石灰生產(chǎn)工藝創(chuàng)新與應(yīng)用

丁德文

（安徽華塑股份有限公司，安徽 滁州 239000）

1 石灰窯現(xiàn)狀

電石分公司原料車間3 臺(tái)麥爾茲石灰窯， 設(shè)計(jì)產(chǎn)能600 t/d， 產(chǎn)品作為原料用于下游電石生產(chǎn)車間。 麥爾茲石灰窯產(chǎn)量提升，窯壓會(huì)隨之升高，當(dāng)窯壓升至33 kPa 時(shí)就會(huì)出現(xiàn)助燃風(fēng)壓力偏高致使風(fēng)機(jī)超流。同時(shí)窯壓升高可能導(dǎo)致卸灰閥、換向閥密封處出現(xiàn)漏氣， 因此麥爾茲石灰窯的窯壓控制和窯體密封程度直接決定麥爾茲石灰窯能否提產(chǎn)。 麥爾茲石灰窯由于生產(chǎn)工藝特點(diǎn)每隔15 天至20 天必須停窯對環(huán)形通道內(nèi)積灰和板結(jié)塊進(jìn)行清理， 頻繁開停車會(huì)造成石灰質(zhì)量的波動(dòng)。

電石爐高溫尾氣送入石灰窯前必須經(jīng)過煤氣管道上安裝的橫管冷卻器進(jìn)行降溫， 使煤氣溫度達(dá)到爆氣加壓機(jī)出口溫度不高于100 ℃的工藝安全要求， 但在降溫過程中電石爐尾氣中含有少量的煤焦油會(huì)附著在冷卻管壁上造成橫管冷卻器堵塞， 影響正常送氣。

原設(shè)計(jì)煤氣熱值分析控制系統(tǒng)為自動(dòng)運(yùn)行，但裝置試運(yùn)行過程中， 外方專家調(diào)試過程中一直無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，基本為手動(dòng)操作，因此操作滯后，造成裝置運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致煤氣供給量波動(dòng)幅度大。

為石灰窯高產(chǎn)、穩(wěn)定運(yùn)行，針對石灰窯生產(chǎn)工藝開展技術(shù)創(chuàng)新，以增加石灰窯日產(chǎn)量、提高石灰窯運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低石灰窯生燒率。

2 需要解決的問題

2.1 提高石灰產(chǎn)能

石灰在煅燒時(shí)， 化學(xué)反應(yīng)從石灰石的表面開始向內(nèi)部進(jìn)行，物料變化與熱傳導(dǎo)也在進(jìn)行。 物理、化學(xué)過程如下。

（1）熱量通過傳導(dǎo)與輻射傳到石灰石的表面；

（2）熱傳遞主要在煅燒帶中發(fā)生；

（3）熱量在石灰石與石灰的反應(yīng)面上被吸收；

（4）產(chǎn)生的CO2從石灰石內(nèi)向外釋放；

（5）CO2釋放到大氣。

步驟（2）與（3）主要取決于物料本身，直接影響豎窯的熱工過程，物料粒度與密度決定反應(yīng)速度，當(dāng)石灰石粒度過大，熱傳導(dǎo)也就越長，完全煅燒所需時(shí)間就越長。隨著過程溫度的升高，石料的機(jī)械特性發(fā)生變化。

當(dāng)石灰窯處于停窯狀態(tài)時(shí)， 非燃燒筒的預(yù)熱帶石灰石在上一個(gè)周期中吸收了部分熱量， 其溫度從常溫20 ℃被加熱到800 ℃的過程中， 體積發(fā)生了2.0%～2.5%的膨脹。當(dāng)石灰石粒度超過100 mm 的含量較大，窯內(nèi)料柱靜止不動(dòng)時(shí)，容易發(fā)生膨料。

當(dāng)窯內(nèi)石灰石完全煅燒成石灰后， 過量的熱輸入或石灰在窯內(nèi)停留時(shí)間過長，石灰開始燒結(jié)，孔隙和體積大大減小，表觀密度開始增大。

