豎式石灰窯用無煙煤煅燒石灰的操作控制

方國強

（安徽華塑股份有限公司，安徽 滁州 233200）

1 概述

某電石公司現有兩臺豎式機械石灰窯，日生產能力約320t石灰，長期以來一直使用焦炭作燃料生產石灰，石灰的產量、質量一直比較穩定。近幾年由于國家能源政策的調控，造成煤炭市場價格的不斷下降，為降低生產成本，給公司的生產和經營增加效益,決定試用無煙煤作燃料生產石灰。從2014年12月開始在兩臺豎式石灰窯試用無煙煤作燃料生產石灰，生產狀況較好，質量優良，各項工藝經濟指標得到有效的控制。

2 石灰石的煅燒原理

石灰石煅燒時發生的碳酸鈣的分解反應是一個吸熱反應。

一摩爾的CaCO3分解的過程可以用以下的方程式表示：CaCO3=CaO+CO2—177.9 kJ

分解1kgCaCO3需要的熱為： 177.9×1000/100 =1779 kJ，若采用發熱值為29650 kJ／kg的焦炭作燃料，則理論上分解1kg石灰石需要0.06 kg焦炭(干基)。實際的消耗稍大，這取決于被煅燒的原料的性質和窯的構造。由于窯頂廢氣帶走的熱，窯壁損失的熱，卸出石灰帶走的熱，焦炭燃燒不完全或沒有燃燒而被卸出的焦炭等損失，需要焦炭約0.07～0.09kg。

3 焦炭和無煙煤的質量、特點

3.1 質量

某公司采購的無煙煤分析結果列于表1。

表1 分析數據

3.2 特點

1)無煙煤固定碳含量及發熱值都比焦炭低，無煙煤揮發份高，其組成中有可燃成分，無煙煤揮發物所帶走的熱損失比焦炭高。

2)無煙煤灰份組成常變化，有時易熔，有時難熔，易熔灰份與石灰石中的雜質易結瘤，造成煅燒操作上的困難。

3)和焦炭相比，無煙煤燃點較低，強度差，和石灰石混合及布料過程中易碎，造成窯體內物料層阻力大及煅燒區出現異常。

4 方案制定

該公司建廠以來一直使用焦炭作燃料生產石灰，對使用無煙煤作燃料生產石灰，沒有什么經驗和技術可借鑒。因此，為了防止石灰窯結瘤、煅燒區異常等影響石灰生產的現象發生，制定了在焦炭中逐步增加無煙煤含量的方案，無煙煤的比例以30% 為起點，采用無煙煤、焦炭搭配的混合燃料，然后，視生產情況好壞來調整無煙煤的摻用比例。

5 操作控制

5.1 工藝參數調整

根據無煙煤固定碳含量低且熱損失高、較難燃燒且阻力大的特點，用無煙煤作燃料生產石灰，應對石灰石塊度、配比量、風量、有效容積、窯氣中各種氣體的控制含量等參數進行相應調節。

5.1.1 石灰石塊度

用焦炭煅燒石灰時，石灰石塊度和焦炭的塊度的比值一般為3：1[1]，由于無煙煤的強度較差，在和石灰石進行混合及進入窯體布料時易被撞碎，從而從石灰石的間隙中下落，造成煅燒區產生異常。直接的后果是生燒石灰增多，卸出窯體的石灰中夾帶有部分燃料，從而用提高配比量的方法加以彌補。為此，需將石灰石和無煙煤的塊度的比值進行調整，從實際生產狀況來看，其比值控制在2.5：1的范圍內為好。

5.1.2 配比量

由于無煙煤固定碳含量低且熱損失高、強度差等特點，在生產中應適當提高配比量。和焦炭相比，提高了將近10～20%。

5.1.3 有效容積

石灰窯的有效容積均由設計而定，但在實際生產中，其有效容積可以通過調整操作控制方式加以增加。用無煙煤煅燒石灰時，應增加其有效容積量，即增加窯體內物料高度。這是因為無煙煤強度差易碎、較難燃燒且阻力大，從而造成煅燒區下移、出窯石灰溫度高熱損大。通過增加有效容積量，可以使煅燒區的位置提高，增長冷卻區的長度，有效減少出窯石灰帶走熱量。

