活性石灰的煅燒過程

一、活性石灰的煅燒機理

活性石灰之所以要經過“煅燒”而獲得。是因為它的原料——石灰石在向石灰轉化時，需要經過一個吸熱、分解反應的過程。

石灰石被加熱并達到分解溫度后，邊吸收一定的熱量，邊進行分解。這一熱量常被稱之為分解熱。足夠的熱，使石灰石發生從物理性質到化學性質的轉化反應。其煅燒機理為：

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。它的加熱反應式為：

    CaCO₃ —^△→CaO + CO₂↑+ Q

根據實驗表明，使CaCO₃發生分解反應的理論溫度為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，在帶豎式預熱器的回轉窯上約為1250℃。當然，這一溫度是指CaCO₃在此溫度下，在規定的時間范圍內，CaO內的殘留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。這對它的保證基礎則是：石灰原料具有符合產品需要的理化指標。具有煅燒前期的預熱分解保證。具有合理的煅燒溫度和時間。煅燒窯爐具有滿足產品需要的性能。

CaCO₃的分解是需要熱量的。通過理論測算結果表明：kg（千克）單位的CaCO₃分解，需要約1200大卡的熱量。

根據這一熱量指數與所選用燃料的低發熱值指數進行衡算，可以得出單位CaCO₃分解所需的燃料用量。這個理論熱量指數在進一步的理念中，預示著它與CaCO₃分解過程，溫度和時間的密切關系。

影響溫度的主要因素是燃料的質量和數量。煅燒設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備性能的發揮。

由石灰的轉化生成過程事以得知，活性石灰的煅燒機理，實際上就是產生熱量，傳遞熱量，熱量轉換的過程。是使CaCO₃的性質在特定的煅燒設備和煅燒環境中，在規定的時間內發生質變的過程。

   二、活性石灰的煅燒過程

活性石灰的煅燒過程是指，將石灰石進行加熱、分解、煅燒成活性石灰的過程。石灰石在回轉窯系統內，在一定的溫度和一定的時間內，經過煅燒而分解，分離出二氧化碳（CO₂），得到石灰（CaO）產品。

石灰石經過煅燒后生成石灰的過程，是一個化學反應的過程。這個反應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生的熱量和傳遞的質量決定的。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生的熱量向物料燒成過程傳遞出熱量的綜合體現。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：被煅燒的物質在發生理化性能變化過程所需要達到的溫度。

石灰石向石灰變化的過程，是一個在全程溫度控制下，發生化學變化的過程。根據石灰石受熱過程理化反應的需要以及煅燒設備的特點，溫度的分布范圍和要求是不同的。

不同的燒成產品，在不同的煅燒設備中，根據其煅燒性質的需要，對不同的煅燒時段都會做出一個基本范圍的劃分。這就是操作術語中通常所說的各個煅燒階段或所謂的“帶”。

在利用回轉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，通常都要經過預熱、分解、燒成和冷卻四個階段。

但是，在帶豎式預熱器的回轉窯上，由于預熱器的特點所致，石灰產品具有實際意義的煅燒過程卻通常被劃分為預熱、燒成和冷卻三個階段。

當石灰石進入豎式預熱器后，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、預熱和表面分解反應的過程。在豎式預熱器內，它的分解率可達到25%左右。

經過預熱和表面開始產生分解反應的石灰石進入到回轉窯內，在移動至火焰輻射區域或火焰前端時，石灰石的分解反應便已經從顆粒表面轉向了顆粒內部。也就是說，石灰石發生在預熱器底部和回轉窯后部的反應，實際上就是石灰石所謂的分解階段。

但是，在帶豎式預熱器的回轉窯上，對這個階段是沒有明顯的劃分和明確的解釋的。

因此，在帶豎式預熱器的回轉窯上，對石灰各煅燒反應階段的劃分，便形成了以預熱、燒成和冷卻三個階段（帶）來劃分的概念。

一、   預熱階段

在帶豎式預熱器的回轉窯上，將石灰石煅燒成活性石灰以前的預加熱過程，是回轉窯全部煅燒內容中非常重要的環節之一。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量的活性石灰。但是，若將這種活性石灰與帶有預熱裝置而產出的活性石灰進行比較，在不考慮將倆者的理化技術指標進行細化比較的情況下，前者最為明顯的差異便能夠從殘留CO₂（生心）過多，活性度較低且不穩定，外觀質地和活性特征不好等方面表現出來。