通過分析發(fā)現(xiàn)R4S 型帶懸掛缸的石灰窯對石灰石粒徑分布的要求很高。

石灰窯產(chǎn)量提升，窯壓會(huì)隨之升高，當(dāng)窯壓升至33 kPa 時(shí)會(huì)出現(xiàn)助燃風(fēng)壓力偏高致使風(fēng)機(jī)超流，過多的粉料進(jìn)入石灰窯，造成窯內(nèi)氣流流通不暢，增大石灰窯窯壓，影響石灰窯提產(chǎn)，日產(chǎn)量平均僅能達(dá)到580 t/d，無法完全釋放產(chǎn)能。

2.2 提高石灰質(zhì)量

石灰窯為立式窯， 窯內(nèi)物料填充率達(dá)到90%，熱量在物料中存在偏流情況， 造成窯內(nèi)物料煅燒情況控制困難，大粒徑石灰石無法完全煅燒，小粒徑物料存在過燒，影響成品石灰質(zhì)量。

2.3 煤氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，提升石灰窯安全性

石灰窯原有煤氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 石灰窯原有煤氣系統(tǒng)

3 座石灰窯原設(shè)計(jì)中煤氣軟管作為煤氣支管與石灰窯噴槍的連接，使用過程中因煤氣中的水銹蝕、窯壁長時(shí)間烘烤，嚴(yán)重影響煤氣軟管的使用壽命，煤氣軟管更換頻繁，嚴(yán)重影響石灰窯安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

雖煤氣軟管能滿足管道安裝期間的硬連接要求，降低了管道的對接，水平度要求，但因長期使用受到銹蝕，導(dǎo)致煤氣軟管中間部分極易泄漏，存在檢修頻率高、安全隱患多的問題。

煤氣系統(tǒng)置換操作有一定風(fēng)險(xiǎn)， 需將煤氣加壓機(jī)進(jìn)出口蝶閥關(guān)閉、進(jìn)出口眼鏡閥關(guān)閉；關(guān)閉過程中存在煤氣泄漏情況， 人員需佩戴正壓式呼吸器或長管式呼吸器多人配合，不僅造成人力資源浪費(fèi)，更加大了操作過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

為提高石灰窯高平穩(wěn)生產(chǎn)， 降低現(xiàn)場檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和崗位作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)， 在綜合評判后利用石灰窯大修期間同步對煤氣管道系統(tǒng)進(jìn)行更換、改造、升級，實(shí)現(xiàn)石灰窯煤氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2.4 智能化升級的需求

（1）卷揚(yáng)系統(tǒng)升級優(yōu)化

電石分公司原料車間3 座石灰窯卷揚(yáng)系統(tǒng)限位開關(guān)原先為機(jī)械觸碰式， 使用過程中容易造成限位開關(guān)彈簧金屬疲勞，導(dǎo)致限位開關(guān)誤報(bào)警，影響石灰窯正常運(yùn)行。 同時(shí)卷揚(yáng)鋼絲繩繩徑為6×19，承重力不足，造成石灰窯加料過程中物料偏少，影響石灰窯生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。

（2）石灰窯儀控裝置

石灰窯儀控裝置受制于窯況，頻繁損壞、故障，造成石灰窯停窯檢修，影響石灰窯穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）石灰窯窯下卸料倉料位計(jì)

石灰窯6.27 m 儲(chǔ)灰斗原設(shè)計(jì)料位計(jì)為倉內(nèi)懸吊式傾斜料位計(jì)，該料位計(jì)存在不耐高溫的缺點(diǎn)，導(dǎo)致石灰窯本體設(shè)備故障頻發(fā)。

（4）石灰窯煙氣換向閥限位信號

石灰窯系統(tǒng)運(yùn)行中， 燃燒筒煙氣換向閥因管道壓力較大，存在回抽情況，造成煙氣換向閥限位信號丟失，影響石灰窯系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（5）石灰窯11.4 m 內(nèi)部弧板

原設(shè)計(jì)11.4 m 內(nèi)部弧板易出現(xiàn)開焊脫落情況，石灰窯系統(tǒng)運(yùn)行中，窯體內(nèi)部產(chǎn)生高壓，造成窯內(nèi)物料噴出。 此情況是國內(nèi)石灰窯普遍存在的問題。

