` Produkcja wapna palonego

Wypał kamienia wapiennego w piecach szybowych

Paliwo - koks

w Polsce 3 - 3.5 mln ton

Temperatura procesu 1000 - 1300 °C

dekarbonizacja wapienia CaCO₃ ⇔ CaO + CO₂ ↑ + Q

S_W - stopień wypalania - do określania zaawansowania rozkładu kamienia

ilość rozłożonego CaCO₃

S_W = ___________

całkowita ilość Ca CO₃ w surowcu

Praktycznie osiągalny stopień wypału 94 - 95 %

Piec do wypału kamienia wapiennego:

• szyb pieca

• urządzenie zasypowe

• urządzenie odbierające wapno

• urządzenie doprowadzające powietrze do spalania

• urządzenie odprowadzające gazy

• aparatura kontrolno-pomiarowa

Szyb pieca - kilkunastometrowa kolumna różne materiały

Współczesne piece : całkowite pancerze stalowe grubości 10 mm

150 - 450 mm wymurówka ogniotrwała z cegły szamotowej

pomiędzy nimi warstwa izolacyjna

Oprócz cegły - wysokoglinowe i magnezytowe materiały ogniotrwałe

Piece w zakładach przemysłu wapienniczego objętości użyteczne 200 - 300 m³

W cukrowniach 65 - 150 m³

Piec szybowy - reaktor przeciwprądowy, pracujący w sposób ciągły.

Od góry - kamien wapienny i koks

Od dołu - wdmuchiwane powietrze i odprowadzany produkt finalny.

Powietrze, a następnie gazy procesowe poruszają się w przeciwprądzie do fazy stałej. Wapno przesuwa się w dół pieca.

Strefy pieca:

• strefa podgrzewania wstępnego

zimny wsad odbiera ciepło od płynących w górę gazów + odparowanie wilgoci

• strefa redukcji (strefa redukcji Bouduarda)

endotermiczna reakcja zgazowania koksu dwutlenkiem węgla w temperaturach 800 °C C_(koks) + CO_2(gaz) ⇔ 2 CO_(gaz)

• strefa rozkładu kamienia wapiennego

dysocjacja głównego składnika kamienia wapiennego CaCO₃ . Początki dysocjacji w temperaturach ok. 800 °C do 1200 °C ⇐ duża szybkość rozkładu

• strefa spalania koksu (utleniająca)

W wyniku spalania koksu uzyskuje się wymaganą temperaturę. (1400 °C).

W tej strefie wytwarzana jest cała ilość ciepła konieczna do przeprowadzenia procesu.

Strefy redukcji, dysocjacji i spalania nakładają się na siebie.

• strefa chłodzenia

Wapno chłodzone jest przez powietrze, płynące w przeciwprądzie.

Jakość wytworzonego wapna zależy od:

* temperatury

* czasu przebywania kamienia wapiennego w strefie dysocjacji.

Czynniki na to wpływające:

1. granulacja kamienia wapiennego

Wpływa na czas wypału - wydajność pieca

Im ziarno mniejsze tym czas wypalania mniejszy

W Polsce granulacja 40 - 200 mm, 300 mm

Granulacja wynika z możliwości przeróbczych zakładów pozyskujących i dostarczających kamień.

Znaczne ilości większych ziaren ⇒ powstawanie niedopału (obniżenie stopnia wypału). Zaleca się zwiększyć czas wypału (obniżenie wydajności) lub zwiększenie udziału koksu (podwyższenie temperatury).

! Zbyt wysoka temperatura powoduje rekrystalizację utworzonego CaO tworząc tzw. wapno nieaktywne (trudno go zlasować)

2. Jakość i granulacja stosowanego koksu.

Starsze rozwiązania : załadunek warstwowy koks - kamień - koks.

Obecnie załadunek pieca mieszanką kamienno-koksową

Czynnik limitujący egzotermiczną reakcję spalania - dyfuzja substratów i produktów przez warstwę graniczną przy powierzchni koksu. ⇒ o ilości spalonego koksu w jednostce czasu decyduje jego granulacja.

Na wysokość strefy rozkładu i spalania ma wpływ prędkość liniowa gazów procesowych.

Optymalny stosunek średnic koksu do kamienia 1 : 2.

3. Ilość zadozowanego koksu

Wynika z warunków prowadzenia procesu technologicznego i z jakości pruduktów.

Przy dobrze dobranych parametrach (uziarnienie kamienia i koksu), przepływ powietrza, zużycie koksu powinno być na poziomie ok. 76 kg/1 Mg kamienia.

Jakiekolwiek odstępstwo od tych reguł ⇒ wzrost zużycia koksu ( 120 kg/1 Mg)

Gazy poreakcyjne, opuszczające piec T ≈ 80 - 200 °C

Wykorzystywane w dalszych procesach technologicznych (np. zakłady sodowe)

• pod kątem zawartości CO_2.

Teoretycznie udział CO₂ (spalanie i rozkład koksu) 44 %.

Zakłady sodowe - gaz z około 38 - 42 % i 0.5 - 2 % CO i O₂ reszta to N₂ .

Wapno palone opuszcza piec w postaci brył.

Temperatura powierzchni < niż temperatura otoczenia + 20 °C

Sprawność cieplna prawidłowo prowadzonego procesu około 80 - 85 %.

Zużycie ciepła na wyprodukowanie 1 kg wapna - około 3.5 MJ.

Odebrane z pieca wapno - gotowy produkt handlowy (wapno w bryłach)

lub po rozdrobnieniu ⇒ do lasowników ⇒wapno hydratyzowane.