某某有限公司
某某有限公司，位于石家庄裕华区，地理位置优越，交通便利。
我公司是一家主要以工业炉窑工程设计、制造、安装、售后服务为一体的综合公司，有一支很强的设计和技术服务队伍，我公司拥有梁式石灰窑的自主知识产权，梁式石灰窑技术处于国际领先地位。中国第一座国产梁式石灰窑就是由本公司的设计师设计建造。 我公司的两位总设计师由中国石灰协会冶金石灰委员会理事、中国梁式石灰窑专业组组长担任。他们为中国梁式石灰窑在中国大陆乃至世界范围内推广，做出了巨大贡献。 自2000年以来，两位总设计师设计、制造并成功指导操作了从100-500TPD的石灰窑200余座，技术输出能力为世界第一，项目分布到全国各省、自治区，甚至分布到了印度和阿联酋，缅甸，哈萨克斯坦，巴西等海外市场。近些年公司的技术人员不断对梁式石灰窑的布料系统、燃烧系统、炉体结构、以及出灰系统的改革与创新使的我公司设计、建造的梁式石灰窑达到了世界最高的水平。同时我公司除梁式石灰窑外，其产品还包括煤气发生炉、发生炉冷煤气站、高氢及全氢气气氛强循环光亮罩式退火炉、蓄热式步进梁式加热炉、工业自动控制等系列化工业产品。
公司已经通过了ISO9001认证，取得了压力容器、工程设计等资质，公司员工队伍不断扩大，企业实力迅速提升。
公司的理念是“优秀的团队打造精美的产品”，公司的目标是“勇于创新，引领潮流”，公司的核心价值观是“奋发进取，追求卓越”。奋进科技将永远为世界创造精彩！ 梁式石灰窑的工艺技术
1原料筛分系统
原料筛分系统是石灰窑的辅助系统，主要功能是将存放在现场的石灰石原料中的细粉和大块筛除，将合格的的原料送入加料仓。为了环保要求，原料筛分系统要配置合适的除尘装置确保粉尘排放达标。
2、石灰石卷扬上料和布料系统
上料卷扬小车将粒度合格的石灰石运至窑顶，通过一个自动开闭的密封门倒入料斗。石灰石装入料斗后，上料停止，顶门关闭。然后，第二个门气动装置自动开启，石灰石经由“裤腿”布料器落入储料带。日产400吨或以上的石灰窑，使用多级均衡布料器
带布料器的上料系统，使石灰石形成了合理的料流，从而实现了按粒度大小均匀布料。 交替开／闭的两个密封门，避免了在石灰石上料过程中环境空气进入窑内对窑的运行特别是对上升的废气造成干扰。
石灰石上料系统由定时器和料位计实行自动控制，这个特点避免了石灰窑操作者频繁地现场查看石灰石上料情况。
当石灰石进入窑内，从上到下缓慢运动，穿过下面不同的区域，被煅烧成石灰。
3、储料／预热带
储料／预热带在石灰窑上部，储料带能容纳2-3个小时使用的石灰石，这样当对石灰石处理和上料设施进行例行检修时，不至于停产。
在储料／预热带顶部，装置有废气吸气梁，废气从这里被抽出窑外。
废气吸气梁横穿窑截面，以便使截面各部位的抽吸力一致，从而使高温气体均匀向上升腾。废气抽出窑外，先由一台热交换器降温，然后布袋除尘，除尘后通过烟囱排放到大气。
石灰石从储料部位下移到预热部位，由向上的热气预热，然后向下运动到煅烧带。
4、煅烧带：燃料／助燃风分配和烧咀梁加热系统
从储料／预热带出来后，石灰石慢慢穿过煅烧带进行煅烧，煅烧带安装上下两层燃烧梁，燃烧梁是燃料在石灰窑断面内均匀分布的主要装置。
燃烧梁内有燃料导管，将燃料输送到合理布置在燃烧梁上的烧嘴处。燃料由烧嘴喷射到石料上，与预热的助燃风混合后燃烧，石灰石在高温下快速分解成石灰。
燃料和助燃风是受严格控制的，燃烧的热量均匀提供给需要煅烧的石灰，实现高效而均匀的煅烧。
导热油系统是燃烧梁的冷却保护系统，装置有控制设备，导热油温度超过设定值会自动发出警报，而且系统安装柴油发电保安装置，安全系数很高。
在炉料向下运动过程中，在燃烧梁下面或两侧形成了“V”空间，操作者可通过窑壁的观察孔，查看窑内炉料，可随时在两层燃烧梁之间观察窑内煅烧状况。
这个V形空间带来了两大优越性: 第一，燃气可以布满煅烧带；第二，避免了向下运动的石灰石／石灰与烧嘴接触,从而避免了频繁维修烧嘴。
燃烧的热废气由一台配备在废气系统的离心风机抽吸，穿过石灰窑。这台风机配备变频器以调节速度，以适应不同情况下石灰窑的顺利生产。
5、冷却/出灰带
从煅烧带出来后，石灰进入冷却带，在这里，石灰被窑底进入的新鲜空气冷却。同时，空气被石灰的热量预热。
冷却后的成品灰通过窑底均匀布置的n个出灰斗卸料，在每个出灰斗下面设有液压抽屉式两段密封出灰机，设计每次出灰0.05m3,折合每次出灰50kg，此处为连锁控制，液压抽屉式出灰机动作时，下面的两道密封阀处于完全密封状态，保证冷却风不泄露，抽屉出灰机动作完毕后，下面的第一道密封阀打开，将50公斤灰卸到第二道密封阀上面，然后第一道密封阀关闭，第二道密封阀打开，将石灰卸到中间料仓中，完成一次出灰任务。石灰窑的产量可以通过调整出灰机的动作周期来控制，由于各个出灰机严格按照相同的容积出灰保证了在整个窑截面上出灰均匀，防止出现偏窑现象并能通过调节出灰量来调整石灰窑的生产参数。调节使用个人电脑通过工艺控制盘自动进行。从出灰装置出来的灰直接进入储料斗（约储存1小时的量）。
新型梁式石灰窑的主要技术特点
◆生产规模100～600t／d圆型窑或矩型窑。
◆窑操作弹性大，从60-100％任意调节，均能实现稳定生产，而且不影响石灰质量和消耗指标。
◆适用多种燃料、天然气、焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气(热值≥800kcal／m3)、混合煤气、煤粉、焦粉、重油或固液、固气混合燃料。
◆热耗低，热能利用合理，二次空气通过冷却石灰预热，一次空气通过预热器预热进入燃烧梁，燃料完全燃烧，热值充分利用，能耗900kcal／kg。
◆采用低热值燃料，空气、煤气双预热。
◆采用预热石料冷却热废气方式，减小低热值燃料废气温度难以降低的技术难题。 ◆窑体结构特点
1)窑体呈准矩形或圆形，窑体中部设置上下两层烧咀梁，窑体上部设置吸气梁。窑内为负压操作，使CO2从石灰石中分解时阻力减小，进而提高石灰煅烧速度，吸气梁上部为储备石灰石区域，吸气梁至上层燃烧梁之间为预热区，利用高温煅烧后的窑气预热石灰石至煅烧的温度，上层燃烧梁至下层燃烧梁之间区域为煅烧区，石灰石均匀煅烧成活性石灰，此区域根
据石灰质量、产量要求加以调节。
2) 下部燃烧梁至出灰口之间为冷却区，冷却空气从底部抽入窑内将石灰快速冷却到150℃以下出窑，防止石灰结晶粗化，有利于提高石灰质量。
3)当一定量石灰石通过窑顶加料门进入储备区，均匀分配于窑截面上，窑顶的两道密封门自动密闭阻止空气在加料时进入窑内，因而不影响窑顶的负压。石灰石加入窑内缓慢经4个区域往下移动，煅烧分解成产品一活性石灰。整个系统分为：储料带、预热带、煅烧带、冷却带。
4)采用两层燃烧梁是该窑的技术诀窍和核心部分，燃烧梁采用导热油冷却。根据产量梁内设置若干个可调节的烧嘴，使多点供热的范围覆盖石灰窑整个横截面，通过调节各烧嘴的分配比来保证供热均匀，通过调节空燃比来保证燃烧效率,从而保证了石灰的生过烧率和高的活性度。
石灰窑的新技术概要
一、现在发展新技术石灰窑的意义
钢铁工业，电石工业，氧化铝工业，耐火材料等工业都是石灰消耗大户，近两年这几个行业都是高速发展的行业。每年的产量基本都是以20%以上的速度增长。可它们需要的主要材料（辅助材料）石灰确没有相应增长，所以造成了石灰的紧张，从而剌激了社会土石灰窑的大量上马，土烧窑的遍地开花又造成了对环境的严重污染，在这种情况下，国家和地方政府相继出台了一糸列整治土烧窑的政策和法规，但很难实现预期效果，原因是有需求的剌激。因此要想沏底治理土烧窑的污染，必须推行现代新技术石灰窑来解决需求的问题。所谓现代新技术石灰窑就是具有环保、节能功能和机械化 、自动化程度较高的现代化石灰窑。它因采用了现代技术，所以它能充分利用廉价能源，特别能利用原来对环境有污染的气体作主要能源，变废为宝。这样不但对环境能达到保护，而且它生产的石灰，不但质量好而且成本低。对利用这一新技术的企业，经济效益会有明显增加。这就是推广新技术石灰窑的现实意义。
二、新技术石灰窑种类
按燃料分有混烧窑，即烧固体燃料，焦炭、焦粉、煤等。和气烧窑。气烧窑包括烧高炉煤气，焦炉煤气，电石尾气，发生炉煤气，天然气等。按窑形分，有竖窑、回转窑、套筒窑、西德维马斯特窑、麦尔兹窑（瑞士）、弗卡斯窑（意大利）等。同时又有正压操作窑和负压操作窑之分。林州现代科技中心研制设计了300立方以下的混烧窑和140立方以下的气烧窑，特别是高炉煤气和焦炉煤气燃烧的XD型节能环保石灰窑。攻克了焦炉煤气热值高，火焰短的燃烧难题，可以使剩余焦炉煤气得到充分利用。由原来的焦炉煤气“点天灯”，污染环境变为了为企业创造效益的宝贵能源。对中小钢铁企业、焦化企业、电石企业、和耐火材料工业都是非常好的节能、环保、增效的有效途径。
三、烧石灰的基本原理和热工工艺
石灰石主要成分是碳酸钙，而石灰成分主要是氧化钙。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的生石灰。它的反应式为
CaCO3 CaO+CO2——42.5KcaI
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度完成煅烧，再经冷却后，卸出窑外。即完成生石灰产品的生产。不同的窑形有不同的预热、煅烧、冷却和卸灰方式。但有几点工艺原则是相同的即：原料质量高，石灰质量好；燃料热值高，数量消耗少；石灰石粒度和煅烧时间成正比；生石灰活性度和煅烧时间，煅烧温度成反比。
四、石灰窑的基本结构和主要附属设备
石灰窑主要由窑体、上料装置、布料装置、燃烧装置、卸灰装置、电器、仪表控制装置、除尘装置等组成。不同形式的石灰窑，它的结构形式和煅烧形式有所区别，工艺流程基本相同，但设备价值有很大区别。当然使用效果肯定也是有差别的。
五、石灰石的质量和数量消耗
工业用石灰对石灰石的质量要求主要有两个方面：一是要求含碳酸钙成分含量高，一般要求要在97%以上。二是它的结构晶粒要小，因为晶粒小的石灰石晶间不严实，且在含有有机物的情况下，有机物燃烧形成的多孔状，二氧化碳容易分离，故便于煅烧。三是杂质少，特别有害成分少如二氧化硅，氧化镁、氧化铝、氧化铁、硫和磷等。这些成分在石灰石中若有百分之一，到煅烧成的生石灰中，就是百分之十八。烧一吨石灰按理论计算需1.78吨石灰石，但煅烧时“生”“过”烧的高低和石灰石质量好坏也有一定区别 。
六、生石灰的质量标准：石灰质量的一般标准是：氧化钙含量，生、过烧率、活性度、有害成分含量等，但更重的是不同的行业，不同的用途又有不同的标准。如电石行业它特别强调活性度即软烧灰，炼铁行业它又强调的是强度，所以要硬烧灰，炼钢则又要软烧灰。因此它的指标也是不一样的。一般标准生石灰，氧化钙含量要达到 97%以上，生过烧率小于 10%，活性钙要300mi以上。
七、节能环保石灰窑的燃料与燃烧
烧石灰的燃料很广泛，固体燃料、气体燃料、液体燃料都可以，但新技术石灰窑的燃烧原则是，那种燃料最经济，那种燃料更有利于环保、那些燃料更能节约能源是新技术石灰窑的关键。现在使用普遍的主要是焦炭和煤气。就新技术来说最理想的还是煤气，包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电石尾气（煤气）发生炉煤气等是石灰窑的最好燃料。因为这些气体燃料都属于废物利用，循环经济性质。特别像焦炉煤气现在大部分放散，资源十分丰富，其次是高炉煤气，再就是电石尾气,这些煤气若利用起来，一来可大量节约能源，二来环境可得到保护，更重要的是企业可以收到很好的经济效益。这些气烧石灰窑，若大量发展起来，土烧窑污染环境的问题自然而然就解决了。现在为什么如此好的项目为什么发展缓慢，主要是气烧石灰窑技术在我国发展起来时间还比较短，任何事务都有一个发展认识的过程.特别是焦炉煤气，由于热值高、火焰短、石灰窑使用容易过烧和生烧。致使有的企业不敢大胆使用。其实这不是太难解决的问题，林州现代科技中心，现在已经研究制造出了外混式长火焰烧咀，和石灰窑自循环稀释高热值煤气的工艺技术。完全可以解决焦炉煤气的烧石灰问题。烧石灰用燃料的多少，是和它炉型与燃料的热值有关。煅烧石灰所需的热量是由燃料的燃烧而得，燃料的主要成分，碳的燃烧过程的分子式为C+O2=CO2气体燃料则是根据它的热值来计算的。按实际经验生产一公斤石灰约需960kcal热量。但由于各厂的生产设备和工艺条件各不同也有区别。一般来说，烧一吨灰用高炉煤气需1600m3左右，烧焦炉煤气需300m3左右。电石尾气需360m3左右，天然气需120m3左右，发生炉煤气需900m3左右。