（6）石灰窯通道

石灰窯為雙筒設(shè)計(jì)，兩個(gè)筒連接處經(jīng)長期運(yùn)行易造成粉料堵塞，導(dǎo)致石灰窯氣流流通不暢，窯壓升高，無法正常生產(chǎn)，必須停窯清理。

2.5 環(huán)保生產(chǎn)的需求

石灰窯煅燒工藝需12～15 min 換向， 換向后助燃風(fēng)冷卻風(fēng)放散至大氣，以保證助燃風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)不停機(jī)，增加設(shè)備壽命。但換向瞬間石灰窯內(nèi)壓力發(fā)生變化，粉料連同助燃風(fēng)、冷卻風(fēng)一并排入大氣，導(dǎo)致石灰窯顆粒物排放超過國家標(biāo)準(zhǔn)。 排放的顆粒物影響生產(chǎn)環(huán)境，飄至石灰窯后除塵風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)房內(nèi)，造成設(shè)備損害，增加設(shè)備故障率，增加設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)頻次，減少了設(shè)備使用壽命。放散后的高壓氣體對石灰窯后除塵系統(tǒng)造成影響， 容易吹壞除塵設(shè)施的保溫層，長期會(huì)對除塵器鋼結(jié)構(gòu)造成影響。

3 技術(shù)改造創(chuàng)新點(diǎn)與應(yīng)用

3.1 產(chǎn)能提升

用于石灰窯生產(chǎn)的石灰石小、碎、粉料含量低，其中＜40 mm 最大占5%，＜15 mm 最大占1%，＜5 mm最大占0.1%。 含量過高會(huì)造成窯內(nèi)透氣性差，窯內(nèi)壓力大，一方面氣流偏流，部分石灰石得不到煅燒；另一方面窯內(nèi)CO2不能快速釋放出去，降低了石灰石的分解速度；同時(shí)窯壓過高是抑制產(chǎn)能提升的瓶頸。

大顆粒含量過高會(huì)造成煅燒不充分， 影響到生燒率；還會(huì)帶來膨料的隱患；由于生燒高，操作員可能會(huì)增加熱輸入，提高溫度，其他粒徑合格的石灰石已經(jīng)煅燒成的生石灰就會(huì)處于過燒狀態(tài)， 增加表觀密度，如果產(chǎn)能較低的情況下存在粘接的風(fēng)險(xiǎn)，也降低了石灰的活性度，軟燒變硬燒。

針對石灰窯小粒徑石灰石影響石灰窯產(chǎn)能提升問題， 原料車間在窯前皮帶機(jī)頭處增加一套窯前篩分系統(tǒng)，解決了石灰窯窯壓制約石灰窯產(chǎn)量的問題。電石分公司石灰石的上料系統(tǒng)見圖2。

圖2 石灰石上料系統(tǒng)圖

目前石灰石上料系統(tǒng)中只有一道棒條篩對原料中的小粒徑和粉灰進(jìn)行篩分， 大粒徑的石灰石無法篩分，效果不理想，存在問題如下。

（1）生產(chǎn)的石灰生過燒較高，偶爾還會(huì)出現(xiàn)超過工藝指標(biāo)。

（2）原料石灰石的篩分未在進(jìn)料源頭控制，而是直接進(jìn)入皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)， 導(dǎo)致皮帶機(jī)運(yùn)行效率大大降低，增加了石灰石的運(yùn)輸成本。

（3）石灰石進(jìn)廠后直接卸到石灰石堆場，使用鏟車進(jìn)行倒運(yùn)且增大了石灰石的倒運(yùn)成本，上料存在安全隱患。

3.2 質(zhì)量提升

石灰窯采用的大粒徑石灰石煅燒， 由于石灰石顆粒較大，100 mm 以上占有率在40%以上， 甚至達(dá)到150 mm 粒徑的石灰石也不在少數(shù)。 而當(dāng)產(chǎn)能滿負(fù)荷時(shí)，石灰石在預(yù)熱帶停留的時(shí)間為7.2 h，煅燒帶停留的時(shí)間為9.6 h，即使溫度達(dá)到要求，但煅燒時(shí)間不充分， 大顆粒石灰石難以在無風(fēng)險(xiǎn)的情況下控制并穩(wěn)定生燒率小于5%。 而同一座窯中大顆粒石灰石實(shí)際煅燒情況是生燒率超過30%，大于130 mm 超過40%， 混合樣生燒率則維持在15%左右，難以滿足質(zhì)量需求。

