董國庫

摘 要：MAERZ并流蓄熱式石灰窯是目前運用最廣泛的石灰窯，在國內(nèi)各大鋼廠普遍應(yīng)用。本文主要介紹了石灰石分解的原理和并流蓄熱式石灰窯的工作原理以及馬鋼第四鋼軋總廠石灰窯的主要設(shè)備、特點和不足。本人還著重介紹了MAERZ并流蓄熱式石灰窯和傳統(tǒng)逆流式石灰窯的區(qū)別.

關(guān)鍵詞：石灰窯；原理；設(shè)備

0 前言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司根據(jù)公司技術(shù)改造和結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求，決定在馬鋼第四鋼軋總廠建設(shè)了三座具有國際先進(jìn)水平的日產(chǎn)600噸的麥爾茲并流蓄熱式石灰窯，該項目于2007年投產(chǎn)，每年可生產(chǎn)約33萬噸塊灰。本文主要介紹石灰分解原理、并流蓄熱式石灰窯工作原理、主要設(shè)備、并流蓄熱式石灰窯和逆流式石灰窯的區(qū)別以及石灰窯的特點和不足。

1 石灰分解原理

石灰窯就是將石灰石煅燒成石灰的設(shè)備。其工藝是一個簡單的化學(xué)反應(yīng)過程，公式如下：

CaCO3+約3180千焦（760千卡）= CaO+CO2

石灰石分解成石灰和CO2時的分解解溫度與該化學(xué)反應(yīng)過程中CO2壓力有關(guān)。在常壓和燃燒氣體中CO2含量為25%的燃燒環(huán)境中，石灰石的初始分解溫度為810℃。在常壓和燃燒氣體中CO2含量為100%的燃燒環(huán)境中，初始分解溫度將達(dá)到900℃。高品質(zhì)的石灰石CaCO3含量在97%至99%，生產(chǎn)1噸石灰需要約1.75噸石灰石。為了使石灰石充分燃燒，燃燒石灰石的熱量必須從其表面?zhèn)髦疗湫静俊Ｓ捎谑沂紵a(chǎn)生的氣體是純的CO2，所以在其芯部溫度必須達(dá)到900℃?？紤]到石灰石表面物質(zhì)的絕熱效應(yīng)以及保證其芯部所需要的分解溫度，石灰石表面溫度必須高于900℃。生產(chǎn)軟燒石灰時，石灰石表面溫度不能超過1100至1150℃，否則石灰將發(fā)生的重結(jié)晶，導(dǎo)致石灰活性度降低和石灰熟度減少。

2 并流蓄熱式石灰窯工作原理

并流蓄熱式石灰窯是由燃燒窯筒和排氣窯筒相互切換運行的雙筒式石灰窯。一座石灰窯由兩個相連的窯筒組成，兩個窯筒均勻填入石灰石，一個窯筒供熱煅燒時，另一個窯筒就排出煙氣，兩個窯筒的功能周期轉(zhuǎn)換，見圖1 。供熱煅燒的窯筒稱做燃燒筒，排出煙氣的窯筒稱做排氣筒。在燃燒筒內(nèi)，轉(zhuǎn)爐煤氣與助燃空氣從窯筒的上部壓入，在窯筒內(nèi)進(jìn)行燃燒，燃燒氣體在燃燒筒內(nèi)的流向向下，與被煅燒的石灰石流向相同，冷卻空氣則由兩個窯筒的底部引入冷卻石灰。燃燒空氣和石灰石在煅燒帶煅燒，并在窯筒較低位置與冷卻空氣混合?；旌虾蟮臍怏w經(jīng)過連接通道進(jìn)入排氣筒，并反方向向上流動，在預(yù)熱帶預(yù)熱入窯的石灰石，此時氣流流向與石灰石的流向相反。氣體在預(yù)熱石灰石的同時可以降低自身溫度，以較低溫將廢氣排出窯筒，見圖2 。通過換向裝置，每隔12分鐘兩個窯筒的功能將完全轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)爐煤氣與助燃空氣從原來的排氣筒上部壓入，將氣體流向倒轉(zhuǎn)，從而使排氣筒供熱煅燒，變成煅燒筒，而廢氣則通過煅燒筒排除，煅燒筒變成排氣筒，這樣兩個筒的功能周期性周期性轉(zhuǎn)換。

