电石生产用石灰质量的控制.pdf

1、耐 火 与 石 灰2012 年 12 月第 37 卷 第 6 期1 前言新疆天业公司目前已形成年产近 200 万 t的电石产业 ， 而石灰是生产电石的主要原料 ， 按每生产lt 电石消耗 0.91.2t 石灰计算 ， 生产电石用石灰的需求量已超过 180 万 t 每年 。 因此 ， 如何控制石灰的质量 ， 同时控制石灰生产成本是生产经营中关注的课题 。 我公司电石生产用石灰的来源分为自产和外购两个部分 ， 其中外购部分用量较少 ， 其质量主要通过 电石生产用石灰 （DB65 T3017-2009）地方标准来控制 ； 自产部分的质量和成本 ， 在电石生产中所占比例很大 ， 因此其质量过程控制显得

2、尤为重要 。 本文主要针对新疆天业公司自产石灰的整个过程来讨论电石生产用石灰的质量控制 。2 石灰原料中杂质对电石反应过程的影响在 电石生产用石灰 （DB65 T3017-2009）地方标准中 ， 电石生产用石灰的指标要求列于表 1。其中 ， 全氧化钙是评价电石生产用石灰质量的关键技术指标 ， 是指石灰中各种形态钙的总和 。在电石生产中 ， 为了得到优质 、 高产 、 低耗的成品 ， 采取的主要技术措施是加快电石炉内反应速度 ， 减少副反应 。 因此 ， 要求石灰中的 CaO 越高越好 ， 杂质越少越好 。 先从反应的角度看杂质对电石生产过程的影响 。电石炉中的主反应 ： CaO+3C CaC

3、2+CO生产 1t 工业电石理论上所消耗的电能可通过下式计算得到 ：1 0000.80645 219.6104643.6106=1 581.9 度式 中 ： 0.806每公斤电石中发气量为 300L 时电石生产用石灰质量的控制周 刚 （新疆天业 （集团 ） 有限公司 ， 石河子 832000）摘 要 ： 通过麦尔兹窑生产过程阐述了石灰质量控制的要点 。 为保证生产出优质石灰 ， 应对原料和燃料的杂质进行控制 ， 同时还应选择合理的石灰石粒度 、 煅烧温度 、 压力和煅烧时间 。关键词 ： 电石 ； 石灰 ； 质量 ； 控制中图分类号 ： TQ177.212 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1

4、673-7792 （2012） 06-0007-03Quality control during the production of lime for calcium carbideZhou Gang （Xinjiang tianye （group） Co., Ltd., Shihezi 832000, China）Abstract： This paper discusses the key quality control points for lime production based on the produc-tion process of Maerz kiln. In order to

5、 produce high lime, the impurities in the raw material and fuelshould be controlled. Meanwhile, limestone particle size, sintering temperature, pressure and sinteringtime should be suitably controlled.Key words： Calcium carbide； Lime； Quality； Control收稿日期 ： 2012-09-10作者简介 ： 周 刚 （1971-）， 男 ， 工程师表 1 电

6、石生产用石灰的指标要求质量等级参数名称优等品 一等品 合格品全氧化钙 （CaO） /% 92 88 80盐酸不溶物 /% 1.8 2.5 3.5氧化镁 （MgO） /% 1.6铁铝含量 （R2O3） /% 1.6硫 （S） /% 0.04磷 （P） /% 0.02生过烧率 /% 8粒度 /%63mm 58mm 57REFRACTORIES & LIMEDec. 2012Vol.37 No.6CaC2的百分含量 ； 3.61061 度电全部转化为热的焦耳数 ； 64电石的分子量 ； 45 219.6104生成电石的反应热 ， kJ。实际上生产 1t 电石所耗电量远远大于理论值 ， 这是由于电石原

