MAERZ石灰窑特点分析

董国库

摘 要：MAERZ并流蓄热式石灰窑是目前运用最广泛的石灰窑，在国内各大钢厂普遍应用。本文主要介绍了石灰石分解的原理和并流蓄热式石灰窑的工作原理以及马钢第四钢轧总厂石灰窑的主要设备、特点和不足。本人还着重介绍了MAERZ并流蓄热式石灰窑和传统逆流式石灰窑的区别.

关键词：石灰窑；原理；设备

0 前言

马鞍山钢铁股份有限公司根据公司技术改造和结构调整的要求，决定在马钢第四钢轧总厂建设了三座具有国际先进水平的日产600吨的麦尔兹并流蓄热式石灰窑，该项目于2007年投产，每年可生产约33万吨块灰。本文主要介绍石灰分解原理、并流蓄热式石灰窑工作原理、主要设备、并流蓄热式石灰窑和逆流式石灰窑的区别以及石灰窑的特点和不足。

1 石灰分解原理

石灰窑就是将石灰石煅烧成石灰的设备。其工艺是一个简单的化学反应过程，公式如下：

CaCO3+约3180千焦（760千卡）= CaO+CO2

石灰石分解成石灰和CO2时的分解解温度与该化学反应过程中CO2压力有关。在常压和燃烧气体中CO2含量为25%的燃烧环境中，石灰石的初始分解温度为810℃。在常压和燃烧气体中CO2含量为100%的燃烧环境中，初始分解温度将达到900℃。高品质的石灰石CaCO3含量在97%至99%，生产1吨石灰需要约1.75吨石灰石。为了使石灰石充分燃烧，燃烧石灰石的热量必须从其表面传至其芯部。由于石灰石燃烧产生的气体是纯的CO2，所以在其芯部温度必须达到900℃。考虑到石灰石表面物质的绝热效应以及保证其芯部所需要的分解温度，石灰石表面温度必须高于900℃。生产软烧石灰时，石灰石表面温度不能超过1100至1150℃，否则石灰将发生的重结晶，导致石灰活性度降低和石灰熟度减少。

2 并流蓄热式石灰窑工作原理

并流蓄热式石灰窑是由燃烧窑筒和排气窑筒相互切换运行的双筒式石灰窑。一座石灰窑由两个相连的窑筒组成，两个窑筒均匀填入石灰石，一个窑筒供热煅烧时，另一个窑筒就排出烟气，两个窑筒的功能周期转换，见图1 。供热煅烧的窑筒称做燃烧筒，排出烟气的窑筒称做排气筒。在燃烧筒内，转炉煤气与助燃空气从窑筒的上部压入，在窑筒内进行燃烧，燃烧气体在燃烧筒内的流向向下，与被煅烧的石灰石流向相同，冷却空气则由两个窑筒的底部引入冷却石灰。燃烧空气和石灰石在煅烧带煅烧，并在窑筒较低位置与冷却空气混合。混合后的气体经过连接通道进入排气筒，并反方向向上流动，在预热带预热入窑的石灰石，此时气流流向与石灰石的流向相反。气体在预热石灰石的同时可以降低自身温度，以较低温将废气排出窑筒，见图2 。通过换向装置，每隔12分钟两个窑筒的功能将完全转换，转炉煤气与助燃空气从原来的排气筒上部压入，将气体流向倒转，从而使排气筒供热煅烧，变成煅烧筒，而废气则通过煅烧筒排除，煅烧筒变成排气筒，这样两个筒的功能周期性周期性转换。

图1

图2

3 石灰窑主要设备

麦尔兹石灰窑主要由自动装料系统、窑本体系统、出灰系统、煤气加压站、除尘系统和风机房组成，见图3。自动装料系统主要由上料小车、称量斗、振动给料机、可逆皮带和两个旋转布料器组成。主要功能是将原料石灰石送入到窑筒中。窑本体系统主要由两个功能相互切换的窑筒及一些附属设备组成，为石灰窑的核心设备。主要功能是将石灰石煅烧成石灰。出灰系统主要由出灰板、振动给料机、输送皮带等组成，主要功能是将生产出来的石灰输送到成品系统。煤气加压站主要由8台煤气加压机及一些附属设备组成。主要功能是转炉煤气从10KPA加压到75KPA并输送到窑筒内与助燃空气进行燃烧。除尘系统主要由除尘管道、除尘布袋、除尘风机等组成，主要功能是将排出废气中的粉灰进行回收并输送到成品系统。风机房主要由14台罗茨风机及附属设备组成，风机的功能各有不同，主要有助燃空气风机、冷却风机、悬挂缸冷却风机、中心冷却风机和喷枪冷却风机。

