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活性石灰的煅燒介紹第六章、 活性石灰的煅燒
一、活性石灰的煅燒機(jī)理 活性石灰之所以要經(jīng)過“煅燒”而獲得。是因為它的原料——石灰石在向石灰轉(zhuǎn)化時，需要經(jīng)過一個吸熱、分解反應(yīng)的過程。 石灰石被加熱并達(dá)到分解溫度后，邊吸收一定的熱量，邊進(jìn)行分解。這一熱量常被稱之為分解熱。足夠的熱，使石灰石發(fā)生從物理性質(zhì)到化學(xué)性質(zhì)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。其煅燒機(jī)理為： 將石灰石CaCO3（碳酸鈣）加熱，分解出CO2（二氧化碳）。得到CaO（氧化鈣），也就是活性石灰、或者是石灰。它的加熱反應(yīng)式為： CaCO3 —△→ CaO + CO2↑+ Q 根據(jù)實驗表明，使CaCO3發(fā)生分解反應(yīng)的理論溫度為870—920℃。而實際煅燒時的分解溫度，在考慮到燃燒質(zhì)量、襯磚吸熱、窯體散熱、廢氣含熱等眾多因素時，所投入的熱量則要高于理論分解所需的熱量。這一分解溫度，在帶豎式預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯上約為1250℃。當(dāng)然，這一溫度是指CaCO3在此溫度下，在規(guī)定的時間范圍內(nèi)，CaO內(nèi)的殘留CO2含量為2 %時。 在石灰的煅燒理念中，將CaCO3加熱、分解并得到CaO過程通常是比較容易實現(xiàn)的。但是，對活性石灰而言，更為重要的是如何使生成的CaO具有“活性”性能。這對它的保證基礎(chǔ)則是：石灰原料具有符合產(chǎn)品需要的理化指標(biāo)。具有煅燒前期的預(yù)熱分解保證。具有合理的煅燒溫度和時間。煅燒窯爐具有滿足產(chǎn)品需要的性能。 CaCO3的分解是需要熱量的。通過理論測算結(jié)果表明：kg（千克）單位的CaCO3分解，需要約1200大卡的熱量。 根據(jù)這一熱量指數(shù)與所選用燃料的低發(fā)熱值指數(shù)進(jìn)行衡算，可以得出單位CaCO3分解所需的燃料用量。這個理論熱量指數(shù)在進(jìn)一步的理念中，預(yù)示著它與CaCO3分解過程，溫度和時間的密切關(guān)系。 影響溫度的主要因素是燃料的質(zhì)量和數(shù)量。煅燒設(shè)備則是影響煅燒時間的重要因素。 在活性石灰的煅燒過程中，對石灰石的粒度要求，是為了保證滿足用戶需要的同時，又要符合自身煅燒條件的需要。因為，它會在很大程度上影響煅燒過程設(shè)備性能的發(fā)揮。 由石灰的轉(zhuǎn)化生成過程事以得知，活性石灰的煅燒機(jī)理，實際上就是產(chǎn)生熱量，傳遞熱量，熱量轉(zhuǎn)換的過程。是使CaCO3的性質(zhì)在特定的煅燒設(shè)備和煅燒環(huán)境中，在規(guī)定的時間內(nèi)發(fā)生質(zhì)變的過程。
二、活性石灰的煅燒過程 活性石灰的煅燒過程是指，將石灰石進(jìn)行加熱、分解、煅燒成活性石灰的過程。石灰石在回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)內(nèi)，在一定的溫度和一定的時間內(nèi)，經(jīng)過煅燒而分解，分離出二氧化碳（CO2），得到石灰（CaO）產(chǎn)品。 石灰石經(jīng)過煅燒后生成石灰的過程，是一個化學(xué)反應(yīng)的過程。這個反應(yīng)的過程主要是通過煅燒時間和溫度來完成的。其中，煅燒時間是由原料的加入量、加入速度和停留時間決定的。而煅燒溫度則是由產(chǎn)生的熱量和傳遞的質(zhì)量決定的。在二者之間，煅燒溫度則是更為重要的。 對所謂煅燒溫度的理解，實際上就是將燃料燃燒產(chǎn)生的熱量向物料燒成過程傳遞出熱量的綜合體現(xiàn)。其中，燃燒溫度是指燃料燃燒終了時放出的煙氣溫度，也就是燃料燃燒時放出的熱量。而燒成溫度是指：被煅燒的物質(zhì)在發(fā)生理化性能變化過程所需要達(dá)到的溫度。 石灰石向石灰變化的過程，是一個在全程溫度控制下，發(fā)生化學(xué)變化的過程。根據(jù)石灰石受熱過程理化反應(yīng)的需要以及煅燒設(shè)備的特點，溫度的分布范圍和要求是不同的。 