7、料中的杂质在电石炉中发生一些吸热的副反应 ， 如下 ：Fe2O3+C2Fe+3CO-452kJSiO2+2CSi+2CO-573.59kJAl2O3+3C2Al+3CO-800kJMgO+CMg+CO-486kJCaCO3CaO+CO2-178.5kJCO2+C2CO-164.4kJH2O+CCO+H2-120.5kJCa（OH）2CaO+H2O-109.2kJCaSiO3CaO+SiO2-84.4kJ从副反应方程式中可以看出 ， 这些副反应均为吸热反应 ， 因此 ， 对电石生产用石灰的质量过程控制是非常有必要的 。3 电石生产用石灰石原料的供应要求石灰的主要成分是碳酸钙 。 石灰石主要来自沉

8、积岩 ， 是由含碳酸钙的微生物残骸等经若干年后 ， 逐渐形成致密而坚硬的岩石 。 石灰石的化学成分 、 矿物组成以及物理性质变化很大 ， 其致密程度也随着时间的变化而发生改变 。 时间长的较致密 ， 时间短的较疏松 ， 因其致密度的不同 ， 其结构也就不同 。 作为电石生产用的石灰石原料 ，其质量取决于它的结构 、 杂质含量及分布均匀程度 。 石灰石的质量在很大程度上决定了活性石灰的质量 。 在新疆石灰岩矿产地多分布广 ， 石灰岩资源总量非常丰富 ， 预测达 2 054.4 亿 t。 但电石生产对石灰石品质要求较高 ， 以沙湾县柳树沟石灰岩矿的 1 号矿体为例 ， 其石灰石的组成列于表 2。参

9、考资料中未提及微量的硫磷成分 ， 矿区的硅铁成分波动较大 ， 而氧化镁组成平稳 ， 这些杂质不但会在电石生产过程中发生副反应导致能耗上升 ， 而且在石灰窑的煅烧温度下同样容易与CaO 结合生成硅酸盐 、 铝酸盐等盐类 ， 而这些盐类的熔点较低 ， 在煅烧带呈液相存在 ， 造成石灰在窑内结疤 ， 影响窑内的热平衡 ， 因此应严格控制石灰原料中的杂质含量 。石灰石的主要成分是碳酸钙 （一般含量在94以上 ）、 碳酸镁 （一般含量 24）。 石灰石内的碳酸钙和碳酸镁受热后发生可逆反应 。CaCO3CaO+CO2-1 780kJ（kgCaCO3）-1MgCO3MgO+CO2-1 421kJ（kgMgC

10、O3）-1由反应式可见 ， 碳酸镁的分解温度较低 ， 在碳酸钙尚属于预热阶段时 ， 碳酸镁就开始吸热分解 ， 从而使碳酸钙得不到充分预热 ， 分解反应滞后 ， 生烧增多 ， 从而降低氧化钙的含量 。电石 、 水泥 、 建筑 、 冶金 、 制碱等不同的生产领域对石灰石的杂质要求不同 ， 电石生产用的石灰石 ， 要求有效成分 CaO 含量应至少在 50以上 。 应按照不同的石灰石用户 ， 有目的的供给和采购石灰石 。4 石灰烧制过程质量的控制石灰窑窑型因动力燃料 （煤或燃气 ）、 生产工艺等不同而各异 ， 常见的窑型有常规竖窑 、 回转窑 、 弗卡斯窑 、 套筒窑 、 麦尔兹窑等 。 目前国内很多

11、厂家选择麦尔兹双膛并流蓄热式双燃料石灰窑 ， 取得很好的运行效果 。 本文针对麦尔兹窑的生产工艺 ， 谈谈石灰烧制过程的质量控制 。4.1 石灰石粒度和温度控制石灰石在煅烧过程中 ， 其粒度大小是很重要的 ， 不同的窑炉对石灰石的粒度要求不同 ， 对于麦尔兹窑石灰石粒度标准通常为 4080mm， 超上下限粒度的量控制在 10以内 。 一般来说致密的石灰石分解性能较差 ， 这是因为晶型好而致密度高的石灰石缺乏二氧化碳逸出的通道 ， 因而二氧化碳逸出和扩散的速度降低 。 结晶小的石灰石晶粒间有空隙 ， 结构多为孔状 ， 二氧化碳容易分离 ，烧成的石灰气孔多 ， 比表面积大 。 另外 ， 当石灰石表