八、石灰窑的布料器、燃烧器和其它附属设备
石灰窑主要附属设备有上料机构,布料器，供风装置、燃烧装置,卸灰装置等，相对而言,混烧石灰窑布料很关键，因为它在把燃料和石灰石同时装入窑内时，必须通过布料实现炉料在窑内的合理分布，消除炉壁效应，均衡炉内阻力，力求整个炉截面“上火”均匀一致。所以布料器形式和使用效果对石灰窑的生产效率有很大影响。现在有各种各样布料器，包括旋转布料器、海螺形布料器、固定布料等等，其中林州现代科技中心研制的三段钟式布料器利用“漏斗喉管效应”和“倒W堆集角效应”原理和可调式档料板相结合的方式,结构简单,对解决了原燃料的均匀混合和大小粒度的合理分布问题效果很好。而且具有耐高温，耐磨损和方便检修等多种优点。特别适用于中小型石灰窑配置.而气烧窑它的主要附属设备是燃烧器，因为它的气体燃料是通过燃烧器把可燃气体和所需氧气（空气）按一定的比例在燃烧器内混合后送入炉内燃烧的，而且不同的燃气所需的空气量也不同，不同的炉型，不同的加热
方式，它需要的火焰类型也不相同。如预混式、半混式、外混式及氧化焰、中性焰、还原焰等等。所以说气烧窑的燃烧器一定程度上决定着石灰窑的煅烧效果。当然其它附属设备也很重要，如风帽，看相似很简单，但要保证它所供窑内风量在整个窑断面上的分布才有好的效果。
九、石灰窑供风和风机选择
无论混烧窑还是气烧窑都是需要一定合理供风的，因为任何燃料燃烧都必须具备三个条件，即燃料、空气（氧气）、和明火，缺少任何一项条件都是不会燃烧的。风的用量是根据燃料的可燃成分的需氧量来计算,若供风不是燃料就不会充分燃料,供过量风过剩空气则变成烟气大量热量,从面造成燃料的增加和浪费。它的风量一般按下式计算：（计算公式略）它的压力要根据不同窑型，不同原料粒度形成的不同阻力来计算。一般来说立窑阻力可按40——70 H2O/ 有效高度（m）公式来计算。但原燃料粒度不同也有差异。因此选用风机既要以理论计算的基础又要以具体炉型和实际经验为依据来选定风机。才能有好的使用效果。
十、石灰窑的除尘与环保
石灰在煅烧时排放的烟尘中含有大量的有害气体和10微米以下的粉尘，粉尘中又包含SO2； F2O3； AIO3等。这些有害气体和粉尘对人体的危害很大，如果人们长期吸入会引起支气管和肺部等呼吸性疾病，幼儿更为严重，而且飘浮在空中的粉尘中还含有致癌物质，若24小时呼吸平均浓度超过150mg/m3的有害粉尘对人体会造成致命危害。新技术石灰窑，它的主要优点是除能耗低、产量高、质量好外，最大的好处是便于除尘。因为它整个煅烧过程是相当于在一个密封容器中进行，它的烟气可从窑顶烟气管道排出，通过除尘净化，然后达到无害、无污染的达标排放。
十一、自动化控制自动化控制是新技术石灰窑的重要特点，它的上料，配料、供风、供气、卸灰都是通过电脑自动化控制完成。但也要考虑国情,厂情和价值成本,也不是自动化程度越高越好.应以最终效果为原则。
水泥机立窑改成活性石灰窑的技术措施
一、活性石灰窑的结构和类型
1、活性石灰窑的结构
活性石灰窑主要由窑体、上料装置、布料装置、卸灰装置、自动化仪表控制及除尘装置等组成。
2、活性石灰窑类型：
按燃料分有混烧窑，即烧固体燃料，焦炭、焦粉、煤等；气烧窑，包括烧高炉煤气，焦炉煤气，电石尾气，发生炉煤气，天然气等；
按窑形分，有竖窑、回转窑、套筒窑、西德维马斯特窑、麦尔兹窑（瑞士）、弗卡斯窑（意大利）等。
同时又有正压操作窑和负压操作窑之分。
不同形式的石灰窑，它的结构形式和煅烧形式有所区别，工艺流程基本相同。
二、烧石灰的基本原理和热工工艺
以用无烟煤在立窑中煅烧石灰石为例来讨论石灰石煅烧过程中的化学反应。石灰石煅烧时，主要是碳酸钙的分解反应和碳的燃烧反应，其次是碳酸镁的分解反应和氧化钙的结瘤反应。
（一）碳酸钙的分解
1．碳酸钙分解反应的特点
碳酸钙分解反应的化学方程式为:
CaCO3(s)△CaO(s)+CO2(g)-179.6KJ (1)
该反应具有如下几个特点：
（1）是多相反应（有气固两相）；
（2）是可逆反应；
（3）是吸热反应。
2．碳酸钙分解反应的热力学
从碳酸钙的分解反应的化学方程式可知其平衡常数为：Kp=Pco2
由式上可知碳酸钙分解反应的平衡常数等于该反应达到化学平衡时CO2 压力。由于平衡常数是温度的函数，所以在一定的的温度下，碳酸钙分解反应达到化学平衡时CO2的压力为一定值，称为该温度下碳酸钙的平衡压力。碳酸钙在不同温度下的平衡压力可由热力学数据进行理论计算获得。部分结果列于表1中。
表1碳酸钙在不同温度下的理论平衡压力
在0.1013MPa的空气中，CO2的分压为：
Pco2=0.03%×0.1013(Mpa)=0.3039×10-4(MPa)。 (2)
温度为530℃时，碳酸钙的理论平衡压力为0.3039×10-4MPa。所以理论上在0.1013MPa的空气中，当温度高于530℃，碳酸钙分解出来的CO2的压力就大于空气中CO2的分压，这样分解出来的CO2就会不断地向空气中扩散，从而导致碳酸钙的不断分解。因此，530℃就是碳酸钙在0.1013MPa空气中开始分解的温度。当温度为898℃时，碳酸钙的理论平衡压力为0.1013MPa,所以称898℃为0.1013MPa下的分解温度，简称分解温度。在530～898℃范围内，碳酸钙的分解速度很慢。当温度达到898℃时，碳酸钙分解出来的CO2的压力为0.1013MPa,等于周围空气的总压力，这时就会产生“沸腾”现象，从而导致碳酸钙的剧烈分解。
实际上，在898℃时，碳酸钙的分解速度仍然很慢，这是由于碳酸钙表面分解生成的氧化钙的热阻使分解面上的温度达不到898℃，所以碳酸钙并不会产生“沸腾”现象，发生剧烈分解。要使碳酸钙发生剧烈分解，温度必须超过898℃。
3．碳酸钙的分解反应的动力学
碳酸钙的分解速度可用分解反应面（简称分解面，即已生成的氧化钙与未分解的碳酸钙之间的分界面）向内部移动的速度（R）来表示，该速度与碳酸钙的粒度无关，而只随煅烧温度的高低而变化。该速度与煅烧温度（t）的关系为：
lnR=0.003145t-3.3085 (3)
式中R-----分解面移动速度，cm/h;
t-----煅烧温度，℃。
由上式可知，煅烧温度越高，则速度越快，对一定粒度的碳酸钙，煅烧时间也越短。虽然该速度与碳酸钙的粒度无关，但碳酸钙的煅烧时间却与碳酸钙粒度有关，因为煅烧时间是分解面从从碳酸钙外表移动到碳酸钙中心所需的时间，显然碳酸钙的粒度不同，所需要的煅烧时间也不同。
石灰石的煅烧时间可用下式计算：
(4)
式中r----煅烧时间，h
R----石灰石的初始半径，m;
q----分解1m3CaCO3和加热CaO使其中心温度在到煅烧温度所需要的热量，KJ；
tS----块体表面温度，℃；
tI---分解面温度，℃；
λ---CaO的热导率，W/（m.℃）;
f----形状系数，见表2；
α----气体向物料的传热系数（a对a辐），W/(m2.℃)。
表2 形状系数f
（二）、碳酸镁的分解
由于石灰石中碳酸镁的含量很低，所以碳酸镁的分解反应是石灰石煅烧过程中的次要化学反应。碳酸镁分解反应的化学方程式为：
MgCO3(S)△MgO(s)+CO2-121KJ (5)
该反应也是多相可逆吸热反应。碳酸镁在0.1013Mpa下的分解温度为640℃。由于产生的CO2量少，而且得到的MgO很不活泼，所以碳酸镁的分解反应对石灰石的煅烧过和影响不大。
三、石灰的质量和数量消耗
工业用石灰对石灰石的质量要求主要有两个方面：一是要求含碳酸钙成分含量高，。二是它的结构晶粒要小，因为晶粒小的石灰石晶间不严实，且在含有有机物的情况下，有机物燃烧形成的多孔状，二氧化碳容易扩散，便于煅烧。三是杂质少，特别有害成分少如二氧化硅，氧化镁、氧化铝、氧化铁、硫和磷等。在石灰石中若有1%这些成分，生石灰中就是18%。 不同行业，不同用途又有不同的标准。如电石行业它特别强调活性度即软烧灰，炼铁行业它又强调的是强度，所以要硬烧灰，炼钢则又要 软烧灰。因此它的指标也是不一样的，活性石灰标准一般要求氧化钙含量要达到97%以上，生过烧率小于10%，活性度要在300ml以上。
按理论计算烧1吨石灰需1.78吨石灰石，煅烧时生、过烧的高低与石灰石质量有一定关系。
四、碳的燃烧
由于碳是无烟煤的主要成分，所以无烟煤的燃烧可近似看成碳的燃烧。
1．碳燃烧反应的特点
无烟煤中的碳在高温下会与空气中的氧气发生下列燃烧反应：
C+O2→CO2+395.4KJ (5)
2C+O2→2CO+219.2KJ (6)
2CO+O2→2CO2+570.6KJ (7)
CO2+C＝2CO-176KJ (8)
在上述4个反应中，前3个反应为多相（除第3个反应外）不可逆放热反应，第4个反应为可逆吸热反应。反应式（5）为碳的完全燃烧反应，当氧气充足时此反应为主要反应。反应式（6）为碳的不完全燃烧反应，当氧气不足时此反应为主要反应。反应式（7）为一氧化碳的氧化反应，由反应（7）、式（8）得到的一氧化碳再与氧相遇时则发生此反应。反应式（8）为二氧化碳的还原反应，当二氧化碳与赤热的碳相遇时则发生此反应。
2. 碳燃烧反应的热力学
上述4个反应的平衡常数列于表3中。由表3可知，反应式（5）、式（6）、式（7）可以看成是非功过可逆的放热反应，由反应（8）的平衡常数在石灰石的煅烧温度下为一般值，所以反应式（8）为可逆吸热反应。
根据表3的平衡常数可以计算出平衡组成，总压为0.1013MPa时碳与空气中的氧气反应的平衡组成列于表4中
表3 碳与氧气反应的平衡常数
表4 总压0.1013Mpa时碳与空气中的氧气反应的平衡组成（体积百分数）
由表4可知，随着温度的升高，二氧化碳的平衡含量减少，一氧化碳的平衡含量增加。当温度高于900℃时，二氧化碳的平衡含量很少，而一氧化碳的平衡含量却很高，从而一氧化碳成了碳与氧反应的主要产物。但实际碳燃烧时这种情况只有在氧气不足时才会发生，因为当氧气充足时由反应式（6），式（8）得到的一氧化碳会与氧继续反应生成二氧化碳，所以氧气充足时碳燃烧得到的气体中一氧化碳是少量的。
3．碳燃烧反应的热动力学
由于碳的燃烧反应属于气固相多相反应，所以碳燃烧反应的总速度，不仅受碳与氧气的化学反应速度（已消除扩散的影响）的影响，而且还受氧气向碳表面扩散速度的影响。 反应式（3-7）的反应速度与氧的浓度成正比，既
Ro2=kco2 (9)
式中：Ro2——以氧的浓度变化表示的反应速度，kmol/(m3.s);
Co2——氧的浓度，kmol/m3;
k----反应速度常速，s-1。
反应速度常数k与温度的关系满足阿累尼乌斯（S.Arrhenius）方程，即
K= k0e-Ea/RT (10)
式中：k0——频率因子，s-1;
Ea——活化能，Kj/kmol；
R——通用气体常数 [R=8.314KJ/(kmol.K)]
T——热力学温度,K。
温度较低(775℃以下)时,K值较小,化学反应速度比扩散速度小,碳燃烧反应的总速度受化学反应速度的控制;温度很高(90℃以上)时,K值很大,化学化应速度比扩散速度大,碳燃烧反应的总速度受扩散速度的控制;温度介于上述两者之间时,K值较大,化学反应速度与扩散速度相当,对碳燃烧反应的总速度很有影响.由于碳的燃烧反应在高温下进行,所以碳燃烧反应的总速度受扩散速度的控制.氧气向碳表面的扩散速度为：
(11)
式中：Cdm=（Cdi –Cdb）/ln(Cdi/Cdb);
No2——氧气向碳表面的扩散速度， kmol/s；
D——氧气在气相中的扩散系统，m2/s；
ZG——气膜厚度，m；
C——气相总浓度，kmol/m3；
Cdm——惰性气体在碳表面和气相主体中浓度的对数平均值，kmol/m3；
Cdi，Cdb ——分别为碳表面和气相主体中惰性气体的浓度，kmol/m3；
A——气固相接触面积，m2
Ci ，Cb 分别为碳表面和气相主体中氧气的浓度，kmol/m3；
KG——气膜传质系数，m/s。
由式（11）可知，减小气膜厚度，增加气固相接触面积，提高气相主体中氧气的浓度都可以加大扩散速度，从而加大碳燃烧反应的总速度。减小无烟煤的粒径，可以增加气固相接触面积。提高空气的流速则既可以减小气膜的厚度又可以提高气相主体中氧气的浓度，所以提高空气的流速是加速碳燃烧反应最有效的办法。
反应式（6），式（7）与反应式（5）的反应速度相差不大。反应式（8）的饿反应速度大致
与二氧化碳的浓度成正比，即：
Rco2 =kCco2 (12)
式中：Rco2——以二氧化碳的浓度变化表示的反应速度，kmol/（m3.s）；
Cco2——二氧化碳的浓度，kmol/m3；
k——反映速度常数，s-1.
