中国粉体网讯 石灰作为重要的工业原料，常见于纯碱、钢铁、电石等工业，这些产业的高速发展推动了石灰石煅烧技术的全面发展。但是，无论各行业使用哪种类型的窑体，烧制石灰石时都无法避免结瘤现象。结瘤不仅影响正常的生产制造，而且会对窑体产生不可逆的损伤。
石灰窑结瘤是如何形成的？
石灰石主要成分是碳酸钙，而石灰主要成分是氧化钙。烧制石灰的基本原理是借助高温，把石灰石中碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳的生石灰。它的反应式为：
CaCO3=CaO+CO2-177.94kJ
它的工艺过程为，石灰石和燃料装入石灰窑（若气体燃料经管道和燃烧器送入）预热后到850℃开始分解，到1200℃完成煅烧，再经冷却后，卸出窑外，即完成生石灰产品的生产。
一方面，CaCO3分解通常由五个步骤组成，包括两步热传递、CaCO3正式受热分解和CO2的逐层逸出。其分解过程符合固态化合物分解反应特性，即最初反应分布在某些区域，随后这些分解产物逐渐增多并聚集成一个个新物相的核，即分解晶核，然后周围分子围绕晶核继续发生界面反应，直至CaCO3全部分解。
图１：CaCO3分解温度与CO2分压曲线图
来源：魏浩源等.浅析石灰石分解特性与石灰窑结瘤的关系
由图1可知，高温有利于CaCO3的分解，但是煅烧温度不能无限制上升，因为纯CaCO3在常压下的熔点为1340℃。如若局部超过此温度，则CaCO3的物理状态开始发生变化，由固相转变为液相，此时CaCO3的分解不再满足固态化合物分解反应特性，且液态CaCO3很可能会粘结在固态CaCO3和CaO的表面，形成瘤块。
另一方面，石灰石中的一些杂质也会对结瘤产生一定影响。如石灰石中SiO2杂质能与CaO反应，生成硅酸钙系列化合物。Fe2O3与CaO反应，生成铁酸钙。CaO、Fe2O3与SiO2属于离子型晶格构造化合物，具有较高的熔沸点，常规煅烧温度下基本不熔化。但是，它们之间彼此紧密相连，质点一旦获得能量，就很容易脱离束缚，进入其它晶体晶格内，发生固相化学反应；生成的硅酸钙和铁酸钙复合物属于低熔点化合物，在较低温度下即可转变为液相，此液相复合物中游离的CaO又不断地与低熔点化合物反应生成熔点更低的共熔复合物；在冷却结晶过程中，其它熔点较高的其它物质，成为液相结晶的晶核，伴随着晶核长大的过程就是瘤块初生的过程。
此外，热量输入过多、燃料过于集中、生产负荷等均会对结瘤产生一定影响。
如何“铲除”石灰窑结瘤？
在实际生产中，一方面要将石灰石煅烧出高的分解率，另一方面要提高石灰窑的生产能力，这对有效控制窑内结瘤和窑况的影响有很大改善。
（1）原料影响因素及优化措施
石灰石
基于石灰窑结瘤子的机理，首先在煅烧前应选用SiO2、Fe2O3、Al2O3和MgCO3等杂质含量低的石灰石为原料。
生产实践表明，石灰石粒度控制在60mm～120mm为佳，石灰石粒度应均匀，灰窑各区域稳定，有利于石灰窑平稳运行和分解率的提高。
此外，鉴于各窑结瘤、粉末化、细灰化及生产用灰紧张现象，采取减少配煤率，必须指出保证灰质的情况下减少，以免造成石灰石生烧影响生产系统的波动。相应提高取灰温度在经济控制范围内，同时控制好窑顶出气温度。
焦炭
焦炭的粒度应使其燃烧时间与石灰石的煅烧时间相匹配，而在生产负荷不变的情况下，石灰石的煅烧时间主要取决于石灰石粒度，因此，石灰石的粒度较小，焦炭的粒度也应较小，反之，石灰石的粒度较大，焦炭的粒度也应随之调大。也应分析生产情况等，为使石灰窑能够长周期稳定生产，焦炭的粒度一般控制在30mm～50mm为佳。而且根据石灰窑生产特点和要求，一般要求焦炭挥发分控制在2%左右。
