试论悬浮煅烧石灰窑结圈堵塞问题成因与清理工艺改进

摘要：悬浮煅烧石灰窑是利用石灰石粉末悬浮在高温气流中通过热解反应来生产石灰。悬浮煅烧石灰窑在石灰烧制过程中会产生结圈堵塞问题，影响石灰煅烧效果。本文对悬浮煅烧石灰窑结圈堵塞问题的成因做出分析，讨论原材料、煅烧操作、设备情况对结圈问题的影响，提出悬浮煅烧石灰窑结圈堵塞问题的清理工艺改进策略，通过优化原料预处理，应用新型清洁技术等方法对结圈堵塞进行有效清理。提高石灰煅烧效率。

关键词：悬浮煅烧；石灰窑；结圈堵塞；清理工艺

引言：

石灰在现代工业的各类工程中都应用广泛，如建筑业、医药业、纺织行业等。悬浮煅烧石灰窑具有生产效率高、产品质量高等优点，是当前石灰生产的一种新型技术。悬浮煅烧石灰窑中存在一些固有问题，高温煅烧过程中部分原料或生产过程中的中间产物会附着在窑壁内部，进而造成石灰窑的结圈堵塞，该问题会导致生产效率下降，影响生产进度与最终成品质量。

一、悬浮煅烧石灰窑结圈堵塞问题成因

（一）原材料

悬浮煅烧石灰窑所使用的煅烧原材料为石灰石粉。石灰石中带有SiO2与AI2O3等杂质。石灰石在高温煅烧过程中，SiO2与AI2O3等杂质会与CaO发生反应生成化合物，其产物为硅酸钙、铝酸钙。硅酸钙、铝酸钙等化合物的熔点低于CaO熔点，虽然在常压下这些部分化合物稳定性较低，熔点有所波动，但通常都在碳酸钙之下。这导致了杂质较多的石灰石在煅烧过程中会产生大量的低熔点化合物，高温煅烧下低温化合物会转变为熔融态物质，进而黏附在窑壁表面，长久积累下形成结圈。石灰石中另一类常见杂质，如Fe2O3、Na2O、K2O等，熔点也较低，高温煅烧时这类杂质会首先熔化形成液相，对石灰石中的其他物质熔点造成不良影响，促进其他组分溶解，从而加速结圈的形成。

石灰石的粒度分布也会对煅烧结圈问题产生重要影响，粒度分布越不均匀，石灰石在窑内的传热和传质就越不均匀，从而引发窑内的局部升温，导致局部过热形成结圈。石灰石的粒度分布中若粗颗粒较多，会影响煅烧的反应速率，使得煅烧不够完全，石灰石中的CaCO3会与其他组分进行反应，出现结圈问题。石灰石的活性也会对煅烧过程产生影响，活性高的石灰石分解快、反应快，活性低的石灰石反应慢，分解不完全，CaCO3与其他组分反应结圈。

（二）煅烧操作

悬浮煅烧石灰窑在煅烧过程中需要对温度、风速、风量等内容做出具体操作控制，煅烧时的操作不当也会导致石灰窑出现结圈问题。由于悬浮煅烧石灰窑的热解反应需要在高温条件下进行，因此一般炉温会控制在900-1000℃之间，低温会导致生产出的石灰质量下降，高温则容易导致炉体损坏，同时也会影响石灰质量。温度通常不会超过1000℃，若煅烧温度超过1000℃，石灰石中的杂质会与碳酸钙反应生成共熔体，黏附在窑壁表面形成结圈。煅烧过程中若煅烧温度不均匀，会影响到局部热度，若局部过热也会发生结圈问题。风速的高低也会对石灰窑煅烧产生影响，风速过高会导致煅烧不充分，风速过低会影响石灰石的悬浮状态，都容易导致结圈问题产生。风速不均匀则会使得石灰石在窑内分布不均，从而产生结圈。风量对石灰煅烧产生的影响体现在风量大小方面，风量过大情况下，石灰石在煅烧区停留的时间较短，煅烧不均匀，也会影响石灰石的悬浮状态，导致结圈问题产生。

（三）设备情况

窑体结构、预热器等设备因素是影响结圈问题的重要因素。石灰窑的形状和尺寸会影响石灰石在煅烧过程中的运动轨迹以及其在窑体内的停留时间。石灰石粉生产周期为90秒，煅烧时间在10～15秒左右，若停留时间过长，或因形状不合理导致石灰石的分布不均，都会引发结圈问题。悬浮煅烧石灰窑结构中，预热煅烧系统和悬浮冷却系统串联工作，高温风机高负压工况下的设备稳定性较差，容易出现瞬时失压现象，发生规律性塌料。若煅烧炉的容积不足，进入炉内的介质和助燃空气温度会偏低，规律性塌料会因此而掺入成品。在影响成品质量的同时也会影响结圈问题。煅烧炉内温度不均匀会导致局部高温，煅烧炉结皮掉料，燃烧不够充分完全，在炉内引发结圈问题。由于煅烧使用单一物料，其流动性相对较差，容易导致预热器堵塞，燃料延后燃烧，燃烧产生的新生态氧化钙粘附性较强，在炉壁形成结圈。

