石灰窑的主要作用是将石灰石与一定比例的焦炭或无烟煤混合物置于窑内通风煅烧，使石灰石中的主要成分碳酸钙分解为氧化钙（生石灰）和二氧化碳，为渗出汁提纯提供充足的清净助剂。

对于一台设计合理、制作达标的石灰窑在对石灰石煅烧运行中应达到以下技术要求。

（1）热效率应达到70%以上。石灰窑的热效率是指石灰石分解耗热量与加入石灰石中的焦炭或无烟煤在燃烧时释放出的热量比值，用百分数表示。

（2）单位容积产量在700～800kg/dm³。石灰窑的单位容积产量是指24h内从石灰窑内卸出的生石灰量与石灰窑的有效容积的比值，用kg/m³d表示。

（3）石灰烧成率在95%以上。石灰烧成率是指石灰石中碳酸钙分解百分率，其分解反应式为：CaCO₃+177.9（kJ）=CaO+CO₂

（4）窑气中各组分体积百分比为：CO₂在30%以上、CO在0.2%以下、O₂在2%～4%、N₂在68%以下。

（5）煅烧区温度在1000～1100℃。

由于石灰石中的主要成分碳酸钙在900℃以下时几乎不分解，在900℃以上时分解速度随温度上升快速提高，温度达到1000℃以上时随着温度的上升分解速度上升得开始缓慢。当温度超过1300℃时，石灰石中的二氧化硅等杂质与碳酸钙的分解产物氧化钙生成硅酸盐混合物（3CaO·SiO₂；3CaO·Al₂O₂·Na₂O·SiO₂等），这些混合物熔融包裹在氧化钙颗粒的外围，轻者阻碍石灰消和，严重时会黏结在一起，发生黏窑现象。所以将石灰石的煅烧温度控制在1000～1100℃即考虑到石灰石的分解速度，同时又避免生成硅酸盐混合物。

由于石灰烧成率和石灰窑单位容积产量不仅取决于煅烧温度，同时也取决于石灰石的粒度、石灰石中碳酸钙含量和焦炭（或无烟煤）的粒度。石灰石中碳酸钙含量偏低时，烧成的生石灰消和时不仅灰渣多，而且消和速度慢。石灰石的粒度越大，碳酸钙分解需用时间越长；石灰石粒度越小，碳酸钙分解需用时间越短。燃料粒度小、燃烧时间短、窑内火线短，容易发生过烧；燃料粒度大、燃烧时间长、窑内火线长、石灰石烧成率低。因此要求石灰石中碳酸钙含量不低于95%，二氧化硅含量不超过2.0%，铁、铝氧化物含量不超过1.5%，碳酸镁含量不超过1.5%，硫酸盐（主要是硫酸钙）和碱类物质（钾、钠氧化物）含量均在0.2%以下。石灰石入窑时要求粒度大小均匀，不可大小混在一起，避免发生过烧或生烧，一般要求石灰石的粒度为80～140mm或120～180mm。无烟煤或焦炭的粒度要求在40～60mm，不带粉末。

石灰窑按其使用的燃料不同分为竖式混料窑和竖式煤气窑两大类，在我国碳酸法糖厂中，普遍采用的为竖式混料窑。竖式混料窑按其窑膛形状可分为圆柱体、截圆锥体和双截圆锥体三种（图4-1），按其操作方式可分为负压石灰窑和正压石灰窑。

图4-1 窑膛结构型式

竖式混料窑主要由窑体、石灰石与燃料比例混合输送装料和卸灰装置组成。

（一）窑体

如图4-2所示为双截圆锥体石灰窑的剖视图，窑体由两个相对的截顶圆锥形筒体和底座合成。截顶圆锥形筒体的下椎体的容积占总容积的25%，上椎体的容积占总容积的75%，窑体的筒体高度一般为窑体最大内经的6倍。

在窑体的上锥形筒体的中下部位对称装有火眼，每层一般为2个或4个。为便于观察窑内情况，将火眼开成内大外小的锥形孔。在火眼的外侧壁装有活动铸铁盖板，在盖板上可安装云母片，这样不用打开盖板就能透过云母片观察到窑内物料煅烧情况和火线位置。安装火眼除用于观察外，还用于作为烘窑时添加燃料进口、点窑时火种入口；炼窑时作为降温通风口和击碎炼块的操作口。

