一种采用循环热风的石灰窑装置的制作方法

本实用新型涉及一种利用气体为燃料的石灰窑及利用该石灰窑生产石灰的工艺方法。

背景技术：

石灰即氧化钙（CaO），广泛应用于钢铁工业、电石工业、氧化铝工业、耐火材料等工业，也是这些大规模工业领域所必需的生产原料之一，例如在冶金工业中，每生产1吨的钢就需要约70公斤的石灰。制取石灰的主要原料是石灰石，石灰石主要成分是碳酸钙（CaCO3），烧制石灰的基本原理就是借助高温，把石灰石中碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳。

基本反应式：CaCO3+42.5Kcal = CaO+CO2

石灰制取工艺过程主要分为预热、煅烧、冷却和卸灰。基于现有的石灰制取技术的工艺方法是：将石灰石和固体燃料装入石灰窑，或者在石灰石装入石灰窑的同时，将气体燃料、助燃空气经管道和燃烧器送入窑体燃烧，燃料与助燃空气混合燃烧后产生的高温烟气用于对石灰石进行加热、煅烧；石灰石被加热到800℃~850℃开始分解，到1200℃完成煅烧，生成石灰成品；生成的石灰经过冷却后，卸出窑外，即完成生石灰产品的生产。在现有的石灰生产工艺中，由于燃烧过程是在窑体内部完成，因此窑体内部只能采用负压或微正压，燃烧火焰和高温烟气所携带的热量分布不均匀且难以控制，需要较长的煅烧时间才能保证窑体内部的石灰石矿料全部分解，这就使得石灰窑的生产率较低，且欠烧和过烧率较高，所谓欠烧就是矿料里的部分碳酸钙没有分解，所谓过烧就是石灰成品与矿料杂质中的硅反应生成硅酸钙，这都会严重影响石灰成品的品质，导致石灰活性度降低。

现有的石灰窑按燃料分：有混烧窑（即以烧固体燃料为主，包括焦炭、焦粉、煤等）和气烧窑（即以燃烧气体燃料为主，如高焦混合煤气、焦炉煤气、转炉煤气、电石尾气、发生炉煤气、天然气等），其中，因为石灰品质高，气烧窑应用更为广泛；按窑形分：有竖窑、回转窑、套筒窑、并流蓄热式双膛竖窑（麦尔兹窑，也称迈尔兹窑）、弗卡斯窑（意大利）等，其中应用比较广泛的是环形套筒竖窑、麦尔兹窑；按操作方式分：有负压操作窑（如环形套筒竖窑）和正压（微正压）操作窑（如并流蓄热式双膛竖窑）。

无论哪一种形式的石灰窑，均是由窑体、上料装置、布料装置、燃烧装置、卸灰装置、电器、仪表控制装置、除尘装置等部件组成，窑体都包括预热段、煅烧段、冷却段。现有的石灰窑技术、尤其是各种气烧窑共有的特点是都需要配置燃烧器系统，气烧窑的燃烧器系统一般由多排、多组燃烧器分布组成，配置有气体燃料管道和助燃空气管道、喷嘴等。

为了更清楚地说明各种形式的气烧窑技术的普遍特点，下面以应用比较普遍的环形套筒竖窑、并流蓄热式窑（麦尔兹窑）为例进行阐述。

如附图1，环形套筒竖窑系统包括：1-炉体、1a-冷却空气、2-上料系统、3-1-上内套筒、3-2-换热器、3-3下内套筒、4-废气排出系统、4a-全部废气、5-燃烧器、5a-燃气+烧嘴空气、6-出料系统；炉体1内有：1-1-预热带、1-2-煅烧带、1-3-冷却带。

在预热带1-1内，石灰石被加热至其煅烧温度。预热带1-1的热量来自于煅烧带1-2的废烟气，煅烧带1-2产生的一部分废烟气向上进入预热带1-1，对矿料预热后降温进入废气系统4；带有多余的热量的另一部分废气通过上内套筒3-1进入换热器3-2，用于加热助燃空气后经废气系统4排出，被加热后的助燃空气则通过管道送到燃烧器5用于燃烧。

