利用发生炉煤气作为气源的石灰窑理论研究及实践

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[摘要]：通过对气烧窑原理的分析及发生炉煤气的特点研究,通过合理的涉及及窑型设计,解决目前发生炉煤气煅烧石灰的难题,煅烧高品质活性石灰。

    热煤气石灰窑主要就是利用发生炉煤气产生的热煤气不经冷却直接送入石灰窑的生产工艺。一般工业炉尾气都是常温或100-200℃左右，而发生炉出来的煤气温度是500-600℃之间送入石灰窑内的燃气温度每提高100℃就可节省燃气10-20%，发生炉和石灰窑就近安装自然就可利用热煤气从而就可提高供入窑内燃气的热量由此便可增加石灰窑产量降低煤气消耗。进而降低石灰生产经营成本提高企业效益。实际上使用发生炉煤热煤气气石灰窑烧石灰比直接用煤烧石灰成本可降低10%左右，而且大大降低了石灰工人的劳动强度，更重要的是减少了空气污染很容易即可实现环保达标。该工艺最适合没有废气、尾气可利用欲烧的石灰企业，和改造现有煤烧窑为气烧窑的企业。

   伴随我国钢铁冶金工业的发展，对冶金石灰的质量要求也日渐提高。尤其是各大钢铁企业炼制精品钢及特种钢材需要高活性、低磷硫的优质石灰，而目前我国石灰生产企业除了钢铁企业自身投资建设的先进石灰窑能满足生产要求外，大部分石灰生产企业受没有合适气源及投资成本的制约，只能选择煤石混烧的窑型生产冶金石灰，因此，更新窑型，采用气烧冶金石灰来提升石灰品质成为众多业内人士共同研究的课题。

    一、   气烧石灰的现状

    利用焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气为气源煅烧石灰已经是相对成熟的的技术，目前国内钢厂充分利用自身富余煤气，采用回转窑、弗卡斯窑、套筒窑及麦尔兹窑等窑型来煅烧活性石灰。可是，除了钢铁厂或临近钢铁厂及焦化厂的石灰企业能利用靠近气源这一便利条件可以利用以外，大部分石灰生产企业只能“望气兴叹”。于是业内同仁都不约而同的将目光放在了煤气发生炉上，希望籍此寻求到气烧石灰的新途径。

    二、   关于煤气发生炉

    煤气发生炉最早由德国于上个世纪初发明，解放后由前苏联传入我国。早期主要是用于化肥及民用燃气领域，后来伴随国家环保政策的要求，于上世纪90年代逐步扩大应用于金属锻造、热处理、轧钢、陶瓷等行业。煤气发生炉炉型主要有一段式、两段式发生炉、鲁奇炉、沸腾炉等。目前国内使用最多的是一段式及两段式煤气发生炉，可以说，利用煤气发生炉产生煤气的技术是相对成熟的。

    三、   将煤气发生炉应用在石灰煅烧出现的问题

    近几年，将煤气发生炉与石灰窑结合起来煅烧石灰应该说目前在国内一直没有很成功的典型示范，分析来说主要有以下几个难点需要解决：

    1,煤焦油的收集处理。由于煤气发生炉主要以烟煤为燃料，因此产生的煤气中含有大量的焦油，如果焦油冷凝的话，会合煤气中的粉尘杂质粘合起来堵塞管道及烧嘴，在很短的时间内就会造成停炉清淤。而如果采取措施清除焦油，将面临以下问题，首先就是除焦方式问题，目前国内用于发生炉煤气除焦方式有两种，一是水洗除焦，一是电捕焦方式。水洗除焦就面临废水的污染问题，因为除过焦后的水中溶解了大量的苯酚等有害物质，如果不经过处理而排掉的话将极大的污染环境，而如果处理的话就需要昂贵的投资。电捕焦技术目前在焦化企业使用，技术成熟不会产生污染，而且收集的焦油亦是很好的化工原料，但电捕焦投资巨大且运营成本过高，非一般企业所能接受。