針對石灰窯大粒徑石灰石無法完全煅燒， 小粒徑物料存在過燒，影響產(chǎn)品質(zhì)量問題，原料車間在石灰石運(yùn)輸線3#轉(zhuǎn)運(yùn)樓處增設(shè)一條篩分系統(tǒng)，對大顆粒物料進(jìn)行篩分，減少入窯大粒徑的數(shù)量，降低石灰窯生燒。

3.3 運(yùn)轉(zhuǎn)率提升

（1）煤氣管道升級改造

針對石灰窯煤氣管道泄漏問題， 改為使用熱軋無縫管配合膨脹節(jié)輸送煤氣。 改造后的煤氣管道使用DN65 熱軋無縫管作為煤氣輸送管道， 在調(diào)整好管道水平高度后現(xiàn)場制作彎頭、直管、活套法蘭進(jìn)行安裝， 并在末端將DN65 不銹鋼膨脹節(jié)作為管道調(diào)整、對接的最終方式，避免管道安裝期間對接困難，在改造后對所有管道、焊縫、法蘭連接處進(jìn)行打壓試漏，確認(rèn)無泄漏。

使用無縫管完全代替煤氣軟管， 降低了管道長時(shí)間使用存在泄漏的安全隱患， 降低了人員檢修作業(yè)的頻率和現(xiàn)場巡期間的安全風(fēng)險(xiǎn)， 有利于石灰窯高平穩(wěn)地組織生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定。

（2）使用氣動(dòng)式眼鏡閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行

針對煤氣系統(tǒng)置換操作有一定風(fēng)險(xiǎn)性， 且操作人員較多情況， 將原先手動(dòng)眼鏡閥改為氣動(dòng)式眼鏡閥，操作簡單，且因操作人員減少，操作時(shí)間縮短，大大降低了人工操作的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）卷揚(yáng)系統(tǒng)機(jī)械限位改造

針對石灰窯卷揚(yáng)限位因使用過程中容易造成限位開關(guān)彈簧金屬疲勞，導(dǎo)致限位開關(guān)誤報(bào)警問題。將原先機(jī)械觸碰式限位開關(guān)改為信號接觸式， 并在原有的聯(lián)鎖基礎(chǔ)上再增加一道限位感應(yīng)式報(bào)警裝置，保障了系統(tǒng)聯(lián)鎖的有效性。

（4）石灰窯儀控改造

針對石灰窯6.27 m 儀控裝置受制于窯況生產(chǎn)，頻繁損壞、故障問題進(jìn)行技改，將內(nèi)部傾斜報(bào)警改為外部觸點(diǎn)式報(bào)警從而避免因高溫造成設(shè)備損壞；針對石灰窯煙氣換向閥回抽問題， 將原有接觸限位點(diǎn)進(jìn)行改造，重新設(shè)計(jì)限位接觸位置，由原先的點(diǎn)接觸式改為面接觸式， 有效解決因限位信號丟失造成的石灰窯系統(tǒng)停運(yùn)問題。

（5）石灰窯11.4 m 弧板改造

針對原設(shè)計(jì)11.4 m 內(nèi)部弧板易出現(xiàn)開焊脫落情況， 將原先采用的噴涂料+澆注料的封堵方式改為頂部膨脹螺栓+下部鋼板焊接+膨脹管+耐高溫密封膠的方式封堵，有效解決了石灰窯11.4 m 弧板損壞、噴灰問題。

（6）石灰窯自動(dòng)化清吹改造

針對石灰窯連結(jié)通道處經(jīng)長期運(yùn)行易出現(xiàn)粉料堵塞問題，增加兩套空氣炮對吹系統(tǒng)，在石灰窯運(yùn)行過程中， 在通道處使用高壓氣體對沉積的粉灰進(jìn)行噴吹疏通，保障石灰窯穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 環(huán)保性能提升

