Od kamienia do wapna lub dolomitu palonego

Piece stanowią główny element procesu transformacji. Utleniają surowce węglanowe, tworząc wapno lub dolomit palony, dzięki czemu produkty nabierają właściwości wymaganych przez klientów.

 

  

 

 


 

Przemiana chemiczna wymaga znacznej ilości energii i jest przeprowadzana z wykorzystaniem dużych instalacji przemysłowych. Stosuje się różne technologie, głównie wypalanie w piecach rotacyjnych i szybowych.

 

 

 

Więcej na temat pieców rotacyjnych

Piec rotacyjny ma postać rury pod kątem, o długości około 100 metrów, do którego dostarczane są kamienie o rozmiarach od 50 mm do 3 mm.

 

Ruch obrotowy i nachylenie pieca umożliwiają staczanie kamieni z góry na dół. Wsad zajmuje jedynie 10% powierzchni w przekroju; pozostała przestrzeń jest zajmowana przez unoszący się gaz. 

 

Wsad pozostaje w piecu rotacyjnym przez około 6–8 godzin. Wewnątrz jest poddawany działaniu stopniowo wzrastającej temperatury, po czym następuje faza dekarbonizacji, w której wsad jest poddawany działaniu wysokiej temperatury. Odbywa się to w pobliżu palnika, gdzie wtryskiwane jest paliwo. Piece rotacyjne posiadają zwykle palniki wielopaliwowe, umożliwiające jednoczesne wtryskiwanie kilku rodzajów paliwa. Podczas konfiguracji pieca można regulować wielkość płomienia – od krótkiego do długiego.

Piece rotacyjne umożliwiają tworzenie się wapna, kontrolując jego reaktywność i zapewniając całkowitą dekarbonizację oraz niski poziom CO2. W tych piecach produkty wapienne/dolomitowe nabierają określonych właściwości takich jak niska zawartość siarki lub szczególna reaktywność. Piece przyczyniają się także do poprawy wydajności zasobów.

 

Więcej na temat pieców szybowych

Piece szybowe zasilane mieszanym wsadem

Piece szybowe zasilane mieszanym wsadem są konstruowane tak, aby tworzyły grupę pieców, w których wapień (lub dolomit) jest mieszany z paliwem stałym. Powietrze chłodzące jest nawiewane u podstawy i pełni funkcję powietrza spalania dla paliwa zmieszanego z kamieniem. Piece te mogą generować bardzo wysokie temperatury. Wsad jest narażony na nadmierne przepalenie. Proces umożliwia produkcję wapna (a nawet dolomitu ostrego palonego) przy niewielkiej reaktywności. 

W innych piecach szybowych paliwo jest dostarczane za pomocą lanc umieszczonych po bokach pieca, zapewniających gwałtowny wzrost temperatury.

Piece szybowe pierścieniowe

Piece pierścieniowe są nowszą wersją pieców szybowych. Składają się z zewnętrznych komór spalania umieszczonych na dwóch poziomach, dzięki czemu można dostarczać do pieca alternatywne rodzaje paliwa. Na każdym poziomie znajduje się 4 lub 5 komór spalania, w zależności od pojemności pieca. Wewnętrzny walec tworzy pierścieniowy obszar, przez który przechodzi wsad – stąd nazwa „piec pierścieniowy”.

Recyrkulacja gazu w pustym walcu środkowym umożliwia wydłużenie wydajnej strefy dekarbonizacji aż do poziomu niższych palników. Dzięki temu można produkować wapno o większej reaktywności, co nie jest możliwe w przypadku pieców szybowych.

Współprądowe piece regeneracyjne

Współprądowy piec regeneracyjny to bardzo wydajny piec szybowy, składający się z 2 lub 3 szybów połączonych poprzecznym kanałem. Energia jest dostarczana za pomocą lanc częściowo umieszczonych we wsadzie. Niektóre piece są wyposażone w 19 lanc, a nowoczesne piece posiadają 33 lance w każdym szybie. Współprądowe piece regeneracyjne pracują w różnych trybach: w trybie spalania, a następnie ogrzewania wstępnego. Kiedy jeden szyb pracuje w trybie spalania i pobiera energię z końcówek lanc, drugi szyb pracuje w trybie ogrzewania wstępnego. Mniej więcej co 12 minut wtrysk paliwa jest zatrzymywany, a tryby w każdym szybie są zamieniane: szyb pracujący w trybie spalania przechodzi w tryb ogrzewania wstępnego i odwrotnie. Temperatura złoża wzrasta cyklicznie wraz z przechodzeniem w dół pieca podczas fazy ogrzewania wstępnego, aż złoże dojdzie do poziomu końcówki lancy. Następnie rozpoczyna się faza kalcynacji w temperaturze pośredniej (mniejszej niż 1100°C) trwająca 9 godzin. W tym czasie wytwarzane jest wapno reaktywne. Cykliczne ogrzewanie wstępne oraz możliwość ponownego wykorzystania gazu w górnych częściach szybu sprawiają, że piece te posiadają doskonałą wydajność termiczną.

Porównanie technologii pieców

Produkcja

Możliwości przemysłowych narzędzi do kalcynacji są różne: Piece szybowe mogą wytwarzać około 60 ton gotowego produktu dziennie. Najnowsze współprądowe piece regeneracyjne (na przykład piec wprowadzony przez firmę Lhoist w Brazylii w 2008 r.) potrafią dostarczyć do 800 ton dziennie. Nowoczesne piece rotacyjne z pionowym podgrzewaczem mogą wytwarzać do 1250 ton dziennie.

Wydajność energetyczna

Wydajność energetyczna nowoczesnych pieców przemysłowych także jest różna: od 55% w przypadku pieców rotacyjnych wyposażonych w podgrzewacz do ponad 80% w przypadku współprądowych pieców regeneracyjnych.

Rozmiar wsadu

Rozmiar wsadu ładowanego do pieca zależy od rodzaju technologii. Piece szybowe nie mogą kalcynować drobnych cząstek, dlatego ładuje się do nich kamienie o rozmiarach od 25 mm do 180 mm. Do pieców rotacyjnych ładuje się mniejsze cząstki, aby zapewnić bardziej optymalne i zrównoważone wykorzystanie kamieniołomów.

Wybór technologii zależy od właściwości produktu wymaganej przez klientów, a także od optymalnego wykorzystania kamieniołomów oraz wydajności zasobów. Wybierając piec, należy kierować się właściwościami produktów palonych wymaganymi przez klientów oraz wykorzystywać wiedzę na temat właściwości kamieni obecnych w naszych złożach.