K与温度的关系也满足式（10）的阿累尼乌斯（S.Arrhenius）方程。
反应式（3-10）比反应式（3-7）的反应速度常数要小得多，所以反应式（3-10）比反应式（5）的反应速度要慢得多。即使在2000下，反应式（8）的反应速度也是受化学反应速度控制（不受扩散速度影响）。
4．碳的实际燃烧过程
根据碳燃烧反应的热力学和动力学可知，在实际碳的燃烧中，当氧气充足时，碳与氧气首先进行碳的完全燃烧反应，既反应式（5），然后产物二氧化碳与上部赤热的碳进行二氧化碳的还原反应，既反应式（8），然后产物一氧化碳又与氧气进行一氧化碳的碳化反应，既反应式（7）。由于反应式（8）比反应式（7）的反应速度要慢的多，所以由反应式（8）生成的一氧化碳会立即与氧气反应生成二氧化碳，并且当上部碳的温度下降时，反应式（8）的反应速度已大大减小，而反应式（7）的反应速度仍然很大。因此，氧气充足时碳燃烧得到的气体中的一氧化碳是少量的。当氧气不足时，碳与氧气首先也进行碳的完全燃烧反应，既反应式（3-7），然后产物二氧化碳也与上部赤热的碳进行二氧化碳的还原反应，既反应式（8），但由于氧气不足，由反应式（8）得到的一氧化碳不再与氧气反应，而且碳与氧气再进行的是碳的不完全燃烧反应，既反应式（8），因此，氧气不足时碳燃烧得到的气体中的一氧化碳是可观的。
五、立窑煅烧石灰石时区段的划分
用无烟煤在立窑中煅烧石灰石时，空气由窑底中央风道和周围风道送入窑内，风压高低视立窑的有效高度及石灰石和无烟煤的粒度而定。风量大小视生产能力而定,由石灰石煅烧得到的石灰,借助窑底出料机的转动卸出。出料温度应维持在60~80℃。从窑顶出来的废气,进入除尘器，废气的温度应维持在120~150℃。
根据窑内物料和气体所经历的物理，化学程度的不同，可以沿窑的高度自上而下将窑分为3个区：预热区，煅烧区和冷却区。
1．预热区
预热区位于窑的上部，约占窑的有效高度的1/3左右。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下从常温升高到约900℃，从而下一区（燃烧区）上升的气体（窑气）则自下而上从约900℃降低到约120℃。物料在从常温升高到约900℃的过程中物料中的水分（游离水和结晶水）被完全蒸发掉，石灰石中的碳酸镁已全部分解，石灰石中的碳酸钙的表面也开始分解，煤中所有有机物质和部分矿物质已分解，所以在该区中物料所经历的主要过程是干燥和预热。而气体在从约900℃降低到约120℃的过程中，所经历的主要过程是增湿和冷却。 如果预热区的高度不够（煅烧区上移），那么不仅物料得不到充分得预热和干燥，而且会使气体（窑气）的温度过高。
2．煅烧区
煅烧区位于窑的中部，约占窑的有效高度的1/6。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到约900℃（但石灰石的分解面温度维持在约900℃），并且石灰
石变成石灰，无烟煤变成煤渣；从下一区（冷却区）上升的气体（空气）自下而上也是先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到900℃，并且空气变成窑气。在该区中主要是物料（无烟煤）中的碳与气体中的氧气进行燃烧反应以及物料（石灰石）中的碳酸钙
进行分解反应。
如果煅烧区的高度不够，那么碳酸钙的分解反应就不能充分进行，造成“生烧”；反之如果煅烧区的高度过高，那么在碳酸钙的分解反应充分进行之后，石灰会进一步烧结，造成“过烧”。
3．冷却区
冷却区位与窑的下部约占窑的有效高度的1/2左右。在该区中物料（石灰与煤渣）自上而下约900℃降低到60℃，而气体（空气）则自下而上从常温升高到约900℃。物料在从约900℃降低到60℃的过程中，煤渣中剩余的碳不再燃烧，石灰石中剩余的碳酸钙也不再分解，所以再该区中物料所经历的主要过程是冷却。而气体（空气）在从常温升高到约900℃的过程中，气体所经历的主要过程则是预热。
如果冷却区的高度不够（煅烧区下移），不仅气体（空气）得不到充分的预热而且会使物料的温度过高。
各个区段的位置和高度并不是恒定的，因为物料（石灰石和无烟煤）的形状，粒度和配比以及气体（空气）的流量，都会使各区段的位置和高度发生变化。而且各区段的界限也难以准确的划分，因为形状和粒度不均匀的物料会使区段的界限模糊。
预热区和冷却区都是热交换区，预热区中气体（窑气）温度高，将热量传递给温度低的物料（石灰石和无烟煤）。冷却区中物料（石灰和煤渣）温度高，将热量传递给温度低的气体（空气）。这样就可以达到高的热效率。如果预热区和冷却区的高度足够高，而且窑体的保温层足够厚，热效率可以达到80%以上。
石灰石的煅烧过程可分为下列4个步骤：
(1)开始分解前的热胀
石灰石从常温升高到约900℃时，其体积会因受热而有所膨胀。
(2)碳酸钙的分解
当石灰石表面的温度达到或超过碳酸钙的分解温度898℃时，石灰石中的碳酸钙就开始分解，所需分解时间取决与石灰石的粒度和煅烧区的温度。分解期间，分解面由石灰石的表面向内部移动，生成的石灰附着于尚未分解的石灰石上，生成的CO2 从石灰石中逸出。分解反应结束后，石灰的体积于开始分解前石灰石的体积相差很小，由于分解时有44%的CO2从石灰石中逸出，因此分解反应结束后的石灰是高度疏松的固体。
(3)石灰的烧结
分解反应结束后，如果生成的石灰还在煅烧区，则石灰中的CaO晶体就会继续长大，石灰的体积就会缩小，从而使石灰烧结。
(4)石灰的冷缩
石灰从约900℃降到60℃时，其体积会因受冷而有所收缩。石灰烧结后，其活性度会显著降低。所以应尽量避免石灰的烧结。
空气由窑底中央风道和周围风道送入窑内，风压高低视立窑的有效高度及石灰石和无烟煤的粒度而定。对有效高度为15~20m的立窑,一般进立窑的风压(表压)约为5~6kPa。风量大小视生产能力而定,由石灰石煅烧得到的石灰,借助窑底圆锥出料机的转动,经刮板及星形出料机卸出。出料温度应维持在60~80℃。从窑顶出来的废气,进入除尘器，废气的温度应维持在120~150℃。
六、水泥机立窑改成石灰窑的技术措施
水泥机立窑与石灰窑比，有许多相同之处，但由于所采用的原、燃料不同及对产品的要求不同，因而其煅烧工艺（主要包括加料、卸料方式和送风方式）及原有窑体结构要求等均有较大差别。下面以Φ3.0m水泥机立窑改成石灰窑为例分别进行讨论。
1、上料设备
水泥机立窑的上料设备为提升机，它仅能输送粉状或粒状物料，不能输送烧制石灰的粒度为30mm～80mm的块状物料，要进行改造。
最常用的上料设备是料车提升机，具有结构简单、运行可靠占地面积小和上料操作可联锁自动化等优点。料车提升机是由提升架、电动换向卷扬机、沿特制固定轨道运行的料车、钢丝绳和导向轮等部分组成。
2、回转装料布料器
石灰窑布料很关键，因为它必须把燃料和石灰石同时装入窑内，通过布料实现炉料在窑内的合理分布，消除炉壁效应，均衡炉内阻力，力求整个炉截面“上火”均匀一致。所以布料器形式和使用效果对石灰窑的生产效率有很大影响。建议安装六点、九点旋转布料器等设备。
回转装料布料器是由受料斗、双层料钟、中间容器、下部料斗和固定在转动轴上的分配流槽组成。接管用来排出中间容器的窑气，以便在CO2回收时防止往窑气中吸入空气。上部料钟的提升是当料车提升机的升运斗向下运动时通过差动滑轮组来完成，下部料钟的放下是在升运斗向上运动时通过差动滑轮组来完成，当用平衡铊提升下部料钟时，分配流槽用棘轮机构进行转动，棘轮机构同差动滑轮组连接在一起。
3、卸料机
塔式机立窑底部为一由调速传动装置驱动的偏心塔篦，上面均布通风孔和破碎齿，塔篦与筒体衬板间有一定的间隙，塔篦的作用一是对熟料进行破碎，二是使破碎后的熟料通过间隙落入料封管内卸出。但成品石灰须保持一定的块度，不需破碎，故在改造中我们对塔篦进行了处理，去掉破碎齿，并适当扩大塔篦与衬板间的间隙，或更换卸料装置，更换卸料装置可以采用简单的振动出灰机或行星出灰机、圆盘出灰机等，也可采用段式出灰机、双层锁风阀等设备。
4、送风
水泥机立窑一般采用罗茨风机送风，而石灰立窑由于料层阻力小（5~6kPa），透气性好，因此原机立窑所配罗茨风机不能使用，可根据实际情况选择其他型号罗茨风机或离心风机。
5、布风装置
石灰生产有句谚语叫做“窑底不布风、胡乱瞎折腾”，所以石灰窑窑底布风非常关键，只有实现布风的压力、风量均等布置才能实现减少生烧、过烧现象，计算机仿真风帽有效的解决了此类问题，建议在窑底安装计算机仿真风帽装置（概率风帽）。
5、窑体
水泥机立窑窑体具有较完备的耐火、耐磨和保温设施。无论是自然通风还是机械通风，通风性能均较为优越，且窑罩密闭程度较好，收尘设施齐全，完全具备强化煅烧石灰的各项条件。但水泥机立窑长径比仅为3～4，较同直径的直筒式长径比为5～6的机械化石灰窑小，且水泥机立窑上有1.5m左右的喇叭口，边风容易过盛，窑壁效应有所增加，如操作不当，则会造成窑产量低、热耗较高的现象。建议将Φ3.0m立窑加高到15米。
6、结论
（1）综合利用已闲置的水泥机立窑烧制优质石灰是可行的。只要对其稍加改造即可使其在自然通风或机械通风状态下烧制石灰。
（2）针对水泥机立窑的特点，烧制石灰必须实行中火慢速煅烧。尤其是在加料和出料操作上要采取重点压边，逼风趋中，出料尽可能保持连续、均匀，切实稳定窑的热工制度，保持窑的正常煅烧，实现优质高产低消耗。
一、活性石灰窑的结构和类型
1、活性石灰窑的结构
活性石灰窑主要由窑体、上料装置、布料装置、卸灰装置、自动化仪表控制及除尘装置等
组成。
2、活性石灰窑类型：
按燃料分有混烧窑，即烧固体燃料，焦炭、焦粉、煤等；气烧窑，包括烧高炉煤气，焦炉煤气，电石尾气，发生炉煤气，天然气等；
按窑形分，有竖窑、回转窑、套筒窑、西德维马斯特窑、麦尔兹窑（瑞士）、弗卡斯窑（意大利）等。
同时又有正压操作窑和负压操作窑之分。
不同形式的石灰窑，它的结构形式和煅烧形式有所区别，工艺流程基本相同。
二、烧石灰的基本原理和热工工艺
以用无烟煤在立窑中煅烧石灰石为例来讨论石灰石煅烧过程中的化学反应。石灰石煅烧时，主要是碳酸钙的分解反应和碳的燃烧反应，其次是碳酸镁的分解反应和氧化钙的结瘤反应。
（一）碳酸钙的分解
1．碳酸钙分解反应的特点
碳酸钙分解反应的化学方程式为:
CaCO3(s)△CaO(s)+CO2(g)-179.6KJ (1)
该反应具有如下几个特点：
（1）是多相反应（有气固两相）；
（2）是可逆反应；
（3）是吸热反应。
2．碳酸钙分解反应的热力学
从碳酸钙的分解反应的化学方程式可知其平衡常数为：Kp=Pco2
由式上可知碳酸钙分解反应的平衡常数等于该反应达到化学平衡时CO2 压力。由于平衡常数是温度的函数，所以在一定的的温度下，碳酸钙分解反应达到化学平衡时CO2的压力为一定值，称为该温度下碳酸钙的平衡压力。碳酸钙在不同温度下的平衡压力可由热力学数据进行理论计算获得。部分结果列于表1中。
表1碳酸钙在不同温度下的理论平衡压力
在0.1013MPa的空气中，CO2的分压为：
Pco2=0.03%×0.1013(Mpa)=0.3039×10-4(MPa)。 (2)
温度为530℃时，碳酸钙的理论平衡压力为0.3039×10-4MPa。所以理论上在0.1013MPa的空气中，当温度高于530℃，碳酸钙分解出来的CO2的压力就大于空气中CO2的分压，这样分解出来的CO2就会不断地向空气中扩散，从而导致碳酸钙的不断分解。因此，530℃就是碳酸钙在0.1013MPa空气中开始分解的温度。当温度为898℃时，碳酸钙的理论平衡压力为0.1013MPa,所以称898℃为0.1013MPa下的分解温度，简称分解温度。在530～898℃范围内，碳酸钙的分解速度很慢。当温度达到898℃时，碳酸钙分解出来的CO2的压力为0.1013MPa,等于周围空气的总压力，这时就会产生“沸腾”现象，从而导致碳酸钙的剧烈分解。
实际上，在898℃时，碳酸钙的分解速度仍然很慢，这是由于碳酸钙表面分解生成的氧化钙的热阻使分解面上的温度达不到898℃，所以碳酸钙并不会产生“沸腾”现象，发生剧烈分解。要使碳酸钙发生剧烈分解，温度必须超过898℃。
3．碳酸钙的分解反应的动力学
碳酸钙的分解速度可用分解反应面（简称分解面，即已生成的氧化钙与未分解的碳酸钙之间的分界面）向内部移动的速度（R）来表示，该速度与碳酸钙的粒度无关，而只随煅烧
温度的高低而变化。该速度与煅烧温度（t）的关系为：
lnR=0.003145t-3.3085 (3)
式中R-----分解面移动速度，cm/h;
t-----煅烧温度，℃。
由上式可知，煅烧温度越高，则速度越快，对一定粒度的碳酸钙，煅烧时间也越短。虽然该速度与碳酸钙的粒度无关，但碳酸钙的煅烧时间却与碳酸钙粒度有关，因为煅烧时间是分解面从从碳酸钙外表移动到碳酸钙中心所需的时间，显然碳酸钙的粒度不同，所需要的煅烧时间也不同。
石灰石的煅烧时间可用下式计算：
(4)
式中r----煅烧时间，h
R----石灰石的初始半径，m;
q----分解1m3CaCO3和加热CaO使其中心温度在到煅烧温度所需要的热量，KJ； tS----块体表面温度，℃；
tI---分解面温度，℃；
λ---CaO的热导率，W/（m.℃）;
f----形状系数，见表2；
α----气体向物料的传热系数（a对a辐），W/(m2.℃)。
表2 形状系数f
（二）、碳酸镁的分解