窑体顶部中央呈漏斗形，石灰石与燃料混合物由此进入。漏斗上沿围有水槽，漏斗上部有一自动开启的窑盖（外窑盖）。上料时窑盖打开或提起，窑盖扣下时其外沿落入水槽内，形成液封将窑顶封闭。在漏斗内有一个可上下移动和旋转的钟形窑盖（称内窑盖），钟形窑盖的外径大于漏斗出口内径，扣在漏斗内将窑顶二次封闭。上料时，物料进入漏斗后关闭外窑盖，然后提起内窑盖，待漏斗内的物料滑入窑内后内窑盖回落。在漏斗的下边一般设有套筒式锥形布料器或导向下料管，锥形布料器使进入的物料均匀分布到窑内，套筒不仅可以避免物料进入时直接撞击窑壁，而且降低窑气排出阻力。在窑体底部设有卸灰装置，常见的卸灰装置有阶梯式和回转式两种。石灰窑装料、石灰石煅烧、卸灰等操作，都是自动控制运行。石灰石进入窑内约停留24h，烧成的生石灰经冷却后从窑底被卸灰机拉出。

物料在窑体内的运行分为三个区域，下部为冷却区，约占总容积的25%；上部为预热区，约占总容积25%；中部为煅烧区，约占总容积的50%。煅烧区的温度在1000～1100℃，窑气自煅烧区上升到窑顶出口过程中，与从顶部进入的混料逆流运行，混料被逐渐预热到900℃以上，窑气到达出口时温度降到200～300℃。烧成的生石灰自煅烧区底部下行至卸灰口过程中，与从底部进入的空气逆流接触，生石灰被冷却到100～150℃，空气被加热。

窑体的构筑如图4-3所示，1为耐火层，用耐火砖砌筑或用耐热混凝土现场浇筑；2是保温层，用普通红砖砌筑；3是外壳，用5～10mm的钢板制做；4是填充层，填充层的空隙一般为50～75mm，用沙、石棉或珍珠岩粉填充。设置填充层的作用是保证耐火层和保温层在受热或冷却时能够自由的膨胀和收缩，当保温层和耐火层出现裂缝时可减少窑气泄漏（窑内为负压时可避免空气渗入），同时起到保温作用。

图4-2 双截圆锥体石灰窑

图4-3 石灰窑的构筑

1—耐火层 2—保温层 3—外壳 4—填充层

用耐火砖砌筑耐火层时使用矾土水泥泥浆填缝，矾土水泥填缝泥浆是用20%的矾土水泥与80%的颗粒状耐火熟料（如耐火碎砖、刚玉、碳化硅等，其中粒度小于0.125mm的为20%、粒度在0.125～2.82mm的为60%）加水搅拌制成。采用耐热混凝土浇筑耐火层时，耐热混凝土由20%的矾土水泥和80%颗粒状耐火熟料（其中粒度大于5mm的为40%、粒度小于0.125mm的为15%、粒度在0.125～2.82mm的为25%）加水搅拌制成。

耐火砖质量与砌筑要求：Al₂O₃＞45%，耐火度＞1650℃，气孔率＜16%，常温耐压强度约为700kg/cm²，耐火砖间灰缝＜2mm，煅烧区耐火砖与红砖间隙大约20mm，如图4-3（1）所示。

矾土水泥与泥浆质量要求：矾土水泥成分含量：Al₂O₃为50%～55%、CaO为32%～35%、SiO₂为5%～9%、Fe₂O₃为1%～3%，矾土水泥净浆耐火度约为1450℃，矾土水泥与耐火碎砖混合后的耐火度为1350～1500℃，矾土水泥与刚玉、碳化硅混合后的耐火度在1650℃以上，耐火层采取浇筑时横向和纵向伸缩缝如图4-3（2）所示。

（二）石灰石、燃料的比例混合输送与提升装置

石灰石与燃料的比例混合输送装置由定量计量和输送装置组成，石灰石和燃料从堆放场地经由小型自卸汽车分别卸入各自的暂存槽内，槽底设有自控门和振动筛，控制物料筛选与排放。在物料排放口的下方，设有斗式电子计量秤，石灰石与燃料计量可采用单称计量，也可分称计量。对于单称计量，计量秤的料斗由隔板分成大小两个斗室。计量时，先向大斗中输送石灰石，达到设定量时石灰石进料停止；然后再向小斗中输送燃料，当小斗内燃料质量达到设定量时进料停止，计量斗排料阀开启，将两种物料均匀排放到带式输送机上（燃料位于石灰石上面），由带式输送机将石灰石和燃料经溜槽输入上料斗内。

