活性石灰的煅烧

第六章、 活性石灰的煅烧

 

一、活性石灰的煅烧机理

活性石灰之所以要经过“煅烧”而获得。是因为它的原料——石灰石在向石灰转化时，需要经过一个吸热、分解反应的过程。

石灰石被加热并达到分解温度后，边吸收一定的热量，边进行分解。这一热量常被称之为分解热。足够的热，使石灰石发生从物理性质到化学性质的转化反应。其煅烧机理为：

将石灰石CaCO₃（碳酸钙）加热，分解出CO₂（二氧化碳）。得到CaO（氧化钙），也就是活性石灰、或者是石灰。它的加热反应式为：

CaCO₃ —^△→ CaO + CO₂↑+ Q

根据实验表明，使CaCO₃发生分解反应的理论温度为870—920℃。而实际煅烧时的分解温度，在考虑到燃烧质量、衬砖吸热、窑体散热、废气含热等众多因素时，所投入的热量则要高于理论分解所需的热量。这一分解温度，在带竖式预热器的回转窑上约为1250℃。当然，这一温度是指CaCO₃在此温度下，在规定的时间范围内，CaO内的残留CO₂含量为2 %时。

在石灰的煅烧理念中，将CaCO₃加热、分解并得到CaO过程通常是比较容易实现的。但是，对活性石灰而言，更为重要的是如何使生成的CaO具有“活性”性能。这对它的保证基础则是：石灰原料具有符合产品需要的理化指标。具有煅烧前期的预热分解保证。具有合理的煅烧温度和时间。煅烧窑炉具有满足产品需要的性能。

CaCO₃的分解是需要热量的。通过理论测算结果表明：kg（千克）单位的CaCO₃分解，需要约1200大卡的热量。

根据这一热量指数与所选用燃料的低发热值指数进行衡算，可以得出单位CaCO₃分解所需的燃料用量。这个理论热量指数在进一步的理念中，预示着它与CaCO₃分解过程，温度和时间的密切关系。

影响温度的主要因素是燃料的质量和数量。煅烧设备则是影响煅烧时间的重要因素。

在活性石灰的煅烧过程中，对石灰石的粒度要求，是为了保证满足用户需要的同时，又要符合自身煅烧条件的需要。因为，它会在很大程度上影响煅烧过程设备性能的发挥。

由石灰的转化生成过程事以得知，活性石灰的煅烧机理，实际上就是产生热量，传递热量，热量转换的过程。是使CaCO₃的性质在特定的煅烧设备和煅烧环境中，在规定的时间内发生质变的过程。

 

二、活性石灰的煅烧过程

活性石灰的煅烧过程是指，将石灰石进行加热、分解、煅烧成活性石灰的过程。石灰石在回转窑系统内，在一定的温度和一定的时间内，经过煅烧而分解，分离出二氧化碳（CO₂），得到石灰（CaO）产品。

石灰石经过煅烧后生成石灰的过程，是一个化学反应的过程。这个反应的过程主要是通过煅烧时间和温度来完成的。其中，煅烧时间是由原料的加入量、加入速度和停留时间决定的。而煅烧温度则是由产生的热量和传递的质量决定的。在二者之间，煅烧温度则是更为重要的。

对所谓煅烧温度的理解，实际上就是将燃料燃烧产生的热量向物料烧成过程传递出热量的综合体现。其中，燃烧温度是指燃料燃烧终了时放出的烟气温度，也就是燃料燃烧时放出的热量。而烧成温度是指：被煅烧的物质在发生理化性能变化过程所需要达到的温度。

石灰石向石灰变化的过程，是一个在全程温度控制下，发生化学变化的过程。根据石灰石受热过程理化反应的需要以及煅烧设备的特点，温度的分布范围和要求是不同的。

不同的烧成产品，在不同的煅烧设备中，根据其煅烧性质的需要，对不同的煅烧时段都会做出一个基本范围的划分。这就是操作术语中通常所说的各个煅烧阶段或所谓的“带”。

在利用回转窑来煅烧活性石灰时，从理论概念上理解，石灰石在不同的容器内，通常都要经过预热、分解、烧成和冷却四个阶段。

但是，在带竖式预热器的回转窑上，由于预热器的特点所致，石灰产品具有实际意义的煅烧过程却通常被划分为预热、烧成和冷却三个阶段。

当石灰石进入竖式预热器后，在推料装置（推杆）的作用下逐步开始向下移动时，在穿透了料层的热气流的作用下，开始了从烘干、预热和表面分解反应的过程。在竖式预热器内，它的分解率可达到25%左右。

经过预热和表面开始产生分解反应的石灰石进入到回转窑内，在移动至火焰辐射区域或火焰前端时，石灰石的分解反应便已经从颗粒表面转向了颗粒内部。也就是说，石灰石发生在预热器底部和回转窑后部的反应，实际上就是石灰石所谓的分解阶段。

但是，在带竖式预热器的回转窑上，对这个阶段是没有明显的划分和明确的解释的。

因此，在带竖式预热器的回转窑上，对石灰各煅烧反应阶段的划分，便形成了以预热、烧成和冷却三个阶段（带）来划分的概念。

 

