竖式石灰窑用无烟煤煅烧石灰的操作控制

方国强

（安徽华塑股份有限公司，安徽 滁州 233200）

1 概述

某电石公司现有两台竖式机械石灰窑，日生产能力约320t石灰，长期以来一直使用焦炭作燃料生产石灰，石灰的产量、质量一直比较稳定。近几年由于国家能源政策的调控，造成煤炭市场价格的不断下降，为降低生产成本，给公司的生产和经营增加效益,决定试用无烟煤作燃料生产石灰。从2014年12月开始在两台竖式石灰窑试用无烟煤作燃料生产石灰，生产状况较好，质量优良，各项工艺经济指标得到有效的控制。

2 石灰石的煅烧原理

石灰石煅烧时发生的碳酸钙的分解反应是一个吸热反应。

一摩尔的CaCO3分解的过程可以用以下的方程式表示：CaCO3=CaO+CO2—177.9 kJ

分解1kgCaCO3需要的热为： 177.9×1000/100 =1779 kJ，若采用发热值为29650 kJ／kg的焦炭作燃料，则理论上分解1kg石灰石需要0.06 kg焦炭(干基)。实际的消耗稍大，这取决于被煅烧的原料的性质和窑的构造。由于窑顶废气带走的热，窑壁损失的热，卸出石灰带走的热，焦炭燃烧不完全或没有燃烧而被卸出的焦炭等损失，需要焦炭约0.07～0.09kg。

3 焦炭和无烟煤的质量、特点

3.1 质量

某公司采购的无烟煤分析结果列于表1。

表1 分析数据

3.2 特点

1)无烟煤固定碳含量及发热值都比焦炭低，无烟煤挥发份高，其组成中有可燃成分，无烟煤挥发物所带走的热损失比焦炭高。

2)无烟煤灰份组成常变化，有时易熔，有时难熔，易熔灰份与石灰石中的杂质易结瘤，造成煅烧操作上的困难。

3)和焦炭相比，无烟煤燃点较低，强度差，和石灰石混合及布料过程中易碎，造成窑体内物料层阻力大及煅烧区出现异常。

4 方案制定

该公司建厂以来一直使用焦炭作燃料生产石灰，对使用无烟煤作燃料生产石灰，没有什么经验和技术可借鉴。因此，为了防止石灰窑结瘤、煅烧区异常等影响石灰生产的现象发生，制定了在焦炭中逐步增加无烟煤含量的方案，无烟煤的比例以30% 为起点，采用无烟煤、焦炭搭配的混合燃料，然后，视生产情况好坏来调整无烟煤的掺用比例。

5 操作控制

5.1 工艺参数调整

根据无烟煤固定碳含量低且热损失高、较难燃烧且阻力大的特点，用无烟煤作燃料生产石灰，应对石灰石块度、配比量、风量、有效容积、窑气中各种气体的控制含量等参数进行相应调节。

5.1.1 石灰石块度

用焦炭煅烧石灰时，石灰石块度和焦炭的块度的比值一般为3：1[1]，由于无烟煤的强度较差，在和石灰石进行混合及进入窑体布料时易被撞碎，从而从石灰石的间隙中下落，造成煅烧区产生异常。直接的后果是生烧石灰增多，卸出窑体的石灰中夹带有部分燃料，从而用提高配比量的方法加以弥补。为此，需将石灰石和无烟煤的块度的比值进行调整，从实际生产状况来看，其比值控制在2.5：1的范围内为好。

5.1.2 配比量

由于无烟煤固定碳含量低且热损失高、强度差等特点，在生产中应适当提高配比量。和焦炭相比，提高了将近10～20%。

5.1.3 有效容积

石灰窑的有效容积均由设计而定，但在实际生产中，其有效容积可以通过调整操作控制方式加以增加。用无烟煤煅烧石灰时，应增加其有效容积量，即增加窑体内物料高度。这是因为无烟煤强度差易碎、较难燃烧且阻力大，从而造成煅烧区下移、出窑石灰温度高热损大。通过增加有效容积量，可以使煅烧区的位置提高，增长冷却区的长度，有效减少出窑石灰带走热量。

