1 概述
近年來，我國石灰行業(yè)有了很大變化，梁式窯作為推動國際市場發(fā)展的一支只有生力量，發(fā)展迅速，該窯型已經推廣到了冶金、化工、建材等多個行業(yè)。
目前世界范圍內，市場上的 式窯基本上分兩類：一類是意大利FERCALX弗卡斯公司的在歐洲擁有知識產權的弗卡斯窯，一類是在中國知識產權局擁有知識產權的國產梁式窯。這兩類窯的設計原理發(fā)源于美國（Union Carbide Corporation）聯合碳化物公司的石灰窯技術，而且這兩類窯經過多年的市場競爭和技術互補，都有了長足的發(fā)展。
梁式窯是上世紀40年代由美國聯合碳化物公司U C C發(fā)明的。50年代前蘇聯開始采用，當時采用水冷卻燃燒梁技術。上世紀60年代我國在太鋼進行過水冷系統(tǒng)保護燃燒梁的梁式窯的試驗，但燃燒梁的工作壽命較短，因而沒有能夠廣泛推廣。上世紀60年代，意大利TerruziFercalxGroup特魯茲.弗卡斯公司購買了美國聯合碳化物公司的技術，并開發(fā)了導熱油冷卻的燃燒梁技術，這時梁式窯技術才得以在世界范圍內推廣。上個世紀90年代我國相繼引進了 300t/d、 400t/d、500t/d梁式窯，燃料為煤粉、煤氣，但是由于其高昂的費用和低熱值燃料及煤粉燃料方面技術不過關，使其推廣受到了極大限制。進入21世紀后，國內技術人員將其改進并逐漸推廣，因此使該技術得以延伸和發(fā)展。
石家莊鋼鐵有限責任公司是上世紀90年代最早引進意大利弗卡斯公司梁式窯的冶金企業(yè)。當時引進的是一座日產300噸以煤粉為燃料的兩路壓力系統(tǒng)的石灰窯。該窯型引進時，以意大利Fercalx公司的名字譯音命名，叫做Fercalx Lime Kiln“費爾考克斯石灰窯”。90年代計算機辦公尚未普及，一般寫文章都需要以方格紙書寫，寫起來非常麻煩，因此國內技術人員將其繁雜的名稱簡化成“弗卡斯窯”。后來，國內技術人員將其技術改進，在國內市場推廣，改名為“雙梁窯”。隨著技術發(fā)展，技術人員覺得這個名字也不十分妥帖，又更名為“梁式窯”。
所以目前國內該窯型的叫法以上幾種都有，石灰協會專家組成員經過研討，覺得梁式窯這個名字最能貼切地代表該窯型的特質，因此推薦該窯型叫做“梁式窯”。
梁式窯作為國際、國內市場上一種先進窯型，總體上推廣的進度比較穩(wěn)健。國際市場方面目前仍然由意大利的弗卡斯公司主導，根據調查到2013年9月份為止，弗卡斯公司在歐洲、美洲、非洲、中東地區(qū)和中國已建成的梁式窯座數達到了275座，產能達到了2700萬噸。國內市場方面主要由國內的梁式窯供應商所控制，根據不完全統(tǒng)計，國內已經建成的梁式窯總數達到了398座，已投產的產能達到了3600萬噸，同時國產梁式窯在國際市場上已經嶄露頭角，國內供應商在東南亞、中亞、西亞及非洲已經建成了8座梁式窯。全球梁式窯總建設座數為673座，總產能達到了6300萬噸。從數量和產能上來看，梁式窯技術為世界石灰產業(yè)做出了較大的貢獻。
