石灰窑生产中常见问题和故障处理方法.doc

现代石灰窑技术概要
及常见问题和故障处理方法

一、发展新现代石灰窑技术的意义
石灰是钢铁生产、电石生产、耐火材料生产、氧化铝生产的主要和主要辅助材料。九十年代前大部分都是靠社会土窑供应，九十年代以后虽有这些产品市场的竞争，环保政策的强化，和石灰生产技术的进步开始发展起了现代石灰窑技术。实践证明现代石灰窑技术确实是钢铁企业、电石企业、焦化等企业非常现实和捷径的效益亮点。就目前而言每吨石灰的利润已远远超过吨钢、吨铁、吨电石、吨焦碳的利润。已应用现代石灰窑技术的企业已大受其益，而且又取得了更大的社会效益。但也有不少企业受传统经营意识和管理水平的制约还未发展现代石灰窑生产技术仍依靠土窑石灰生产。为此这些企业不但蒙受着巨大的经济损失还给环境保护造成了严重威胁，国家和地方政府相继出台了一糸列整治土烧窑的政策和法规，但很难实现预期效果，原因是有这些企业的需求和较高利润的剌激。因此要想彻底治理土烧窑的污染，也必须依靠推行现代石灰窑来解决需求的问题。所谓现代新技术石灰窑就是具有环保、节能功能和机械化 、自动化程度较高的更为科学的煅烧石灰工艺。因为该工艺采用了现代煅烧热工技术，所以它能充分利用廉价能源，特别还能利用原来对环境有污染的气体作能源，变废为宝。这样不但对环境能达到保护，而且它生产的石灰，不但质量好而且成本低。它的直接效益和间接效益，经济效益和社会效益都非常可观。这就是推广新技术石灰窑的意义。
二、现代石灰窑技术的种类
按燃料分，有混烧窑（即烧固体燃料，焦炭、焦粉、煤等）和气烧窑。气烧窑包括烧高炉煤气，焦炉煤气，电石尾气，发生炉煤气，天然气等。按窑形分，有竖窑、回转窑、套筒窑、维马斯特窑（西德）、麦尔兹窑（瑞士）、弗卡斯窑（意大利）等。同时又有正压操作窑和负压操作窑之分。林州现代科技中心研制设计了300立方以下的现代混烧窑和140立方以下的现代气烧窑，特别是高炉煤气和焦炉煤气燃烧的XD型节能环保石灰窑。攻克了焦炉煤气热值高，火焰短的燃烧难题，可以使剩余焦炉煤气得到充分利用。由原来的焦炉煤气“点天灯”，污染环境变为了为企业创造效益的宝贵能源。对中小钢铁企业、焦化企业、电石企业、和耐火材料工业都是非常好的节能、环保、增效的有效途径。
三、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+CO2--42.5KcaI
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度开始脱碳酸分解，到1200度完成煅烧，再经冷却后，卸出窑外。它的全部煅烧过程相当于在一个密封容器中进行。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：煅烧温度在850—1200度，预热温度在100——850度。出灰温度在100度以下。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。
四、现代技术石灰窑的基本结构和主要附属设备
现代石灰窑主要由窑体、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。
五、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 。
六．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300mi以上。
七．现代石灰窑技术的燃料与燃烧
