立窑煅烧石灰石时区的划分

立窑煅烧石灰石时区的划分 用无烟煤在立窑中煅烧石灰石时，窑内物料和气体的温度是：窑的上部和下部低、窑中部高。根据窑内物料和气体所经历的物理、化学过程的不同，可以沿窑的高度自上而下将窑分为3个区：预热区、煅烧区和冷却区。 一、预热区 预热区位于窑的上部，约占窑的有效高度的1/3左右。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下从常温升高到900℃，而从下一区（燃烧区）上升的气体（窑气）则自下而上约900℃降低到约120℃。物料在从常温升高到约900℃的过程中，物料中的水分（游离水和结晶水）被完全蒸发掉，石灰石中的碳酸镁已全部分解，石灰中的碳酸钙的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面也开始分解，煤中所有有机物质和部分矿物质已分解，所以在该区哦料所经历的主要过程是干燥和预热。而气体在从约900℃降低到约120℃的过程中，所经历的主要过程则是增湿和冷却。 如果预热区的高度不够（煅烧区上移），那么汉物料得不到充分的预热和干燥，而且会使气体（窑气）的温度过高。 二、煅烧区 煅烧区位于窑的中部，约占窑的有效高度的1/6。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到约900℃（但石灰石的分解面温度维持在约900℃），并且石灰石变成了石灰、无烟煤变成了煤渣；从下一区（冷却区）上升的气体（空气）自下而上也是先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到约900℃，并且空气变成了窑气。在该区中主要是物料（无烟煤）中的碳与气体中的氧气进行燃烧反应以及物料（石灰石）中的碳酸钙进行分解反应。 如果煅烧区的高度不够，那么碳酸钙的分解反应就不能充分进行，造成“生烧”；反之，如果煅烧区的高度过高，那么在碳酸钙的分解反应充分进行之后，石灰石进一步烧结，造成“过烧”。 三、冷却区 冷却区位于窑的下部，约占窑的有效高度的1/2左右。在该区中物料（石灰和煤渣）自上而下从约900℃降低到约60℃，而气体（空气）则自下而上从常温升高到约900℃。物料在从约900℃降低到约60℃过程中，煤渣中剩余的碳不再燃烧，石灰石中剩余的碳酸钙也不再分解，所以在该区中物料所经历的主要过程是冷却。而气体（空气）在从常温升高到约900℃的过程中，气体所经历的主要过程则是预热。 如果冷却区的高度不够（煅烧区下移），那么不仅气体（空气）得不到充分的预热，而且会使物料的温度过高。 各个区段的位置和高度并不是恒定的，因为物料（石灰石和无烟煤）的形状、粒度和配比以及气体（空气）的流量，都会使各区段的位置和高度发生变化。而且各区段的界段也难以准确地划分，因为形状和粒度不均匀的物料会使区段的界限模糊。 预热区和冷却区都是热交换区，预热区中气体（窑气）温度高，将热量传递给温度低的物料（石灰石和无烟煤）。冷却区中物料（石灰和煤渣）温度高，将热量传递给温度低的气体（空气）。这样就可以达到高的热效率。如果预热区和冷却区的高度足够高，而且窑体的保温层足够厚，那么热效率可以达到80%以上。 石灰石的煅烧过程可分为下列4个步骤： （1）开始分解前的热胀，石灰石从常温升高到约900℃时，其体积会因受热而有所膨胀。 （2）碳酸钙的分解当石灰石表面的温度达到或超过碳酸钙的分解温度898℃时，石灰石中的碳酸钙就开始分解，所需分解时间取决于石灰石的粒度和煅烧区的温度。分解期间，分解面由石灰石的表面向内部移动，生成的石灰附着于尚未分解的石灰石上，生成的CO2从石灰石中逸出。分解反应结束后，石灰的体积与开始分解前石灰石的体积相差很小，由于分解时有约44%的CO2从石灰中逸出，因此分解反应结束后的石灰是高度疏松的固体。 （3）石灰的烧结分解反应结束后，如果生成的石灰还在煅烧区，则石灰中的CaO晶体就会继续长大，石灰的体积就会缩小，从而使石灰烧结。 （4）石灰的冷缩石灰从约900℃降到60℃时，其体积会因受冷而有所收缩。石灰烧结后，其活性度会显著降低。所以应尽量避免石灰的烧结。 煅烧工艺条件 一、煅烧温度 提高煅烧区的温度是提高立窑生产能力的有效办法。由碳酸钙分解反应的动力学可知，煅烧温度越高，碳酸钙的分解反应面（简称分解面，即已生成的氧化钙与未分解的碳酸钙之间的分界面）向内部移动的速度也越快。分解面向内部移动的速度只是煅烧温度的函数，而与碳酸钙的粒度无关，所以石灰石的煅烧时间（碳酸钙的分解面从石灰石外表面移动到石灰石中心的时间）与石灰石的粒度成正比。 分解面移动速度与煅烧温度的关系数据列于表1-1中。由表可知，当煅烧温度由1050℃升高到1150℃时，分解面向内部移动的速度增加一倍；当煅烧温度由1050℃升高到1200℃时，分解面向内部移动的速度增加二倍。 表1-1分解面移动速度与煅烧温度的关系 煅烧温度，℃ 分解面移动速度，cm/h 煅烧温度，℃ 分解面移动速度，cm/h 950 0.5 1100 1.4 1000 0.75 1150 2.0 1050 1.0 1200 3.0         石灰石的煅烧时间与石灰石粒度的关系如图1-1所示。由图可知，120mm的石灰石，温度为1000℃时，煅烧时间为8.6h；温度为1050℃时，煅烧时间为6h；温度为1150℃，煅烧时间为3h。50mm的石灰石，温度为1000℃时，煅烧时间为3.2h；温度为1050℃时，煅烧时间为2.5h；温度为1150℃，煅烧时间为1.25h。因此，提高煅烧区的温度是提高立窑生产能力的有效办法。 由式1可计算出煅烧温度和气体介质向物料的传热系数对一定大小和形状石灰石的煅烧时间的影响。直径为100mm的球形石灰石的煅烧时间与煅烧温度和传热系数的关系列于表1-3中。由表可知，对一定粒度的石灰石，煅烧温度越高，所需煅烧时间越少；传热系数越高（风时越大，传热系数越高），所需煅烧时间也越少。 式中：  t — 煅烧时间，h； R — 石灰石的初始半径，m； q — 分解1m3CaCO3和加热CaO使其中心温度达到煅烧温度所需要的温度，kJ； ts — 块体表面温度，℃； tI — 分解面温度，℃； λ — CaO的热导率，w/(m·℃)； ? — 形状系数，见表1-2； a — 气体向物料的传热系数（a对+a辐），w/(M2·℃)； 表1-2形状系数? 石灰石形状 实验数据 计算数据 致密石灰石 多孔石灰石 球形 2.07 2.62 3.0 立方形 2.04 2.08 2.2 圆柱形 1.78 1.86 2.0 片形 1.00 1.00 2.0         提高煅烧区的温度虽然可以提高产窑的生产能力，但温度过高，不仅容易导致结瘤事故，而且会使得窑气和石灰（含煤渣）的温度过高，从而热损失大，能耗高。所以一般控制煅烧区的温度为1050～1150℃，最高温度不能超过1200℃。 提高煅烧区温度的方法如下： （1）提高配煤率增加无烟煤的用量可使煅烧区的温度升高，但同时可使窑气中的二氧化碳浓度降低，所以提高配煤率是有一定限度的，不能过多地提高配煤率。 （2）加大风量  加大风量不仅可提供充足的氧气，从而可加快无烟煤的煅烧速度，使煅烧区的温度升高，而且可提高传热系数。但同时也可使窑气中的二氧化碳浓度降低，所以加大风量也是有一定限度的，不能过多地加大风量，而应与配煤相适应。 （3）使石灰石的粒度均匀  石灰石粒度均匀可使整个窑截面上的氧气分布均匀，无烟煤煅烧稳定，从而可使煅烧区的温度升高。 表1-3直径为100mm的球形石灰石的煅烧时间 传热系数，w/m2·℃ 煅烧温度，℃ 950 1000 1050 1100 1200 1300 20 11.2 7.2 5.0 3.6 2.7 1.9 40 7.1 4.2 3.1 2.3 1.7 1.1 60 5.2 3.2 2.2 1.7 1.15 0.7 80 5.0 3.0 2.05 1.5 1.0 0.6 100 4.2 2.7 2.0 1.3 0.85 0.55 120 3.9 2.5 1.9 1.1 0.7 0.5 140 3.7 2.3 1.7 1.05 0.6 0.45 160 3.2 2.2 1.5 1.1 0.6 0.4               二、石灰的粒度 在相同的窑容积和煅烧温度下，立窑的生产能力，在很大程度上取决于石灰石的粒度。