石灰石在豎式預熱器內，通過排煙抽力的作用，將來自于回轉窯的熱氣流由預熱器底部向上進行穿透，石灰石在不斷向下移動的運動中，至下而上地得到加熱。由低溫向高溫（200～900℃）逐漸地轉化，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窯的廢氣余熱。

石灰石進入預熱器后，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。當石灰石顆粒被加熱到800℃以上時，顆粒的外表層便會開始發生分解反應。CO₂（氣體）開始從CaCO₃中逐漸地被分離出來。石灰顆粒表面發生“穿白衣”現象。

理論實踐結果表明，CaCO₃的分解溫度約為870——920℃。而在豎式預熱器的下部，廢氣流溫度一般在950℃左右。這就說明，當石灰石顆粒進入到這一溫度區域，在完成了預熱蓄熱的同時，石灰石顆粒表面的部分分解反應便開始發生了。在帶豎式預熱器的回轉窯上，這個預熱加熱的過程一般需要120分鐘左右。

   二、燒成階段

根據豎式預熱器的工作原理，石灰石在完成了烘干預熱的同時，又產生了部分分解。當石灰石顆粒進入到回轉窯但并未接觸到火焰的高溫區前，在廢氣余熱的對流傳熱作用下，分解仍在進行。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。

在回轉窯內所謂的燒成或燒成階段是指，當被預熱后的石灰石顆粒在回轉窯內從開始接觸到火焰的輻射傳熱，到穿過整個火焰輻射區前。在火焰的高溫作用下，完成激烈的化學反應，最終被燒成為石灰的過程。這個過程（階段）一般在30 — 40分鐘內得到完成。

在帶豎式預熱器的回轉窯上，燒成區域一般都設置在從窯體出料端后10米左右處，向回轉窯內（進料端）延伸至20～25米的范圍內。火焰長度也一般應分布在這一區域內。這也就是通常所指的燒成帶。

由于回轉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，在對回轉窯燒成帶或其它“帶”的劃分上，是沒有嚴格的界限區分的。

但是，由于受到了回轉窯煅燒特點的制約，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最終是要在這個階段里通過快速燒制才能表現出來。雖然，這個階段它占有的時間不是很長，但對活性石灰產品的煅燒而言，其意義是非常重大的。

在帶豎式預熱器的回轉窯上，對活性石灰產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，經過了充分的預熱準備。

b、窯體長度、火焰長度、燒成帶長度之間決定的特定關系。

c、活性石灰的產品性質所決定的“快燒急冷”的特性需要。

三、冷卻階段

當被燒成的石灰從離開了火焰或火焰的輻射區域開始，它便開始進入到了冷卻階段。也就是說，在回轉窯的煅燒系統內，對實際意義上冷卻階段的區域劃分，應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從吸熱變成了散熱。

高熱的石灰顆粒進入冷卻器后，在二次風的穿透作用下進行散熱換熱轉換，被強制冷卻至100℃以下。而散出的熱量加熱了二次風（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的冷卻過程一般在40分鐘左右完成，其主要目的在于實現活性石灰“急冷”的特性要求。

總之，在帶豎式預熱器和豎式冷卻器的回轉窯的煅燒系統中，預熱、煅燒（燒成）、冷卻三者之間的關系始終是處在相互影響、相互制約又相互依賴中進行的。物料在預熱器內被預熱的同時，要求有25%左右的分解率，這是完成煅燒的基礎。物料在回轉窯內通過良好的煅燒環境煅燒出質量優質的石灰產品，是產出合格產的手段。而物料在冷卻器內完成了急冷降溫，實現了產出產品的目的。

石灰熟料與二次風通過充分地熱量交換，有利于幫助燃料充分燃燒，達到提高燃燒質量和熱效率的目的。而良好的煅燒環境還有利于穩定預熱器溫度、窯尾溫度和回轉窯煅燒系統內的通風環境。