煅烧过程在煅烧带1-2进行，燃气和助燃空气在燃烧器5内混合后进入窑体燃烧，其高温烟气用于对石灰石煅烧，石灰成品在煅烧带1-2底部即进入冷却带1-3。

在冷却带1-3内，热的石灰与窑底吸入的冷空气1a进行热交换，温度降低后通过出料系统6排出窑体。冷却空气1a从冷却带1-3下部进入窑内，在下内套筒3-3内与燃烧器5的一部分废烟气混合成为高温废空气，从下内套筒3-3上部排出进入燃烧器5，作为助燃空气参与燃烧。

与回转窑、双膛窑相比，环形套筒窑的主要技术优势包括：热效率高、占地面积小、负压运行等。但这种炉型的普遍问题是系统复杂、产能较低，目前最大的单炉日产能很难超过600吨，维护费用较高，其次是石灰质量稳定性问题，欠烧过烧率一般为3-5%甚至更高。

并流蓄热式窑（麦尔兹窑）也是目前应用比较广泛的窑型之一。目前有两种形式的石灰竖窑，即单膛逆流式和多膛并流式石灰窑（一般是双窑膛）。标准的并流蓄热式石灰窑是由燃烧窑膛和非燃烧窑膛相互切换运行的双膛式石灰窑，一般采用圆形双膛的结构形式，中间由通道连接，每隔一定时间即轮换煅烧一次。在一个窑膛进行煅烧的同时，燃烧烟气从燃烧窑膛内通过所述通道流入到另一个窑膛，对原料石灰石进行预热。这种并流蓄热式窑具有热效率高、能耗低、石灰产品的品质较高等优点，但因为多了一套换向系统，设备比较复杂并且投资较大。同样地，并流蓄热式窑技术的成品率并没有明显提高。

并流蓄热式窑（麦尔兹窑）双膛石灰竖窑工作原理示意图如附图2。其中包括：7-燃烧膛，7-1-燃烧风，7-2-煅烧带，7-3冷却带，8-排气膛，8-1-预热带，8-2废气，9-通道，8-3冷却带，10-冷却风。

如上所述，对于应用比较广泛的不同形式的气烧式石灰窑来说，其结构形式和煅烧形式虽然有所区别，但工艺流程、主要设备构成基本类似，共性的特征都是采用了安装在窑体上的燃烧器对矿料进行加热煅烧，煅烧时间较长，设备投资大、运行费用高、维护费用高，生产率较低，很难消除“欠烧”或“过烧”现象。工程技术人员虽然进行了许多重大改进，但上述共性问题依然没有得到彻底解决。

与本实用新型接近的几项石灰窑的研究成果包括：

一种梁式蓄热石灰窑（CN 203007146 U），如附图3，其中包括：

1c-进料系统、2c-上抽吸梁、3c-预热带、6c-窑体、7c-下抽吸梁、8c-冷却带、9c-出料口、10c-旋风除尘器、11c-布袋除尘器、12c-引风机、13c-第2阀门、14c-2号蓄热器、15c-烧嘴、16c-第4阀门、17c-第1阀门、18c-三通阀、19c-1号蓄热器、20c-第3阀门、21c-助燃空气、22c-燃料、23c-排放系统。

该技术采用了蓄热式换热器，即将从窑体冷却段上部抽出的热废气进行除尘净化处理，然后作为助燃空气进入预热器，助燃空气预热器由2台蓄热式换热器组成，2台蓄热式换热器轮流对助燃空气进行加热，持续地为窑体燃烧器提供热的助燃空气，窑体燃烧器被布置在窑体的燃烧梁上。蓄热式换热器采用低热值煤气为燃料，主要结构包括燃烧器和蓄热室；由于使用了预热后的助燃空气，窑体燃烧器也可以采用低热值煤气。这项技术的特征是利用蓄热式换热器对助燃气体进行预热，提高了助燃空气温度，窑体燃烧器因此可以采用低热值煤气。但因为这种技术只解决了采用低热值煤气、从而降低运行成本的问题，并未涉及其它的气烧式石灰窑共性技术问题，因此应用受到局限。