（2）生产操作影响结瘤因素和优化措施
一方面，在煅烧中应根据杂质的含量合理控制煅烧温度，一般情况下，CaCO3含量高的石灰石煅烧温度控制在约1300℃，CaCO3含量低的煅烧温度控制1050~1150℃，MgCO3含量高的石灰石煅烧温度控制在1050℃以下。当然，这样的温度控制也不是一成不变的，还要根据成品灰质量的情况适时进行调整。
另一方面，石灰窑为满足生产系统用灰量，长期高负荷运行时，上料量偏多，卸灰量偏大，使窑内物料量循环加快，久而久之导致冷却区缩短，空气未能得到预热就进入煅烧区，使石灰石分解率低，石灰生过不均，且窑气CO2浓度降低。鉴于石灰差，而提高石灰石有效分解率，保证公司生产的稳定必须增加配煤率和送风量。加速石灰石在窑内较高温度分解会出现瘤块现象。
（3）针对不同结瘤程度的一些处理措施
当出现轻微过烧、粘连，建议立即降低温度，检查设备，手工或者自动卸料加速粘连物卸出，恢复窑体通透性，避免更严重的结瘤发生。
对于大面积结瘤，建议采取以下措施：
立即降产降温避免新生结瘤。
打开卸料平台入孔，观测结瘤是否已经移动到卸料平台，如果没有就手动卸料，避免损坏卸料平台，加快结瘤的移动以避免粘结更大。
在结瘤凹陷处凿出小洞，用铁管引压缩空气直吹洞中，加速结瘤局部冷却。产生的应力将结瘤分裂开，将较大的结瘤分裂成小块，顺利掏出。如果是更大或多个结瘤，可将多个入孔打开，同时进行此操作。
如果结瘤块非常坚固，需要用风镐等工具，配合降温措施，将结瘤块打碎成小的结瘤块，从卸料平台掏出。
如果结瘤块过大，不能随着物料下降，则需停产，降至常温，进入窑内进行破碎。
对于粘在窑壁上的大面积结瘤，建议采取以下措施：
停风、停气，手动缓慢卸料，只打开窑体密封闸板，让窑体从高温状态自然冷却。
待窑通道温度降至300℃左右时，可打开冷却风。
观测料面到达结瘤点后停止卸料，加速窑内冷却。
进入窑膛处理结瘤与耐材分离，期间缓慢或停止卸料，保持物料对结瘤的支撑。
结瘤处理后，没有其它检修要求不必卸空物料，转入点火模式即可。
（4）有关“铲除”石灰窑结瘤的新进展
2020年，山东海化纯碱厂开发的纯碱石灰窑盐烧技术应用获得突破，石灰窑工况更加稳定，灰乳活性明显提高，石灰窑结瘤行业难题得以有效解决。
石灰窑盐烧工艺的原理是原盐进入石灰窑内受热以气化状态存在，增加了碳酸钙分解气压，从而起到降低碳酸钙分解速度和生石灰结晶速度的功效，使生石灰结晶不再发生融结且富有气孔，与不加盐相比，盐烧所得生石灰质地更加均匀，进入化灰机后溶解速度更快。
创新盐烧工艺以来，石灰窑结瘤难题得以有效解决，石灰窑工况更加稳定，灰乳活性明显提高。试验数据表明，加盐前后石灰石总分解率、有效分解率、窑气浓度得到优化，吨碱石灰石消耗降低40Kg、焦炭消耗降低3Kg、废砂当量降低23.3Kg、灰乳浓度升高4.7tt，全厂实施石灰石盐烧工艺后每年可增加经济效益2100万元。同时，该工艺的实施还减少了标煤能耗及二氧化碳排放，响应了国家节能减排政策，具有可观的行业推广价值。
小结
石灰石煅烧中的结瘤问题需要采取综合措施去避免。严选石灰石原料、注意石灰石粒度大小及含粉量，煅烧过程中注意煅烧温度、煅烧带的长短、焦比等，通过对原料的调整和工艺的控制，降低了结瘤的产生。
参考资料：
魏浩源等.浅析石灰石分解特性与石灰窑结瘤的关系
东曲.石灰窑结瘤控制
李振兴等.石灰窑结瘤原因分析及其处理措施和预防方法
中国化工报.盐烧技术“铲除”石灰窑结瘤
河南郑矿机器.石灰石煅烧中结瘤问题分析
（中国粉体网编辑整理/黑金）
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