作為冶金、化工、建材、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)及環(huán)保等行業(yè)的基礎(chǔ)原料，石灰具有應(yīng)用范圍廣、使用量大的特點。隨著下游行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及節(jié)能環(huán)保工作的不斷推進(jìn)，石灰及其精深加工領(lǐng)域的需求將持續(xù)增長，行業(yè)發(fā)展面臨新的機遇。而煅燒是石灰石生產(chǎn)中很關(guān)鍵的一道工序，煅燒的好壞對后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。
石灰石煅燒機理
原料
石灰石的形成時間的長短不同，其礦物組成、化學(xué)成份以及物理性質(zhì)也并不相同，越短的時間形成，質(zhì)地越疏松，越長時間形成，其結(jié)構(gòu)就越是致密、堅固。石灰石的結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)的成分和含量以及雜質(zhì)在石灰石中的分布是否均勻與它的質(zhì)量優(yōu)劣都有很大程度關(guān)系。
石灰石的主要成分是碳酸鈣CaCO3，少量的碳酸鎂MgCO3以及一些二氧化硅SiO2，三氧化二鋁Al2O3和三氧化二鐵Fe2O3雜質(zhì)。通常情況，Al2O3、SiO2、Fe2O3等導(dǎo)致石灰煅燒困難。堿金屬含量高于0.1%~0.2%或雜質(zhì)含量高于4%~5%的石灰石，更容易形成低熔點的化合物，導(dǎo)致石灰局部或全部過燒情況發(fā)生，堵塞細(xì)孔通路，CO2釋放受阻，石灰石的煅燒進(jìn)程變緩。
燃料
氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和固態(tài)燃料三種形式的燃料全都可以在石灰石煅燒過程中使用。氣體燃料有焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、電石爐煤氣、天然氣及由上述煤氣配置的混合煤氣等等。常用的液體燃料為重油，重油是蒸餾石油時得到的塔底產(chǎn)品，不可燃成分很少。常用固體燃料是焦炭和煤，其主要成分為固定碳、灰分、揮發(fā)分和水分等。石灰石煅燒所選用的燃料隨著窯型和燃料市場價格的變化而變化。
石灰石煅燒原理
石灰石的鍛燒是石灰石菱形晶格結(jié)構(gòu)重新結(jié)晶轉(zhuǎn)化為石灰的立方晶格結(jié)構(gòu)的變化過程。煅燒時，主要是石灰石中碳酸鈣CaCO3和碳酸鎂MgCO3的分解反應(yīng)，無煙煤中碳C的燃燒反應(yīng)和氧化物的結(jié)瘤反應(yīng)。
碳酸鈣的分解：
在898℃時，碳酸鈣分解出CO2的壓力等于空氣的壓力。因此，把898℃稱為碳酸鈣的分解溫度。溫度越高，碳酸鈣分解CO2就越激烈。
碳酸鎂的分解：
碳酸鎂的分解溫度為640℃。氧化鎂的活性低，因此，氧化鎂基本不參與其他雜質(zhì)反應(yīng)，對煅燒過程影響不大。
整體而言，石灰石煅燒過程大致經(jīng)歷3個階段：首先生成碳酸鈣假晶的亞穩(wěn)氧化鈣；其次，亞穩(wěn)氧化鈣再結(jié)晶生成穩(wěn)定的氧化鈣晶體，內(nèi)比表面積達(dá)到最大；最后，再結(jié)晶氧化鈣在高溫條件下發(fā)生燒結(jié)，內(nèi)比表面積迅速減小。
石灰石的煅燒工藝
石灰石的煅燒分為三個區(qū)段：預(yù)熱區(qū)；煅燒區(qū)；冷卻區(qū)。石灰石煅燒過程大致分4個步驟：開始分解前的膨脹；碳酸鈣的分解；石灰石的燒結(jié)；石灰的冷縮。此外根據(jù)石灰石煅燒工藝，可分為并流煅燒和逆流煅燒。
并流煅燒與逆流煅燒
助燃空氣及燃料均從煅燒帶的上部供入向下流動，煅燒膛的物料也是自上向下流動，兩者流向相同，這種物料與燃料產(chǎn)生的熱氣流流向相同的方式，稱為并流煅燒。助燃空氣及燃料產(chǎn)生的熱氣流方向與物料流動方向相反的煅燒過程稱為逆流煅燒。從煅燒原理分析，在并流煅燒條件下生產(chǎn)出來的產(chǎn)品活性度高，生燒和過燒較低，產(chǎn)品的質(zhì)量也容易控制。更適合于生產(chǎn)高品質(zhì)石灰。
石灰石煅燒工藝條件