图4-4 倾斜进料石灰窑

1—窑气出口管 2—钟形窑帽 3—窑体 4—进风管 5—卸灰装置 6—提升机 7—上料斗 8—弧形轨道 9—溜槽

由于石灰窑的上料是单斗往复运行，所以物料排放也是间歇定量进行。因此，石灰石与燃料排放间隔时间和单次排放量应根据石灰需用量、燃料与石灰石的配比和上料斗的单斗能力设定。

石灰石与燃料的提升设备由单斗提升机和斜溜槽组成。斜溜槽安装在窑顶侧上方，进料时可将物料射入窑顶漏斗内，同时又不与外窑盖发生接触。单斗提升机分为倾斜式和垂直式，由机架、料斗、料斗限位运行轨道和卷扬机组成，如图4-4所示为倾斜式单斗提升机运行示意图。机架一般由型钢组合，两条铁轨平行安装在机架上，铁轨分为凸型和凹型两种，铁轨延伸到顶部时弧形向水平弯曲。在料斗底侧装有限位滚动轮（或滚动轴）可沿轨道滑行。当轨道为凸型时，料斗的滚动轮分别卡在两条轨道上；当轨道为凹型时，料斗的滚动轴分别探入凹槽内。在料斗两侧对称中线的下部设有料斗牵引短轴，料斗提梁与短轴连接，料斗的上下运行由卷扬机缆绳通过滑轮牵引提梁来带动。上料时卷扬机缆绳牵引料斗提梁使料斗沿轨道上行，当料斗运行到顶部沿弧形轨道前行到一定位置时，料斗发生倾斜，将斗内物料倒入斜溜槽，物料经溜槽从窑顶一侧滑入窑顶漏斗内。

（三）窑顶装料与密封装置

窑顶装料与密封装置如图4-5所示，上料时，先提起外窑盖，内窑盖不动，由内窑盖对窑顶进行封闭。石灰石与燃料经料斗提升到一定高度后，被倒入窑顶侧上方可伸缩的斜溜槽，经溜槽滑入窑顶漏斗内。石灰石与燃料全部进入漏斗后落下外窑盖，外窑盖回落后，其周边的圆筒恰好探入液封圈内的水中，将窖顶封闭。然后再提起内窑盖，石灰石与燃料经导向下料管落入窑内，待石灰石与燃料全部落入窑内后，内窑盖回落。由于石灰石与燃料是由窑顶单侧滑入漏斗内，在内窑盖上的分布会产生不均衡，内窑盖提起后，物料经导向下料管二次导向后垂直落到窑内中心，然后向周围分布。导向下料管的作用在于使物料垂直落入窑内中心，避免装料时产生偏窑现象；导向下料管的下端高度略高于窑内最大装料高度。

图4-5 带有液封窑盖的石灰窑倾斜进料示意图

1—外窑盖 2—提升拉杆 3—上料伸缩溜槽 4—液封圈 5—漏斗 6—内窑盖 7—导向下料管

（四）窑底卸灰装置

常用的卸灰装置有阶梯托板往复式和回转圆盘式两种。

1.阶梯托板往复式卸灰装置

阶梯托板往复式卸灰装置如图4-6所示，在石灰窑的底部出料口对称安装4组阶梯托板往复式卸灰装置，托板的行程可在150～200mm范围调节，托板每分钟的往复次数的变速范围为5～10次/min。各组托板由电动机通过减速器、皮带轮、传动连杆联动运行，每组托板耗用功率一般在0.5～1.0kW。而且每组托板单独设有离合装置，使其中任何一组托板可动可不动，通过控制从周边出灰的多少适当纠正“偏窑”现象。托板的往复运行也可以采用气动活塞推动，通过阀门调节气压或气量来调节托板的行程。当托板往复运动时，最上层托板将石灰从窑内拉出，逐级传递到最下层托板将石灰卸出。这种卸灰装置的缺点是窑内周边石灰卸出较快，中央较慢；当窑内产生生石灰炼块时，出灰量不稳定。

图4-6 阶梯式托架卸灰装置(www.daowen.com)