5.1.4 风量和风压

理论上每燃烧1 kg碳(100%)需2.67 kg氧气，相于ll.6 kg空气。换算成体积相当于9m3空气(在0℃、101 325 Pa时)，如空气供应量不足，燃烧不完全，而产生一氧化碳气体，如反应式：2C+02=2C0

此时，需多消耗燃料，窑气中每增加1%一氧化碳，相当于浪费总燃料的6%。因此，在燃料燃烧时，应鼓人过量的空气。通常空气过量系数为1～1．1比较适宜[2]。由于配比量增加后，必然将增加氧的消耗量，使进入窑体的风量增加。其次，石灰石块度的减小和有效容积的增加，使窑体内物料阻力增大。为保证煅烧区的稳定，也应提高风机的压头。从实际生产状况来看，和用焦炭煅烧石灰相比，风量和风压均应提高20%左右。

5.1.5 窑气

窑气即石灰窑的尾气，在竖式混烧窑的操作控制中，一定要以窑气来指导生产。窑气中主要以CO2、O2、CO这三种气体为主，CO2含量是石灰石的分解状况的指标；O2含量是煅烧区及气流的分布状况的指标；CO含量是燃料燃烧状况的指标。要使石灰质量达到理想的状况，CO2含量必须要高，O2含量不能过低，CO含量要相对较低。但由于配比量增加后，从煅烧区上升的CO2气体在进入到预热区时，会和大量灼热的碳发生还原反应生成一氧化碳，反应式：CO2+C=2CO。为此，CO2的控制指标由38~42.5%改为35~40%；O2的控制指标由0.2~1.0%；CO的控制指标由0.5~2.5%改为1.5~3.5%。

5.2 焦炭和无烟煤生产效果对比

焦炭和无烟煤生产效果对比:对2015年的生产数据进行汇总分析,无烟煤煅烧石灰的煤焦耗高于焦炭煅烧石灰,石灰的产量、质量的指标变化不大，石灰品质满足下游工序的要求。

6 经济效益

2015 年焦炭价格为：720元/t；无烟煤价格为：410元/t。（均不含税）全年共用无烟煤总量为10074t。用无烟煤时的焦煤耗为：216kg/t；用焦炭时的焦煤耗为：192kg/t。全年用无烟煤可生产石灰量=无烟煤总量/用无烟煤时的焦煤耗=10074/0.216=46638t，全年降低生产成本=全年用无烟煤可生产石灰量×（用焦炭时的焦煤耗×焦炭价格-用无烟煤时的焦煤耗×无烟煤价格）=46638×（0.192×720-0.216×410）=2316976元。由此可见，用无烟煤替代焦炭煅烧石灰可以取得较大的经济效益。

7 结论

竖式混烧窑用无烟煤煅烧石灰时，要得到高质量的石灰，应严格控制原材料的质量，燃料与石灰石的粒度之比也应在一定的范围内，确保窑体内温度分布均匀，石灰石分解速度均衡。掌握以窑气判断窑况的方法，以利于及时调整操作手段，提高操作水平，合理控制预热区、煅烧区、冷却区的长度。在整个生产过程中，要以送入大量的风量为原则，这即可以是燃料燃烧剧烈使燃料的配比量降低，也可提高石灰的活性。由于无烟煤中易熔灰份较高，及易在窑体内和石灰石中的杂质形成结瘤现象，影响正常生产，这在操作中应加强对结瘤的处理。

[1]石灰的生产.［苏联］Н·П·塔邦希科夫.中国建筑工业出版社.1982年89

[2]石灰的制造.［苏联］Г·В·布路西洛夫斯基.重工业出版社.1956年56