石灰窑的燃料很广泛，包括固体燃料、气体燃料、液体燃料都可以，但现代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现代石灰窑技术的关键。现在使用普遍的主要是焦炭、煤和煤气。就现代技术来说最理想的是煤气，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、电石尾气现在大部分放散，资源十分丰富，其次是高炉煤气,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“上火”均匀一致。所以布料器形式和使用效果对石灰窑的生产效率有很大影响。现在有各种各样布料器，包括旋转布料器、海螺形布料器、固定布料等等，其中林州现代科技中心研制的三段式布料器利用“漏斗喉管效应”和“倒W堆集角效应”原理和可调式档料板相结合的方式,结构简单,对解决了原燃料的均匀混合和大小粒度的合理分布问题效果很好。而且具有耐高温，耐磨损和方便检修等多种优点。特别适用于中小型石灰窑配置.而气烧窑它的主要附属设备是燃烧器，因为它的气体燃料是通过燃烧器把可燃气体和所需氧气（空气）按一定的比例在燃烧器内混合后送入炉内燃烧的，而且不同的燃气所需的空气量也不同，不同的炉型不同的加热方式，它需要的火焰类型也不相同。如预混式、半混式、外混式及氧化焰、中性焰、还原焰等等。所以说气烧窑的燃烧器一定成度上决定着石灰窑 的煅烧效果。当然其它附属设备也很重要，如风帽，看相似很简单，但要用电脑仿真来设计它的风量在整个窑断面上的分布才有好的效果。
九．石灰窑供风和风机选择
无论混烧窑还是气烧窑都是需要一定合理供风的，因为任何燃料燃烧都必须具备三个条件，即燃料、空气(氧气)、和明火，缺少任何一项条件都是不会燃烧的。但风的用量是根据燃料的可燃成分的需氧量来计算,不可太多,也不可太少。太多了,过剩空气成为烟气排出将带走大量热量，风量小了，燃料将达不到充分燃烧，造成煅烧段下移和能源浪费。只有合理供风才会有好的煅烧效果和达到节约能源的目的。它的风量一般按下式计算：（计算公式略）它的压力要根据不同窑型，不同原料粒度形成的不同阻力来计算。一般来说立窑阻力可按40——70毫米水柱 / 有效高度（ 米 ）公式来计算。但原燃料粒度不同也有差异。因此选用风机既要以理论计算的基础又要以具体炉型和实际经验为依据来选定风机。才能有好的使用效果。
十．石灰窑的除尘与环保
石灰在煅烧时排放的烟尘中含有大量的有害气体和10微米以下的粉尘，粉尘中又包含SO2; F2O3; AIO3等。这些有害气体和粉尘对人体的危害很大，如果人们长期吸入会引起支气管和肺部等呼吸性疾病，幼儿更为严重，而且飘浮在空中的粉尘中还含有致癌物质，若24小时呼吸平均浓度超过150毫克/立方的有害粉尘对人体会造成致命危害。新技术石灰窑，它的主要优点是除能耗低、产量高、质量好外，最大的好处是便于除尘。因为它整个煅烧过程是相当于在一个密封容器中进行，它的烟气可从窑顶烟气管道排出，通过除尘净化，然后达到无害、无污染的达标排放。
十一．自动化控制
自动化控制是新技术石灰窑的重要特点，它的上料，配料、供风、供气、卸灰都是通过电脑自动化控制完成。但也要考虑国情,厂情和价值成本,也不是自动化程度越高越好.应以最终效果为原则.
对新技术石灰窑的推广，首先要解决观念问题和认识问题。是形式的需要，社会的需要，也是企业效益的需要。
十二、石灰生产中的常见问题及解决办法
石灰生产是碳酸钙生成氧化钙的一个比较复杂的热分解反应过程，由于窑型不同，设备配置不同，原料质量和成分有别，燃料种类和热值也各不相同，所以在煅烧中会出现各种各样的问题和故障，以下是对常见问题和故障的分析和处理方法：
1、 生烧的原因及处理：主要包括三个方面，
⑴、 粒度太大：石灰石煅烧的速度取决于石灰的料度与石灰石表面所接触的温度。但在一定温度下，则石灰石的煅烧速度取决于石灰石的粒度。料度越大，煅烧速度越慢。这里由于石灰的导热系数小于石灰煅烧的进行，石灰层的厚度逐渐增加，热量越难进入石块内部，煅烧速度也慢。所以大块石灰石往往存在夹心，生烧石灰首先就是这个原因。普通竖窑粒度应控制在40-80mm为好，窑容大的可放宽到50-150mm，为节约石灰石成本也可专门用小石料，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司近年设计了碎石煤粉石灰窑专门烧小粒径的石灰也取得了可喜成绩。我公司目前节能窑采用的矿石粒度是80-150mm，配烧的碎石为20-40mm。
