1、石灰石的预处理和煅烧

煅烧：活性石灰生产1、石灰石的预处理2、煅烧原理3、煅烧石灰石的区段划分4、煅烧的工艺条件5、煅烧的工艺流程6、回转窑煅烧系统工艺及结构根据石灰石的形状和粒度的大小以及污染情况等各项入窑煅烧的理化指标，必须对石灰石进行预处理。达到理化指标的石灰石可直接进入生产车间准备煅烧，不达到要求要求的石灰石就要进行预处理。一般预处理的方法是破碎、清洗和分级。1、对石灰石进行破碎以达到煅烧的要求；2、对石灰石进行清洗以保证产品的质量；根据产品质量的要求以及石灰石的污染情况，对石灰石用水进行清洗。3、对石灰石进行粒度分级以保证煅烧的质量。破碎：常用设备有颚式破碎机、冲击式破碎机和回旋式破碎机；常用的二级破碎设备有锤式破碎机、反击式破碎机和辊式破碎机。清洗：常用的洗石设备是转筒洗石机。净水从出料端引入，脏水从进料端排出，因而洗石过程是逆流的。清洗后的石灰石表面附有一层脏水膜，可在振动筛或运输设备上喷水除去。分级：根据煅烧的工艺条件，对石灰石的粒度有一定的要求，所以，破碎和清洗后的石灰石必须进行分级。不符合要求的另作他用。常用的分级设备是振动筛。被煅烧的物料是：石灰石。石灰石的主要成分是碳酸钙CaCO3，少量的碳酸镁MgCO3以及一些二氧化硅SiO2，三氧化二铝Al2O3和三氧化二铁Fe2O3杂质。煅烧时，主要是石灰石中碳酸钙CaCO3和碳酸镁MgCO3的分解反应，无烟煤中碳C的燃烧反应和氧化物的结瘤反应。煅烧中提供热源的燃料有：煤炭，煤气，天然气等。我们选用的是无烟煤，其特点是密度大，含碳量高，挥发分少，发热量大（约29308KJ/kg），灰分少，含硫量低。煤的主要可燃性元素是：碳，其次是氢。影响燃料完全燃烧并释放高温的因素之一是空气的存在和使用。空气由78%的氮和21%的氧，以及少量的二氧化碳和二氧化硫等组成。有效助燃的成分是氧气。在煅烧过程中，必须有足够的空气参与燃烧。一是为了保证燃料能完全燃烧释放足够的热量，二是控制因氧气不足燃料不完全燃烧生成的一氧化碳。分解反应式为：CaCO3===CaO+CO2↑-176.6kj该反应具有以下特点：1、是多相反应：固体煅烧后生成固体和气体。2、是可逆反应：3、是吸热反应：碳酸钙分解需要吸收热量。△通过计算可以得知，在常压下，温度高于530℃时，碳酸钙分解出CO2的压力等于空气中CO2的压力；在898℃时，碳酸钙分解出CO2的压力等于空气的压力；因此，把898℃称为碳酸钙的分解温度。温度越高，碳酸钙分解CO2就越剧烈。碳酸钙的分解速度用分解反应面的移动速度来表示。分解反应面是指已分解的氧化钙和未分解的碳酸钙之间的分界面。反应速度与粒度无关，与温度有关。温度越高，反应速度越快。因此，一定粒度的石灰石，煅烧温度越高，反应速度越快，煅烧时间也就越短。分解反应式为：MgCO3===MgO+CO2↑碳酸镁的分解温度为640℃。氧化镁的活性低，因此，氧化镁基本不参与其他杂质反应，对煅烧过程影响不大。△无烟煤的主要组成部分是碳C，其次是氢H，并含有少量的氧O2，氮N2，硫S。碳和氢是主要可燃性元素。氮基本不参与燃烧。氧会与碳和氢形成氧化物使之失去可燃性。硫是极为有害的物质，在燃烧后生成的SO2,SO3会危害人体健康和造成大气污染，并造成金属氧化、脱碳、腐蚀。硫进入金属还会造成金属的物理力学性能变坏。碳燃烧过程的反应式：C+O2→CO2↑----------氧气充足时的主要反应2C+O2→2CO↑-----------氧气不足时的主要反应2CO+O2→2CO2↑--------------一氧化碳的氧化反应CO2+C===2CO↑--------------二氧化碳的还原反应碳燃烧的热力学：根据碳燃烧的热力学得知，在碳的实际燃烧，氧气充足时，反应生成的CO会和氧气O2继续反应生成CO2。所以氧气充足时碳燃烧得到的气体中CO是少量的。碳燃烧的动力学：影响碳燃烧反应速度的因素：1、碳与氧气的化学反应速度；2、氧气向碳表面扩散的速度。