由于石灰石中碳酸镁的含量很低，所以碳酸镁的分解反应是石灰石煅烧过程中的次要化学反应。碳酸镁分解反应的化学方程式为：
MgCO3(S)△MgO(s)+CO2-121KJ (5)
该反应也是多相可逆吸热反应。碳酸镁在0.1013Mpa下的分解温度为640℃。由于产生的CO2量少，而且得到的MgO很不活泼，所以碳酸镁的分解反应对石灰石的煅烧过和影响不大。
三、石灰的质量和数量消耗
工业用石灰对石灰石的质量要求主要有两个方面：一是要求含碳酸钙成分含量高，。二是它的结构晶粒要小，因为晶粒小的石灰石晶间不严实，且在含有有机物的情况下，有机物燃烧形成的多孔状，二氧化碳容易扩散，便于煅烧。三是杂质少，特别有害成分少如二氧化硅，氧化镁、氧化铝、氧化铁、硫和磷等。在石灰石中若有1%这些成分，生石灰中就是18%。 不同行业，不同用途又有不同的标准。如电石行业它特别强调活性度即软烧灰，炼铁行业它又强调的是强度，所以要硬烧灰，炼钢则又要 软烧灰。因此它的指标也是不一样的，活性石灰标准一般要求氧化钙含量要达到97%以上，生过烧率小于10%，活性度要在300ml以上。
按理论计算烧1吨石灰需1.78吨石灰石，煅烧时生、过烧的高低与石灰石质量有一定关系。
四、碳的燃烧
由于碳是无烟煤的主要成分，所以无烟煤的燃烧可近似看成碳的燃烧。
1．碳燃烧反应的特点
无烟煤中的碳在高温下会与空气中的氧气发生下列燃烧反应：
C+O2→CO2+395.4KJ (5)
2C+O2→2CO+219.2KJ (6)
2CO+O2→2CO2+570.6KJ (7)
CO2+C＝2CO-176KJ (8)
在上述4个反应中，前3个反应为多相（除第3个反应外）不可逆放热反应，第4个反应为可逆吸热反应。反应式（5）为碳的完全燃烧反应，当氧气充足时此反应为主要反应。反应式（6）为碳的不完全燃烧反应，当氧气不足时此反应为主要反应。反应式（7）为一氧化碳的氧化反应，由反应（7）、式（8）得到的一氧化碳再与氧相遇时则发生此反应。反应式（8）为二氧化碳的还原反应，当二氧化碳与赤热的碳相遇时则发生此反应。
2. 碳燃烧反应的热力学
上述4个反应的平衡常数列于表3中。由表3可知，反应式（5）、式（6）、式（7）可以看成是非功过可逆的放热反应，由反应（8）的平衡常数在石灰石的煅烧温度下为一般值，所以反应式（8）为可逆吸热反应。
根据表3的平衡常数可以计算出平衡组成，总压为0.1013MPa时碳与空气中的氧气反应的平衡组成列于表4中
表3 碳与氧气反应的平衡常数
表4 总压0.1013Mpa时碳与空气中的氧气反应的平衡组成（体积百分数）
由表4可知，随着温度的升高，二氧化碳的平衡含量减少，一氧化碳的平衡含量增加。当温度高于900℃时，二氧化碳的平衡含量很少，而一氧化碳的平衡含量却很高，从而一氧化碳成了碳与氧反应的主要产物。但实际碳燃烧时这种情况只有在氧气不足时才会发生，因为当氧气充足时由反应式（6），式（8）得到的一氧化碳会与氧继续反应生成二氧化碳，所以氧气充足时碳燃烧得到的气体中一氧化碳是少量的。
3．碳燃烧反应的热动力学
由于碳的燃烧反应属于气固相多相反应，所以碳燃烧反应的总速度，不仅受碳与氧气的化学反应速度（已消除扩散的影响）的影响，而且还受氧气向碳表面扩散速度的影响。 反应式（3-7）的反应速度与氧的浓度成正比，既
Ro2=kco2 (9)
式中：Ro2——以氧的浓度变化表示的反应速度，kmol/(m3.s);
Co2——氧的浓度，kmol/m3;
k----反应速度常速，s-1。
反应速度常数k与温度的关系满足阿累尼乌斯（S.Arrhenius）方程，即
K= k0e-Ea/RT (10)
式中：k0——频率因子，s-1;
Ea——活化能，Kj/kmol；
R——通用气体常数 [R=8.314KJ/(kmol.K)]
T——热力学温度,K。
温度较低(775℃以下)时,K值较小,化学反应速度比扩散速度小,碳燃烧反应的总速度受化学反应速度的控制;温度很高(90℃以上)时,K值很大,化学化应速度比扩散速度大,碳燃烧反应的总速度受扩散速度的控制;温度介于上述两者之间时,K值较大,化学反应速度与扩散速度相当,对碳燃烧反应的总速度很有影响.由于碳的燃烧反应在高温下进行,所以碳燃烧反应的总速度受扩散速度的控制.氧气向碳表面的扩散速度为：
(11)
式中：Cdm=（Cdi –Cdb）/ln(Cdi/Cdb);
No2——氧气向碳表面的扩散速度， kmol/s；
D——氧气在气相中的扩散系统，m2/s；
ZG——气膜厚度，m；
C——气相总浓度，kmol/m3；
Cdm——惰性气体在碳表面和气相主体中浓度的对数平均值，kmol/m3；
Cdi，Cdb ——分别为碳表面和气相主体中惰性气体的浓度，kmol/m3；
A——气固相接触面积，m2
Ci ，Cb 分别为碳表面和气相主体中氧气的浓度，kmol/m3；
KG——气膜传质系数，m/s。
由式（11）可知，减小气膜厚度，增加气固相接触面积，提高气相主体中氧气的浓度都可以加大扩散速度，从而加大碳燃烧反应的总速度。减小无烟煤的粒径，可以增加气固相接触面积。提高空气的流速则既可以减小气膜的厚度又可以提高气相主体中氧气的浓度，所以提高空气的流速是加速碳燃烧反应最有效的办法。
反应式（6），式（7）与反应式（5）的反应速度相差不大。反应式（8）的饿反应速度大致与二氧化碳的浓度成正比，即：
Rco2 =kCco2 (12)
式中：Rco2——以二氧化碳的浓度变化表示的反应速度，kmol/（m3.s）；
Cco2——二氧化碳的浓度，kmol/m3；
k——反映速度常数，s-1.
K与温度的关系也满足式（10）的阿累尼乌斯（S.Arrhenius）方程。
反应式（3-10）比反应式（3-7）的反应速度常数要小得多，所以反应式（3-10）比反应式（5）的反应速度要慢得多。即使在2000下，反应式（8）的反应速度也是受化学反应速度控制（不受扩散速度影响）。
4．碳的实际燃烧过程
根据碳燃烧反应的热力学和动力学可知，在实际碳的燃烧中，当氧气充足时，碳与氧气首先进行碳的完全燃烧反应，既反应式（5），然后产物二氧化碳与上部赤热的碳进行二氧化碳的还原反应，既反应式（8），然后产物一氧化碳又与氧气进行一氧化碳的碳化反应，既反应式（7）。由于反应式（8）比反应式（7）的反应速度要慢的多，所以由反应式（8）生成的一氧化碳会立即与氧气反应生成二氧化碳，并且当上部碳的温度下降时，反应式（8）的反应速度已大大减小，而反应式（7）的反应速度仍然很大。因此，氧气充足时碳燃烧得到的气体中的一氧化碳是少量的。当氧气不足时，碳与氧气首先也进行碳的完全燃烧反应，既反应式（3-7），然后产物二氧化碳也与上部赤热的碳进行二氧化碳的还原反应，既反应式（8），但由于氧气不足，由反应式（8）得到的一氧化碳不再与氧气反应，而且碳与氧气再进行的是碳的不完全燃烧反应，既反应式（8），因此，氧气不足时碳燃烧得到的气体中的一氧化碳是可观的。
五、立窑煅烧石灰石时区段的划分
用无烟煤在立窑中煅烧石灰石时，空气由窑底中央风道和周围风道送入窑内，风压高低视立窑的有效高度及石灰石和无烟煤的粒度而定。风量大小视生产能力而定,由石灰石煅烧得到的石灰,借助窑底出料机的转动卸出。出料温度应维持在60~80℃。从窑顶出来的废气,进入除尘器，废气的温度应维持在120~150℃。
根据窑内物料和气体所经历的物理，化学程度的不同，可以沿窑的高度自上而下将窑分为3个区：预热区，煅烧区和冷却区。
1．预热区
预热区位于窑的上部，约占窑的有效高度的1/3左右。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下从常温升高到约900℃，从而下一区（燃烧区）上升的气体（窑气）则自下而上从
约900℃降低到约120℃。物料在从常温升高到约900℃的过程中物料中的水分（游离水和结晶水）被完全蒸发掉，石灰石中的碳酸镁已全部分解，石灰石中的碳酸钙的表面也开始分解，煤中所有有机物质和部分矿物质已分解，所以在该区中物料所经历的主要过程是干燥和预热。而气体在从约900℃降低到约120℃的过程中，所经历的主要过程是增湿和冷却。 如果预热区的高度不够（煅烧区上移），那么不仅物料得不到充分得预热和干燥，而且会使气体（窑气）的温度过高。
2．煅烧区
煅烧区位于窑的中部，约占窑的有效高度的1/6。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到约900℃（但石灰石的分解面温度维持在约900℃），并且石灰
石变成石灰，无烟煤变成煤渣；从下一区（冷却区）上升的气体（空气）自下而上也是先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到900℃，并且空气变成窑气。在该区中主要是物料（无烟煤）中的碳与气体中的氧气进行燃烧反应以及物料（石灰石）中的碳酸钙进行分解反应。
如果煅烧区的高度不够，那么碳酸钙的分解反应就不能充分进行，造成“生烧”；反之如果煅烧区的高度过高，那么在碳酸钙的分解反应充分进行之后，石灰会进一步烧结，造成“过烧”。
3．冷却区
冷却区位与窑的下部约占窑的有效高度的1/2左右。在该区中物料（石灰与煤渣）自上而下约900℃降低到60℃，而气体（空气）则自下而上从常温升高到约900℃。物料在从约900℃降低到60℃的过程中，煤渣中剩余的碳不再燃烧，石灰石中剩余的碳酸钙也不再分解，所以再该区中物料所经历的主要过程是冷却。而气体（空气）在从常温升高到约900℃的过程中，气体所经历的主要过程则是预热。
如果冷却区的高度不够（煅烧区下移），不仅气体（空气）得不到充分的预热而且会使物料的温度过高。
各个区段的位置和高度并不是恒定的，因为物料（石灰石和无烟煤）的形状，粒度和配比以及气体（空气）的流量，都会使各区段的位置和高度发生变化。而且各区段的界限也难以准确的划分，因为形状和粒度不均匀的物料会使区段的界限模糊。
预热区和冷却区都是热交换区，预热区中气体（窑气）温度高，将热量传递给温度低的物料（石灰石和无烟煤）。冷却区中物料（石灰和煤渣）温度高，将热量传递给温度低的气体（空气）。这样就可以达到高的热效率。如果预热区和冷却区的高度足够高，而且窑体的保温层足够厚，热效率可以达到80%以上。
石灰石的煅烧过程可分为下列4个步骤：
(1)开始分解前的热胀
石灰石从常温升高到约900℃时，其体积会因受热而有所膨胀。
(2)碳酸钙的分解
当石灰石表面的温度达到或超过碳酸钙的分解温度898℃时，石灰石中的碳酸钙就开始分解，所需分解时间取决与石灰石的粒度和煅烧区的温度。分解期间，分解面由石灰石的表面向内部移动，生成的石灰附着于尚未分解的石灰石上，生成的CO2 从石灰石中逸出。分解反应结束后，石灰的体积于开始分解前石灰石的体积相差很小，由于分解时有44%的CO2从石灰石中逸出，因此分解反应结束后的石灰是高度疏松的固体。
(3)石灰的烧结
分解反应结束后，如果生成的石灰还在煅烧区，则石灰中的CaO晶体就会继续长大，石灰的体积就会缩小，从而使石灰烧结。
(4)石灰的冷缩
石灰从约900℃降到60℃时，其体积会因受冷而有所收缩。石灰烧结后，其活性度会显著降低。所以应尽量避免石灰的烧结。
空气由窑底中央风道和周围风道送入窑内，风压高低视立窑的有效高度及石灰石和无烟煤的粒度而定。对有效高度为15~20m的立窑,一般进立窑的风压(表压)约为5~6kPa。风量大小视生产能力而定,由石灰石煅烧得到的石灰,借助窑底圆锥出料机的转动,经刮板及星形出料机卸出。出料温度应维持在60~80℃。从窑顶出来的废气,进入除尘器，废气的温度应维持在120~150℃。
六、水泥机立窑改成石灰窑的技术措施
水泥机立窑与石灰窑比，有许多相同之处，但由于所采用的原、燃料不同及对产品的要求不同，因而其煅烧工艺（主要包括加料、卸料方式和送风方式）及原有窑体结构要求等均有较大差别。下面以Φ3.0m水泥机立窑改成石灰窑为例分别进行讨论。
1、上料设备
水泥机立窑的上料设备为提升机，它仅能输送粉状或粒状物料，不能输送烧制石灰的粒度为30mm～80mm的块状物料，要进行改造。
最常用的上料设备是料车提升机，具有结构简单、运行可靠占地面积小和上料操作可联锁自动化等优点。料车提升机是由提升架、电动换向卷扬机、沿特制固定轨道运行的料车、钢丝绳和导向轮等部分组成。
2、回转装料布料器
石灰窑布料很关键，因为它必须把燃料和石灰石同时装入窑内，通过布料实现炉料在窑内的合理分布，消除炉壁效应，均衡炉内阻力，力求整个炉截面“上火”均匀一致。所以布料器形式和使用效果对石灰窑的生产效率有很大影响。建议安装六点、九点旋转布料器等设备。
回转装料布料器是由受料斗、双层料钟、中间容器、下部料斗和固定在转动轴上的分配流槽组成。接管用来排出中间容器的窑气，以便在CO2回收时防止往窑气中吸入空气。上部料钟的提升是当料车提升机的升运斗向下运动时通过差动滑轮组来完成，下部料钟的放下是在升运斗向上运动时通过差动滑轮组来完成，当用平衡铊提升下部料钟时，分配流槽用棘轮机构进行转动，棘轮机构同差动滑轮组连接在一起。
3、卸料机