12、面碳酸钙分解后 ， 要把热量通过石灰石表面氧化钙层传递到石灰块中心 ， 表面和中心就必须有较大的温差 ， 但表面温度高容易使表面产生过烧 ， 而过烧层产生后会进一步制约石灰块内部的分解速度 ， 出现内生外焦的现象 。 由于天然生成的石灰石层内具有多孔性和传热性能差等特点 ，当温度达到 1 2501 350时 ， 石灰石的表面会产表 2 石灰石的组成成分 CaO SiO2Fe2O3Al2O3MgO K2O 烧失量 （CO2）含量 /% 53.95 1.71 0.31 0.54 0.74 0.2 41.158829216007108耐 火 与 石 灰2012 年 12 月第 37 卷 第 6 期生

13、过烧 、 收缩并产生裂纹 ， 使 CO2不能充分地分离 。 同时 ， 高温也能够使杂质渣化率增大 。 石灰石的粒度控制在 4080mm， 温度控制在 1 0001 100时生产的石灰质量最好 。 石灰石的粒度选择对石灰煅烧质量的影响非常大 。在一定的煅烧温度下 ， 在石灰石原料品质稳定 、 粒度控制均匀的情况下 ， 为了避免生烧和过烧 ， 石灰石的全部分解时间可由图 1 估算 。4.2 燃料的影响麦尔兹窑燃料一般均选择烟煤 ， 通常情况下会对石灰烧制过程造成影响的指标主要有 ： 煤的工业分析指标中的水分和灰分 ， 另外 ， 还有全硫和磷 。 煤中的水分太高会造成不必要的热量损失 ，同时 ， 会

14、对煤粉的输送管道造成堵塞 ， 尤其在冬天 ， 有可能使煤粉在管壁结块 。 灰分是煤在燃烧后的残留物 ， 会造成麦尔兹窑环形通道的堵塞 。另外 ， 硫 、 磷元素也会被石灰吸附或生成硫化物 ，使石灰中的硫含量增加 ， 因此 ， 对燃料中的杂质含量也应控制在最低程度 。煤粉喷枪及静态分配器的堵塞均影响喷煤的均匀性 ， 会导致石灰质量不均匀 ， 使过烧和生烧率增大 。 在实际控制中应注意观察燃料系统的稳定性 。为了保证燃煤的充分燃烧利用 ， 同时提供高品位的热能 ， 在实际操作中要有一定过剩系数的空气 ， 空气过剩系数也是控制高温区温度梯度及通道温度的重要参数 ， 通常空气过剩系数选择在08115

15、范围内 。4.3 工艺参数的控制石灰石在高温下煅烧的反应是一个可逆过程 ，表 3 中 列 出 了 CaCO3在各种温度下分解时的PCO2（CaCO3）。从表 3 中可以看出分解时产生的二氧化碳必须及时移走 ， 使可逆反应向右 （生成 CaO 的方向 ） 进行 。 因此 ， 在生产中控制窑内分解压力（负压 ） 是非常重要的 。 麦尔兹窑设有排烟机和鼓风机 ， 使窑内呈负压 ， 在一定的温度 、 压力下 ，石灰石分解生成氧化钙和二氧化碳 ， 在窑内这一分解过程应是连续进行 ， 石灰石也由表及里不断进行着化学反应 ， 稳定连续的生产保证成品石灰粒度均匀 ， 质量稳定 。导致窑压异常除了温度原因外 ，

16、 还有石灰石表面杂质和煤中的灰分会缩小麦尔兹窑旋口周围的通风面积 。 同时已经分解的石灰块在料柱向下运动中受到摩擦挤压作用产生的石灰粉 ， 一部分也粘附于旋口周围和外环 ， 堵塞了旋口的通风面积 ， 造成窑压增大 ， 窑气流速增大 ， 这时高压 、高速湍动的窑气流极易将旋口周围的粉灰带入环形通道 ， 造成环形通道堵塞 ， 使窑内的气体流向集中于某一区域 ， 出现局部生烧和灰温无法控制的现象 。为保证燃料完全燃烧 ， 同时给石灰分解提供高品位的热能 ， 进出料应平衡合理 ， 并保证所需空气的风量和风压 。4.4 石灰石料场的管理石灰石在装卸过程中和在料场堆积过程中 ，容易沾染泥土和灰尘 ， 因此