5.1.4 風量和風壓

理論上每燃燒1 kg碳(100%)需2.67 kg氧氣，相于ll.6 kg空氣。換算成體積相當于9m3空氣(在0℃、101 325 Pa時)，如空氣供應量不足，燃燒不完全，而產生一氧化碳氣體，如反應式：2C+02=2C0

此時，需多消耗燃料，窯氣中每增加1%一氧化碳，相當于浪費總燃料的6%。因此，在燃料燃燒時，應鼓人過量的空氣。通常空氣過量系數為1～1．1比較適宜[2]。由于配比量增加后，必然將增加氧的消耗量，使進入窯體的風量增加。其次，石灰石塊度的減小和有效容積的增加，使窯體內物料阻力增大。為保證煅燒區的穩定，也應提高風機的壓頭。從實際生產狀況來看，和用焦炭煅燒石灰相比，風量和風壓均應提高20%左右。

5.1.5 窯氣

窯氣即石灰窯的尾氣，在豎式混燒窯的操作控制中，一定要以窯氣來指導生產。窯氣中主要以CO2、O2、CO這三種氣體為主，CO2含量是石灰石的分解狀況的指標；O2含量是煅燒區及氣流的分布狀況的指標；CO含量是燃料燃燒狀況的指標。要使石灰質量達到理想的狀況，CO2含量必須要高，O2含量不能過低，CO含量要相對較低。但由于配比量增加后，從煅燒區上升的CO2氣體在進入到預熱區時，會和大量灼熱的碳發生還原反應生成一氧化碳，反應式：CO2+C=2CO。為此，CO2的控制指標由38~42.5%改為35~40%；O2的控制指標由0.2~1.0%；CO的控制指標由0.5~2.5%改為1.5~3.5%。

5.2 焦炭和無煙煤生產效果對比

焦炭和無煙煤生產效果對比:對2015年的生產數據進行匯總分析,無煙煤煅燒石灰的煤焦耗高于焦炭煅燒石灰,石灰的產量、質量的指標變化不大，石灰品質滿足下游工序的要求。

6 經濟效益

2015 年焦炭價格為：720元/t；無煙煤價格為：410元/t。（均不含稅）全年共用無煙煤總量為10074t。用無煙煤時的焦煤耗為：216kg/t；用焦炭時的焦煤耗為：192kg/t。全年用無煙煤可生產石灰量=無煙煤總量/用無煙煤時的焦煤耗=10074/0.216=46638t，全年降低生產成本=全年用無煙煤可生產石灰量×（用焦炭時的焦煤耗×焦炭價格-用無煙煤時的焦煤耗×無煙煤價格）=46638×（0.192×720-0.216×410）=2316976元。由此可見，用無煙煤替代焦炭煅燒石灰可以取得較大的經濟效益。

7 結論

豎式混燒窯用無煙煤煅燒石灰時，要得到高質量的石灰，應嚴格控制原材料的質量，燃料與石灰石的粒度之比也應在一定的范圍內，確保窯體內溫度分布均勻，石灰石分解速度均衡。掌握以窯氣判斷窯況的方法，以利于及時調整操作手段，提高操作水平，合理控制預熱區、煅燒區、冷卻區的長度。在整個生產過程中，要以送入大量的風量為原則，這即可以是燃料燃燒劇烈使燃料的配比量降低，也可提高石灰的活性。由于無煙煤中易熔灰份較高，及易在窯體內和石灰石中的雜質形成結瘤現象，影響正常生產，這在操作中應加強對結瘤的處理。

[1]石灰的生產.［蘇聯］Н·П·塔邦希科夫.中國建筑工業出版社.1982年89

[2]石灰的制造.［蘇聯］Г·В·布路西洛夫斯基.重工業出版社.1956年56