梁式窯的推廣在國內市場上非常迅速，主要原因是它的燃料使用范圍廣泛，性能指標比較優(yōu)秀。尤其是在國內市場方面，它能夠適應700kcal/m3以上的低熱值燃料，使得冶金行業(yè)使用高爐煤氣煅燒石灰的廠家對此窯型比較熱衷。而且在一次能源利用方面，梁式窯的適應能力也比較強，隨著國家淘汰落后產能的政策的實施，一些地方石灰生產企業(yè)面臨著關停的境地，地方石灰企業(yè)都在積極謀求生產發(fā)展的道路，應運而生的是采用燃煤技術的石灰生產裝備的升級換代窯型得到大力發(fā)展，從2013年的市場情況來看，梁式窯在此領域得到了長足發(fā)展。
目前國內從事梁式窯技術開發(fā)、工程設計、工程建設和工程總承包的公司數量不斷增加，這些企業(yè)原來的技術人員大都從事過梁式窯的技術研發(fā)工作，在市場需求的利益驅使下，一些技術人員合伙一些投資人搞起了梁式窯的設計、制作、工程總包。根據調查，目前國內從事梁式窯業(yè)務的公司有7家以上，其中有設計和工程總包資質的企業(yè)兩家，其余企業(yè)的資質尚未健全。另外，一些原來從事其它窯型的國字號公司也開始參與梁式窯業(yè)務，企業(yè)的競爭和市場的驅動，不斷推動著梁式窯技術的發(fā)展。
除了石灰行業(yè)的需求，2013年一些相關的化工行業(yè)開始嘗試利用石灰生產技術，進行礦石的前期脫碳工序，目前取得了一些成果。
國內梁式窯的產品基本上分布在冶金、化工、制糖、建材等行業(yè)，就梁式窯產品來講，根據我們的統(tǒng)計，國內梁式窯產品的基本劃分為下圖：
梁式窯近年來，在國內建設的速度非常驚人，而且隨著使用原燃料范圍的不斷擴展，操作人員培養(yǎng)方面的矛盾凸現出來。原來國內引進梁式窯的國營單位有石家莊鋼鐵有限責任公司、馬鞍山鋼鐵有限責任公司、北營鋼鐵公司等，這些企業(yè)培養(yǎng)出了一批高級技術人員。同時這些企業(yè)能夠為其它地區(qū)企業(yè)培訓操作人員。所以，2005年以前的一些梁式窯用戶，基本上都是這些企業(yè)培訓的操作人員。但是隨著梁式窯的大面積推廣，尤其是在民營企業(yè)的大面積推廣后，由于業(yè)主不重視操作人員的培養(yǎng)，而且民營企業(yè)人員流動性過大，造成了很多企業(yè)的操作跟不上，加上一些民營企業(yè)對技術指標根本不關心，使得很多企業(yè)的梁式窯投產時能夠達產達標，但移交后指標波動極大，甚至造成了巨大損失。當然，也有一部分是設計制造企業(yè)的技術人員技術不過關，設計上本身就存在致命的缺陷，造成了根本就不能達產達效的項目。所以客觀上講，目前國內市場上，梁式窯運行的狀況可以用良莠不齊來形容。
2 梁式窯簡介
2.1 梁式窯的基本結構和特點
梁式窯窯體呈準矩形或圓形，為單體豎窯。窯體中部設置上、下兩層燃燒梁，窯體上部設置吸氣梁。窯內為負壓操作，吸氣梁上部為儲備石灰石區(qū)域，吸氣梁至上層燃燒梁之間為預熱區(qū)，上層燃燒梁至下層燃燒梁之間區(qū)域為鍛燒區(qū)，下部燃燒梁至出灰口之間為冷卻區(qū)。
梁式窯的核心技術是采用兩層燃燒梁，構成煅燒帶，均勻煅燒石灰。燃燒梁采用導熱油冷卻。根據產量在梁內設置若干個可調節(jié)的燒嘴，使多點供熱的范圍覆蓋石灰窯整個橫截面，通過調節(jié)各燒嘴的分配比來保證供熱均勻，通過調節(jié)空燃比來保證燃燒效率，從而保證了石灰的生過燒率和活性度。
