1 概述
近年来，我国石灰行业有了很大变化，梁式窑作为推动国际市场发展的一支只有生力量，发展迅速，该窑型已经推广到了冶金、化工、建材等多个行业。
目前世界范围内，市场上的 式窑基本上分两类：一类是意大利FERCALX弗卡斯公司的在欧洲拥有知识产权的弗卡斯窑，一类是在中国知识产权局拥有知识产权的国产梁式窑。这两类窑的设计原理发源于美国（Union Carbide Corporation）联合碳化物公司的石灰窑技术，而且这两类窑经过多年的市场竞争和技术互补，都有了长足的发展。
梁式窑是上世纪40年代由美国联合碳化物公司U C C发明的。50年代前苏联开始采用，当时采用水冷却燃烧梁技术。上世纪60年代我国在太钢进行过水冷系统保护燃烧梁的梁式窑的试验，但燃烧梁的工作寿命较短，因而没有能够广泛推广。上世纪60年代，意大利TerruziFercalxGroup特鲁兹.弗卡斯公司购买了美国联合碳化物公司的技术，并开发了导热油冷却的燃烧梁技术，这时梁式窑技术才得以在世界范围内推广。上个世纪90年代我国相继引进了 300t/d、 400t/d、500t/d梁式窑，燃料为煤粉、煤气，但是由于其高昂的费用和低热值燃料及煤粉燃料方面技术不过关，使其推广受到了极大限制。进入21世纪后，国内技术人员将其改进并逐渐推广，因此使该技术得以延伸和发展。
石家庄钢铁有限责任公司是上世纪90年代最早引进意大利弗卡斯公司梁式窑的冶金企业。当时引进的是一座日产300吨以煤粉为燃料的两路压力系统的石灰窑。该窑型引进时，以意大利Fercalx公司的名字译音命名，叫做Fercalx Lime Kiln“费尔考克斯石灰窑”。90年代计算机办公尚未普及，一般写文章都需要以方格纸书写，写起来非常麻烦，因此国内技术人员将其繁杂的名称简化成“弗卡斯窑”。后来，国内技术人员将其技术改进，在国内市场推广，改名为“双梁窑”。随着技术发展，技术人员觉得这个名字也不十分妥帖，又更名为“梁式窑”。
所以目前国内该窑型的叫法以上几种都有，石灰协会专家组成员经过研讨，觉得梁式窑这个名字最能贴切地代表该窑型的特质，因此推荐该窑型叫做“梁式窑”。
梁式窑作为国际、国内市场上一种先进窑型，总体上推广的进度比较稳健。国际市场方面目前仍然由意大利的弗卡斯公司主导，根据调查到2013年9月份为止，弗卡斯公司在欧洲、美洲、非洲、中东地区和中国已建成的梁式窑座数达到了275座，产能达到了2700万吨。国内市场方面主要由国内的梁式窑供应商所控制，根据不完全统计，国内已经建成的梁式窑总数达到了398座，已投产的产能达到了3600万吨，同时国产梁式窑在国际市场上已经崭露头角，国内供应商在东南亚、中亚、西亚及非洲已经建成了8座梁式窑。全球梁式窑总建设座数为673座，总产能达到了6300万吨。从数量和产能上来看，梁式窑技术为世界石灰产业做出了较大的贡献。
梁式窑的推广在国内市场上非常迅速，主要原因是它的燃料使用范围广泛，性能指标比较优秀。尤其是在国内市场方面，它能够适应700kcal/m3以上的低热值燃料，使得冶金行业使用高炉煤气煅烧石灰的厂家对此窑型比较热衷。而且在一次能源利用方面，梁式窑的适应能力也比较强，随着国家淘汰落后产能的政策的实施，一些地方石灰生产企业面临着关停的境地，地方石灰企业都在积极谋求生产发展的道路，应运而生的是采用燃煤技术的石灰生产装备的升级换代窑型得到大力发展，从2013年的市场情况来看，梁式窑在此领域得到了长足发展。
目前国内从事梁式窑技术开发、工程设计、工程建设和工程总承包的公司数量不断增加，这些企业原来的技术人员大都从事过梁式窑的技术研发工作，在市场需求的利益驱使下，一些技术人员合伙一些投资人搞起了梁式窑的设计、制作、工程总包。根据调查，目前国内从事梁式窑业务的公司有7家以上，其中有设计和工程总包资质的企业两家，其余企业的资质尚未健全。另外，一些原来从事其它窑型的国字号公司也开始参与梁式窑业务，企业的竞争和市场的驱动，不断推动着梁式窑技术的发展。
除了石灰行业的需求，2013年一些相关的化工行业开始尝试利用石灰生产技术，进行矿石的前期脱碳工序，目前取得了一些成果。
国内梁式窑的产品基本上分布在冶金、化工、制糖、建材等行业，就梁式窑产品来讲，根据我们的统计，国内梁式窑产品的基本划分为下图：