不同的燒成產(chǎn)品，在不同的煅燒設(shè)備中，根據(jù)其煅燒性質(zhì)的需要，對不同的煅燒時段都會做出一個基本范圍的劃分。這就是操作術(shù)語中通常所說的各個煅燒階段或所謂的“帶”。 在利用回轉(zhuǎn)窯來煅燒活性石灰時，從理論概念上理解，石灰石在不同的容器內(nèi)，通常都要經(jīng)過預(yù)熱、分解、燒成和冷卻四個階段。 但是，在帶豎式預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯上，由于預(yù)熱器的特點所致，石灰產(chǎn)品具有實際意義的煅燒過程卻通常被劃分為預(yù)熱、燒成和冷卻三個階段。 當(dāng)石灰石進(jìn)入豎式預(yù)熱器后，在推料裝置（推桿）的作用下逐步開始向下移動時，在穿透了料層的熱氣流的作用下，開始了從烘干、預(yù)熱和表面分解反應(yīng)的過程。在豎式預(yù)熱器內(nèi)，它的分解率可達(dá)到25%左右。 經(jīng)過預(yù)熱和表面開始產(chǎn)生分解反應(yīng)的石灰石進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，在移動至火焰輻射區(qū)域或火焰前端時，石灰石的分解反應(yīng)便已經(jīng)從顆粒表面轉(zhuǎn)向了顆粒內(nèi)部。也就是說，石灰石發(fā)生在預(yù)熱器底部和回轉(zhuǎn)窯后部的反應(yīng)，實際上就是石灰石所謂的分解階段。 但是，在帶豎式預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯上，對這個階段是沒有明顯的劃分和明確的解釋的。 因此，在帶豎式預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯上，對石灰各煅燒反應(yīng)階段的劃分，便形成了以預(yù)熱、燒成和冷卻三個階段（帶）來劃分的概念。
一、 預(yù)熱階段 在帶豎式預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯上，將石灰石煅燒成活性石灰以前的預(yù)加熱過程，是回轉(zhuǎn)窯全部煅燒內(nèi)容中非常重要的環(huán)節(jié)之一。因為，石灰石是不可能在900—1000℃下被直接煅燒成石灰的。 在很多形式種類不同，但都不具備預(yù)熱裝置的窯爐上，在不同程度上也是能夠煅燒出具有一定質(zhì)量的活性石灰。但是，若將這種活性石灰與帶有預(yù)熱裝置而產(chǎn)出的活性石灰進(jìn)行比較，在不考慮將倆者的理化技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化比較的情況下，前者最為明顯的差異便能夠從殘留CO2（生心）過多，活性度較低且不穩(wěn)定，外觀質(zhì)地和活性特征不好等方面表現(xiàn)出來。 石灰石在豎式預(yù)熱器內(nèi)，通過排煙抽力的作用，將來自于回轉(zhuǎn)窯的熱氣流由預(yù)熱器底部向上進(jìn)行穿透，石灰石在不斷向下移動的運(yùn)動中，至下而上地得到加熱。由低溫向高溫（200～900℃）逐漸地轉(zhuǎn)化，被加熱到可分解的溫度。而這個熱量來源主要是依靠來自于回轉(zhuǎn)窯的廢氣余熱。 石灰石進(jìn)入預(yù)熱器后，在熱氣流的穿透作用下首先被烘干，除去本身所含的和夾帶的水份。隨著不斷地向下移動，氣流溫度愈來愈高，石灰石顆粒開始被加熱。當(dāng)石灰石顆粒被加熱到800℃以上時，顆粒的外表層便會開始發(fā)生分解反應(yīng)。CO2（氣體）開始從CaCO3中逐漸地被分離出來。石灰顆粒表面發(fā)生“穿白衣”現(xiàn)象。 理論實踐結(jié)果表明，CaCO3的分解溫度約為870——920℃。而在豎式預(yù)熱器的下部，廢氣流溫度一般在950℃左右。這就說明，當(dāng)石灰石顆粒進(jìn)入到這一溫度區(qū)域，在完成了預(yù)熱蓄熱的同時，石灰石顆粒表面的部分分解反應(yīng)便開始發(fā)生了。在帶豎式預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯上，這個預(yù)熱加熱的過程一般需要120分鐘左右。