与上述技术类似的，还有“一种空气蓄热石灰窑（CN 203144298 U）”，其技术特点是在窑体燃烧器上设计了一种“蓄热式烧嘴”，利用这种带蓄热材料的烧嘴对助燃空气进行预热，目的是在燃烧时利用低热值煤气。同样地，这项技术也没有涉及其它的气烧式石灰窑共性技术问题。

如上所述，对于上述与本实用新型相近的研究，都因为其并未解决各种气烧窑的共性技术问题，使得这些研究都无法广泛应用。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种采用循环热风的石灰窑装置，以及采用该装置制取工业用石灰的工艺方法，该装置或方法在于采用循环热风对矿料进行煅烧，循环热风没有火焰、温度稳定，可以获得高品位的石灰成品，避免了过烧情况，恒温热循环风的效果是彻底消除了“欠烧”和“过烧”，缩短了煅烧时间。

为达到上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种采用循环热风的石灰窑装置，包括窑体和加热装置，所述窑体内设置有煅烧段，加热装置提供设定温度的循环热风对处于煅烧段的石灰石矿料进行煅烧，降温后排出窑体的循环热风重新进入到加热装置，加热至设定温度后再次返回窑体煅烧段对石灰石矿料进行煅烧。

还具有预热段，预热段位于煅烧段之前，循环热风在完成煅烧后对位于预热段的石灰石矿料进行预热，降温后排出窑体。

还具有冷却段，冷却段位于煅烧段之后，煅烧完成的石灰石成品经冷却段冷却后从窑体排出。

还具有除尘装置，经过预热段后降温的循环热风在重新进入到加热装置前通过除尘装置进行除尘处理。

冷却段采用空气对石灰石成品进行冷却，排出窑体的废冷却风经除尘器净化处理后，一部分直接用于加热装置的助燃空气，多余的净化废冷却风用于预热煤气。

所述加热装置为蓄热式加热炉组，加热炉组由两座或三座蓄热式加热炉和换热器组成，所述加热炉用于加热循环风，包括燃烧器和蓄热室，蓄热室里有利用耐火材料制成的蓄热体，所述换热器可利用多余的废冷却空气对气体燃料进行预热。

加热炉组采用交替运行“烧炉”和“送风”模式的方法，持续地为窑体提供循环热风，“烧炉”模式是指气体燃料和助燃空气在燃烧器内混合燃烧后形成烟气加热蓄热室内的蓄热体，“送风”模式是循环风进入加热炉组被蓄热体加热后排出加热炉。

所述循环热风温度范围是800℃-1250℃，所述循环热风的压力小于0.3Mpa。

所述石灰窑是各式的竖式石灰窑，或是用于烧制石灰的回转窑。

所述循环热风可以是空气、CO2、烟气或其它气体。

本实用新型具有的技术效果：

1、所述石灰窑使用循环热风对矿料进行煅烧；通过蓄热式加热炉组加热循环热风替代石灰窑本体的燃烧器，可以精准控制循环热风的温度和压力来大幅度提高供热效率，从而提高石灰的煅烧质量，有利于缩短煅烧时间，在不增加窑体容积的情况下可大幅度提高产能。实用新型人对此进行了试验验证，证明以一定温度的循环热风煅烧石灰石，煅烧时间缩短30-50%或者更多，选择合理的煅烧温度是以石灰成品不与杂质发生反应、导致石灰成品活性度降低为前提。

、通过精确控制循环热风的温度，可以有效避免过烧，石灰石块料受热均匀，石灰成品率提高、石灰成品活性度提高。

、取消了窑体燃烧器，实质性地简化了窑体结构，系统更加稳定、可靠，便于维护，降低了系统维护成本；

4、使用较低热值的高炉煤气作为燃料，实质性地取代了价格昂贵的转炉煤气或焦炉煤气或其它的高热值燃料，相比现在各种石灰窑技术，本实用新型大幅度地降低了石灰窑运行成本。