2.2.新型梁式石灰窯主要技術特點
◆生產規(guī)模100～600t／d圓型窯或矩型窯。
◆窯操作彈性大，從60-100％任意調節(jié)，均能實現穩(wěn)定生產，而且不影響石灰質量和消耗指標。
◆適用多種燃料、天然氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、高爐煤氣(熱值≥700kcal／m3)、混合煤氣、煤粉、焦粉、重油或固液、固氣混合燃料。
◆熱耗低，熱能利用合理，一次空氣通過冷卻石灰預熱，二次空氣通過預熱器預熱進入燃燒梁，燃料完全燃燒，熱值充分利用，能耗960kcal／kg。
◆采用低熱值燃料，空氣、煤氣雙預熱。
◆窯體結構特點
1)窯體呈準矩形或圓形，窯體中部設置上下兩層燃燒梁，窯體上部設置吸氣梁。窯內為負壓操作，使CO2從石灰石中分解時阻力減小，進而提高石灰煅燒速度，吸氣梁上部為儲備石灰石區(qū)域，吸氣梁至上層燃燒梁之間為預熱區(qū)，利用高溫煅燒后的窯氣預熱石灰石至煅燒的溫度，上層燃燒梁至下層燃燒梁之間區(qū)域為煅燒區(qū)，石灰石均勻煅燒成活性石灰，此區(qū)域根據石灰質量、產量要求加以調節(jié)。
2) 下部燃燒梁至出灰口之間為冷卻區(qū)，冷卻空氣從底部鼓入窯內將石灰快速冷卻到150℃以下出窯，防止石灰結晶粗化，有利于提高石灰質量。
3)當一定量石灰石通過窯頂加料門進入儲備區(qū)，均勻分配于窯截面上，窯頂的兩道密封門自動密閉阻止空氣在加料時進入窯內，因而不影響窯頂的負壓。石灰石加入窯內緩慢經4個區(qū)域往下移動，煅燒分解成活性石灰。整個系統(tǒng)分為：儲料帶、預熱帶、煅燒帶、冷卻帶。該窯型出灰方式為多點出灰，保證了物料的均衡，有利于煅燒指標的提高。下圖為出灰口設計的斷面圖。
4)采用兩層燃燒梁是該窯的技術訣竅和核心部分，燃燒梁采用導熱油冷卻。根據產量梁內設置若干個可調節(jié)的燒嘴，使多點供熱的范圍覆蓋石灰窯整個橫截面，通過調節(jié)各燒嘴的分配比來保證供熱均勻，通過調節(jié)空燃比來保證燃燒效率,從而保證了石灰的生過燒率和高的活性度。
5)窯上層設一層吸氣梁，梁下側設有多個分布均勻的開口，窯氣通過開口由吸氣梁抽出，保證窯內整個截面的負壓分布均勻，使該窯整個段面的氣流分布均勻和順暢，保持最佳燃燒效果和最低燃料消耗。市場上還有設置下吸氣梁的梁式窯，稱作“三路壓力系統(tǒng)”梁式窯，該項技術一般用在低熱值燃料的梁式窯上。大部分采用三路壓力系統(tǒng)的梁式窯都或多或少存在問題，所以本文對此不作重點介紹。
6)爐窯操作配置PLC控制操作系統(tǒng)。自動化系統(tǒng)功能的不斷提高，保證了石灰窯性能的最大發(fā)揮，極大地減少了人為因素的干擾，對提高石灰窯技術經濟指標，改善操作者的勞動條件，提高作業(yè)效率起到了很好的作用。
2.3 梁式石灰窯已經實現的性能指標
2.3.1產能
已經投產的梁式石灰窯的日產量從100噸～600噸。
2.3.2適用原料石
適用石灰石和白云石兩種原料石。石料的粒度40～80mm，要求每座窯原料粒級分布為2:1。
2.3.3適用燃料