梁式窑近年来，在国内建设的速度非常惊人，而且随着使用原燃料范围的不断扩展，操作人员培养方面的矛盾凸现出来。原来国内引进梁式窑的国营单位有石家庄钢铁有限责任公司、马鞍山钢铁有限责任公司、北营钢铁公司等，这些企业培养出了一批高级技术人员。同时这些企业能够为其它地区企业培训操作人员。所以，2005年以前的一些梁式窑用户，基本上都是这些企业培训的操作人员。但是随着梁式窑的大面积推广，尤其是在民营企业的大面积推广后，由于业主不重视操作人员的培养，而且民营企业人员流动性过大，造成了很多企业的操作跟不上，加上一些民营企业对技术指标根本不关心，使得很多企业的梁式窑投产时能够达产达标，但移交后指标波动极大，甚至造成了巨大损失。当然，也有一部分是设计制造企业的技术人员技术不过关，设计上本身就存在致命的缺陷，造成了根本就不能达产达效的项目。所以客观上讲，目前国内市场上，梁式窑运行的状况可以用良莠不齐来形容。
2 梁式窑简介
2.1 梁式窑的基本结构和特点
梁式窑窑体呈准矩形或圆形，为单体竖窑。窑体中部设置上、下两层燃烧梁，窑体上部设置吸气梁。窑内为负压操作，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，上层燃烧梁至下层燃烧梁之间区域为锻烧区，下部燃烧梁至出灰口之间为冷却区。
梁式窑的核心技术是采用两层燃烧梁，构成煅烧带，均匀煅烧石灰。燃烧梁采用导热油冷却。根据产量在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活性度。
2.2.新型梁式石灰窑主要技术特点
◆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≥700kcal／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，一次空气通过冷却石灰预热，二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960kcal／kg。
◆采用低热值燃料，空气、煤气双预热。
◆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燃烧梁，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，冷却空气从底部鼓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，煅烧分解成活性石灰。整个系统分为：储料带、预热带、煅烧带、冷却带。该窑型出灰方式为多点出灰，保证了物料的均衡，有利于煅烧指标的提高。下图为出灰口设计的断面图。
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。
5)窑上层设一层吸气梁，梁下侧设有多个分布均匀的开口，窑气通过开口由吸气梁抽出，保证窑内整个截面的负压分布均匀，使该窑整个段面的气流分布均匀和顺畅，保持最佳燃烧效果和最低燃料消耗。市场上还有设置下吸气梁的梁式窑，称作“三路压力系统”梁式窑，该项技术一般用在低热值燃料的梁式窑上。大部分采用三路压力系统的梁式窑都或多或少存在问题，所以本文对此不作重点介绍。
6)炉窑操作配置PLC控制操作系统。自动化系统功能的不断提高，保证了石灰窑性能的最大发挥，极大地减少了人为因素的干扰，对提高石灰窑技术经济指标，改善操作者的劳动条件，提高作业效率起到了很好的作用。
2.3 梁式石灰窑已经实现的性能指标
2.3.1产能
已经投产的梁式石灰窑的日产量从100吨～600吨。
2.3.2适用原料石
适用石灰石和白云石两种原料石。石料的粒度40～80mm，要求每座窑原料粒级分布为2:1。
2.3.3适用燃料
可以使用气体、固体和液体三类燃料。尤其是该窑型可以使用煤粉作为燃料，可以充分利用一次能源，减少能源转换过程的浪费。当然，如果业主有需求，也完全可以使用人工煤气或者其他燃料作为煅烧石灰的能源供应。
2.3.4消耗
每吨石灰的电耗为21kwh（本体部分不含公辅系统）；每公斤石灰的热耗为850～960kcal，低热值燃料该参数稍高。
2.3.5质量
活性度：≥320ml(10分钟所消耗的4当量浓度的盐酸)
生过烧率：≤8%。
工艺流程如下图：
梁式窑的工艺流程与普通机械立窑相比较，仅仅多了一套燃烧梁和导热油系统，其余装备基本没有本质上的区别，它的核心技术就是固定了煅烧带，固定了预热带，固定了冷却带，而且吸气梁、燃烧梁、冷却器的设计最大限度地满足了均匀煅烧、均匀排烟、均匀布风的煅烧原则，这样给操作带来了非常便利的条件。它不仅能够直观地观察和调整煅烧的火焰，而且能够通过窑顶温度和出灰温度的高低，很快调整运行参数以实现煅烧的均匀稳定，因此说，其设计原理的改进，不仅推动了石灰生产装备的升级，更为生产技术进步带来了生机。
二、梁式窑近年来的技术创新、理论创新、技术进步成果