塔式机立窑底部为一由调速传动装置驱动的偏心塔篦，上面均布通风孔和破碎齿，塔篦与筒体衬板间有一定的间隙，塔篦的作用一是对熟料进行破碎，二是使破碎后的熟料通过间隙落入料封管内卸出。但成品石灰须保持一定的块度，不需破碎，故在改造中我们对塔篦进行了处理，去掉破碎齿，并适当扩大塔篦与衬板间的间隙，或更换卸料装置，更换卸料装置可以采用简单的振动出灰机或行星出灰机、圆盘出灰机等，也可采用段式出灰机、双层锁风阀等设备。
4、送风
水泥机立窑一般采用罗茨风机送风，而石灰立窑由于料层阻力小（5~6kPa），透气性好，因此原机立窑所配罗茨风机不能使用，可根据实际情况选择其他型号罗茨风机或离心风机。
5、布风装置
石灰生产有句谚语叫做“窑底不布风、胡乱瞎折腾”，所以石灰窑窑底布风非常关键，只有实现布风的压力、风量均等布置才能实现减少生烧、过烧现象，计算机仿真风帽有效的解决了此类问题，建议在窑底安装计算机仿真风帽装置（概率风帽）。
5、窑体
水泥机立窑窑体具有较完备的耐火、耐磨和保温设施。无论是自然通风还是机械通风，
通风性能均较为优越，且窑罩密闭程度较好，收尘设施齐全，完全具备强化煅烧石灰的各项条件。但水泥机立窑长径比仅为3～4，较同直径的直筒式长径比为5～6的机械化石灰窑小，且水泥机立窑上有1.5m左右的喇叭口，边风容易过盛，窑壁效应有所增加，如操作不当，则会造成窑产量低、热耗较高的现象。建议将Φ3.0m立窑加高到15米。
6、结论
（1）综合利用已闲置的水泥机立窑烧制优质石灰是可行的。只要对其稍加改造即可使其在自然通风或机械通风状态下烧制石灰。
（2）针对水泥机立窑的特点，烧制石灰必须实行中火慢速煅烧。尤其是在加料和出料操作上要采取重点压边，逼风趋中，出料尽可能保持连续、均匀，切实稳定窑的热工制度，保持窑的正常煅烧，实现优质高产低消耗。
某某有限公司
某某有限公司，位于石家庄裕华区，地理位置优越，交通便利。
我公司是一家主要以工业炉窑工程设计、制造、安装、售后服务为一体的综合公司，有一支很强的设计和技术服务队伍，我公司拥有梁式石灰窑的自主知识产权，梁式石灰窑技术处于国际领先地位。中国第一座国产梁式石灰窑就是由本公司的设计师设计建造。 我公司的两位总设计师由中国石灰协会冶金石灰委员会理事、中国梁式石灰窑专业组组长担任。他们为中国梁式石灰窑在中国大陆乃至世界范围内推广，做出了巨大贡献。 自2000年以来，两位总设计师设计、制造并成功指导操作了从100-500TPD的石灰窑200余座，技术输出能力为世界第一，项目分布到全国各省、自治区，甚至分布到了印度和阿联酋，缅甸，哈萨克斯坦，巴西等海外市场。近些年公司的技术人员不断对梁式石灰窑的布料系统、燃烧系统、炉体结构、以及出灰系统的改革与创新使的我公司设计、建造的梁式石灰窑达到了世界最高的水平。同时我公司除梁式石灰窑外，其产品还包括煤气发生炉、发生炉冷煤气站、高氢及全氢气气氛强循环光亮罩式退火炉、蓄热式步进梁式加热炉、工业自动控制等系列化工业产品。
公司已经通过了ISO9001认证，取得了压力容器、工程设计等资质，公司员工队伍不断扩大，企业实力迅速提升。
公司的理念是“优秀的团队打造精美的产品”，公司的目标是“勇于创新，引领潮流”，公司的核心价值观是“奋发进取，追求卓越”。奋进科技将永远为世界创造精彩！ 梁式石灰窑的工艺技术
1原料筛分系统
原料筛分系统是石灰窑的辅助系统，主要功能是将存放在现场的石灰石原料中的细粉和大块筛除，将合格的的原料送入加料仓。为了环保要求，原料筛分系统要配置合适的除尘装置确保粉尘排放达标。
2、石灰石卷扬上料和布料系统
上料卷扬小车将粒度合格的石灰石运至窑顶，通过一个自动开闭的密封门倒入料斗。石灰石装入料斗后，上料停止，顶门关闭。然后，第二个门气动装置自动开启，石灰石经由“裤腿”布料器落入储料带。日产400吨或以上的石灰窑，使用多级均衡布料器
带布料器的上料系统，使石灰石形成了合理的料流，从而实现了按粒度大小均匀布料。 交替开／闭的两个密封门，避免了在石灰石上料过程中环境空气进入窑内对窑的运行特别是对上升的废气造成干扰。
石灰石上料系统由定时器和料位计实行自动控制，这个特点避免了石灰窑操作者频繁地现场查看石灰石上料情况。
当石灰石进入窑内，从上到下缓慢运动，穿过下面不同的区域，被煅烧成石灰。
3、储料／预热带
储料／预热带在石灰窑上部，储料带能容纳2-3个小时使用的石灰石，这样当对石灰石处理和上料设施进行例行检修时，不至于停产。
在储料／预热带顶部，装置有废气吸气梁，废气从这里被抽出窑外。
废气吸气梁横穿窑截面，以便使截面各部位的抽吸力一致，从而使高温气体均匀向上升腾。废气抽出窑外，先由一台热交换器降温，然后布袋除尘，除尘后通过烟囱排放到大气。
石灰石从储料部位下移到预热部位，由向上的热气预热，然后向下运动到煅烧带。
4、煅烧带：燃料／助燃风分配和烧咀梁加热系统
从储料／预热带出来后，石灰石慢慢穿过煅烧带进行煅烧，煅烧带安装上下两层燃烧梁，燃烧梁是燃料在石灰窑断面内均匀分布的主要装置。
燃烧梁内有燃料导管，将燃料输送到合理布置在燃烧梁上的烧嘴处。燃料由烧嘴喷射到石料上，与预热的助燃风混合后燃烧，石灰石在高温下快速分解成石灰。
燃料和助燃风是受严格控制的，燃烧的热量均匀提供给需要煅烧的石灰，实现高效而均匀的煅烧。
导热油系统是燃烧梁的冷却保护系统，装置有控制设备，导热油温度超过设定值会自动发出警报，而且系统安装柴油发电保安装置，安全系数很高。
在炉料向下运动过程中，在燃烧梁下面或两侧形成了“V”空间，操作者可通过窑壁的观察孔，查看窑内炉料，可随时在两层燃烧梁之间观察窑内煅烧状况。
这个V形空间带来了两大优越性: 第一，燃气可以布满煅烧带；第二，避免了向下运动的石灰石／石灰与烧嘴接触,从而避免了频繁维修烧嘴。
燃烧的热废气由一台配备在废气系统的离心风机抽吸，穿过石灰窑。这台风机配备变频器以调节速度，以适应不同情况下石灰窑的顺利生产。
5、冷却/出灰带
从煅烧带出来后，石灰进入冷却带，在这里，石灰被窑底进入的新鲜空气冷却。同时，空气被石灰的热量预热。
冷却后的成品灰通过窑底均匀布置的n个出灰斗卸料，在每个出灰斗下面设有液压抽屉式两段密封出灰机，设计每次出灰0.05m3,折合每次出灰50kg，此处为连锁控制，液压抽屉式出灰机动作时，下面的两道密封阀处于完全密封状态，保证冷却风不泄露，抽屉出灰机动作完毕后，下面的第一道密封阀打开，将50公斤灰卸到第二道密封阀上面，然后第一道密封阀关闭，第二道密封阀打开，将石灰卸到中间料仓中，完成一次出灰任务。石灰窑的产量可以通过调整出灰机的动作周期来控制，由于各个出灰机严格按照相同的容积出灰保证了在整个窑截面上出灰均匀，防止出现偏窑现象并能通过调节出灰量来调整石灰窑的生产参数。调节使用个人电脑通过工艺控制盘自动进行。从出灰装置出来的灰直接进入储料斗（约储存1小时的量）。
新型梁式石灰窑的主要技术特点
◆生产规模100～600t／d圆型窑或矩型窑。
◆窑操作弹性大，从60-100％任意调节，均能实现稳定生产，而且不影响石灰质量和消耗指标。
◆适用多种燃料、天然气、焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气(热值≥800kcal／m3)、混合煤气、煤粉、焦粉、重油或固液、固气混合燃料。
◆热耗低，热能利用合理，二次空气通过冷却石灰预热，一次空气通过预热器预热进入燃烧梁，燃料完全燃烧，热值充分利用，能耗900kcal／kg。
◆采用低热值燃料，空气、煤气双预热。
◆采用预热石料冷却热废气方式，减小低热值燃料废气温度难以降低的技术难题。 ◆窑体结构特点
1)窑体呈准矩形或圆形，窑体中部设置上下两层烧咀梁，窑体上部设置吸气梁。窑内为负压操作，使CO2从石灰石中分解时阻力减小，进而提高石灰煅烧速度，吸气梁上部为储备石灰石区域，吸气梁至上层燃烧梁之间为预热区，利用高温煅烧后的窑气预热石灰石至煅烧的温度，上层燃烧梁至下层燃烧梁之间区域为煅烧区，石灰石均匀煅烧成活性石灰，此区域根
据石灰质量、产量要求加以调节。
2) 下部燃烧梁至出灰口之间为冷却区，冷却空气从底部抽入窑内将石灰快速冷却到150℃以下出窑，防止石灰结晶粗化，有利于提高石灰质量。
3)当一定量石灰石通过窑顶加料门进入储备区，均匀分配于窑截面上，窑顶的两道密封门自动密闭阻止空气在加料时进入窑内，因而不影响窑顶的负压。石灰石加入窑内缓慢经4个区域往下移动，煅烧分解成产品一活性石灰。整个系统分为：储料带、预热带、煅烧带、冷却带。
4)采用两层燃烧梁是该窑的技术诀窍和核心部分，燃烧梁采用导热油冷却。根据产量梁内设置若干个可调节的烧嘴，使多点供热的范围覆盖石灰窑整个横截面，通过调节各烧嘴的分配比来保证供热均匀，通过调节空燃比来保证燃烧效率,从而保证了石灰的生过烧率和高的活性度。
石灰窑的新技术概要
一、现在发展新技术石灰窑的意义
钢铁工业，电石工业，氧化铝工业，耐火材料等工业都是石灰消耗大户，近两年这几个行业都是高速发展的行业。每年的产量基本都是以20%以上的速度增长。可它们需要的主要材料（辅助材料）石灰确没有相应增长，所以造成了石灰的紧张，从而剌激了社会土石灰窑的大量上马，土烧窑的遍地开花又造成了对环境的严重污染，在这种情况下，国家和地方政府相继出台了一糸列整治土烧窑的政策和法规，但很难实现预期效果，原因是有需求的剌激。因此要想沏底治理土烧窑的污染，必须推行现代新技术石灰窑来解决需求的问题。所谓现代新技术石灰窑就是具有环保、节能功能和机械化 、自动化程度较高的现代化石灰窑。它因采用了现代技术，所以它能充分利用廉价能源，特别能利用原来对环境有污染的气体作主要能源，变废为宝。这样不但对环境能达到保护，而且它生产的石灰，不但质量好而且成本低。对利用这一新技术的企业，经济效益会有明显增加。这就是推广新技术石灰窑的现实意义。
二、新技术石灰窑种类
按燃料分有混烧窑，即烧固体燃料，焦炭、焦粉、煤等。和气烧窑。气烧窑包括烧高炉煤气，焦炉煤气，电石尾气，发生炉煤气，天然气等。按窑形分，有竖窑、回转窑、套筒窑、西德维马斯特窑、麦尔兹窑（瑞士）、弗卡斯窑（意大利）等。同时又有正压操作窑和负压操作窑之分。林州现代科技中心研制设计了300立方以下的混烧窑和140立方以下的气烧窑，特别是高炉煤气和焦炉煤气燃烧的XD型节能环保石灰窑。攻克了焦炉煤气热值高，火焰短的燃烧难题，可以使剩余焦炉煤气得到充分利用。由原来的焦炉煤气“点天灯”，污染环境变为了为企业创造效益的宝贵能源。对中小钢铁企业、焦化企业、电石企业、和耐火材料工业都是非常好的节能、环保、增效的有效途径。
三、烧石灰的基本原理和热工工艺
石灰石主要成分是碳酸钙，而石灰成分主要是氧化钙。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的生石灰。它的反应式为
CaCO3 CaO+CO2——42.5KcaI
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度完成煅烧，再经冷却后，卸出窑外。即完成生石灰产品的生产。不同的窑形有不同的预热、煅烧、冷却和卸灰方式。但有几点工艺原则是相同的即：原料质量高，石灰质量好；燃料热值高，数量消耗少；石灰石粒度和煅烧时间成正比；生石灰活性度和煅烧时间，煅烧温度成反比。
四、石灰窑的基本结构和主要附属设备
石灰窑主要由窑体、上料装置、布料装置、燃烧装置、卸灰装置、电器、仪表控制装置、除尘装置等组成。不同形式的石灰窑，它的结构形式和煅烧形式有所区别，工艺流程基本相同，但设备价值有很大区别。当然使用效果肯定也是有差别的。
五、石灰石的质量和数量消耗
工业用石灰对石灰石的质量要求主要有两个方面：一是要求含碳酸钙成分含量高，一般要求要在97%以上。二是它的结构晶粒要小，因为晶粒小的石灰石晶间不严实，且在含有有机物的情况下，有机物燃烧形成的多孔状，二氧化碳容易分离，故便于煅烧。三是杂质少，特别有害成分少如二氧化硅，氧化镁、氧化铝、氧化铁、硫和磷等。这些成分在石灰石中若有百分之一，到煅烧成的生石灰中，就是百分之十八。烧一吨石灰按理论计算需1.78吨石灰石，但煅烧时“生”“过”烧的高低和石灰石质量好坏也有一定区别 。
六、生石灰的质量标准：石灰质量的一般标准是：氧化钙含量，生、过烧率、活性度、有害成分含量等，但更重的是不同的行业，不同的用途又有不同的标准。如电石行业它特别强调活性度即软烧灰，炼铁行业它又强调的是强度，所以要硬烧灰，炼钢则又要软烧灰。因此它的指标也是不一样的。一般标准生石灰，氧化钙含量要达到 97%以上，生过烧率小于 10%，活性钙要300mi以上。
七、节能环保石灰窑的燃料与燃烧
烧石灰的燃料很广泛，固体燃料、气体燃料、液体燃料都可以，但新技术石灰窑的燃烧原则是，那种燃料最经济，那种燃料更有利于环保、那些燃料更能节约能源是新技术石灰窑的关键。现在使用普遍的主要是焦炭和煤气。就新技术来说最理想的还是煤气，包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电石尾气（煤气）发生炉煤气等是石灰窑的最好燃料。因为这些气体燃料都属于废物利用，循环经济性质。特别像焦炉煤气现在大部分放散，资源十分丰富，其次是高炉煤气，再就是电石尾气,这些煤气若利用起来，一来可大量节约能源，二来环境可得到保护，更重要的是企业可以收到很好的经济效益。这些气烧石灰窑，若大量发展起来，土烧窑污染环境的问题自然而然就解决了。现在为什么如此好的项目为什么发展缓慢，主要是气烧石灰窑技术在我国发展起来时间还比较短，任何事务都有一个发展认识的过程.特别是焦炉煤气，由于热值高、火焰短、石灰窑使用容易过烧和生烧。致使有的企业不敢大胆使用。其实这不是太难解决的问题，林州现代科技中心，现在已经研究制造出了外混式长火焰烧咀，和石灰窑自循环稀释高热值煤气的工艺技术。完全可以解决焦炉煤气的烧石灰问题。烧石灰用燃料的多少，是和它炉型与燃料的热值有关。煅烧石灰所需的热量是由燃料的燃烧而得，燃料的主要成分，碳的燃烧过程的分子式为C+O2=CO2气体燃料则是根据它的热值来计算的。按实际经验生产一公斤石灰约需960kcal热量。但由于各厂的生产设备和工艺条件各不同也有区别。一般来说，烧一吨灰用高炉煤气需1600m3左右，烧焦炉煤气需300m3左右。电石尾气需360m3左右，天然气需120m3左右，发生炉煤气需900m3左右。