可以使用氣體、固體和液體三類燃料。尤其是該窯型可以使用煤粉作為燃料，可以充分利用一次能源，減少能源轉換過程的浪費。當然，如果業(yè)主有需求，也完全可以使用人工煤氣或者其他燃料作為煅燒石灰的能源供應。
2.3.4消耗
每噸石灰的電耗為21kwh（本體部分不含公輔系統(tǒng)）；每公斤石灰的熱耗為850～960kcal，低熱值燃料該參數稍高。
2.3.5質量
活性度：≥320ml(10分鐘所消耗的4當量濃度的鹽酸)
生過燒率：≤8%。
工藝流程如下圖：
梁式窯的工藝流程與普通機械立窯相比較，僅僅多了一套燃燒梁和導熱油系統(tǒng)，其余裝備基本沒有本質上的區(qū)別，它的核心技術就是固定了煅燒帶，固定了預熱帶，固定了冷卻帶，而且吸氣梁、燃燒梁、冷卻器的設計最大限度地滿足了均勻煅燒、均勻排煙、均勻布風的煅燒原則，這樣給操作帶來了非常便利的條件。它不僅能夠直觀地觀察和調整煅燒的火焰，而且能夠通過窯頂溫度和出灰溫度的高低，很快調整運行參數以實現煅燒的均勻穩(wěn)定，因此說，其設計原理的改進，不僅推動了石灰生產裝備的升級，更為生產技術進步帶來了生機。
二、梁式窯近年來的技術創(chuàng)新、理論創(chuàng)新、技術進步成果
隨著市場的不斷發(fā)展，梁式窯技術也在不斷創(chuàng)新，近幾年有以下幾個方面的技術進步。
1 燃料適用范圍又添新成員
以往所建的梁式窯燃料有高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、轉爐煤氣、電石爐尾氣、黃磷尾氣、焦爐煤氣、天然氣、重油、煤粉及混合燃料，2013年又增加了蘭炭爐尾氣，使得梁式窯的燃料范圍進一步得到了拓寬。
2梁式窯在黃磷礦脫碳方面取得了進步
2013年某黃磷廠利用已有的梁式窯進行了黃磷礦脫碳酸根煅燒試驗，實驗結果證明，黃磷礦脫碳效果明顯，可以為黃磷生產帶來巨大效益，因此，該廠準備建造兩座日產600噸的黃磷礦脫碳酸根梁式窯，目前工程正在施工中。該實驗的成功，為石灰生產裝置拓寬應用領域起到了非常積極的作用。
3 余熱回收方面得到了較大進步
對于使用低熱值燃料的石灰窯來講，高溫尾氣的余熱回收引起了許多企業(yè)的高度重視，隨著低溫低壓煙氣余熱回收技術的進步，一些企業(yè)在此方面進行了大膽嘗試，得了明顯效果。
4 三代梁式窯技術已經投放市場
目前國內市場的梁式窯基本上都在原來引進弗卡斯窯的基礎上進行了部分優(yōu)化，我們把此類梁式窯定義為二代梁式窯，隨著市場競爭和客戶要求的不斷提高，應運而生了三代梁式窯技術，三代梁式窯優(yōu)化了預熱帶、煅燒帶、冷卻帶的設計，采用了全新的容重出灰方式，可以使用粒徑比1:3的石灰石，而且質量指標和技術指標均取得了長足進步。
5 核心部件設計取得了新的成果
根據實際運行當中存在的不足和問題，一些梁式窯制造商在梁式窯核心部件的設計方面取得了新的技術成果，如自冷卻式吸氣梁設計、長壽命稀土合金燒嘴設計、雙O型燃燒梁設計等一系列新成果。而且這些新成果已應用到市場當中去了，并取得了較好的效果。
最近我公司發(fā)明了一種絕熱式燃燒梁，將梁式窯的熱耗指標降低到了880Kcal/kg石灰，達到了先進窯型熱耗指標最低的效果，實現了梁式窯熱耗指標的革命性進步。