、如果采用CO2作为循环风，则可以回收高纯度CO2。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

图1为背景技术中描述的现有技术之一结构示意图；

图2为背景技术中描述的现有技术之二结构示意图；

图3为背景技术中描述的现有技术之三结构示意图；

图4为背景技术中描述的现有技术之四结构示意图；

图5为本实用新型实施例中的石灰窑装置工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

实施例1

图5展示的是本实用新型涉及的采用循环热风的石灰窑系统组成的典型案例和工作原理图，其中，100-窑体，103-预热段，104-煅烧段，105-冷却段，101-进料机构，102-出料机构，200-加热炉组，201-换热器，202-气体燃料，203-助燃空气，204-加热炉烟气，205-换热后的废冷却风，300冷却风机， 301-废冷却风除尘器，302-净化废冷却风，500-除尘器， 400-循环热风，401-循环风机，402-排放废混合风，

一种采用循环热风的石灰窑装置，包括窑体100和加热装置，其中，窑体100自上而下包括：进料机构101，预热段103，煅烧段104，冷却段105和出料机构102，矿料从进料机构101进入窑体100，经过预热段103、煅烧段104、冷却段105，降温后的石灰成品从窑体100的下部出料机构102排出；在窑体的煅烧段104设置有循环热风进口和通道，在窑体的预热段103上部设置有废循环风出口，窑体100和加热装置由循环风管道和循环热风管道连接。加热装置由加热炉组200和换热器201组成，加热装置提供设定温度的循环热风400。

循环热风400从窑体100的煅烧段104进入窑体对石灰石矿料进行煅烧，煅烧后的混合废循环热风进入到窑体100的预热段103对石灰石矿料进行预热，降温后的混合废循环热风排出窑体100进入除尘器500，除尘后一部分作为循环风并经循环风机401增压后进入加热炉组200，另一部分废混合风402则排放；

其中，煅烧后的石灰成品采用来自冷却风机300的冷却风进行冷却，冷却完成后的废冷却风首先经内套筒降尘后排出窑体，再经除尘器301净化后一部分作为助燃空气203进入到加热炉组200，另一部分则经换热器201对部分气体燃料202进行预热，换热后的废冷却风205直接排放；

其中，在加热炉组200的某座加热炉以“烧炉”模式运行时，气体燃料202与助燃空气203进入加热炉组200的燃烧器里混合燃烧，形成的热烟气进入蓄热室加热耐火材料蓄热体，加热炉烟气204从加热炉组200排出后直接排放；气体燃料202的一部分经换热器201进行预热，与未预热的另一部分气体燃料202混合后进入到加热炉组200的燃烧器里；在加热炉组的某座加热炉以“送风”模式运行时，循环风401增压后进入加热炉200，经加热炉加热后形成循环热风400从加热炉排出，在窑体100的煅烧段104进入窑体。

其中，废循环热风因为混合了石灰石煅烧后产生的CO2气体，因此，降温后的混合废循环风经过除尘器500处理后只有一部分作为循环风401进入加热炉组200。

其中，加热炉组200优选的方案是由2座蓄热式加热炉或3座蓄热式加热炉组成，加热炉组200使用的气体燃料202可以是低热值燃料，例如高炉煤气；

其中，循环热风400的温度范围为800℃~1250℃范围内，优选范围是850℃~1200℃，循环热风400的压力小于0.3Mpa，优选0.03 Mpa -0.25Mpa；

其中，循环热风400可以是空气或其它气体，例如CO2，采用CO2作为循环风，则可以实现回收高纯度CO2的效果，冷却风可以是空气或其它气体，也可以是混合气体；

其中，来自冷却风机300的冷却风对石灰成品冷却后所携带的热量，可以采用多种方式加以利用，以降低系统能耗，例如本案例，废冷却风经过除尘器301后成为净化废冷却风302，其中一部分作为助燃空气203直接用于加热炉烧炉，另一部分则进入换热器201，用于预热部分气体燃料202（如高炉煤气），换热后的废冷却风205直接排放。

对于附图5并没有显示的那些不涉及本实用新型的一些辅助设施和设备，并不意味这些附属设施和设备对于实现本实用新型没有必要的，为实现本实用新型目的，实用新型人建议尽可能采用成熟的技术配置这些必要的附属设施和设备。

本领域技术人员将会认识到，在不偏离本实用新型的保护范围的前提下，可以对上述实施方式进行各种修改、变化和组合，并且认为这种修改、变化和组合是在独创性思想的范围之内的。