八、石灰窑的布料器、燃烧器和其它附属设备
石灰窑主要附属设备有上料机构,布料器，供风装置、燃烧装置,卸灰装置等，相对而言,混烧石灰窑布料很关键，因为它在把燃料和石灰石同时装入窑内时，必须通过布料实现炉料在窑内的合理分布，消除炉壁效应，均衡炉内阻力，力求整个炉截面“上火”均匀一致。所以布料器形式和使用效果对石灰窑的生产效率有很大影响。现在有各种各样布料器，包括旋转布料器、海螺形布料器、固定布料等等，其中林州现代科技中心研制的三段钟式布料器利用“漏斗喉管效应”和“倒W堆集角效应”原理和可调式档料板相结合的方式,结构简单,对解决了原燃料的均匀混合和大小粒度的合理分布问题效果很好。而且具有耐高温，耐磨损和方便检修等多种优点。特别适用于中小型石灰窑配置.而气烧窑它的主要附属设备是燃烧器，因为它的气体燃料是通过燃烧器把可燃气体和所需氧气（空气）按一定的比例在燃烧器内混合后送入炉内燃烧的，而且不同的燃气所需的空气量也不同，不同的炉型，不同的加热
方式，它需要的火焰类型也不相同。如预混式、半混式、外混式及氧化焰、中性焰、还原焰等等。所以说气烧窑的燃烧器一定程度上决定着石灰窑的煅烧效果。当然其它附属设备也很重要，如风帽，看相似很简单，但要保证它所供窑内风量在整个窑断面上的分布才有好的效果。
九、石灰窑供风和风机选择
无论混烧窑还是气烧窑都是需要一定合理供风的，因为任何燃料燃烧都必须具备三个条件，即燃料、空气（氧气）、和明火，缺少任何一项条件都是不会燃烧的。风的用量是根据燃料的可燃成分的需氧量来计算,若供风不是燃料就不会充分燃料,供过量风过剩空气则变成烟气大量热量,从面造成燃料的增加和浪费。它的风量一般按下式计算：（计算公式略）它的压力要根据不同窑型，不同原料粒度形成的不同阻力来计算。一般来说立窑阻力可按40——70 H2O/ 有效高度（m）公式来计算。但原燃料粒度不同也有差异。因此选用风机既要以理论计算的基础又要以具体炉型和实际经验为依据来选定风机。才能有好的使用效果。
十、石灰窑的除尘与环保
石灰在煅烧时排放的烟尘中含有大量的有害气体和10微米以下的粉尘，粉尘中又包含SO2； F2O3； AIO3等。这些有害气体和粉尘对人体的危害很大，如果人们长期吸入会引起支气管和肺部等呼吸性疾病，幼儿更为严重，而且飘浮在空中的粉尘中还含有致癌物质，若24小时呼吸平均浓度超过150mg/m3的有害粉尘对人体会造成致命危害。新技术石灰窑，它的主要优点是除能耗低、产量高、质量好外，最大的好处是便于除尘。因为它整个煅烧过程是相当于在一个密封容器中进行，它的烟气可从窑顶烟气管道排出，通过除尘净化，然后达到无害、无污染的达标排放。
十一、自动化控制自动化控制是新技术石灰窑的重要特点，它的上料，配料、供风、供气、卸灰都是通过电脑自动化控制完成。但也要考虑国情,厂情和价值成本,也不是自动化程度越高越好.应以最终效果为原则。
水泥机立窑改成活性石灰窑的技术措施
一、活性石灰窑的结构和类型
1、活性石灰窑的结构
活性石灰窑主要由窑体、上料装置、布料装置、卸灰装置、自动化仪表控制及除尘装置等组成。
2、活性石灰窑类型：
按燃料分有混烧窑，即烧固体燃料，焦炭、焦粉、煤等；气烧窑，包括烧高炉煤气，焦炉煤气，电石尾气，发生炉煤气，天然气等；
按窑形分，有竖窑、回转窑、套筒窑、西德维马斯特窑、麦尔兹窑（瑞士）、弗卡斯窑（意大利）等。
同时又有正压操作窑和负压操作窑之分。
不同形式的石灰窑，它的结构形式和煅烧形式有所区别，工艺流程基本相同。
二、烧石灰的基本原理和热工工艺
以用无烟煤在立窑中煅烧石灰石为例来讨论石灰石煅烧过程中的化学反应。石灰石煅烧时，主要是碳酸钙的分解反应和碳的燃烧反应，其次是碳酸镁的分解反应和氧化钙的结瘤反应。
（一）碳酸钙的分解
1．碳酸钙分解反应的特点
碳酸钙分解反应的化学方程式为:
CaCO3(s)△CaO(s)+CO2(g)-179.6KJ (1)
该反应具有如下几个特点：
（1）是多相反应（有气固两相）；
（2）是可逆反应；
（3）是吸热反应。
2．碳酸钙分解反应的热力学
从碳酸钙的分解反应的化学方程式可知其平衡常数为：Kp=Pco2
由式上可知碳酸钙分解反应的平衡常数等于该反应达到化学平衡时CO2 压力。由于平衡常数是温度的函数，所以在一定的的温度下，碳酸钙分解反应达到化学平衡时CO2的压力为一定值，称为该温度下碳酸钙的平衡压力。碳酸钙在不同温度下的平衡压力可由热力学数据进行理论计算获得。部分结果列于表1中。
表1碳酸钙在不同温度下的理论平衡压力
在0.1013MPa的空气中，CO2的分压为：
Pco2=0.03%×0.1013(Mpa)=0.3039×10-4(MPa)。 (2)
温度为530℃时，碳酸钙的理论平衡压力为0.3039×10-4MPa。所以理论上在0.1013MPa的空气中，当温度高于530℃，碳酸钙分解出来的CO2的压力就大于空气中CO2的分压，这样分解出来的CO2就会不断地向空气中扩散，从而导致碳酸钙的不断分解。因此，530℃就是碳酸钙在0.1013MPa空气中开始分解的温度。当温度为898℃时，碳酸钙的理论平衡压力为0.1013MPa,所以称898℃为0.1013MPa下的分解温度，简称分解温度。在530～898℃范围内，碳酸钙的分解速度很慢。当温度达到898℃时，碳酸钙分解出来的CO2的压力为0.1013MPa,等于周围空气的总压力，这时就会产生“沸腾”现象，从而导致碳酸钙的剧烈分解。
实际上，在898℃时，碳酸钙的分解速度仍然很慢，这是由于碳酸钙表面分解生成的氧化钙的热阻使分解面上的温度达不到898℃，所以碳酸钙并不会产生“沸腾”现象，发生剧烈分解。要使碳酸钙发生剧烈分解，温度必须超过898℃。
3．碳酸钙的分解反应的动力学
碳酸钙的分解速度可用分解反应面（简称分解面，即已生成的氧化钙与未分解的碳酸钙之间的分界面）向内部移动的速度（R）来表示，该速度与碳酸钙的粒度无关，而只随煅烧温度的高低而变化。该速度与煅烧温度（t）的关系为：
lnR=0.003145t-3.3085 (3)
式中R-----分解面移动速度，cm/h;
t-----煅烧温度，℃。
由上式可知，煅烧温度越高，则速度越快，对一定粒度的碳酸钙，煅烧时间也越短。虽然该速度与碳酸钙的粒度无关，但碳酸钙的煅烧时间却与碳酸钙粒度有关，因为煅烧时间是分解面从从碳酸钙外表移动到碳酸钙中心所需的时间，显然碳酸钙的粒度不同，所需要的煅烧时间也不同。
石灰石的煅烧时间可用下式计算：
(4)
式中r----煅烧时间，h
R----石灰石的初始半径，m;
q----分解1m3CaCO3和加热CaO使其中心温度在到煅烧温度所需要的热量，KJ；
tS----块体表面温度，℃；
tI---分解面温度，℃；
λ---CaO的热导率，W/（m.℃）;
f----形状系数，见表2；
α----气体向物料的传热系数（a对a辐），W/(m2.℃)。
表2 形状系数f
（二）、碳酸镁的分解
由于石灰石中碳酸镁的含量很低，所以碳酸镁的分解反应是石灰石煅烧过程中的次要化学反应。碳酸镁分解反应的化学方程式为：
MgCO3(S)△MgO(s)+CO2-121KJ (5)
该反应也是多相可逆吸热反应。碳酸镁在0.1013Mpa下的分解温度为640℃。由于产生的CO2量少，而且得到的MgO很不活泼，所以碳酸镁的分解反应对石灰石的煅烧过和影响不大。
三、石灰的质量和数量消耗
工业用石灰对石灰石的质量要求主要有两个方面：一是要求含碳酸钙成分含量高，。二是它的结构晶粒要小，因为晶粒小的石灰石晶间不严实，且在含有有机物的情况下，有机物燃烧形成的多孔状，二氧化碳容易扩散，便于煅烧。三是杂质少，特别有害成分少如二氧化硅，氧化镁、氧化铝、氧化铁、硫和磷等。在石灰石中若有1%这些成分，生石灰中就是18%。 不同行业，不同用途又有不同的标准。如电石行业它特别强调活性度即软烧灰，炼铁行业它又强调的是强度，所以要硬烧灰，炼钢则又要 软烧灰。因此它的指标也是不一样的，活性石灰标准一般要求氧化钙含量要达到97%以上，生过烧率小于10%，活性度要在300ml以上。
按理论计算烧1吨石灰需1.78吨石灰石，煅烧时生、过烧的高低与石灰石质量有一定关系。
四、碳的燃烧
由于碳是无烟煤的主要成分，所以无烟煤的燃烧可近似看成碳的燃烧。
1．碳燃烧反应的特点
无烟煤中的碳在高温下会与空气中的氧气发生下列燃烧反应：
C+O2→CO2+395.4KJ (5)
2C+O2→2CO+219.2KJ (6)
2CO+O2→2CO2+570.6KJ (7)
CO2+C＝2CO-176KJ (8)
在上述4个反应中，前3个反应为多相（除第3个反应外）不可逆放热反应，第4个反应为可逆吸热反应。反应式（5）为碳的完全燃烧反应，当氧气充足时此反应为主要反应。反应式（6）为碳的不完全燃烧反应，当氧气不足时此反应为主要反应。反应式（7）为一氧化碳的氧化反应，由反应（7）、式（8）得到的一氧化碳再与氧相遇时则发生此反应。反应式（8）为二氧化碳的还原反应，当二氧化碳与赤热的碳相遇时则发生此反应。
2. 碳燃烧反应的热力学
上述4个反应的平衡常数列于表3中。由表3可知，反应式（5）、式（6）、式（7）可以看成是非功过可逆的放热反应，由反应（8）的平衡常数在石灰石的煅烧温度下为一般值，所以反应式（8）为可逆吸热反应。
根据表3的平衡常数可以计算出平衡组成，总压为0.1013MPa时碳与空气中的氧气反应的平衡组成列于表4中
表3 碳与氧气反应的平衡常数
表4 总压0.1013Mpa时碳与空气中的氧气反应的平衡组成（体积百分数）
由表4可知，随着温度的升高，二氧化碳的平衡含量减少，一氧化碳的平衡含量增加。当温度高于900℃时，二氧化碳的平衡含量很少，而一氧化碳的平衡含量却很高，从而一氧化碳成了碳与氧反应的主要产物。但实际碳燃烧时这种情况只有在氧气不足时才会发生，因为当氧气充足时由反应式（6），式（8）得到的一氧化碳会与氧继续反应生成二氧化碳，所以氧气充足时碳燃烧得到的气体中一氧化碳是少量的。
3．碳燃烧反应的热动力学
由于碳的燃烧反应属于气固相多相反应，所以碳燃烧反应的总速度，不仅受碳与氧气的化学反应速度（已消除扩散的影响）的影响，而且还受氧气向碳表面扩散速度的影响。 反应式（3-7）的反应速度与氧的浓度成正比，既
Ro2=kco2 (9)
式中：Ro2——以氧的浓度变化表示的反应速度，kmol/(m3.s);
Co2——氧的浓度，kmol/m3;
k----反应速度常速，s-1。
反应速度常数k与温度的关系满足阿累尼乌斯（S.Arrhenius）方程，即
K= k0e-Ea/RT (10)
式中：k0——频率因子，s-1;
Ea——活化能，Kj/kmol；
R——通用气体常数 [R=8.314KJ/(kmol.K)]
T——热力学温度,K。
温度较低(775℃以下)时,K值较小,化学反应速度比扩散速度小,碳燃烧反应的总速度受化学反应速度的控制;温度很高(90℃以上)时,K值很大,化学化应速度比扩散速度大,碳燃烧反应的总速度受扩散速度的控制;温度介于上述两者之间时,K值较大,化学反应速度与扩散速度相当,对碳燃烧反应的总速度很有影响.由于碳的燃烧反应在高温下进行,所以碳燃烧反应的总速度受扩散速度的控制.氧气向碳表面的扩散速度为：
(11)
式中：Cdm=（Cdi –Cdb）/ln(Cdi/Cdb);
No2——氧气向碳表面的扩散速度， kmol/s；
D——氧气在气相中的扩散系统，m2/s；
ZG——气膜厚度，m；
C——气相总浓度，kmol/m3；
Cdm——惰性气体在碳表面和气相主体中浓度的对数平均值，kmol/m3；
Cdi，Cdb ——分别为碳表面和气相主体中惰性气体的浓度，kmol/m3；
A——气固相接触面积，m2
Ci ，Cb 分别为碳表面和气相主体中氧气的浓度，kmol/m3；
KG——气膜传质系数，m/s。
由式（11）可知，减小气膜厚度，增加气固相接触面积，提高气相主体中氧气的浓度都可以加大扩散速度，从而加大碳燃烧反应的总速度。减小无烟煤的粒径，可以增加气固相接触面积。提高空气的流速则既可以减小气膜的厚度又可以提高气相主体中氧气的浓度，所以提高空气的流速是加速碳燃烧反应最有效的办法。
反应式（6），式（7）与反应式（5）的反应速度相差不大。反应式（8）的饿反应速度大致
与二氧化碳的浓度成正比，即：
Rco2 =kCco2 (12)
式中：Rco2——以二氧化碳的浓度变化表示的反应速度，kmol/（m3.s）；
Cco2——二氧化碳的浓度，kmol/m3；
k——反映速度常数，s-1.