⑵、 燃料比例小或燃料热值低。混烧窑用燃料的配比与窑的技术性能有关，我公司的岩前灰粉车间及明溪2座节能型新窑目前的煤比基本上可以达到145公斤/吨灰左右，居于国内同类型窑的前列。国内河北唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司设计的节能环保混烧石灰窑窑型由于引进了日本及德国的先进技术，窑形设计较科学相对煤比非常低，每烧一吨石灰目前部分先进窑型已突破125公斤以下，混烧窑用煤一般要求热值在5500大卡以上。燃料的粒度要有一定的控制，用末煤时要适当加水。
⑶、 供风不合理，石灰窑内的石料是靠燃料燃烧加温煅烧的，而燃料是依靠氧气（空气）燃烧的，任何燃料的燃烧必须具备三个条件包括燃料、氧气、明火缺一不可，而且是风大火大、风匀火匀，除燃料有一定比例的量以外就是供风的合理性了，在窑内断面上有的局部风量大有的风量小，风大的地方烧好了可风小的地方自然就出现生烧。因此在窑型设计上对供风特别重视，为使供风合理，除供风要在一定的高度外国内有些公司还特别研究制造了可以在窑内能够均匀给风的计算机仿真风帽，它可使风均压、均量鼓在整个窑的断面上使燃料得于均匀燃烧，提高竖炉石灰窑的生产率及所生产的石灰的活性度。应用二维数学模型对竖炉石灰窑进行模拟研究，结果表明竖炉石灰窑生产率及所生产的石灰活性度低是炉内气流分布不合理所致，而气流分布的不合理性反映了竖炉原石灰窑计算机仿真风帽在结构上的缺陷，针对这一问题国内多名专家对竖炉石灰窑的风帽结构进行了改造,采用的措施是在风帽顶部设置专用风道，打通中心气流，目的是消除或抑制竖炉石灰窑的中心卷吸所产生的生烧现象，风帽结构改造后石灰窑内的气流分布大大改善，所生产的石灰的活性度较风帽结构未改造的同类型石灰窑所生产的石灰的活性度提高了15以上。
2、过烧，生石灰质量的好坏，一是要看其中氧化钙、氧化镁的含量多寡，二是要看生石灰的生过烧率，生烧就是其中部分石灰石没有完全分解，过烧则是石灰石煅烧过渡，使生石灰致密，也称过火石灰或死烧石灰。这一部分生石灰活性低，难于在后面的生产中分化，普通石灰石，正常的燃烧温度为l000一1200℃，过烧灰通常是燃烧温度过高、时间长，表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色烧成了黑色，块容增大，自然是过烧。过烧的处理当然首先是考虑燃料的配比是否过大，应调整到合理配料当然配煤量要充分考虑煤的质量，同时也要调整供风与之适应，控制煤比及使燃料在炉内布置均匀的主要方法是合理使用旋转布料器，国内河北唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司设计的多点旋转布料器充分吸纳高炉布料原理，所设计制造的旋转布料器可以实现单点、多点、正向、反向等布料操作，尤其设计的炉内布料撒播器可以实现象农业中的播种机一样控制物料料流、料量，使燃料料层薄而且均匀得布料，使燃料与原料充分混合而且布料均匀、燃烧充分。
3、除上述几种情况外操作上的几种问题原因及处理。
一、煅烧区上移，普通竖窑的煅烧带在窑体的中间若发现顶温升高，灰温降低，CO2含量相应降低，风量大，过剩氧增加，这就是煅烧带上移了，煅烧带上移后使燃料在窑上部提早燃烧。当炉料降至煅烧带时燃料已没有了火力，石灰生烧量自然增加，顶温控制偏高或入窑燃料偏碎且过早燃烧。风压风量偏大，或石灰石粒度偏大，通风顺畅，卸灰量不平衡，也是煅烧区上移的原因。最终形成生烧大。遇到这种情况时应：
（1）减少风压风量使火层下移，如顶压偏低可适当加顶压。（2）加大卸灰量，适当增加燃料比，补充未恢复正常时顶温偏高造成的热损失，正常后调整为正常值。（3）检查调整原燃料粒度。如燃料粉末限含量过多，则可适当加水使之饱和，使之增加与石料的粘结度以延缓燃料燃烧时间。
