气才能燃烧。而空气对燃烧的效率，又存在着燃烧的实际温度对被煅烧物质所达到的温度的影响。其中，主要的影响有：1、燃料的发热值2、空气和燃料的预热温度3、富氧空气和氧气的燃烧4、过剩空气系数。燃料热值的高低，对燃料燃烧过程所产生的热量的影响是非常大的。而助燃空气对燃料燃烧产生的热量的影响也同样是非常大的。空气参于助燃时必然要带走一定的热量，这时，对助然空气的被加热的程度和在助燃过程中的投入量就必须具有一个明确的要求。因为它将影响着燃料的燃烧质量和热量的有效释放率。燃料在燃烧过程中，当空气不足时，燃料将产生不完全燃烧。在燃料投入量不缺乏，但空气量缺乏时，一定数量的可燃物质由于缺少了空气的帮助而没有产生燃烧，造成了产出热量的缺乏。这时，燃烧的温度会被降低。反之，当空气过剩时，多余的空气因未能参于助然反而会带走燃烧时所产生的热量，这也同样会降低燃烧温度。因为，在空气成份中78％的N2是不参加燃烧的，但它会被加热而带走热量。因此，过多的空气会消耗或带走有价值的热量。所以说，在回转窑的操作过程中，如何使用空气，对燃料燃烧效率的影响是很大的。在助燃空气中，我们经常提到的富余空气，就是有关燃烧概念中的过剩空气系数。它是燃料燃烧时所必须的。它是指实际空气用量与理论空气用量之比。是指在燃料燃烧过程中，应供给出比理论空气量较多些的实际空气用量，目的是保征燃料能够的完全燃烧。但是，不同的燃料在燃烧过程中，由于燃烧方法，燃烧装置的特性和性质的不同以及操作方式的影响，对过剩空气使用的系数要求也是不同的。例如；气体燃料燃烧时的空气过剩系数为：1.05~1.2％。因为，它与其它种类的燃料相比较，非常容易和空气混合。所以，使用系数较低。液体燃料燃烧时的空气过剩系数为：1.1~1.3％。固体燃料燃烧时的空气过剩系数为：1.3~1.7％。总之，不同的燃料在燃烧时，所需要的过剩空气系数是不同的。这主要是因为，它们在燃烧时与空气混合的难易程度不同所决定的。燃料的燃烧过程，应该有足能的空气参与燃烧。其目的是，保证燃料能够完全燃烧，释放出有效的热量。同时，也是为了起到控制因空气量不足而产生燃烧不完全时，在废气中产生不应有的CO（一氧化碳）气体（可燃物质）的作用。对于煅烧活性石灰的回转窑而言，燃料的燃烧效果，是整个煅烧过程中的重要环节。在燃料燃烧过程中，由于存在着影响实际燃烧温度的主要因素之一，是空气的使用因素，如何供给助燃空气，就显得非常重要了。那么，如何才能提高燃料燃烧的速度和温度的传播速度呢？这就需要具备以下的燃烧基本条件：有足够的氧气可燃成分与空气中的氧气混合程度高燃料与空气被预热温度高燃料质量好有助燃的催化剂。根据回转窑的工作原理，燃烧器的性能，燃料的理化性质，以及燃料燃烧特性的需要。通常将参与助燃的空气，用一次空气和二次空气的分配方式进行输送使用。它们在完成助燃的过程中，又根据燃烧的需要而具有各自的用途和特征。一次空气：在回转窑的操作术语中，通常被称之为一次风，它是由特定的机械动力设备，一次空气风机强制产生流动空气。一次风经过烧嘴装置上设置的通道，送出常温空气。在烧嘴的出口处，与燃料发生混合。它的目的是帮助形成火焰形状，并使燃料与空气进行混合，产生燃烧，从而促进氧化反应强烈地进行。在此之中，应该明确的是，一次空气在回转窑上的主要作用是：帮助燃料在燃烧过程中，形成理想的火焰形状，这是能对燃烧效果产生影响，尤为重要的因素之一。二次空气：在回转窑的操作术语中，通常被称之为二次风。在石灰回转窑上，它是由机械力，二次空气风机强制产生的流动空气。