一、             预热阶段

在带竖式预热器的回转窑上，将石灰石煅烧成活性石灰以前的预加热过程，是回转窑全部煅烧内容中非常重要的环节之一。因为，石灰石是不可能在900—1000℃下被直接煅烧成石灰的。

在很多形式种类不同，但都不具备预热装置的窑炉上，在不同程度上也是能够煅烧出具有一定质量的活性石灰。但是，若将这种活性石灰与带有预热装置而产出的活性石灰进行比较，在不考虑将俩者的理化技术指标进行细化比较的情况下，前者较为明显的差异便能够从残留CO₂（生心）过多，活性度较低且不稳定，外观质地和活性特征不好等方面表现出来。

石灰石在竖式预热器内，通过排烟抽力的作用，将来自于回转窑的热气流由预热器底部向上进行穿透，石灰石在不断向下移动的运动中，至下而上地得到加热。由低温向高温（200～900℃）逐渐地转化，被加热到可分解的温度。而这个热量来源主要是依靠来自于回转窑的废气余热。

石灰石进入预热器后，在热气流的穿透作用下首先被烘干，除去本身所含的和夹带的水份。随着不断地向下移动，气流温度愈来愈高，石灰石颗粒开始被加热。当石灰石颗粒被加热到800℃以上时，颗粒的外表层便会开始发生分解反应。CO₂（气体）开始从CaCO₃中逐渐地被分离出来。石灰颗粒表面发生“穿白衣”现象。

理论实践结果表明，CaCO₃的分解温度约为870——920℃。而在竖式预热器的下部，废气流温度一般在950℃左右。这就说明，当石灰石颗粒进入到这一温度区域，在完成了预热蓄热的同时，石灰石颗粒表面的部分分解反应便开始发生了。在带竖式预热器的回转窑上，这个预热加热的过程一般需要120分钟左右。

 

二、烧成阶段

根据竖式预热器的工作原理，石灰石在完成了烘干预热的同时，又产生了部分分解。当石灰石颗粒进入到回转窑但并未接触到火焰的高温区前，在废气余热的对流传热作用下，分解仍在进行。这也就是说，这个阶段实际上就是理论上所指的物料的分解阶段。

在回转窑内所谓的烧成或烧成阶段是指，当被预热后的石灰石颗粒在回转窑内从开始接触到火焰的辐射传热，到穿过整个火焰辐射区前。在火焰的高温作用下，完成激烈的化学反应，最终被烧成为石灰的过程。这个过程（阶段）一般在30 — 40分钟内得到完成。

在带竖式预热器的回转窑上，烧成区域一般都设置在从窑体出料端后10米左右处，向回转窑内（进料端）延伸至20～25米的范围内。火焰长度也一般应分布在这一区域内。这也就是通常所指的烧成带。

由于回转窑的煅烧过程是一个由诸多因素组成的、即相互依赖又相互影响又相互制约、亦可随时变化的过程。因此，在对回转窑烧成带或其它“带”的划分上，是没有严格的界限区分的。

但是，由于受到了回转窑煅烧特点的制约，这个烧成阶段在整个煅烧工艺过程中的作用又是极为重要的。这是因为，活性石灰的活性性质最终是要在这个阶段里通过快速烧制才能表现出来。虽然，这个阶段它占有的时间不是很长，但对活性石灰产品的煅烧而言，其意义是非常重大的。

在带竖式预热器的回转窑上，对活性石灰产品造成烧成时间不长的原因一般有如下几点：

a、  石灰原料在烧成前，经过了充分的预热准备。

b、  窑体长度、火焰长度、烧成带长度之间决定的特定关系。

c、  活性石灰的产品性质所决定的“快烧急冷”的特性需要。

 

三、冷却阶段

当被烧成的石灰从离开了火焰或火焰的辐射区域开始，它便开始进入到了冷却阶段。也就是说，在回转窑的煅烧系统内，对实际意义上冷却阶段的区域划分，应该是指火焰高温对物料辐射终了时的位置。即物料移动到了烧嘴的下方时。这时，石灰颗粒的换热方式已经从吸热变成了散热。

高热的石灰颗粒进入冷却器后，在二次风的穿透作用下进行散热换热转换，被强制冷却至100℃以下。而散出的热量加热了二次风（助燃空气），入窑后，有利于帮助燃料燃烧。

石灰熟料在冷却器内的冷却过程一般在40分钟左右完成，其主要目的在于实现活性石灰“急冷”的特性要求。

总之，在带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑的煅烧系统中，预热、煅烧（烧成）、冷却三者之间的关系始终是处在相互影响、相互制约又相互依赖中进行的。物料在预热器内被预热的同时，要求有25%左右的分解率，这是完成煅烧的基础。物料在回转窑内通过良好的煅烧环境煅烧出质量优质的石灰产品，是产出合格产的手段。而物料在冷却器内完成了急冷降温，实现了产出产品的目的。

石灰熟料与二次风通过充分地热量交换，有利于帮助燃料充分燃烧，达到提高燃烧质量和热效率的目的。而良好的煅烧环境还有利于稳定预热器温度、窑尾温度和回转窑煅烧系统内的通风环境。