K与温度的关系也满足式（10）的阿累尼乌斯（S.Arrhenius）方程。
反应式（3-10）比反应式（3-7）的反应速度常数要小得多，所以反应式（3-10）比反应式（5）的反应速度要慢得多。即使在2000下，反应式（8）的反应速度也是受化学反应速度控制（不受扩散速度影响）。
4．碳的实际燃烧过程
根据碳燃烧反应的热力学和动力学可知，在实际碳的燃烧中，当氧气充足时，碳与氧气首先进行碳的完全燃烧反应，既反应式（5），然后产物二氧化碳与上部赤热的碳进行二氧化碳的还原反应，既反应式（8），然后产物一氧化碳又与氧气进行一氧化碳的碳化反应，既反应式（7）。由于反应式（8）比反应式（7）的反应速度要慢的多，所以由反应式（8）生成的一氧化碳会立即与氧气反应生成二氧化碳，并且当上部碳的温度下降时，反应式（8）的反应速度已大大减小，而反应式（7）的反应速度仍然很大。因此，氧气充足时碳燃烧得到的气体中的一氧化碳是少量的。当氧气不足时，碳与氧气首先也进行碳的完全燃烧反应，既反应式（3-7），然后产物二氧化碳也与上部赤热的碳进行二氧化碳的还原反应，既反应式（8），但由于氧气不足，由反应式（8）得到的一氧化碳不再与氧气反应，而且碳与氧气再进行的是碳的不完全燃烧反应，既反应式（8），因此，氧气不足时碳燃烧得到的气体中的一氧化碳是可观的。
五、立窑煅烧石灰石时区段的划分
用无烟煤在立窑中煅烧石灰石时，空气由窑底中央风道和周围风道送入窑内，风压高低视立窑的有效高度及石灰石和无烟煤的粒度而定。风量大小视生产能力而定,由石灰石煅烧得到的石灰,借助窑底出料机的转动卸出。出料温度应维持在60~80℃。从窑顶出来的废气,进入除尘器，废气的温度应维持在120~150℃。
根据窑内物料和气体所经历的物理，化学程度的不同，可以沿窑的高度自上而下将窑分为3个区：预热区，煅烧区和冷却区。
1．预热区
预热区位于窑的上部，约占窑的有效高度的1/3左右。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下从常温升高到约900℃，从而下一区（燃烧区）上升的气体（窑气）则自下而上从约900℃降低到约120℃。物料在从常温升高到约900℃的过程中物料中的水分（游离水和结晶水）被完全蒸发掉，石灰石中的碳酸镁已全部分解，石灰石中的碳酸钙的表面也开始分解，煤中所有有机物质和部分矿物质已分解，所以在该区中物料所经历的主要过程是干燥和预热。而气体在从约900℃降低到约120℃的过程中，所经历的主要过程是增湿和冷却。 如果预热区的高度不够（煅烧区上移），那么不仅物料得不到充分得预热和干燥，而且会使气体（窑气）的温度过高。
2．煅烧区
煅烧区位于窑的中部，约占窑的有效高度的1/6。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到约900℃（但石灰石的分解面温度维持在约900℃），并且石灰
石变成石灰，无烟煤变成煤渣；从下一区（冷却区）上升的气体（空气）自下而上也是先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到900℃，并且空气变成窑气。在该区中主要是物料（无烟煤）中的碳与气体中的氧气进行燃烧反应以及物料（石灰石）中的碳酸钙
进行分解反应。
如果煅烧区的高度不够，那么碳酸钙的分解反应就不能充分进行，造成“生烧”；反之如果煅烧区的高度过高，那么在碳酸钙的分解反应充分进行之后，石灰会进一步烧结，造成“过烧”。
3．冷却区
冷却区位与窑的下部约占窑的有效高度的1/2左右。在该区中物料（石灰与煤渣）自上而下约900℃降低到60℃，而气体（空气）则自下而上从常温升高到约900℃。物料在从约900℃降低到60℃的过程中，煤渣中剩余的碳不再燃烧，石灰石中剩余的碳酸钙也不再分解，所以再该区中物料所经历的主要过程是冷却。而气体（空气）在从常温升高到约900℃的过程中，气体所经历的主要过程则是预热。
如果冷却区的高度不够（煅烧区下移），不仅气体（空气）得不到充分的预热而且会使物料的温度过高。
各个区段的位置和高度并不是恒定的，因为物料（石灰石和无烟煤）的形状，粒度和配比以及气体（空气）的流量，都会使各区段的位置和高度发生变化。而且各区段的界限也难以准确的划分，因为形状和粒度不均匀的物料会使区段的界限模糊。
预热区和冷却区都是热交换区，预热区中气体（窑气）温度高，将热量传递给温度低的物料（石灰石和无烟煤）。冷却区中物料（石灰和煤渣）温度高，将热量传递给温度低的气体（空气）。这样就可以达到高的热效率。如果预热区和冷却区的高度足够高，而且窑体的保温层足够厚，热效率可以达到80%以上。
石灰石的煅烧过程可分为下列4个步骤：
(1)开始分解前的热胀
石灰石从常温升高到约900℃时，其体积会因受热而有所膨胀。
(2)碳酸钙的分解
当石灰石表面的温度达到或超过碳酸钙的分解温度898℃时，石灰石中的碳酸钙就开始分解，所需分解时间取决与石灰石的粒度和煅烧区的温度。分解期间，分解面由石灰石的表面向内部移动，生成的石灰附着于尚未分解的石灰石上，生成的CO2 从石灰石中逸出。分解反应结束后，石灰的体积于开始分解前石灰石的体积相差很小，由于分解时有44%的CO2从石灰石中逸出，因此分解反应结束后的石灰是高度疏松的固体。
(3)石灰的烧结
分解反应结束后，如果生成的石灰还在煅烧区，则石灰中的CaO晶体就会继续长大，石灰的体积就会缩小，从而使石灰烧结。
(4)石灰的冷缩
石灰从约900℃降到60℃时，其体积会因受冷而有所收缩。石灰烧结后，其活性度会显著降低。所以应尽量避免石灰的烧结。
空气由窑底中央风道和周围风道送入窑内，风压高低视立窑的有效高度及石灰石和无烟煤的粒度而定。对有效高度为15~20m的立窑,一般进立窑的风压(表压)约为5~6kPa。风量大小视生产能力而定,由石灰石煅烧得到的石灰,借助窑底圆锥出料机的转动,经刮板及星形出料机卸出。出料温度应维持在60~80℃。从窑顶出来的废气,进入除尘器，废气的温度应维持在120~150℃。
六、水泥机立窑改成石灰窑的技术措施
水泥机立窑与石灰窑比，有许多相同之处，但由于所采用的原、燃料不同及对产品的要求不同，因而其煅烧工艺（主要包括加料、卸料方式和送风方式）及原有窑体结构要求等均有较大差别。下面以Φ3.0m水泥机立窑改成石灰窑为例分别进行讨论。
1、上料设备
水泥机立窑的上料设备为提升机，它仅能输送粉状或粒状物料，不能输送烧制石灰的粒度为30mm～80mm的块状物料，要进行改造。
最常用的上料设备是料车提升机，具有结构简单、运行可靠占地面积小和上料操作可联锁自动化等优点。料车提升机是由提升架、电动换向卷扬机、沿特制固定轨道运行的料车、钢丝绳和导向轮等部分组成。
2、回转装料布料器
石灰窑布料很关键，因为它必须把燃料和石灰石同时装入窑内，通过布料实现炉料在窑内的合理分布，消除炉壁效应，均衡炉内阻力，力求整个炉截面“上火”均匀一致。所以布料器形式和使用效果对石灰窑的生产效率有很大影响。建议安装六点、九点旋转布料器等设备。
回转装料布料器是由受料斗、双层料钟、中间容器、下部料斗和固定在转动轴上的分配流槽组成。接管用来排出中间容器的窑气，以便在CO2回收时防止往窑气中吸入空气。上部料钟的提升是当料车提升机的升运斗向下运动时通过差动滑轮组来完成，下部料钟的放下是在升运斗向上运动时通过差动滑轮组来完成，当用平衡铊提升下部料钟时，分配流槽用棘轮机构进行转动，棘轮机构同差动滑轮组连接在一起。
3、卸料机
塔式机立窑底部为一由调速传动装置驱动的偏心塔篦，上面均布通风孔和破碎齿，塔篦与筒体衬板间有一定的间隙，塔篦的作用一是对熟料进行破碎，二是使破碎后的熟料通过间隙落入料封管内卸出。但成品石灰须保持一定的块度，不需破碎，故在改造中我们对塔篦进行了处理，去掉破碎齿，并适当扩大塔篦与衬板间的间隙，或更换卸料装置，更换卸料装置可以采用简单的振动出灰机或行星出灰机、圆盘出灰机等，也可采用段式出灰机、双层锁风阀等设备。
4、送风
水泥机立窑一般采用罗茨风机送风，而石灰立窑由于料层阻力小（5~6kPa），透气性好，因此原机立窑所配罗茨风机不能使用，可根据实际情况选择其他型号罗茨风机或离心风机。
5、布风装置
石灰生产有句谚语叫做“窑底不布风、胡乱瞎折腾”，所以石灰窑窑底布风非常关键，只有实现布风的压力、风量均等布置才能实现减少生烧、过烧现象，计算机仿真风帽有效的解决了此类问题，建议在窑底安装计算机仿真风帽装置（概率风帽）。
5、窑体
水泥机立窑窑体具有较完备的耐火、耐磨和保温设施。无论是自然通风还是机械通风，通风性能均较为优越，且窑罩密闭程度较好，收尘设施齐全，完全具备强化煅烧石灰的各项条件。但水泥机立窑长径比仅为3～4，较同直径的直筒式长径比为5～6的机械化石灰窑小，且水泥机立窑上有1.5m左右的喇叭口，边风容易过盛，窑壁效应有所增加，如操作不当，则会造成窑产量低、热耗较高的现象。建议将Φ3.0m立窑加高到15米。
6、结论
（1）综合利用已闲置的水泥机立窑烧制优质石灰是可行的。只要对其稍加改造即可使其在自然通风或机械通风状态下烧制石灰。
（2）针对水泥机立窑的特点，烧制石灰必须实行中火慢速煅烧。尤其是在加料和出料操作上要采取重点压边，逼风趋中，出料尽可能保持连续、均匀，切实稳定窑的热工制度，保持窑的正常煅烧，实现优质高产低消耗。
一、活性石灰窑的结构和类型
1、活性石灰窑的结构
活性石灰窑主要由窑体、上料装置、布料装置、卸灰装置、自动化仪表控制及除尘装置等
组成。
2、活性石灰窑类型：
按燃料分有混烧窑，即烧固体燃料，焦炭、焦粉、煤等；气烧窑，包括烧高炉煤气，焦炉煤气，电石尾气，发生炉煤气，天然气等；
按窑形分，有竖窑、回转窑、套筒窑、西德维马斯特窑、麦尔兹窑（瑞士）、弗卡斯窑（意大利）等。
同时又有正压操作窑和负压操作窑之分。
不同形式的石灰窑，它的结构形式和煅烧形式有所区别，工艺流程基本相同。
二、烧石灰的基本原理和热工工艺
以用无烟煤在立窑中煅烧石灰石为例来讨论石灰石煅烧过程中的化学反应。石灰石煅烧时，主要是碳酸钙的分解反应和碳的燃烧反应，其次是碳酸镁的分解反应和氧化钙的结瘤反应。
（一）碳酸钙的分解
1．碳酸钙分解反应的特点
碳酸钙分解反应的化学方程式为:
CaCO3(s)△CaO(s)+CO2(g)-179.6KJ (1)
该反应具有如下几个特点：
（1）是多相反应（有气固两相）；
（2）是可逆反应；
（3）是吸热反应。
2．碳酸钙分解反应的热力学
从碳酸钙的分解反应的化学方程式可知其平衡常数为：Kp=Pco2
由式上可知碳酸钙分解反应的平衡常数等于该反应达到化学平衡时CO2 压力。由于平衡常数是温度的函数，所以在一定的的温度下，碳酸钙分解反应达到化学平衡时CO2的压力为一定值，称为该温度下碳酸钙的平衡压力。碳酸钙在不同温度下的平衡压力可由热力学数据进行理论计算获得。部分结果列于表1中。
表1碳酸钙在不同温度下的理论平衡压力
在0.1013MPa的空气中，CO2的分压为：
Pco2=0.03%×0.1013(Mpa)=0.3039×10-4(MPa)。 (2)
温度为530℃时，碳酸钙的理论平衡压力为0.3039×10-4MPa。所以理论上在0.1013MPa的空气中，当温度高于530℃，碳酸钙分解出来的CO2的压力就大于空气中CO2的分压，这样分解出来的CO2就会不断地向空气中扩散，从而导致碳酸钙的不断分解。因此，530℃就是碳酸钙在0.1013MPa空气中开始分解的温度。当温度为898℃时，碳酸钙的理论平衡压力为0.1013MPa,所以称898℃为0.1013MPa下的分解温度，简称分解温度。在530～898℃范围内，碳酸钙的分解速度很慢。当温度达到898℃时，碳酸钙分解出来的CO2的压力为0.1013MPa,等于周围空气的总压力，这时就会产生“沸腾”现象，从而导致碳酸钙的剧烈分解。
实际上，在898℃时，碳酸钙的分解速度仍然很慢，这是由于碳酸钙表面分解生成的氧化钙的热阻使分解面上的温度达不到898℃，所以碳酸钙并不会产生“沸腾”现象，发生剧烈分解。要使碳酸钙发生剧烈分解，温度必须超过898℃。
3．碳酸钙的分解反应的动力学
碳酸钙的分解速度可用分解反应面（简称分解面，即已生成的氧化钙与未分解的碳酸钙之间的分界面）向内部移动的速度（R）来表示，该速度与碳酸钙的粒度无关，而只随煅烧
温度的高低而变化。该速度与煅烧温度（t）的关系为：
lnR=0.003145t-3.3085 (3)
式中R-----分解面移动速度，cm/h;
t-----煅烧温度，℃。
由上式可知，煅烧温度越高，则速度越快，对一定粒度的碳酸钙，煅烧时间也越短。虽然该速度与碳酸钙的粒度无关，但碳酸钙的煅烧时间却与碳酸钙粒度有关，因为煅烧时间是分解面从从碳酸钙外表移动到碳酸钙中心所需的时间，显然碳酸钙的粒度不同，所需要的煅烧时间也不同。
石灰石的煅烧时间可用下式计算：
(4)
式中r----煅烧时间，h
R----石灰石的初始半径，m;
q----分解1m3CaCO3和加热CaO使其中心温度在到煅烧温度所需要的热量，KJ； tS----块体表面温度，℃；
tI---分解面温度，℃；
λ---CaO的热导率，W/（m.℃）;
f----形状系数，见表2；
α----气体向物料的传热系数（a对a辐），W/(m2.℃)。
表2 形状系数f
（二）、碳酸镁的分解
由于石灰石中碳酸镁的含量很低，所以碳酸镁的分解反应是石灰石煅烧过程中的次要化学反应。碳酸镁分解反应的化学方程式为：
MgCO3(S)△MgO(s)+CO2-121KJ (5)
该反应也是多相可逆吸热反应。碳酸镁在0.1013Mpa下的分解温度为640℃。由于产生的CO2量少，而且得到的MgO很不活泼，所以碳酸镁的分解反应对石灰石的煅烧过和影响不大。
三、石灰的质量和数量消耗
工业用石灰对石灰石的质量要求主要有两个方面：一是要求含碳酸钙成分含量高，。二是它的结构晶粒要小，因为晶粒小的石灰石晶间不严实，且在含有有机物的情况下，有机物燃烧形成的多孔状，二氧化碳容易扩散，便于煅烧。三是杂质少，特别有害成分少如二氧化硅，氧化镁、氧化铝、氧化铁、硫和磷等。在石灰石中若有1%这些成分，生石灰中就是18%。 不同行业，不同用途又有不同的标准。如电石行业它特别强调活性度即软烧灰，炼铁行业它又强调的是强度，所以要硬烧灰，炼钢则又要 软烧灰。因此它的指标也是不一样的，活性石灰标准一般要求氧化钙含量要达到97%以上，生过烧率小于10%，活性度要在300ml以上。