随着市场的不断发展，梁式窑技术也在不断创新，近几年有以下几个方面的技术进步。
1 燃料适用范围又添新成员
以往所建的梁式窑燃料有高炉煤气、发生炉煤气、转炉煤气、电石炉尾气、黄磷尾气、焦炉煤气、天然气、重油、煤粉及混合燃料，2013年又增加了兰炭炉尾气，使得梁式窑的燃料范围进一步得到了拓宽。
2梁式窑在黄磷矿脱碳方面取得了进步
2013年某黄磷厂利用已有的梁式窑进行了黄磷矿脱碳酸根煅烧試验，实验结果证明，黄磷矿脱碳效果明显，可以为黄磷生产带来巨大效益，因此，该厂准备建造两座日产600吨的黄磷矿脱碳酸根梁式窑，目前工程正在施工中。该实验的成功，为石灰生产装置拓宽应用领域起到了非常积极的作用。
3 余热回收方面得到了较大进步
对于使用低热值燃料的石灰窑来讲，高温尾气的余热回收引起了许多企业的高度重视，随着低温低压烟气余热回收技术的进步，一些企业在此方面进行了大胆尝试，得了明显效果。
4 三代梁式窑技术已经投放市场
目前国内市场的梁式窑基本上都在原来引进弗卡斯窑的基础上进行了部分优化，我们把此类梁式窑定义为二代梁式窑，随着市场竞争和客户要求的不断提高，应运而生了三代梁式窑技术，三代梁式窑优化了预热带、煅烧带、冷却带的设计，采用了全新的容重出灰方式，可以使用粒径比1:3的石灰石，而且质量指标和技术指标均取得了长足进步。
5 核心部件设计取得了新的成果
根据实际运行当中存在的不足和问题，一些梁式窑制造商在梁式窑核心部件的设计方面取得了新的技术成果，如自冷却式吸气梁设计、长寿命稀土合金烧嘴设计、双O型燃烧梁设计等一系列新成果。而且这些新成果已应用到市场当中去了，并取得了较好的效果。
最近我公司发明了一种绝热式燃烧梁，将梁式窑的热耗指标降低到了880Kcal/kg石灰，达到了先进窑型热耗指标最低的效果，实现了梁式窑热耗指标的革命性进步。
6 自动控制方面取得了显著进步
随着科学技术和操作经验的不断积累，一些公司在智能自动控制方面做了大量工作，在一些窑型上进行了长时间技术跟踪，将人工智能系统与操作控制系统有机地结合到一起，实现了梁式窑自动控制的升级换代。
三、梁式窑在碳酸钙行业的发展前景展望
碳酸钙行业近年来得到了长足的发展，但是目前困扰各个企业的问题是窑型选择问题。一些企业由于窑型选择方面出现了偏差，造成企业生产非常被动，严重影响了企业效益，下面我重点介绍以下梁式窑在碳酸钙行业的应用分析。
一套年产10万吨的碳酸钙生产线正好配置两座日产120吨的石灰窑。两座日产120吨的梁式窑可以配置一套3～5吨/小时的磨煤系统、一套空压机系统、一套原料筛分系统、一套成品输送系统、一座配电室、两套窑本体系统，总计投资大约1400万元左右。
1 原燃料
对煤质的要求：烟煤或混合煤种，粒度0～10mm，热值5000～7000千卡/公斤煤（空气干燥基），水分≤10%，挥发分22～32%，灰分13～18%。这种选煤的原则是尽量降低采购成本，通过减少燃料成本降低综合成本。
对原料的要求：CaO>53.5%,MgO<1%,SiO2+Fe2O3+Al2O3<1.5% 粒度40～80mm，强度不小于118MPa,单块原料长宽比小于2。超标部分总数不超过5%。
2装机容量
含公辅系统总装机容量约720kw。
3占地面积
约2000m2,根据业主实际场地情况可以调节。
4梁式窑与碳酸钙生产工艺的匹配性分析
4.1产量的匹配性
按照年产10万吨碳酸钙，石灰消耗6.36万吨（按照88%品位计算），两座120吨的石灰窑产量为8.16万吨（按照340天作业率计算），考虑到两条生产线的匹配性基本合适。
4.2二氧化碳回收
4.3窑尾气
CO2含量约30%，可净化后回收，直接供应碳化反应。
4.4质量指标
采用梁式窑煅烧石灰可得到90%以上的CaO，而且活性高，对碳酸钙生产极其有利。
4.5余热利用：
梁式窑存在的主要缺点是导热油系统冷却部分散热，在冶金及一些化工企业，这部分热量大都浪费掉了，而对碳酸钙生产企业来讲，这部分热量可以用来进行一级烘干用，这样就提高了梁式窑的热能利用效率，同时降低了碳酸钙工艺的消耗。
目前市场上现代化的窑型，包含梁式窑、双膛窑、套筒窑和环保机械立窑等窑型，梁式窑是一种可以为碳酸钙生产企业提供良好配套的窑型之一。而这些窑型当中，双膛窑和套筒窑适用于较大产能的企业，并且其造价远远高于梁式窑和环保机械立窑，因此，可以说只有梁式窑和环保机械立窑比较适合碳酸钙生产企业作为配套来使用。
综上所述，从梁式窑的发展和在实际使用当中的情况来看，梁式窑是一种性价比较好的窑型，值得碳酸钙生产企业选择和使用，而且这种配套将会给企业带来更大的效益，其发展前景非常广阔。