石灰石的粒度越小，其预热、煅烧和冷却所需时间越短，即石灰石在立窑中所需的停留时间就越短。球形石灰石在立窑中所需的停留时间与石灰石粒度的关系列于表1-4中。 表1-4球形石灰石在立窑中所需停留时间与石灰石粒度的关系 粒度，mm 停留时间，h 预热区，mm 煅烧区 冷却区 整个窑 50 1.51 3.60 1.10 6.21 100 3.50 8.60 3.00 15.1 150 5.80 15.0 5.60 26.4 200 8.60 22.7 8.80 40.1 250 11.7 31.8 12.7 56.2 300 15.0 42.1 17.1 74.8           由表1-4可知，200mm球形石灰石在立窑中所需的停留时间为40.1h，100mm球形石灰石在立窑中所需的停留时间为15.1h，50mm球形石灰石在立窑中所需的停留时间为6.21h。因此，在相同的窑容积和煅烧温度下，煅烧200mm球形石灰石所需时间是煅烧50mm球形石灰石所需时间的6.46倍，也即煅烧50mm球形石灰石的生产能力是煅烧200mm球形石灰石的生产能力的6.46倍，由此可见，减小石灰石的粒度是提高立窑的生产能力的有效办法。 另外，从图1-1也要以看出，在相同的煅烧温度下，石灰石的粒度越小，所需的煅烧时间也越短，所以减小石灰石的粒度可以提高立窑的生产能力。 减小石灰石的粒度可以提高立窑的生产能力，但石灰石的粒度过小，会阻碍立窑的通风量，反而使立窑的生产能力下降。立窑内的气相阻力在很大程度上取决与小块石灰石的多少，根据实际操作数据，在立窑的较大负荷下，当石灰石粒度为80～120mm时，每米立窑高阻力为80～100Pa（即有效高度为25m的立窑的阻力约为2500Pa）。石灰石粒度减小，阻力随之增加。当石灰石粒度为30mm时，每米立窑高阻力约为1200Pa。在煅烧区底部的石灰粒度，由于煅烧、碰撞和摩擦等原因，比石灰石的粒度减小20%，而且还有大量的石灰粉末，这就使气相阻力大大增加。气相阻力过大，不仅动力消耗大，而且会使气体在整个立窑截面上分布不均匀，从而降低立窑的生产能力。因此，当采用机械方法预处理石灰石时，石灰石的粒度应在75～150mm范围之内，最小不低于50mm，最大不超过200mm；而当采用手工方法预处理石灰石时，石灰石的粒度可定在100～200mm或150～250mm范围之内，最大不超过300mm。 此外，石灰石的粒度应均匀，如果石灰石粒度大小过分悬殊，那么小块石会“过烧”（石灰被进一步烧结，难以消化），大块石灰石会“生烧”（石灰中尚含有未分解的石灰石）。而石灰石在立窑中所需的停留时间应取决于大块石灰石的粒度，从而延长了整个石灰石在立窑中的停留时间，降低了立窑的生产能力。 三、石灰石的形状 石灰石的形状不同，其煅烧时间也不同。由式1可知，石灰石的煅烧时间与其形状系数成反比。又由表1-2可知，球形石灰石的形状系数为3.0，是的有形状系数中最大的，所以球形石灰石的煅烧时间最短。 四、无烟煤的粒度 无烟煤的粒度不同，其在立窑中的燃烧时间也不同。由于细粒无烟煤的比表面积比粗粒无烟煤的大，受热面积也大，所以细粒无烟煤比粗粒无烟煤燃烧得快。若无烟煤的粒度过小，则无烟煤在煅烧区的上部即已烧完，使煅烧区中下部的石灰石得不到完全分解所需的热量，从而使石灰生烧量增加；无烟煤的粒度过小还会造成立窑的透气性差、通风不良，使得气相阻力增加，鼓风压力需相应提高，电耗也随之增加；部分碎粒还可能被气流吹走或顺着物料中的孔隙漏掉，使窑气中粉尘含量增加或冷却区温度升高以及增加机械不完全燃烧损失。