煅燒的溫度
提高煅燒溫度可以提高生產(chǎn)能力，但溫度過高容易導(dǎo)致結(jié)瘤事故且熱損耗高。一般控制煅燒區(qū)溫度為1050-1150℃。
石灰石的粒度
相同的煅燒溫度下，石灰石的粒度越小，所需的煅燒時間越短。石灰石的粒度越均勻，所燒成的石灰質(zhì)量越穩(wěn)定。
石灰石煅燒時間與粒度的關(guān)系
石灰石的形狀
球形或者立方形的石灰石煅燒時間最短。
石灰石煅燒時間與其粒度形狀的關(guān)系
燃料粒度、配比率
固體燃料的石灰窯生產(chǎn)通常用焦炭與無煙煤作燃料，燃料的塊度必須與石灰石的塊度相適應(yīng)，燃料在窯內(nèi)的下降速度必須與其燃燒速度相適應(yīng)。粒度過小，容易生燒；粒度過大，易產(chǎn)生石灰過燒。
燃料的配比量是影響石灰石煅燒分解的關(guān)鍵。配煤率的大小主要取決于無煙煤中固定碳含量的大小和煅燒溫度的高低。配比低了溫度達(dá)不到要求，煅燒不充分，石灰生燒嚴(yán)重；反之，配比過大易造成結(jié)瘤。
裝窯方法
石灰窯的裝窯方法有混合裝窯法和分層裝窯法。混合法能使石灰石和燃料混合比較均勻，適合于配比率小、一次加入燃料不多的立窯；分層法便于調(diào)節(jié)燃料在窯截面的分布狀態(tài)，適合于比率較大的立窯。
風(fēng)量
風(fēng)量是指送入窯內(nèi)的空氣量，風(fēng)量取決于無煙煤完全燃燒所需的理論空氣消耗量。風(fēng)量過小，燃料無法完全燃燒，燃燒區(qū)溫度降低，生燒量增加，燃料消耗增加；風(fēng)量過大，窯氣中CO2濃度降低，溫度下降，生燒量增加，燃料消耗亦增加。
風(fēng)壓、窯頂出氣壓力
風(fēng)壓主要取決于立窯的有效高度及石灰石和無煙煤的粒度。窯頂出氣壓力維持在正壓，以免空氣漏入窯氣中，使窯氣中CO2濃度降低。如果壓力過大，鼓風(fēng)機的電耗增加。
出氣、出料溫度
窯頂出氣及窯底出料溫度均應(yīng)較低。過高的話，熱量流失，配比率升高，窯氣中CO2濃度降低。
碳酸鈣的分解率
碳酸鈣的分解率=分解的碳酸鈣/投入的碳酸鈣*100%。若要維持高分解率，需要配比率適當(dāng)，碳酸鈣在煅燒區(qū)有足夠的停留時間，煅燒溫度不能過低。
窯氣中CO2的含量
窯氣中CO2的含量越高，石灰乳所需碳化時間就越短，碳化塔生產(chǎn)能力就越大。維持窯氣中CO2濃度高的條件：
選用低揮發(fā)分的無煙煤；
減少熱損失，降低配煤率；
使空氣過剩系數(shù)盡可能低；
窯頂出氣壓力維持正壓，以免空氣漏入窯氣中。
石灰石的煅燒設(shè)備
煅燒設(shè)備的選擇對能否充分利用石灰石資源有著重要的影響。生產(chǎn)石灰所用的窯爐林林總總，回轉(zhuǎn)窯、環(huán)形套筒式豎窯、懸浮窯，并流蓄熱式雙膛豎窯、CID窯、雙梁石灰豎窯等等。國內(nèi)外生產(chǎn)石灰使用最多的四種是：回轉(zhuǎn)窯、并流蓄熱式豎窯、環(huán)形套筒豎窯和梁氏燒嘴豎窯。
回轉(zhuǎn)窯
回轉(zhuǎn)窯從屬于回轉(zhuǎn)圓筒類的熱工設(shè)備，筒體、滾圈、窯頭罩、窯尾罩、支撐裝置（帶擋輪或不帶擋輪）、傳動裝置等幾個基本部分組成，漿狀或散狀物常用此設(shè)備進(jìn)行加熱處理。
石灰回轉(zhuǎn)窯設(shè)備
回轉(zhuǎn)窯基本結(jié)構(gòu)圖
（a）為豎式預(yù)熱器，（b）為豎式冷卻器，（c）為回轉(zhuǎn)窯
回轉(zhuǎn)窯三大主機結(jié)構(gòu)
石灰回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)工藝流程圖
石灰回轉(zhuǎn)窯的特點：
回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量高，非常適合大型活性石灰生產(chǎn)線；
回轉(zhuǎn)窯屬敞開式煅燒方式，窯體結(jié)構(gòu)簡單，氣流暢通，含硫煙氣可及時排出，燃料中的硫成份不易附著，因而產(chǎn)品含硫量低。生產(chǎn)出的活性石灰產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生、過燒率很低，可以煅燒出高活性度的煉鋼用活性石灰；
回轉(zhuǎn)窯可以直接煅燒不大于50mm的細(xì)粒級石灰石，能充分利用優(yōu)質(zhì)石灰石礦山資源；