二、煅烧区下移，当发现顶温低，灰温升高，严重时风火并风未燃尽燃料。石灰同样生烧增加，同时CO2浓度降低这就说明煅烧带下移了。这种情况原因主要是风量小，上石量多，卸灰量大，使混料下移速度快，而冷却带缩短，空气未能到足够预热便进入煅烧带，而使碳酸钙分解数量减少，CO也相应降低。造成石灰生烧量增加。另外是原料偏碎或粒度偏差大，窑内阻力增加，此时风压不低，但实际风量不够。遇到这种情况时应适当减少装石量和卸灰量，适当增加风量，如此时顶压过大，可适当减小料批，改变原料偏碎的情况，适当增加大粒块比例，减少粒级差，使窑内阻力减小。调整燃料和石料块度使之符合工艺要求。
三、煅烧区延长，煅烧区延长会造成顶温，灰温均偏高，CO2下降，石灰生烧量同样增加，严重时窑顶上火下出红灰，也就是两头见红。窑内生成瘤块或局部通风不良，原因是燃料比过大，石灰石均匀性差，窑内生成瘤块或局部通风不良。同时窑内有结瘤或窑壁挂料，通风偏析，结瘤或挂料处阻碍物料不能正常下落和通风不良。由于瘤块在物料流动的冲击下脱落，也会使煅烧区一定时间延长。出现这种情况时应适当减产，调整原料粒度，减少燃料比适当增加风量。暂时降低料层高度后再加料恢复到正常料面。
四、结瘤，结瘤是混烧窑包括气烧窑最大的故障，这时可发现（1）灰温常时居高不下，卸出石灰同时出现生烧，窑气CO2含量较长时间偏低（2）料面高度与卸灰量不匹配，物料在窑内停留时间缩短，但卸灰时间延长，灰中混有未燃尽的燃料和未煅烧的石灰石出现形成生灰。它的原因主要是（1）燃料配比过高，或燃料中杂质成分过多，生成易熔物。（2）配比虽不高但燃料局部集中，煅烧强烈形成窑壁挂料（3）停电或长时间不能正常生产，高温带在窑内滞留时间过常或有杂质成分存在时易形成瘤块。遇到这种情况时应该(1) 调整燃料配比,调整风压顶压.减少原燃料杂质含量。（2）减少上料量或加大卸灰量，降低料面高度，使瘤块或挂料露出，经降温和上料冲击使其脱落。严重时采取小爆破措施。（3）改变原燃料混合及布料不均现象，避免局部燃料过多。（4）增加上料和卸灰频次，以使物料增加流动次数，避免产生粘邦挂料现象。
五、偏窑，偏窑时从窑顶可发现料面倾斜单边下料快，观察火层单边火层发暗，说明料面火层温差较大。从窑下可见卸灰时局部或单边出灰快，此处灰温高有时出红灰。形成的原因主要是（1）混料布料不均或卸灰不均，窑内局部结瘤，造成局部通风偏析。这种情况解决布料很关键，充分合理使用唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司设计的多点旋转布料器有好的布料效果对避免偏窑有很好的作用。（2）卸灰设备调节不当造成卸灰不平衡。（3）窑形结构不合理冷却段到下灰段角度过小局部形成死角下料不畅。这种情况应该（1）改变原燃料混合或卸灰不均状况，当判断窑内有局部结瘤时应采取措施先行处理。严重时还可考虑修改窑内结构。（2）碎料多布于上料快部位，暗火部位多布大块，使上火快部位增加风阻。
六、气烧窑常见问题：
气烧窑除上述常见问题和混烧窑大至相同，它的关键是对燃烧火焰温度的调节。气烧火焰一般要按照不同气体的成分、热值进行空气和煤气量的配比和压力的调整。高热值煤气常见问题是过烧，低热值煤气常见问题则是生烧，但出现生烧和过烧也必须作具体分析，使用高热值气的生烧很多是因过烧引起的，由于煤气热值高火焰一出烧嘴就行成很高的温度致使烧嘴周围烧结阻挡了火焰深入进去由此必然使窑中心形成生烧或者说由于煅烧温度调节不当首先将石灰石表面烧结成了一层硬壳从表面看是过烧实际则内部是生烧。这些问题与窑型和所用燃烧器有直接关系，国内有些设计单位为使用高热值煤气如焦炉煤气、电石尾气、天然气等专门设计了高热值长火焰燃烧器，同时在普通竖窑基础上设计出了多种特定窑型如哑铃形，横梁引风型，针对高热值煤气设计的本窑产生的二氧化碳稀释高热值煤气减少过烧也有很好的效果。