实际生产中，碳的燃烧反应都是在高温下进行，所以碳燃烧反应的速度受扩散速度的控制。碳燃烧的动力学：加快碳燃烧反应速度的办法：1、减小无烟煤的粒径，增加气固相接触面积；2、通过增加空气量来提高气体中氧气浓度加大扩散的速度；3、通过鼓风机增加空气量的同时也提高空气流速，减小气膜厚度。碳的实际燃烧过程：氧气充足时，碳与氧气先进行碳的完全燃烧反应C+O2→CO2↑，然后生成的CO2与上部赤热的碳进行CO2的还原反应CO2+C==2CO，之后产物CO又与氧气进行CO的氧化反应2CO+O2→2CO2↑。由于上述的CO2还原反应比CO氧化反应的反应速度慢得多，还原反应生成的CO立即与氧气氧化生成CO2；当上部的碳温度下降时，还原反应的速度慢慢减小，而氧化反应的速度却没有减弱，所以，氧气充足时燃烧得到的CO是少量的。氧化钙的结瘤是指在煅烧过程中，温度达到800℃以上时，二氧化硅，三氧化二铝和三氧化二铁等杂质会与氧化钙反应生成熔点低而又粘稠的硅酸钙，铝酸钙，铁酸钙，铁铝酸钙等半融物质，这些物质会把石灰石粘成大块并烧结成瘤块，部分会黏在窑壁上，形成结瘤事故。硅酸钙的生成：SiO2+xCaO=xCaO·SiO2铝酸钙的生成：Al2O3+xCaO=xCaO·Al2O3铁酸钙的生成：Fe2o3+xCaO=xCaO·Fe2O3铁铝酸钙的生成：Al2O3+Fe2O3+xCaO=xCaO·Al2O3·Fe2O3亚硫酸钙的生成：S+O2=SO2SO2+CaO=CaSO31、会使煅烧紊乱，使石灰石或烧成的石灰粘在窑壁，形成结瘤或者结圈，造成石灰的生烧或者过烧。2、会覆盖在烧成的石灰表面，降低石灰的消化性能。石灰窑在煅烧石灰石时，窑内的物料和气体在不同的区段有不同的温度和发生不同的反应。根据物料和气体所经历的物理、化学过程的不同，将石灰石在窑内煅烧分为三个区段：1、预热区2、煅烧区3、冷却区1、窑内燃烧产生的烟气将该区域内的物料预热至900℃左右；2、物料中的水分被完全蒸发掉；3、碳酸镁完全分解并释放出二氧化碳；4、碳酸钙受热膨胀龟裂，表面部分开始分解反应；石灰石持续受热，继续分解，并且速度加快；煅烧区温度不够，碳酸钙不能完全分解，造成生烧，反之，碳酸钙完全分解后继续在煅烧区停留，石灰会进一步烧结，造成过烧。过烧石灰不仅浪费原料，降低窑产量，而且本身质量变差，严重影响纳米碳酸钙的产品质量。生烧：就是石灰石在煅烧过程中，内部温度没有达到898℃，碳酸钙没有完全分解就被冷却卸出，这样的石灰就是生烧石灰，也叫轻烧石灰。其特点是白度高，活性好，体积收缩性小，易消化，消化后的氢氧化钙悬浮粒子小，生产出来的PCC或纳米碳酸钙的沉降体积值高等。过烧：就是石灰石在煅烧过程中，内部温度达到898℃，碳酸钙完全分解后继续停留在煅烧区，使得温度持续升高，这样就容易产生过烧石灰，也叫死烧石灰。其特点是结晶单元逐渐规则排列整齐，体积比生烧石灰的体积缩小43%，且表面发黑，具有硬度大，密度大，活性差，消化后的氢氧化钙粒子粗，生产出来的PCC或纳米碳酸钙的沉降体积值小等。烧成的石灰离开煅烧区，或者煤中的碳不再燃烧，石灰石中的碳酸钙不再分解且温度开始下降，这个区段物料经历的过程主要是冷却。而本阶段的的气体因为在冷却石灰的同时进行热交换后升温，升温后的气体导入窑中作为二次风参加燃烧。1、开始分解前的膨胀；2、碳酸钙的分解；3、石灰石的烧结；4、石灰的冷缩。石灰石的粒度、形状、装窑方法窑气的温度、压力和密封煅烧的温度、碳酸钙的分解率和二氧化碳浓度无烟煤粒度、配煤率风温、风压、风量出料温度预热区：对流传热。700-900℃煅烧区：辐射为主，传导对流为辅。1050-1150℃冷却区：强制风冷、对流传热。100℃左右煅烧工艺条件有以下：1、煅烧的温度2、石灰石的粒度3、石灰石的形状4、无烟煤的粒度5、配煤率6、装窑方法7、风量8、风压9、窑顶出气压力10、出气、出料温度11、碳酸钙的分解率12、窑气中CO2的含量提高煅烧温度可以提高生产能力，但温度过高容易导致结瘤事故且热损耗高。