若无烟煤的粒度过大，则无烟煤来不及在煅烧区内完全燃烧而转移到冷却区，造成煅烧区下移，物料冷却不下来，来不及燃烧的那部分无烟煤和石灰一起卸出，从而使石灰过烧量增加，出料温度升高，无烟煤的消耗增加；在一定的配煤率下，无烟煤的粒度过大还会使无烟煤分布不均匀，致使石灰石受热不均匀，从而导致“生烧”和“过烧”。所以无烟煤的粒度应使其燃烧时间与石灰石的燃烧时间相适应，而石灰石的煅烧时间主要取决于石灰石的粒度，因此石灰石的粒度较小，无烟煤的粒度也因较小，反之，石灰石的粒度较大，无烟煤的粒度也应较大，当石灰石的粒度为75～150mm时，无烟煤的粒度应为20～40mm，若采用焦炭，则其粒度可按冶金焦炭的分级 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 采用25～40mm；当石灰石的粒度为100～200mm或150～250mm时，无烟煤的粒度应为40～70mm。 另外，无烟煤的粒度也应均匀，否则会引起“生烧”和“过烧”。 五、配煤率 100kg石灰石所配的无烟煤的质量（单位为kg）称为配煤率。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。要从理论上来计算配煤率，还涉及无烟煤的热值、CaCO3的分解热和窑的保温能力等，过程繁杂，且偏差较大，简单而有效的方法是由实际生产来确定，当出现“生烧”，则配煤率偏低；当出现“过烧”，则配煤率偏高。配煤率过高，则窑气中CO2浓度低，而且会使石在石“过烧”，甚至导致结瘤事故，配煤率过低，则会使石灰石“生烧”。当无烟煤中固定炭含量为78%～82%，配煤率为100:12～100:15。 六、装窑方法 装窑方法有混合和分层两种，其中混合装窑法采用较多。混合装窑法（机械窑）是将石灰石与无烟煤混合均匀后再装入窑内。混合装窑法的优点是石灰石和无烟煤混合比较均匀，较适合于配煤率小，一次加入燃烧量不多的立窑。分层装窑法是一层石灰石一层无烟煤地装入窑内。分层装窑法的优点是便于调节无烟煤在窑截面上的分布状态，较适合于配煤率大的立窑。采用分层装窑法时，石灰石层的厚度可取为120～150mm，对于难煅烧的石灰石或粒度较小的石灰石，石灰石层的厚度可薄些，反之可厚些。但对窑顶为负压的立窑，为了减少窑顶料钟的开启次数，石灰石层的厚度可取厚些。无烟煤层的厚度则由配煤率确定。 七、风量 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。下面以1kg固定碳为80%的无烟煤为例，求其完全燃烧所需的理论空气消耗量： C　+　O2 → CO2 12    32 0.8    Ｘ X＝32×0.8/12 = 2.1333kg 即1kg无烟煤完全燃烧需要2.13kg的氧气。此氧气的标准体积（0℃，0.1MPa）为： Ｖ氧＝（2.1333/32）×22.414＝1.4943m3 所以1kg无烟煤完全燃烧需要的理论空气量为（0.2095为空气中氧气的摩尔分率）： Ｖ1＝1.4943/0.2095＝7.1325m3 若取配煤率为100:15，则煅烧1kg石灰石需要的空气量为： Ｖ2＝7.1325×15/100m3 若每天煅烧48t石灰石，则每分钟需要的理论空气量为： Ｖ3＝7.1325×15/100×1000×48/（24×60）＝30.6625m3/min 上式结果是每分钟需要理论空气量，实际空气量应比理论空气量稍大，一般取空气过剩系数为1.05～1.10风量过小，无烟煤不能完全燃烧，使窑气中CO浓度升高，CO2浓度降低；使煅烧区温度下降，生烧量增加；使煅烧区缺氧，无烟煤在冷却区继续燃烧，其结果是煅烧区下移，无烟煤的消耗增加。风量过大，虽然无烟煤能完全燃烧，但由于空气中过量的氧气及带入氮气，也使窑气中的CO2浓度降低；使空气不能预热到所需温度，也使煅烧区温度下降，生烧量增加；使预热区的氧气浓度增加，无烟煤还没有降到煅烧区就开始燃烧，其结果是煅烧区上移，窑气温度升高，窑气带走热量增加，也使无烟煤的消耗增加。