2.回转圆盘式卸灰装置

回转圆盘式卸灰装置如图4-7所示，它位于窑体底部中央，整个圆盘承受窑内物料的全部重量。卸灰时由电动机通过减速器带动曲柄来推动转盘转动，固定在主轴上的锥形盖随主轴一同回转，转盘的转速一般在0.1～0.2r/min。由于在圆盘顶部的主轴上固定安装了带有离心式叶片的锥形盖，圆盘转动时锥形盖可将石灰炼块分离开，使窑内石灰经卸灰门均匀落入下灰筒，然后落到板式输送机被输出。卸灰门一般对称设置4个或6个，并装有活动闸板来调节石灰卸出量。回转圆盘式卸灰装置的优点在于卸灰均匀、顺畅、窑内无死角；窑内产生炼块时可将其分解，不影响出灰量。缺点是不能利用局部卸灰来纠正“偏窑”。

图4-7 回转圆盘式卸灰机

1—带离心叶的锥形盖 2—转盘 3—主轴 4—主轴座 5—传动曲柄 6—钢架 7—出灰门 8—下灰筒 9—石灰输送机

石灰窑的传统操作方式为窑气从窑顶抽出，空气从窑底自然进入，窑内呈负压。为提高石灰窑生产能力和窑气中二氧化碳浓度，提高石灰窑煅烧操作调节速度，解决使用低值煤煅烧石灰石问题，目前石灰窑操作已将传统的负压燃烧改为正压燃烧，将窑内自然通风改为强力通风。石灰窑采取正压操作与负压操作相比，CaCO₃分解率高、生产能力可提高50%，可节约燃料20%左右，窑气CO₂浓度可提高到35%以上。

对于正压操作的石灰窑，一是要做好窑底密封，二是保持窑内压强稳定。窑底密封是否严密不仅影响空气均匀分布，而且直接影响到工作环境的好坏，关系到工作人员的身体健康，常见的密封装置如图4-8所示。保持窑内压强稳定是石灰窑均衡生产的重要控制手段，一般以控制石灰窑顶部窑气压强来调节鼓风机的供气量，使窑内过量空气系数保持在1.15～1.25（窑气中氧气含量在2%～4%）。若窑顶窑气压强过高，会使窑内煅烧区上移，煅烧温度升高；窑顶窑气压强过低，会使窑内火线下移，煅烧温度下降。过量空气系数过低，一氧化碳浓度上升，二氧化碳浓度下降；过量空气系数过高，煅烧速度过快，会使窑内煅烧温度升高，发生“炼窑”或窑壁熔融现象，由于氧气含量的增加，同样会使二氧化碳浓度降低。

图4-8 石灰窑密封装置示意图

1—塔形转盘 2—固定围板 3—密封装置 4—下灰筒 5、7—闸板门 6—贮灰筒

我国甜菜糖厂石灰窑正压操作一般控制窑气出口处压强在0～294.2Pa，窑底风压控制在2942.0～3922.66Pa，过量空气系数控制在1.15～1.25（窑气中氧气含量在2%～4%）。

（一）石灰窑有效容积计算

式中 V_e——石灰窑有效容积是指石灰窑总容积减去窑气导管以下750mm至窑顶的容积，m³

A——甜菜加工量，t/d

a——最大加灰量，有效氧化钙对甜菜的质量比

φ——石灰石收缩系数，取0.9

t——石灰石煅烧时间，h。取决于原料品质与粒度，煅烧白垩石时为32h，石灰石块度在120～180mm（单块质量在1.5～4kg）时煅烧时间为16～28h

ρ——石灰石密度，取1250kg/m³

k——石灰烧成率，取95%

g——根据石灰石组分求得的纯石灰产率

式中 ——石灰石中水分质量分数，%

——石灰石中碳酸钙质量分数，%

——石灰石中碳酸镁质量分数，%

ω _b——石灰石中其他杂质质量分数，%

（二）上料斗容积计算

式中 V——上料斗容积，m³

A——甜菜加工量，t/d

a——加灰量，有效氧化钙对甜菜的质量比

t——料斗每次运转需用时间（含上料间隔时间），min

b——燃料与石灰石质量比

ρ——石灰石与燃料混合物的密度，取1200kg/m³

φ——装填系数，取0.75～0.8

k——石灰烧成率，取95%

g——根据石灰石组分求得的纯石灰产率，%

（三）卷扬机需用功率计算

式中 N——卷扬机需用功率，kW

m——料斗载料时总质量，kg

g——重力加速度，取9.807m/s²

v——料斗垂直提升速度，选取0.3～0.5m/s

η——机械效率，取0.2