二、燒成階段 根據(jù)豎式預(yù)熱器的工作原理，石灰石在完成了烘干預(yù)熱的同時，又產(chǎn)生了部分分解。當(dāng)石灰石顆粒進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯但并未接觸到火焰的高溫區(qū)前，在廢氣余熱的對流傳熱作用下，分解仍在進(jìn)行。這也就是說，這個階段實際上就是理論上所指的物料的分解階段。 在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)所謂的燒成或燒成階段是指，當(dāng)被預(yù)熱后的石灰石顆粒在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)從開始接觸到火焰的輻射傳熱，到穿過整個火焰輻射區(qū)前。在火焰的高溫作用下，完成激烈的化學(xué)反應(yīng)，最終被燒成為石灰的過程。這個過程（階段）一般在30 — 40分鐘內(nèi)得到完成。 在帶豎式預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯上，燒成區(qū)域一般都設(shè)置在從窯體出料端后10米左右處，向回轉(zhuǎn)窯內(nèi)（進(jìn)料端）延伸至20～25米的范圍內(nèi)�；鹧骈L度也一般應(yīng)分布在這一區(qū)域內(nèi)。這也就是通常所指的燒成帶。 由于回轉(zhuǎn)窯的煅燒過程是一個由諸多因素組成的、即相互依賴又相互影響又相互制約、亦可隨時變化的過程。因此，在對回轉(zhuǎn)窯燒成帶或其它“帶”的劃分上，是沒有嚴(yán)格的界限區(qū)分的。 但是，由于受到了回轉(zhuǎn)窯煅燒特點的制約，這個燒成階段在整個煅燒工藝過程中的作用又是極為重要的。這是因為，活性石灰的活性性質(zhì)最終是要在這個階段里通過快速燒制才能表現(xiàn)出來。雖然，這個階段它占有的時間不是很長，但對活性石灰產(chǎn)品的煅燒而言，其意義是非常重大的。 在帶豎式預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯上，對活性石灰產(chǎn)品造成燒成時間不長的原因一般有如下幾點： a、 石灰原料在燒成前，經(jīng)過了充分的預(yù)熱準(zhǔn)備。 b、 窯體長度、火焰長度、燒成帶長度之間決定的特定關(guān)系。 c、 活性石灰的產(chǎn)品性質(zhì)所決定的“快燒急冷”的特性需要。
三、冷卻階段 當(dāng)被燒成的石灰從離開了火焰或火焰的輻射區(qū)域開始，它便開始進(jìn)入到了冷卻階段。也就是說，在回轉(zhuǎn)窯的煅燒系統(tǒng)內(nèi)，對實際意義上冷卻階段的區(qū)域劃分，應(yīng)該是指火焰高溫對物料輻射終了時的位置。即物料移動到了燒嘴的下方時。這時，石灰顆粒的換熱方式已經(jīng)從吸熱變成了散熱。 高熱的石灰顆粒進(jìn)入冷卻器后，在二次風(fēng)的穿透作用下進(jìn)行散熱換熱轉(zhuǎn)換，被強(qiáng)制冷卻至100℃以下。而散出的熱量加熱了二次風(fēng)（助燃空氣），入窯后，有利于幫助燃料燃燒。 石灰熟料在冷卻器內(nèi)的冷卻過程一般在40分鐘左右完成，其主要目的在于實現(xiàn)活性石灰“急冷”的特性要求。 總之，在帶豎式預(yù)熱器和豎式冷卻器的回轉(zhuǎn)窯的煅燒系統(tǒng)中，預(yù)熱、煅燒（燒成）、冷卻三者之間的關(guān)系始終是處在相互影響、相互制約又相互依賴中進(jìn)行的。物料在預(yù)熱器內(nèi)被預(yù)熱的同時，要求有25%左右的分解率，這是完成煅燒的基礎(chǔ)。物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)通過良好的煅燒環(huán)境煅燒出質(zhì)量優(yōu)質(zhì)的石灰產(chǎn)品，是產(chǎn)出合格產(chǎn)的手段。而物料在冷卻器內(nèi)完成了急冷降溫，實現(xiàn)了產(chǎn)出產(chǎn)品的目的。 石灰熟料與二次風(fēng)通過充分地?zé)崃拷粨Q，有利于幫助燃料充分燃燒，達(dá)到提高燃燒質(zhì)量和熱效率的目的。而良好的煅燒環(huán)境還有利于穩(wěn)定預(yù)熱器溫度、窯尾溫度和回轉(zhuǎn)窯煅燒系統(tǒng)內(nèi)的通風(fēng)環(huán)境。
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