它的作用是：对煅烧后的熟料进行强制穿透，快速冷却。同时，通过热量转换，完成对自身的加热后，进入窑内，为燃料充分燃烧，提供足够的燃烧空气。回转窑煅烧活性石灰的热量来源，在以气体燃料（焦炉煤气或混合煤气）为能源介质时。空气的使用原则是：为了利于燃烧，一般以温度较高的二次空气为主体，一次空气则较少。理论概念上的总空气量中，决定一次空气分配关系的重要因素是燃烧器（烧嘴）的性能。随着设备性能的改进，对一次空气的使用已从占总空气量的15—20%下降到6%左右。二次空气则占有较大比例。但是，在实际操作理念上，这不应是绝对的。例如，对一次空气的使用原则，应根据烧嘴装置的设计特点、使用效果、燃料特性、火焰形状、煅烧状态等综合性因素，进行调配供给。总之，对一次空气的使用，在以气体燃料为能源时，在以帮助形成火焰形状的基础上，应该以最少的用量，形成有效的火焰形状为原则。五、热量换算任何一个种类燃料在燃烧过程中，都会产生和释放出不同的热量。在对这些热量的使用或认识中，往往会取其使用某一单位量，来反应或表示热量的指数。如：卡、大卡、千卡、焦耳、千焦等。但是，在对热量的认识上，特别是在使用过程中，为了形成一个统一规范的热量使用单位，通常都要将各种单位的热量经过换算后，用一个统一的单位表现出来。这个单位就是：吉焦单位。热量单位换算式：根据理论计算结果得知：1（kcal）卡、大卡、千卡的热量=4.18（MJ）焦耳1吉焦=109（MJ）焦耳=106（kM）千焦1kcal=1×4.18=1×4.18÷106=0.0000041吉焦例如：当某一燃料的低发热值为4000kcal/m3时，则：4000×4.18=4000×4.18÷106=0.01627吉焦/m3由此而产生的热量换算关系：吉焦÷0.01627=xm3m3×0.01627=x吉焦第四章、传热所谓传热：是指热量自一个物体传递到另一个物体，或自一个物体的这一部份传递到另一部份的过程。根据传热原理，物体之间的传热方式有传导传热、对流传热和辐射传热三种。即：热量从某一种部份传到与之相邻的部份的传热方式叫传导传热；它与导热系数、热传递时间、内外温度差、传热面积、传热层厚度等因素有关。由于流体运动过程中发生相对位移而引起的热量传递叫对流传热；影响对流传热的因素有：流体的种类，液体、气体、蒸汽。流体的性质重度、比热、导热系数、粘度。流体的运动方式，自然运动或强制运动，传热壁形状、位置和大小等。借助热射线传递热量的过程叫辐射传热。它是由热能部份转变成辐射能。这个转变过程主要取决于温度，温度越高辐射出的能量越大。凡是绝对零度以上的物体都能辐射出热量，也可以得到热量。最终是低温物体从高温物体上得到了热量。在煅烧活性石灰的回转窑系统内，热量交换的过程一般包括：火焰烟气对物料表面的辐射传热。火焰烟气对物料表面及窑壁的对流传热。窑壁对物料表面的辐射及传导传热。物料颗粒之间及颗粒内部的传导传热。在回转窑煅烧系统中，物料在竖式预热器内的传热，是靠吸收气流中的热，以对流传热方式进行的。物料在回转窑内，主要是靠吸收火焰的辐射热进行分解及烧成的。这也是石灰煅烧过程中最重要的传热方式。通过窑体的转动，促使物料不断地翻落滚动，可以达到强化物料与气流之间传热的目的。这是回转窑较之其它窑型相比，所特有的优点之一。而冷却器的熟料与空气之间的换热，是以对流的形式进行的。这时的热量交换已成为散热传热。