图3

4 并流蓄热式石灰窑和逆流式石灰窑的区别

和单筒逆流式石灰窑相比，并流蓄热式石灰窑的一个重要特点是蓄热预热一部分燃烧空气。在逆流式石灰窑里，燃烧空气在冷却带被已煅烧石灰里包含的热量所预热，然而，通过石灰内的热量来预热是非常有限的。在逆流加热过程中，排放的气体内含有的过剩的可用的热量在被排出前未被回收利用。因此一些单筒石灰竖窑也设计采用了换热装置以努力达到回收废热的目的，但这种热交换器容易因排出的热气中含有灰尘而被破坏。而在并流蓄热式石灰窑中，燃烧空气是以一种非常理想的方式被预热。在燃烧筒中，窑筒的特点是燃烧气体与原料石灰石并流。而在排气筒中，窑筒的特点是排出气体与原料石灰石逆流。燃烧气体从燃烧窑筒内通过连接通道流到排气窑筒。这种燃烧窑筒与排气窑筒的转换成为蓄热性预热过程。在排气筒中，热量从排出气体传导到原料石灰石上，然后又在转换成燃烧筒时，燃烧空气又从原料石灰石上吸收热量。石灰石预热区起到了一个换热器的作用，而进料的石灰石就象一个个的换热单元，表现出优越的热传递特性，使得热损耗非常少。图4和图5显示了单筒逆流式石灰窑与并流蓄热式石灰窑的温度曲线。

图4 逆流式石灰窑的温度曲线

单筒式石灰窑通常采用逆流式燃烧，图4显示了其温度曲线。绿线表示原料，蓝线表示冷却空气，红线表示燃烧气体和排出气体。由于冷却空气的量不足以用来完成燃料的完全燃烧，必须有额外的空气通过侧面的烧嘴加入。这种类型石灰窑的燃料是从煅烧带下端原料已被煅烧处进入，这一区域的温度大大高于生产高活性度石灰所要求的温度。并流蓄热式石灰窑，燃料是从煅烧带上端进入，且与原料并流。图5显示了其温度曲线。绿线代表原料；在预热带的蓝线代表燃烧空气，在冷却带蓝线代表冷却空气；红线代表燃烧气体和排出气体。由于燃料从煅烧带上部喷入，原料在此处能吸收大部分燃料所释放的热量，而且煅烧带的温度平均为950℃。因此，并流蓄热的方式是生产轻烧石灰、高活性度石灰和白云石石灰的最佳方案。

图5 并流蓄热式石灰窑的温度曲线

5 特点和不足

马钢第四钢轧总厂石灰窑有以下几个特点：

1.为国内产量最大的麦尔兹石灰窑

2.唯一采用悬挂缸形式的石灰窑

3.所有除尘的灰直接进成品系统，不由汽车运送

4.3座石灰窑的出灰及成品系统互为备用

5.主控室与3座窑连为一体，生产和检修都非常方便

石灰窑也存在一些不足，如下：

4.虽然在石灰窑旁预留了二氧化碳回收系统的场地，但该系统一直未实施。石灰石在煅烧过程会释放出大量的二氧化碳，回收的二氧化碳产品有很高的技术附加值，并有利于生态环境的保护。

2.石灰窑未有配套的石灰石水洗系统。在日常生产中，由于原料石灰石中常带有较多的泥土等杂物，未有水洗系统将其去除，使得泥土等杂物同石灰石一起加入到石灰窑中煅烧，使生产出来的石灰容易粘接，影响了石灰的品质，也对设备系统造成一定影响。