回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量高，且單位產(chǎn)品熱耗低，生產(chǎn)的活性石灰質(zhì)量穩(wěn)定；
機械化程度高，易于控制，勞動條件好。
回轉(zhuǎn)窯煅燒系統(tǒng)設(shè)備較多，重量大，投資高，占地面積大，并對煅燒的石灰石強度有一定的要求，在煅燒過程中強度變低、易爆裂的石灰石不適合在回轉(zhuǎn)窯中煅燒。
環(huán)形套筒豎窯(BASK)
環(huán)形套筒豎窯最早是由德國貝肯巴赫公司研制開發(fā)的，首次實現(xiàn)了爐內(nèi)并流煅燒，是生產(chǎn)活性石灰的先進(jìn)技術(shù)，在國際上深受歡迎。環(huán)形套筒豎窯在生產(chǎn)使用有多方面優(yōu)勢：燃料適用范圍廣，窯體構(gòu)成簡單，熱量高效回收，熱量極低，工藝合理，采用負(fù)壓操作，作業(yè)率很高。
套筒式豎窯主要構(gòu)件為內(nèi)套筒和外殼，物料與氣體就在內(nèi)、外殼之間流動。從下到上主要劃分為石灰冷卻帶、下燃燒室下部并流焙燒帶、上、下燃燒室之間逆流焙燒帶和石灰石預(yù)熱帶四個區(qū)域。
套筒式豎窯結(jié)構(gòu)簡圖
1.料斗；2.料口；3.加料斗；4.外筒；5.上內(nèi)筒；6.下內(nèi)筒；7.上燒嘴平臺；8.下燒嘴平臺；9.上燃燒室；10.下燃燒室；11.液壓推桿系統(tǒng)；12.出料臺；13.石灰倉；14.振動出料機；15.循環(huán)氣體入口；16.拱橋；17.冷卻梁；18.環(huán)形管道；19.噴射器；20.燒嘴；21.循環(huán)氣體管道；22.環(huán)形煙道。
并流蓄熱式豎窯
并流蓄熱式雙膛豎窯有兩個窯身，窯身的上部有換向系統(tǒng)，用于交替輪換使用兩個窯身，在窯身煅燒帶的下部設(shè)有彼此連通的通道。
并流蓄熱式豎窯結(jié)構(gòu)示意圖
并流蓄熱式豎窯的特點：
采用并流蓄熱式豎窯生產(chǎn)的石灰具有質(zhì)量好，粒度均勻，活性度高，殘余二氧化碳含量低，硫含量低的優(yōu)點，很好的滿足了煉鋼用石灰的要求。另外，它的節(jié)能功效明顯，單位產(chǎn)品熱耗量很大程度減少，在全部的石灰煅燒窯中的熱量消耗是最少的。但是，它的生產(chǎn)率與國內(nèi)其他的以焦炭為燃料的豎窯相比，高出約30%~40%。除此之外，投資建設(shè)的費用，豎窯比回轉(zhuǎn)窯更少，所需的建設(shè)場地也不大。
雙粱石灰豎窯(FERCALX窯)
梁式窯大體上可分為四部分：貯料帶、預(yù)熱帶、煅燒帶、冷卻帶。貯料帶處于窯頂部，貯量約夠2～3h的石灰正常生產(chǎn)；石料在預(yù)熱帶吸收向上升騰的熱氣中的熱量；煅燒帶有上下兩層燃燒梁，各燃燒梁上的噴嘴將燃料均勻地噴在石料層上，充分燃燒，為石灰石的分解提供熱量；冷卻帶位于煅燒窯的底部，熱石灰通過和冷空氣進(jìn)行熱交換，石灰被冷卻，空氣被預(yù)熱，然后升入煅燒帶。
雙梁石灰豎窯采用的是意大利TF軟件系統(tǒng)，在控制方面，系統(tǒng)全部都能實現(xiàn)連鎖自動控制，同時在現(xiàn)場及電腦畫面上可進(jìn)行單個人工調(diào)試，自動化水平高，質(zhì)量穩(wěn)步上升。另外，其最突出特點是工藝設(shè)計理念先進(jìn)，采用三路壓力系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比增加了一個后置燃燒帶，石灰的活性度被進(jìn)一步提高。此外，雙梁石灰豎窯與回轉(zhuǎn)窯相比，其生產(chǎn)效率非常高，與相同生產(chǎn)能力的窯相比，其投資費用較低，占地面積小，熱耗和電耗低，生產(chǎn)穩(wěn)定，靈活度大，燃料適應(yīng)性強，設(shè)備維護費用小。
除此之外，還有沸騰爐、CID窯、橫流式豎窯、雙斜坡窯、懸浮窯等。實際生產(chǎn)中，對于煅燒工藝及裝置的選擇則要綜合考慮生產(chǎn)用的石灰石粒度及煅燒特性、使用的燃料種類、生產(chǎn)規(guī)模、對石灰的粒度及質(zhì)量要求、生產(chǎn)自動化水平要求、投資多少、廠區(qū)位置大小、對環(huán)保有無特殊要求等因素。
文章抄自中國粉體網(wǎng)旗下粉享家團隊