为此，在活性石灰的煅烧过程中，根据带竖式预热器的回转窑的性能特点，按传热方式的不同，在煅烧系统内，已基本上形成或划分出了预热、烧成和冷却三个煅烧工艺阶段，它们通常被称之为三个煅烧阶段或三个煅烧工作带。实际上也就是三个不同的传热表现阶段。而在一般的回转窑中，各煅烧阶段通常会被划分为：预热、分解、烧成和冷却四个阶段。在煅烧过程中，对回转窑内所谓三带的划分，应根据煅烧工艺要求而设定，也就是说，在回转窑内，对三带的划分是没有严格的界限要求的。由于活性石灰有粒度和活性性能的要求，结合回转窑内较为复杂的热交换过程。在对回转窑的选择上，一般多以短而粗的窑型为主。如44×4.2m窑型，50×4.2m窑型等。这是因为，物料在回转窑内的填充率（填充系数）通常是比较低的，一般在8%左右。它们能接受到的辐射传热面、与烟气的传热接触面都比较小。当窑尾烟气温度达到1000℃左右时，传热方式以辐射为主，对流、传导为辅。物料的最高受热点在物料的表面。又因衬砖的传导传热，物料的最低受热点，却是料层的中间部分。根据传热的原理来分析回转窑内，衬砖对物料传热的影响因素有：已暴露的衬砖表面直接向物料进行辐射换热。末暴露的衬砖表面，首先以导热方式，将蓄积的热量传递给物料。其次是与固体颗粒间的辐射换热和对流层导热。由于衬砖内外表面存在温度差，热量从外表面传至内表面，并以辐射和对流方式向周围介质散热。与此同时，在回转窑的传热、换热过程中，热量的损失也是较大的。其中，废气余热和回转窑筒体散热，是传热过程中造成热量损失的两个主要的因素。根据石灰的煅烧需要和回转窑的煅烧特性，为了提高热效率，有效地利用废气余热。在回转窑的进料端，采用竖式预热器装置。通过废气余热，对物料进行煅烧前期的换热、蓄热准备（烘干、预热、预分解）。使物料进入回转窑后，能够在较短的时间内，与热烟气进行并完成强烈的热量交换。这个传热过程，以烟气的对流传热为主。随着物料在窑内不断地向前翻滚移动，石灰颗粒开始接触火焰的辐射传热。在火焰辐射温度的作用下，物料的性质发生了化学反应。这就是通常所说的，物料从石灰石被煅烧成了石灰。为了保证石灰的活性性质，对煅烧后的活性石灰来说，因为它具有快烧急冷的特性要求。当被烧成的石灰从离开了火焰辐射区开始，石灰的传热状态即开始发生改变，从接受气流的对流传热，窑衬、颗粒间的传导传热、火焰的辐射传热转变成向外扩散放热。晶体结构即将发生变化。为了防止出窑后的石灰熟料在高温下发生晶体结构改变，对出窑后石灰的冷却，应在短时间内完成。竖式冷却器是比较理想的冷却容器。高热石灰在冷却器内停留约30分钟，即可在强烈的热交换中被冷却至100℃以下，从而有效地防止了晶体继续长大。这个热量交换的过程，是以散热为主的。机械风吹出和带走物料所含的热，热量通过对流传热加热空气。对传热效果的表现，在热工理念中是以温度来体现的。所谓温度，它是表示物体冷热程度的物理量。当物质放出一定的热或吸入到一定的热时，这个热的反应便能产生出一个量度单位（℃）。而对温度的表示结果，通常是以测量仪表来反映的。温度有华氏温度（F）、摄氏温度（℃）和开氏温度（K）。其中，摄氏温度（℃）是目前常用的，但在国际准规定中，通常采用的是开氏温度（K）表示，开氏温度也叫绝对温度。它是把摄氏温度零下273℃作为起点的，被称之为绝对零度的温度。如果将摄氏温度用t表示，绝对温度用T表示，则摄氏温度和绝对温度的关系是：T=t+273.16K在使用或工程计算中,由于一般都采取忽略小数点后的数值，所以，常规的表现关系式被定为：T=t+273K。按测量方式的不同，温度测量仪表的形式可分为：接触式和非接触式两种。