二、悬浮煅烧石灰窑结圈堵塞清理工艺改进对策

（一）优化原料预处理

石灰煅烧时的主要原料为石灰石，石灰石的质量、粒径分布等都会对结圈产生影响。为减少结圈产生，应当对原料进行优化预处理。首先，应当对石灰石进行成分均化处理，使石灰石的成分波动减少，提高在悬浮煅烧时的稳定性，避免高硅、高铝组分在煅烧过程中形成低熔点化合物。均化时应采取合理的堆料与取料方式，通过平铺直取、十字交叉取等方式来进行初步均化，后续可通过在线均化库来进行进一步成分均化。对石灰石的粒径控制可使用粒度分级技术，先对石灰石利用破碎机等多级破碎设备进行分级破碎，再使用振动筛等筛分设备对石灰石进行粒度筛分，确保进入窑内的石灰石粒度均匀。还可以采取预热处理，以改善石灰石在窑内的悬浮煅烧条件，例如先使用高温烟气对石灰石进行悬浮均匀预热，或设置预热段实现窑体旋转加热。此外，在煅烧前应选用 SiO2、Fe2O3、Al2O3 和 MgCO3 等杂质含量低的石灰石为原料[1]。

（二）改进设备结构

针对悬浮煅烧石灰窑设备存在的问题。首先可以改进悬浮煅烧系统和悬浮冷却系统的串联运行问题，通过增加悬浮煅烧系统和悬浮冷却系统的独立可调性与运行稳定性，减少规律性塌料情况的发生。其次可以扩大悬浮煅烧炉的容积，避免规律性塌料掺入成品，并改进各级下料管的助流装置。第三可以改进预热器以及煅烧窑的撒料装置，提高物料流动性，增加物料的分散度。最后可以通过在悬浮煅烧炉进口增设进口预燃炉来作为辅燃室，将悬浮冷却系统的出口热风加热至850℃，从而提高悬浮煅烧炉的利用效率，减少系统的温度波动。

（三）应用新型清理技术

2.1机械清理技术

传统机械清理技术以人工风镐清理、机械钻削清理等为主，容易对窑体造成机械损伤。新型清理技术中，可以使用高压水射流清洗对石灰窑内的结圈堵塞进行清理。高压水射流分为纯水射流、磨料射流、空化射流、脉冲射流四类。纯水射流利用了高速水流的动能，磨料射流是在纯水射流的基础上加入了一定数量的磨料颗粒[1]。磨料密度较大，能够集中射流动能，将原有的纯水射流中水质的滞止动压冲蚀变为磨料的冲击动压冲蚀，增强了对靶体材料的磨削与冲击作用[2]。高压水射流清洗的技术优点在于不会损伤清洗靶体，并且成本较低，能够适应不同的应用环境，可以用于石灰窑的结圈堵塞清理。

2.2 化学清理技术

化学清理技术主要利用了结圈物质的化学反应，通过化学反应使结圈物质发生分解、溶解，从而达到清理的目的。基本化学反应原理为酸碱反应、络合反应以及氧化还原反应。由于化学清理可能会对窑体产生一定的腐蚀性，因此要选择适宜的化学清洗剂，并对化学清洗产生的废液进行排污处理。进行化学清理时可选择的试剂包括酸性清洗剂、碱性清洗剂、复合型清洗剂三类。酸性清洗剂以盐酸、硝酸、磷酸为主，由于腐蚀性较强，要严格控制用量。碱性清洗剂以氢氧化钠、碳酸钠为主，对硅酸盐类的结圈物质有良好的清洗效果，并且对窑体的腐蚀性也相对较低，但清洗时的速度相对较慢。复合型清洗剂是将酸性、碱性、络合剂等多种成分进行复配使用的清洗剂，拥有较好的清洗效果。

2.3 物理清理技术

物理清洗以声波清洗和激光清洗为主，声波可以通过振动产生的能量来破坏结圈物质与窑体之间的连接，促使其从窑壁上脱落，从而达到清洗的效果。激光清洗利用高能激光束进行结圈物质清理，通过瞬间加热使结圈物熔化。其具有高精度和生效快的特点，对窑体的损伤也相对较小，一些复杂的结圈物质和顽固结圈物质可以通过这一方法进行有效清理。

总结语

综上所述，影响悬浮煅烧石灰窑结圈形成的主要因素为原料因素、煅烧控制因素以及设备因素，对石灰窑结圈进行清理是，首先可以从原材料出发，通过原料预处理来减少结圈生成，其次可以使用新型清洁技术，如高压水射流机械清洗，化学试剂清洗，声波、激光物理清洗等。

参考文献：

[1]田英杰.双膛石灰窑结瘤原因分析及其处理措施和预防方法[J].四川水泥，2019，（11）：4.