    2,发生炉煤气无压力，火焰穿透性差。目前除了大型化肥企业及煤化工企业所使用的鲁奇炉、沸腾炉等先进炉型属于加压炉，出口煤气压力较大外，一段式、两段式煤气炉都属于常压固定床发生炉。煤气出口压力都比较小，同高炉煤气、转炉煤气相比压力要小很多，所以在煤气不经过加压的情况下打入石灰窑则火焰穿透性太差，石灰窑内径稍大就会造成中间生烧而烧嘴附近则过烧的问题出现。而要解决压力问题就要另建煤气柜，设加压站将煤气加压，这同样会出现投资过大的问题。

    以上两点是我们在考虑将煤气发生炉应用在石灰烧制工作中必须要解决的问题。按照常规的思路，要解决以上问题可以考虑建立成套的冷煤气站，将发生炉出口出来的含有焦油、粉尘等杂质的热煤气经过旋风除尘、电捕焦、水淋冷却后进入煤气柜，经加压站加压后送往石灰窑即可烧出高活性的冶金石灰。可是，这样的一套设备投资下来，即使不含窑本体投资也要以数百万计，如果在加上窑本体及其他附属设施的投资，恐怕远非一般企业所能接受的。

 那么，有没有其他的方法解决以上问题从而减少投资，使一般的中小型石灰企业都能接受的了呢？

    笔者自2006年起就一直研究煤气发生炉烧制石灰项目。经过查阅资料，参观考察各地炉窑，经过研究对比，成功设计出一种将煤气发生炉应用于石灰烧制的的技术。

    在设计及实践改造中，笔者通过以下方式解决了以上几点难题：

    首先，针对煤气焦油处理问题。笔者人为，焦油之所以会堵塞管道及烧嘴，其根本原因是因为煤焦油在未进入窑体之前由于管道长在外界空气冷却下使煤气温度下降，使煤气中焦油冷凝液化，又由于煤气压力小，煤气中的煤灰等粉尘因重力作用而附着在管道壁上与黏稠的煤焦油混合在一起，日积月累从而堵塞住管道。因此，笔者很好的解决了以上问题，焦油在管道中不会冷凝而是进入高温煅烧带燃烧，我们知道焦油成分就是碳及芳香烃化合物，易燃且热值很高，焦油燃烧后即解决了堵塞管道的难题又增加了煤气热值，降低了燃料成本。

    其次，针对煤气压力低，火焰穿透力差的问题，笔者认真结合了各种先进设计理念，通过巧妙的改进燃烧方式，保证了煤气即使没有压力，仍然能同助燃空气充分混合燃烧，从而达到煅烧石灰的目的。这样，即保证了煤气的充分燃烧，有保证了窑内热量均匀传导，从而保证煅烧出高质量的活性石灰，大型窑我们采取了煤气加压系统也取得了成功。

    再次，通过窑顶废气风机抽气，使燃烧带上方形成一定负压，这样有利于石灰石分解出的CO₂迅速被抽出，促进CaCO₃的分解反应进行。而且废气通过热交换器将助燃空气预热，从而节约能源、降低热损失。另外，在燃烧室下方设抽气梁，由风机向外抽风，即能冷却抽气梁下方的石灰，又能使抽气梁上空间形成并流煅烧带，已煅烧好的石灰在这里进一步匀质，从而有效提升了石灰的活性及质量，而且抽气梁抽出的热空气也同样作为助燃空气被打入窑内，进一步节约了能源。

    通过以上设计理念，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司在近几年取得的业绩基础上，于2009年在河北滦县成功建造了一座160m³煤气发生炉石灰竖窑，目前每座窑日产量在110-130吨左右，尤其煤炭用量控制在了150公斤以下，综合成本远低于用无烟煤做燃料的成本，而且关键是烧出的石灰质量高、活性好，这是我们最希望达到的目的。

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据悉：唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司、唐山金泉炉窑装备技术研究所设计建造的燃气型及燃煤型环保节能石灰窑适用于各种煤气、煤炭、焦炭、焦炭丁、水煤浆等燃料，窑容从80-560m³，单窑日产量从60-450吨。每烧一吨石料用煤炭65-75公斤，每烧一吨石灰用煤炭燃料110-125公斤。

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