根据不同的测量接触方式，测量原理又可分为：热电，温差，热敏，光学，比色等。例如，热电偶是根据热电效应原理工作的，它的测温方式是通过与气流的接触，将吸收到的热能转变成电能后，通过仪表反映出温度指数的。第五章、活性石灰的煅烧设备活性石灰的煅烧过程，是指石灰石必须要经过一套合适的容器、一定的过程、一定的温度（热量）和时间，才能够完成向石灰的转化。根据活性石灰的煅烧原理和传热方式的需要，活性石灰的煅烧过程，不是由某一单独的设备能够完成的。它应该是由一套系统化的设备组成的煅烧设备。如：70年代引进的KM回转窑设备，它是由竖式预热器、回转窑、竖式冷却器三大容器，排烟机、除尘器、燃烧器系统三大设备组成的活性石灰煅烧系统。随着石灰煅烧技术的发展和需要，用来煅烧冶金炉料的窑炉很多，而用作煅烧活性石灰的窑炉型式也愈来愈多，其中，一般常见的有：竖式预热器和竖式冷却器的回转窑带炉篦子式回转窑冷却筒式回转窑新型竖窑双（套）筒竖窑并流蓄热式竖窑逆流筒机械化混料立窑旋转炉床窑沸腾层窑四行程煅烧炉虽然，在不同型式的窑炉（包括一般型式的普通窑炉）上，都可以用来煅烧石灰或活性石灰。但是，在冶金行业中，特别是在大工业生产中，回转窑仍然是一种较为常见的、被广泛使用的煅烧窑炉。因为，它即可以用来煅烧耐火材料，又可以用来煅烧冶金炉料，水泥熟料等。回转窑，是一种可以旋转的窑炉。按其煅烧工艺划分：有湿法、半干法和干法生产工艺。按煅烧性质划分：湿法以生产水泥为主，干法以生产石灰为主，而界于湿法和干法之间的半干法，是将原料破碎后，成球再煅烧，它则以生产耐火材料为主。在煅烧活性石灰的回转窑中，窑型是各有不同的。如：a、带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑b、带炉篦子式的回转窑c、带冷却筒式的回转窑。这也就是说，回转窑按窑体特征划分，有窑型的不同。按窑内废气利用装置划分，则有预热装置的不同等。一、回转窑设计与材质对于一套回转窑系统的选型与设计,从工艺角度上讲，应该以注重掌握回转窑的热工特性为基础、结合它的热工特性去了解相关的回转窑知识。在一套回转窑装置的设计内容中，首先应该考虑的是，回转窑与所要煅烧物质的相适应性。其中，物料衡算与热量衡算，是回转窑设计的基础。单位面积产量指标，是回转窑设计内容中重要的依据之一。而回转窑的长度与内径之比（L/D），则更能反映回转窑的热工特性。由于回转窑筒体长度和直径对煅烧效果有直接的影响，存在着对流传热条件不同，低温传热效果不同等问题。随着活性石灰煅烧工艺的发展，根据活性石灰产品的性质需要，在对煅烧活性石灰回转窑窑型的选用上，开始广泛地采用了以窑筒体长度较短、直径较大的窑型。以1978年从德国克劳斯·马菲公司引进的，国内第一套带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑为例：对回转窑筒体制造材质的选择，其钢板厚度约为20－40mm，编号为MRST37.2钢板为材料。窑筒体与大齿圈之间的连接是根据受热与膨胀的需要，采用弹簧钢板连接。对窑体安装的基本条件，应根据设计要求，以窑体中心线与两个托轮的中心连线的夹角为60°时，为最佳状态。托轮组的数量，应考虑窑体的长度及窑筒体的材质要求而设置。根据活性石灰产品的特性和煅烧的需要，在回转窑内不设置挡料圈，而是依靠窑两端的收口来保证料层厚度。物料在窑内的运动，则是通过窑体的安装斜度，在窑体的转动中，从高点向低点运动。