6 自動控制方面取得了顯著進步
隨著科學技術和操作經驗的不斷積累，一些公司在智能自動控制方面做了大量工作，在一些窯型上進行了長時間技術跟蹤，將人工智能系統(tǒng)與操作控制系統(tǒng)有機地結合到一起，實現了梁式窯自動控制的升級換代。
三、梁式窯在碳酸鈣行業(yè)的發(fā)展前景展望
碳酸鈣行業(yè)近年來得到了長足的發(fā)展，但是目前困擾各個企業(yè)的問題是窯型選擇問題。一些企業(yè)由于窯型選擇方面出現了偏差，造成企業(yè)生產非常被動，嚴重影響了企業(yè)效益，下面我重點介紹以下梁式窯在碳酸鈣行業(yè)的應用分析。
一套年產10萬噸的碳酸鈣生產線正好配置兩座日產120噸的石灰窯。兩座日產120噸的梁式窯可以配置一套3～5噸/小時的磨煤系統(tǒng)、一套空壓機系統(tǒng)、一套原料篩分系統(tǒng)、一套成品輸送系統(tǒng)、一座配電室、兩套窯本體系統(tǒng)，總計投資大約1400萬元左右。
1 原燃料
對煤質的要求：煙煤或混合煤種，粒度0～10mm，熱值5000～7000千卡/公斤煤（空氣干燥基），水分≤10%，揮發(fā)分22～32%，灰分13～18%。這種選煤的原則是盡量降低采購成本，通過減少燃料成本降低綜合成本。
對原料的要求：CaO>53.5%,MgO<1%,SiO2+Fe2O3+Al2O3<1.5% 粒度40～80mm，強度不小于118MPa,單塊原料長寬比小于2。超標部分總數不超過5%。
2裝機容量
含公輔系統(tǒng)總裝機容量約720kw。
3占地面積
約2000m2,根據業(yè)主實際場地情況可以調節(jié)。
4梁式窯與碳酸鈣生產工藝的匹配性分析
4.1產量的匹配性
按照年產10萬噸碳酸鈣，石灰消耗6.36萬噸（按照88%品位計算），兩座120噸的石灰窯產量為8.16萬噸（按照340天作業(yè)率計算），考慮到兩條生產線的匹配性基本合適。
4.2二氧化碳回收
4.3窯尾氣
CO2含量約30%，可凈化后回收，直接供應碳化反應。
4.4質量指標
采用梁式窯煅燒石灰可得到90%以上的CaO，而且活性高，對碳酸鈣生產極其有利。
4.5余熱利用：
梁式窯存在的主要缺點是導熱油系統(tǒng)冷卻部分散熱，在冶金及一些化工企業(yè)，這部分熱量大都浪費掉了，而對碳酸鈣生產企業(yè)來講，這部分熱量可以用來進行一級烘干用，這樣就提高了梁式窯的熱能利用效率，同時降低了碳酸鈣工藝的消耗。
目前市場上現代化的窯型，包含梁式窯、雙膛窯、套筒窯和環(huán)保機械立窯等窯型，梁式窯是一種可以為碳酸鈣生產企業(yè)提供良好配套的窯型之一。而這些窯型當中，雙膛窯和套筒窯適用于較大產能的企業(yè)，并且其造價遠遠高于梁式窯和環(huán)保機械立窯，因此，可以說只有梁式窯和環(huán)保機械立窯比較適合碳酸鈣生產企業(yè)作為配套來使用。
綜上所述，從梁式窯的發(fā)展和在實際使用當中的情況來看，梁式窯是一種性價比較好的窯型，值得碳酸鈣生產企業(yè)選擇和使用，而且這種配套將會給企業(yè)帶來更大的效益，其發(fā)展前景非常廣闊。