按理论计算烧1吨石灰需1.78吨石灰石，煅烧时生、过烧的高低与石灰石质量有一定关系。
四、碳的燃烧
由于碳是无烟煤的主要成分，所以无烟煤的燃烧可近似看成碳的燃烧。
1．碳燃烧反应的特点
无烟煤中的碳在高温下会与空气中的氧气发生下列燃烧反应：
C+O2→CO2+395.4KJ (5)
2C+O2→2CO+219.2KJ (6)
2CO+O2→2CO2+570.6KJ (7)
CO2+C＝2CO-176KJ (8)
在上述4个反应中，前3个反应为多相（除第3个反应外）不可逆放热反应，第4个反应为可逆吸热反应。反应式（5）为碳的完全燃烧反应，当氧气充足时此反应为主要反应。反应式（6）为碳的不完全燃烧反应，当氧气不足时此反应为主要反应。反应式（7）为一氧化碳的氧化反应，由反应（7）、式（8）得到的一氧化碳再与氧相遇时则发生此反应。反应式（8）为二氧化碳的还原反应，当二氧化碳与赤热的碳相遇时则发生此反应。
2. 碳燃烧反应的热力学
上述4个反应的平衡常数列于表3中。由表3可知，反应式（5）、式（6）、式（7）可以看成是非功过可逆的放热反应，由反应（8）的平衡常数在石灰石的煅烧温度下为一般值，所以反应式（8）为可逆吸热反应。
根据表3的平衡常数可以计算出平衡组成，总压为0.1013MPa时碳与空气中的氧气反应的平衡组成列于表4中
表3 碳与氧气反应的平衡常数
表4 总压0.1013Mpa时碳与空气中的氧气反应的平衡组成（体积百分数）
由表4可知，随着温度的升高，二氧化碳的平衡含量减少，一氧化碳的平衡含量增加。当温度高于900℃时，二氧化碳的平衡含量很少，而一氧化碳的平衡含量却很高，从而一氧化碳成了碳与氧反应的主要产物。但实际碳燃烧时这种情况只有在氧气不足时才会发生，因为当氧气充足时由反应式（6），式（8）得到的一氧化碳会与氧继续反应生成二氧化碳，所以氧气充足时碳燃烧得到的气体中一氧化碳是少量的。
3．碳燃烧反应的热动力学
由于碳的燃烧反应属于气固相多相反应，所以碳燃烧反应的总速度，不仅受碳与氧气的化学反应速度（已消除扩散的影响）的影响，而且还受氧气向碳表面扩散速度的影响。 反应式（3-7）的反应速度与氧的浓度成正比，既
Ro2=kco2 (9)
式中：Ro2——以氧的浓度变化表示的反应速度，kmol/(m3.s);
Co2——氧的浓度，kmol/m3;
k----反应速度常速，s-1。
反应速度常数k与温度的关系满足阿累尼乌斯（S.Arrhenius）方程，即
K= k0e-Ea/RT (10)
式中：k0——频率因子，s-1;
Ea——活化能，Kj/kmol；
R——通用气体常数 [R=8.314KJ/(kmol.K)]
T——热力学温度,K。
温度较低(775℃以下)时,K值较小,化学反应速度比扩散速度小,碳燃烧反应的总速度受化学反应速度的控制;温度很高(90℃以上)时,K值很大,化学化应速度比扩散速度大,碳燃烧反应的总速度受扩散速度的控制;温度介于上述两者之间时,K值较大,化学反应速度与扩散速度相当,对碳燃烧反应的总速度很有影响.由于碳的燃烧反应在高温下进行,所以碳燃烧反应的总速度受扩散速度的控制.氧气向碳表面的扩散速度为：
(11)
式中：Cdm=（Cdi –Cdb）/ln(Cdi/Cdb);
No2——氧气向碳表面的扩散速度， kmol/s；
D——氧气在气相中的扩散系统，m2/s；
ZG——气膜厚度，m；
C——气相总浓度，kmol/m3；
Cdm——惰性气体在碳表面和气相主体中浓度的对数平均值，kmol/m3；
Cdi，Cdb ——分别为碳表面和气相主体中惰性气体的浓度，kmol/m3；
A——气固相接触面积，m2
Ci ，Cb 分别为碳表面和气相主体中氧气的浓度，kmol/m3；
KG——气膜传质系数，m/s。
由式（11）可知，减小气膜厚度，增加气固相接触面积，提高气相主体中氧气的浓度都可以加大扩散速度，从而加大碳燃烧反应的总速度。减小无烟煤的粒径，可以增加气固相接触面积。提高空气的流速则既可以减小气膜的厚度又可以提高气相主体中氧气的浓度，所以提高空气的流速是加速碳燃烧反应最有效的办法。
反应式（6），式（7）与反应式（5）的反应速度相差不大。反应式（8）的饿反应速度大致与二氧化碳的浓度成正比，即：
Rco2 =kCco2 (12)
式中：Rco2——以二氧化碳的浓度变化表示的反应速度，kmol/（m3.s）；
Cco2——二氧化碳的浓度，kmol/m3；
k——反映速度常数，s-1.
K与温度的关系也满足式（10）的阿累尼乌斯（S.Arrhenius）方程。
反应式（3-10）比反应式（3-7）的反应速度常数要小得多，所以反应式（3-10）比反应式（5）的反应速度要慢得多。即使在2000下，反应式（8）的反应速度也是受化学反应速度控制（不受扩散速度影响）。
4．碳的实际燃烧过程
根据碳燃烧反应的热力学和动力学可知，在实际碳的燃烧中，当氧气充足时，碳与氧气首先进行碳的完全燃烧反应，既反应式（5），然后产物二氧化碳与上部赤热的碳进行二氧化碳的还原反应，既反应式（8），然后产物一氧化碳又与氧气进行一氧化碳的碳化反应，既反应式（7）。由于反应式（8）比反应式（7）的反应速度要慢的多，所以由反应式（8）生成的一氧化碳会立即与氧气反应生成二氧化碳，并且当上部碳的温度下降时，反应式（8）的反应速度已大大减小，而反应式（7）的反应速度仍然很大。因此，氧气充足时碳燃烧得到的气体中的一氧化碳是少量的。当氧气不足时，碳与氧气首先也进行碳的完全燃烧反应，既反应式（3-7），然后产物二氧化碳也与上部赤热的碳进行二氧化碳的还原反应，既反应式（8），但由于氧气不足，由反应式（8）得到的一氧化碳不再与氧气反应，而且碳与氧气再进行的是碳的不完全燃烧反应，既反应式（8），因此，氧气不足时碳燃烧得到的气体中的一氧化碳是可观的。
五、立窑煅烧石灰石时区段的划分
用无烟煤在立窑中煅烧石灰石时，空气由窑底中央风道和周围风道送入窑内，风压高低视立窑的有效高度及石灰石和无烟煤的粒度而定。风量大小视生产能力而定,由石灰石煅烧得到的石灰,借助窑底出料机的转动卸出。出料温度应维持在60~80℃。从窑顶出来的废气,进入除尘器，废气的温度应维持在120~150℃。
根据窑内物料和气体所经历的物理，化学程度的不同，可以沿窑的高度自上而下将窑分为3个区：预热区，煅烧区和冷却区。
1．预热区
预热区位于窑的上部，约占窑的有效高度的1/3左右。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下从常温升高到约900℃，从而下一区（燃烧区）上升的气体（窑气）则自下而上从
约900℃降低到约120℃。物料在从常温升高到约900℃的过程中物料中的水分（游离水和结晶水）被完全蒸发掉，石灰石中的碳酸镁已全部分解，石灰石中的碳酸钙的表面也开始分解，煤中所有有机物质和部分矿物质已分解，所以在该区中物料所经历的主要过程是干燥和预热。而气体在从约900℃降低到约120℃的过程中，所经历的主要过程是增湿和冷却。 如果预热区的高度不够（煅烧区上移），那么不仅物料得不到充分得预热和干燥，而且会使气体（窑气）的温度过高。
2．煅烧区
煅烧区位于窑的中部，约占窑的有效高度的1/6。在该区中物料（石灰石和无烟煤）自上而下先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到约900℃（但石灰石的分解面温度维持在约900℃），并且石灰
石变成石灰，无烟煤变成煤渣；从下一区（冷却区）上升的气体（空气）自下而上也是先从约900℃升高到约1200℃，然后又从约1200℃降低到900℃，并且空气变成窑气。在该区中主要是物料（无烟煤）中的碳与气体中的氧气进行燃烧反应以及物料（石灰石）中的碳酸钙进行分解反应。
如果煅烧区的高度不够，那么碳酸钙的分解反应就不能充分进行，造成“生烧”；反之如果煅烧区的高度过高，那么在碳酸钙的分解反应充分进行之后，石灰会进一步烧结，造成“过烧”。
3．冷却区
冷却区位与窑的下部约占窑的有效高度的1/2左右。在该区中物料（石灰与煤渣）自上而下约900℃降低到60℃，而气体（空气）则自下而上从常温升高到约900℃。物料在从约900℃降低到60℃的过程中，煤渣中剩余的碳不再燃烧，石灰石中剩余的碳酸钙也不再分解，所以再该区中物料所经历的主要过程是冷却。而气体（空气）在从常温升高到约900℃的过程中，气体所经历的主要过程则是预热。
如果冷却区的高度不够（煅烧区下移），不仅气体（空气）得不到充分的预热而且会使物料的温度过高。
各个区段的位置和高度并不是恒定的，因为物料（石灰石和无烟煤）的形状，粒度和配比以及气体（空气）的流量，都会使各区段的位置和高度发生变化。而且各区段的界限也难以准确的划分，因为形状和粒度不均匀的物料会使区段的界限模糊。
预热区和冷却区都是热交换区，预热区中气体（窑气）温度高，将热量传递给温度低的物料（石灰石和无烟煤）。冷却区中物料（石灰和煤渣）温度高，将热量传递给温度低的气体（空气）。这样就可以达到高的热效率。如果预热区和冷却区的高度足够高，而且窑体的保温层足够厚，热效率可以达到80%以上。
石灰石的煅烧过程可分为下列4个步骤：
(1)开始分解前的热胀
石灰石从常温升高到约900℃时，其体积会因受热而有所膨胀。
(2)碳酸钙的分解
当石灰石表面的温度达到或超过碳酸钙的分解温度898℃时，石灰石中的碳酸钙就开始分解，所需分解时间取决与石灰石的粒度和煅烧区的温度。分解期间，分解面由石灰石的表面向内部移动，生成的石灰附着于尚未分解的石灰石上，生成的CO2 从石灰石中逸出。分解反应结束后，石灰的体积于开始分解前石灰石的体积相差很小，由于分解时有44%的CO2从石灰石中逸出，因此分解反应结束后的石灰是高度疏松的固体。
(3)石灰的烧结
分解反应结束后，如果生成的石灰还在煅烧区，则石灰中的CaO晶体就会继续长大，石灰的体积就会缩小，从而使石灰烧结。
(4)石灰的冷缩
石灰从约900℃降到60℃时，其体积会因受冷而有所收缩。石灰烧结后，其活性度会显著降低。所以应尽量避免石灰的烧结。
空气由窑底中央风道和周围风道送入窑内，风压高低视立窑的有效高度及石灰石和无烟煤的粒度而定。对有效高度为15~20m的立窑,一般进立窑的风压(表压)约为5~6kPa。风量大小视生产能力而定,由石灰石煅烧得到的石灰,借助窑底圆锥出料机的转动,经刮板及星形出料机卸出。出料温度应维持在60~80℃。从窑顶出来的废气,进入除尘器，废气的温度应维持在120~150℃。
六、水泥机立窑改成石灰窑的技术措施
水泥机立窑与石灰窑比，有许多相同之处，但由于所采用的原、燃料不同及对产品的要求不同，因而其煅烧工艺（主要包括加料、卸料方式和送风方式）及原有窑体结构要求等均有较大差别。下面以Φ3.0m水泥机立窑改成石灰窑为例分别进行讨论。
1、上料设备
水泥机立窑的上料设备为提升机，它仅能输送粉状或粒状物料，不能输送烧制石灰的粒度为30mm～80mm的块状物料，要进行改造。
最常用的上料设备是料车提升机，具有结构简单、运行可靠占地面积小和上料操作可联锁自动化等优点。料车提升机是由提升架、电动换向卷扬机、沿特制固定轨道运行的料车、钢丝绳和导向轮等部分组成。
2、回转装料布料器
石灰窑布料很关键，因为它必须把燃料和石灰石同时装入窑内，通过布料实现炉料在窑内的合理分布，消除炉壁效应，均衡炉内阻力，力求整个炉截面“上火”均匀一致。所以布料器形式和使用效果对石灰窑的生产效率有很大影响。建议安装六点、九点旋转布料器等设备。
回转装料布料器是由受料斗、双层料钟、中间容器、下部料斗和固定在转动轴上的分配流槽组成。接管用来排出中间容器的窑气，以便在CO2回收时防止往窑气中吸入空气。上部料钟的提升是当料车提升机的升运斗向下运动时通过差动滑轮组来完成，下部料钟的放下是在升运斗向上运动时通过差动滑轮组来完成，当用平衡铊提升下部料钟时，分配流槽用棘轮机构进行转动，棘轮机构同差动滑轮组连接在一起。
3、卸料机
塔式机立窑底部为一由调速传动装置驱动的偏心塔篦，上面均布通风孔和破碎齿，塔篦与筒体衬板间有一定的间隙，塔篦的作用一是对熟料进行破碎，二是使破碎后的熟料通过间隙落入料封管内卸出。但成品石灰须保持一定的块度，不需破碎，故在改造中我们对塔篦进行了处理，去掉破碎齿，并适当扩大塔篦与衬板间的间隙，或更换卸料装置，更换卸料装置可以采用简单的振动出灰机或行星出灰机、圆盘出灰机等，也可采用段式出灰机、双层锁风阀等设备。
4、送风
水泥机立窑一般采用罗茨风机送风，而石灰立窑由于料层阻力小（5~6kPa），透气性好，因此原机立窑所配罗茨风机不能使用，可根据实际情况选择其他型号罗茨风机或离心风机。
5、布风装置
石灰生产有句谚语叫做“窑底不布风、胡乱瞎折腾”，所以石灰窑窑底布风非常关键，只有实现布风的压力、风量均等布置才能实现减少生烧、过烧现象，计算机仿真风帽有效的解决了此类问题，建议在窑底安装计算机仿真风帽装置（概率风帽）。
5、窑体
水泥机立窑窑体具有较完备的耐火、耐磨和保温设施。无论是自然通风还是机械通风，
通风性能均较为优越，且窑罩密闭程度较好，收尘设施齐全，完全具备强化煅烧石灰的各项条件。但水泥机立窑长径比仅为3～4，较同直径的直筒式长径比为5～6的机械化石灰窑小，且水泥机立窑上有1.5m左右的喇叭口，边风容易过盛，窑壁效应有所增加，如操作不当，则会造成窑产量低、热耗较高的现象。建议将Φ3.0m立窑加高到15米。
6、结论
（1）综合利用已闲置的水泥机立窑烧制优质石灰是可行的。只要对其稍加改造即可使其在自然通风或机械通风状态下烧制石灰。
（2）针对水泥机立窑的特点，烧制石灰必须实行中火慢速煅烧。尤其是在加料和出料操作上要采取重点压边，逼风趋中，出料尽可能保持连续、均匀，切实稳定窑的热工制度，保持窑的正常煅烧，实现优质高产低消耗。