圖1

圖2

3 石灰窯主要設(shè)備

麥爾茲石灰窯主要由自動裝料系統(tǒng)、窯本體系統(tǒng)、出灰系統(tǒng)、煤氣加壓站、除塵系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)房組成，見圖3。自動裝料系統(tǒng)主要由上料小車、稱量斗、振動給料機(jī)、可逆皮帶和兩個旋轉(zhuǎn)布料器組成。主要功能是將原料石灰石送入到窯筒中。窯本體系統(tǒng)主要由兩個功能相互切換的窯筒及一些附屬設(shè)備組成，為石灰窯的核心設(shè)備。主要功能是將石灰石煅燒成石灰。出灰系統(tǒng)主要由出灰板、振動給料機(jī)、輸送皮帶等組成，主要功能是將生產(chǎn)出來的石灰輸送到成品系統(tǒng)。煤氣加壓站主要由8臺煤氣加壓機(jī)及一些附屬設(shè)備組成。主要功能是轉(zhuǎn)爐煤氣從10KPA加壓到75KPA并輸送到窯筒內(nèi)與助燃空氣進(jìn)行燃燒。除塵系統(tǒng)主要由除塵管道、除塵布袋、除塵風(fēng)機(jī)等組成，主要功能是將排出廢氣中的粉灰進(jìn)行回收并輸送到成品系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)房主要由14臺羅茨風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備組成，風(fēng)機(jī)的功能各有不同，主要有助燃空氣風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)、懸掛缸冷卻風(fēng)機(jī)、中心冷卻風(fēng)機(jī)和噴槍冷卻風(fēng)機(jī)。

圖3

4 并流蓄熱式石灰窯和逆流式石灰窯的區(qū)別

和單筒逆流式石灰窯相比，并流蓄熱式石灰窯的一個重要特點是蓄熱預(yù)熱一部分燃燒空氣。在逆流式石灰窯里，燃燒空氣在冷卻帶被已煅燒石灰里包含的熱量所預(yù)熱，然而，通過石灰內(nèi)的熱量來預(yù)熱是非常有限的。在逆流加熱過程中，排放的氣體內(nèi)含有的過剩的可用的熱量在被排出前未被回收利用。因此一些單筒石灰豎窯也設(shè)計采用了換熱裝置以努力達(dá)到回收廢熱的目的，但這種熱交換器容易因排出的熱氣中含有灰塵而被破壞。而在并流蓄熱式石灰窯中，燃燒空氣是以一種非常理想的方式被預(yù)熱。在燃燒筒中，窯筒的特點是燃燒氣體與原料石灰石并流。而在排氣筒中，窯筒的特點是排出氣體與原料石灰石逆流。燃燒氣體從燃燒窯筒內(nèi)通過連接通道流到排氣窯筒。這種燃燒窯筒與排氣窯筒的轉(zhuǎn)換成為蓄熱性預(yù)熱過程。在排氣筒中，熱量從排出氣體傳導(dǎo)到原料石灰石上，然后又在轉(zhuǎn)換成燃燒筒時，燃燒空氣又從原料石灰石上吸收熱量。石灰石預(yù)熱區(qū)起到了一個換熱器的作用，而進(jìn)料的石灰石就象一個個的換熱單元，表現(xiàn)出優(yōu)越的熱傳遞特性，使得熱損耗非常少。圖4和圖5顯示了單筒逆流式石灰窯與并流蓄熱式石灰窯的溫度曲線。

圖4 逆流式石灰窯的溫度曲線

單筒式石灰窯通常采用逆流式燃燒，圖4顯示了其溫度曲線。綠線表示原料，藍(lán)線表示冷卻空氣，紅線表示燃燒氣體和排出氣體。由于冷卻空氣的量不足以用來完成燃料的完全燃燒，必須有額外的空氣通過側(cè)面的燒嘴加入。這種類型石灰窯的燃料是從煅燒帶下端原料已被煅燒處進(jìn)入，這一區(qū)域的溫度大大高于生產(chǎn)高活性度石灰所要求的溫度。并流蓄熱式石灰窯，燃料是從煅燒帶上端進(jìn)入，且與原料并流。圖5顯示了其溫度曲線。綠線代表原料；在預(yù)熱帶的藍(lán)線代表燃燒空氣，在冷卻帶藍(lán)線代表冷卻空氣；紅線代表燃燒氣體和排出氣體。由于燃料從煅燒帶上部噴入，原料在此處能吸收大部分燃料所釋放的熱量，而且煅燒帶的溫度平均為950℃。因此，并流蓄熱的方式是生產(chǎn)輕燒石灰、高活性度石灰和白云石石灰的最佳方案。

圖5 并流蓄熱式石灰窯的溫度曲線

5 特點和不足

馬鋼第四鋼軋總廠石灰窯有以下幾個特點：

1.為國內(nèi)產(chǎn)量最大的麥爾茲石灰窯

2.唯一采用懸掛缸形式的石灰窯

3.所有除塵的灰直接進(jìn)成品系統(tǒng)，不由汽車運送

4.3座石灰窯的出灰及成品系統(tǒng)互為備用

5.主控室與3座窯連為一體，生產(chǎn)和檢修都非常方便

石灰窯也存在一些不足，如下：

4.雖然在石灰窯旁預(yù)留了二氧化碳回收系統(tǒng)的場地，但該系統(tǒng)一直未實施。石灰石在煅燒過程會釋放出大量的二氧化碳，回收的二氧化碳產(chǎn)品有很高的技術(shù)附加值，并有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

2.石灰窯未有配套的石灰石水洗系統(tǒng)。在日常生產(chǎn)中，由于原料石灰石中常帶有較多的泥土等雜物，未有水洗系統(tǒng)將其去除，使得泥土等雜物同石灰石一起加入到石灰窯中煅燒，使生產(chǎn)出來的石灰容易粘接，影響了石灰的品質(zhì)，也對設(shè)備系統(tǒng)造成一定影響。