窑体斜度通常是指：窑轴线的升高与窑长的比值，习惯上取窑斜线角α的正弦值Siaɑ，当窑体斜度为3％时，其倾斜角为1°43‵。物料在回转窑内的运动形式，是在不考虑物料颗粒在窑壁和料层内部的滑动和颗粒大小的影响时，物料随着窑体的回转，A点处的物料由于摩擦力的作用，沿窑壁慢慢上升。当物料表面与水平面形成的角度，等于物料的静止角时，则物料颗粒在重力的作用下，将沿着料层表面滑落下来。由于回转窑有一定的倾斜度，则原在A点处物料不会在落到原处，而是向前移动一段距离，落在C点处。然后由C点重新波动到D点，二次落到E点。如此不断前进，是物料在窑内运动的理想状态。从煅烧工艺角度上要求，我们对与回转窑相关的基本技术性能的了解内容一般有：填充系数所谓填充系数是指：在煅烧过程中，物料在窑内占有的体积与窑内有效空间体积的比率被称之为填充系数或填充率。计算式：K1、K=式中：0.0376——特定系数G——小时产量Q——物料堆积角a——窑体斜度D——窑内径N——窑转速Y——物料容重回转窑筒体内表面积回转窑筒体内表面积是指：回转窑筒体内，可与物料接触的，衬砖的表面面积。计算式：FF=π·Dί·L式中：π——圆周率Dί——窑内径L——窑长窑体截面积窑体截面积是指，回转窑筒体的某一截断面内，可与物料接触的衬砖表面面积。计算式：SS=π·R2式中：π——圆周率R2——窑内径半径d、单位面积产量指标单位面积产量指标是指：回转窑在某一单位实际生产时间内，按窑体单位衬砖内表面积计的产品数量。单位为：kg/m2·h计算式：AA=式中：Gη——小时产量F——窑体内表面积2)内衬材料在带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑中，由于煅烧特性的需要，在三大容器内分别砌筑着不同材质、不同类型的耐火材料。它们在煅烧过程中发挥着重要的耐热、隔热、传热作用。为此，结合热工工艺理念，应该对耐火材料有一个基本上的认识。内衬材料，也就是耐火材料。所谓耐火材料，是指耐火度不低于1580℃的无机非金属耐火材料。耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性，即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能。被称之为耐火度。它表示着耐火材料的基本性能。如何区分耐火材料，按其主要成份的化学性质可分为：酸性、中性、碱性三大类。——酸性耐火材料有：硅石质、粘土质。——中性耐火材料有：高铝质、铬质、碳质。——碱性耐火材料有：镁质、白云石。在煅烧活性石灰的回转窑上，如何选择其内衬，即耐火材料材质的首要基础条件是，耐火材料应该满足工作条件的要求。回转窑属于周期性加热窑炉，对内衬材质的使用一般有较低的热量要求。根据活性石灰的理化性质及煅烧要求，硅，酸质耐火材料一般是不用作窑衬的。这也就是说，在对煅烧石灰的回转窑内衬材质的选择上，不论是选用何种材质时，都必须要选择碱性或者是中性耐火材料。图一图一、回转窑耐火材料分布图在一般情况下，在对回转窑烧成带永久层衬砖采用粘土砖铺设时，是以即考虑了它的隔热保温效果，又考虑了投入的成本为依据的。对回转窑烧成带耐火材料的选择，则应着重考虑到其燃烧温度较高，衬砖必须具有较高的耐火性能，并能抵抗碱性物资的侵蚀性能。因此，通常多采用镁铬质耐火材料进行砌筑。与此同时，随着耐火材料技术的发展，在回转窑烧成带内已较为广泛地使用了镁铝坚晶石回转窑的进料端，因界于烧成和预热阶段之间，对耐火材