為解決石灰窯換向時(shí)顆粒物排放及高壓氣體噴吹造成的設(shè)備損壞及噪音問題， 采用石灰窯高壓釋放閥除塵器， 將換向時(shí)噴出的氣體及顆粒物進(jìn)行收集，同時(shí)降低換向時(shí)產(chǎn)生的噪音。

為保障換向時(shí)風(fēng)機(jī)不停機(jī)， 設(shè)計(jì)在換向時(shí)將助燃風(fēng)、冷卻風(fēng)排向大氣，造成環(huán)境污染。 由于其他收塵器占地面積較大，且造價(jià)較高，最終選用無動(dòng)力收塵裝置。

3.5 石灰生產(chǎn)工藝創(chuàng)新與應(yīng)用的差異化研究

（1）產(chǎn)品質(zhì)量

增加了窯前篩分系統(tǒng)后， 對入窯石灰石進(jìn)行了多次篩分， 將≥80 mm 粒徑的石灰石進(jìn)行篩分后再破碎，確保了窯內(nèi)石灰石粒度均勻，保證石灰石都能夠煅燒完全，從而降低了石灰生過燒，達(dá)到現(xiàn)有8%的生過燒標(biāo)準(zhǔn)。 項(xiàng)目實(shí)施前后運(yùn)行情況對比見表1。

同時(shí)對≤30 mm 粒徑的石灰石進(jìn)行二次篩分，降低入窯粉料量，增大窯內(nèi)透氣性。使石灰窯內(nèi)煅燒更加充分， 燃燒后的高溫氣流能夠順暢地通過石灰石間隙排除，有效降低了窯內(nèi)壓力，為石灰窯產(chǎn)能提升提供了良好的窯況。

表1 窯前篩分系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施前后石灰窯運(yùn)行情況對比

（2）安全環(huán)保

煤氣系統(tǒng)改造實(shí)施前每月更換12 根漏氣的煤氣軟管，實(shí)施后取消了軟管的使用，改成用無縫鋼管加膨脹節(jié)連接。而煤氣漏點(diǎn)由之前的每月17 處降低為現(xiàn)在的每月3 處，相比以前的軟管連接，現(xiàn)在的鋼管加膨脹節(jié)連接更加穩(wěn)定， 不易出現(xiàn)腐蝕泄漏的情況，即使出現(xiàn)漏點(diǎn)，相比較于軟管，現(xiàn)在的無縫鋼管更加容易排查處理。

石灰窯高壓釋放閥除塵器項(xiàng)目實(shí)施前石灰窯泄壓裝置采用的是直排方式， 窯內(nèi)殘留的粉塵伴隨高壓氣流在極短時(shí)間內(nèi)排放至大氣。 對石灰窯周邊環(huán)境造成了較大污染，泄壓時(shí)產(chǎn)生較高的噪音，嚴(yán)重影響員工身心健康。高壓釋放閥除塵器使用后，收塵效果良好，不僅解決了顆粒物排放問題，且降低了石灰窯換向時(shí)產(chǎn)生的噪音及振動(dòng)， 為石灰窯長期穩(wěn)定運(yùn)行提供了支持?。 除塵器項(xiàng)目實(shí)施前后對比見表2。

表2 石灰窯高壓釋放閥除塵器項(xiàng)目實(shí)施前后對比

4 結(jié)語

以安徽華塑股份有限公司電石分公司采用技術(shù)改造、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和對比分析相結(jié)合的研究方法，對石灰窯生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)行研究應(yīng)用和差異化分析。

（1）通過實(shí)踐應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)石灰窯產(chǎn)量由1 750 t/d提高到1 800 t/d。每年可多產(chǎn)石灰18 250 t。按照石灰單價(jià)500 元/t 計(jì)算，可直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益912.5萬元；

（2）實(shí)現(xiàn)石灰生過燒由12%降低至8%，從工藝上滿足了下游電石安全生產(chǎn)的需求， 實(shí)現(xiàn)了噸電石單耗降低；

（3）實(shí)現(xiàn)顆粒物排放濃度在10 mg/m3以下，達(dá)到了超凈排放要求。