一般控制煅烧区温度为1050-1150℃。提高煅烧区温度的方法：1、提高配煤率；2、加大风量；3、采用粒度均匀的石灰石。相同的煅烧温度下，石灰石的粒度越小，所需的煅烧时间越短。石灰石的粒度越均匀，所烧成的石灰质量越稳定。名义尺寸相同，各边尺寸比例不同的石灰石煅烧时间球形或者立方形的石灰石煅烧时间最短各边尺寸比1:1:11:1:21:1.5:21:2:31:3:4煅烧时间h11.231.62.22.6无烟煤的粒度应使其燃烧时间和石灰石煅烧时间相适应，而石灰石的煅烧时间主要取决于石灰石的粒度。因此，无烟煤的大小与石灰石的大小成正比。回转窑使用的燃烧器的燃料是煤粉。无烟煤粒度在0.08mm，无烟煤的粒度太小：1、燃烧时间过短，温度达不到，石灰石易生烧；2、造成透气性差，通风不良，增加能耗；3、部分太小的碎粒还可能被吹走或顺缝隙下漏，造成窑气粉尘含量增加或冷却区温度升高等。无烟煤的粒度太大：1、无法在煅烧区内完全燃烧，使得煅烧区下移，容易造成石灰过烧；2、一定的配煤率下，易分布不匀，也易产生生烧或过烧；配煤率就是100kg石灰石所配无烟煤的质量（kg）。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。配煤率过高，则窑气中的CO2浓度低，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。无烟煤中固定碳含量为78%~82%时，配煤率为100:12~100:15。装窑方法有混和装窑法和分层装窑法混合的优点：石灰石和无烟煤混合比较均匀，适合于配煤率小，一次加入燃烧量不多的立窑。分层的优点：便于调节无烟煤在窑截面的分布状态，适合于配煤率大的立窑。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理论空气消耗量。根据计算，如果配煤率为100：15，则煅烧1kg石灰石所需空气量约为1.07m³风量过小：1、无烟煤无法完全燃烧，窑气中CO浓度升高，CO2浓度降低；2、煅烧区温度降低，生烧量增加；3、煅烧区缺氧，无烟煤在冷却区继续燃烧，使煅烧区下移，无烟煤消耗增加。风量过大：1、空气中过量的O2和N2，也使窑气中CO2浓度降低，2、空气不能预热到所需温度，使燃烧区温度下降，生烧量增加；3、预热区O2浓度增加，燃煤提前燃烧，使煅烧区上移，窑气温度升高，空气带走热量增加，使无烟煤消耗增加。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。窑顶出气压力维持在正压，以免空气漏入窑气中，使窑气中CO2浓度降低。如果压力过大，鼓风机的电耗增加。窑顶出气及窑底出料温度均应较低。如果较高的话，窑气和石灰带走的热量就多，从而使热效率降低，配煤率升高，窑气中CO2浓度降低。碳酸钙的分解率是指投入窑中的全部碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳的百分数，也叫分解度。碳酸钙的分解率=分解的碳酸钙/投入的碳酸钙x100%维持高分解率的条件：1、配煤率适当，使碳酸钙充分分解；2、碳酸钙在煅烧区有足够的停留时间；3、煅烧温度不能过低。窑气中CO2含量越高，石灰乳所需碳化时间就越短，碳化塔生产能力就越大。维持窑气中CO2浓度高的条件：1、选用低挥发分的无烟煤；2、减少热损失，降低配煤率；3、使空气过剩系数尽可能低；4、窑顶出气压力维持正压，以免空气漏入窑气中。原料：20-40mm石灰石，0.08mm无烟煤回转窑工艺流程：预处理后的物料由预热器顶部料仓经下料流管导入预热器本体，由回转窑传入的高温烟气将物料预热至900℃以上，使石灰石发生部分分解，再由12个液压推杆依次推入回转窑尾部，经回转窑高温煅烧后再卸入冷却器内，通过风机吹入冷风将物料冷却至100℃以下排出冷却器外输送至石灰贮库。冷却器吹入的空气作为二次空气进入回转窑参与燃烧。