17、在储运过程中应加强管理 ， 有条件的单位应建设石灰石库 。 石灰石在入窑前应先将其表面的泥土去掉 ， 泥土在入窑后经高温煅烧会形成低熔物 ， 影响石灰石的预热效果 ， 同时使石灰中的氧化钙含量下降 。 因此在原料开采后或入窑煅烧前 ， 通常要经过水洗处理 ，目的就是要保证原料表面的清洁 ， 减少杂质的存在 ， 一般要求杂质量小于 1。4.5 石灰的存放石灰遇到水或吸收空气中的水分都会发生水化反应 ， 生成极细的氢氧化钙粉末 。 因此 ， 存放石灰的地方应有防雨设施 ， 防止石灰水化 ； 其次 ，石灰库应保持干净 ， 不混入杂物 。 对于生产电石用的石灰 ， 目前最好的生产和储运方式是与电石表

18、3 CaCO3在各种温度下分解时的 PCO2（CaCO3）温度 / 500 600 700 800 900 950 1 000CO2分压 /kPa 0.015 0.316 4.694 22.34 102.8 192.8 360.4（下转第 12 页）图 1 石灰石料块尺寸与温度和时间的关系9REFRACTORIES & LIMEDec. 2012Vol.37 No.6生产装置在同一个园区内配套 ， 这样可以缩短输送距离 。 可采用皮带廊桥输送 ， 就近建立石灰中转库 ， 以降低石灰运输成本 。5 结语为生产出高质量的石灰 ， 必须优选石灰石和燃料 。 需要从原料采购时便开始质量管理 ， 在实际

19、生产中应保证原材料的粒度 ， 减少杂质含量 。根据生产负荷 、 原料特点 、 产品要求和操作要求选择确定合理的煅烧温度 、 时间和压力 。 在原材料和成品石灰的储运过程中应提供良好的存放条件 ， 保证稳定的热工制度和生产连续性 。李连洲 编辑燃烧室截面温度分布云图 。 云图通过颜色的深浅来表示温度的高低 ， 颜色越深 ， 温度越高 。 从图中可见 ， 传统燃烧室内烧嘴中心线上温度明显低于周围温度 ， 出现严重的燃烧分层现象 ； 而改变锯齿砖位置后 ， 由于锯齿砖的扰流作用 ， 出口处温度分布梯度较小 ， 温度分布较改造之前均匀 。对改变锯齿砖位置后的下燃烧室进行烧嘴尺寸改造模拟 ， 结果如图

20、3 所示 。 右图为缩小烧嘴煤气出口面积的模拟结果 ， 提高煤气出口射流速度后 ， 整个燃烧室内温度场分布均匀 ， 无局部的高温区 ， 燃烧室平均温度也较高 ， 整个燃烧空间趋于无焰燃烧状态 。5 结论（1） 我国是能源消耗大国 ， 能源利用率较低 ， 开发和利用无焰燃烧技术 ， 改造传统工业窑炉 ， 对提高能源利用效率 、 改善环境污染 、 降低生产成本及提高竞争力具有十分重要的意义 。（2） 本文通过模拟研发一种能够提高窑炉煅烧温度 、 保证火焰稳定 、 改善温度场分布和避免形成局部高温区的无焰燃烧技术 ， 从而提高套筒窑煅烧效率 ， 减少耐火材料烧损 ， 降低 NOx等有害物质的排放 ， 并使低热值燃气在套筒窑上的使用得到实现 。（3） 数值计算能有效地用于套筒窑无焰燃烧分析 ， 获得实验难以取得的数据 ， 如燃烧室内温度分布等 。（4） 通过对套筒窑下燃烧室结构改造 ， 有利于提高燃烧室内煤气的燃烧效率 ， 使燃烧由传统燃烧向无焰燃烧发展 。李连洲 编辑!（上接第 9 页）图 3 改变烧嘴尺寸前后燃烧室温度分布云图12