便在选购鼓风机时，其风量应比理论空气量大一倍左右，以适应风量的变化。 八、风压 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，应根据立窑内的料层阻力来确定，而影响料层阻力的因素多，理论计算所得的料层阻力往往与实际生产情况有很大的出入，因此正确确定风压，使其符合实际生产情况，是件复杂的工作。在设计和生产中厂通常是根据实际生产的数据来确定鼓风机的风压。当石灰石的粒度为75～150mm、无烟煤的粒度为20～40mm时，每米料层的阻力可考虑为117.68～245.18Pa。对有效高度为20m的立窑，一般进立窑的风压约为5KPa（表压）。如石灰石和无烟煤的粒度较小，则需增高风压。 九、窑顶出气压力 窑顶出气压力应维持正压，以免空气漏入窑气中，使窑气中CO2浓度降低。但压力过大，则鼓风机的电耗增加。一般窑顶出气压力应维持在147.11～294.21Pa。 十、出气、出料温度 窑顶出气及窑底出料温度均应较低。出气温度应控制在120℃左右，不应超过150℃，出料温度则就控制在60℃左右。不应超过80℃。出气和出料温度高，则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。 十一、碳酸钙的分解率 投入立窑中的全部碳酸钙（CaCO3）分解为CaO和CO2的百分数，称为碳酸钙的分解率，或碳酸钙的分解度。 由碳酸钙的分解反应： 可知，每分解100.09kg CaCO3，就可以得到56.08kgCaO和44.01kg CO2。设投入立窑中的碳酸钙并不全部分解，从窑内卸出的石灰中尚未分解的碳酸钙。设100kg石灰中含有a kg　CaO，b　kg CaCO3，则已分解的碳酸钙为Ｘ＝100.09a/56.08kg，为获得100kg石灰需投入的碳酸钙为已分解的碳酸钙加上未分解的碳酸钙，即（100.09a/56.08+b）kg。 所以碳酸钙的分解率可用下式计算： 碳酸钙的分解率＝分解的碳酸钙 / 投入的碳酸钙 ＝〔（100.09a/56.08）/（100.09a/56.08+b）〕×100% 例：若石灰中含有88%的CaO和9%的CaCO3，则 碳酸钙的分解率＝〔（100.09×88/56.08）/（100.09×88/56.08+9）〕×100%＝94.58% 理论上，碳酸钙的分解率越高越好，因为这样可以降低石灰石的消耗。然而，当碳酸钙的分解率接近100%时，石灰已是微量过烧，由于微量过烧石灰的活性度（与水反应的速度）较差，所以实际上使石灰稍生烧，一般控制碳酸钙分解率94%～96%。维持高碳酸钙分解率的条件如下： （1）配煤率适当，使碳酸钙充分分解。配煤率不能过低或过高，过低则生烧，使碳酸钙的分解率低；过高则过煤和结瘤，且使窑气中CO2浓度降低。 （2）碳酸钙在煅烧区有足够的停留时间。不要使窑超负荷运行，且加料与出料保持均衡，以保证有足够的时间碳酸钙分解充分。 （3）煅烧温度不能过低。应用足够的风量加速窑内无烟煤的燃烧。 十二、窑气中CO2含量 窑气中CO2含量越高，石灰乳所需碳化时间就越短，碳化塔的生产能力就越大，所以窑气中CO2含量越高越好。窑所中CO2质量百分数可由下式求出： 式中：Ｆ— 配煤率； ω（CaCO3）、ω（MgCO3）— 分别为石灰石中CaCO3和MgCO3的质量分数，%； ω（C）— 无烟煤中固定碳的质量分数，%； 0.2095 — 空气中氧气的摩尔分数。 例：若石灰石中含CaCO397%、MgCO31%，无烟煤中含固定碳为80%，配煤率为100:15， 以上算出的CO2含量是理论含量。由于窑气中还有无烟煤的挥发分和过量的氧气以及漏入的空气等，因此窑气中CO2的实际浓度远比其理论浓度低。在河北省井陉县经多家钙厂的测试实验浓度只有20%～25%。 维持窑气中CO2浓度高的条件是：选用低挥发份的无烟煤；减少热损失，降低配煤率；使空气过剩系数尽可能低；窑顶出气压力维持正压，以免空气进入窑气中。