先進高活性石灰窯技術(shù)分析

1、先進高活性石灰窯技術(shù)對比于宏朋、王正剛（南京凈環(huán)熱冶金工程有限公司,摘要：通過比較權(quán)威的產(chǎn)業(yè)資料、煅燒原理，介紹并對比了符合行業(yè)發(fā)展要求的先進高活性石灰窯的技術(shù)特點，國產(chǎn)化技術(shù)進展，環(huán)保特點，投資情況。關(guān)鍵詞：高活性石灰 回轉(zhuǎn)窯 套筒窯 雙膛窯中圖分類號：1 先進高活性石灰窯判定活性石灰不同于一般石灰，它具有氣孔率高（50%）、表面積大（1.6-2m2/g)、活性度高(360ml)、硫含量低等特點；活性石灰用于碳酸鈣、鋼鐵、氧化鋁、金屬鎂、電石的生產(chǎn)，造紙、以及電廠脫硫等行業(yè)。高品質(zhì)的活性石灰，能為下游產(chǎn)品帶來明顯效益，主要體現(xiàn)在石灰消耗量減少，后續(xù)產(chǎn)品能耗降低，產(chǎn)品

2、質(zhì)量提高。而先進高活性石灰窯，是指能夠穩(wěn)定生產(chǎn)活性度在360ml以上石灰，達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的全封閉自動化石灰窯。但是什么石灰窯是真正意義上的先進高活性石灰窯，需要從產(chǎn)業(yè)政策、煅燒原理上多方面分析確定。1.1 產(chǎn)業(yè)政策或指導(dǎo)意見2014年11月中國石灰協(xié)會發(fā)布的關(guān)于全面推進石灰產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見中，對石灰窯技術(shù)的要求有：第8條 ：鼓勵發(fā)展帶預(yù)熱器及冷卻器的回轉(zhuǎn)窯、雙膛石灰立窯、套筒石灰立窯、梁式石灰窯等先進技術(shù)裝備，總量控制符合節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)要求的、自動化監(jiān)控的混燒式石灰立窯，逐漸取締任何形式的不符合節(jié)能減排要求的石灰立窯（包括機械立窯），堅決杜絕土窯生產(chǎn)方式。第十八條：國內(nèi)所有石灰生產(chǎn)企業(yè)按

3、節(jié)能減排水平分為三類：第一類石灰企業(yè)（鼓勵類）：工藝技術(shù)先進、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、節(jié)能減排達(dá)標(biāo)，其窯型主要為回轉(zhuǎn)窯、雙膛豎窯、套筒窯、梁式窯，這部分產(chǎn)能占企業(yè)總產(chǎn)能要達(dá)到70%以上。第二類石灰企業(yè)（提升類）：工藝技術(shù)較為先進、產(chǎn)品質(zhì)量良好、節(jié)能減排大部分達(dá)標(biāo)，其窯型主要是氣燒豎窯、機械立窯、中石立窯、馬氏窯等。第三類石灰企業(yè)（淘汰類）：工藝技術(shù)落后、節(jié)能減排不達(dá)標(biāo)、其窯型為各種形式土窯。第十九條：2018年底前，各地政府應(yīng)采取措施淘汰第三類石灰企業(yè)。第一類石灰企業(yè)（鼓勵類）因節(jié)能減排水平較高，國家相關(guān)部門及當(dāng)?shù)卣谪敹?、土地、資源等方面予以政策支持，第二類石灰企業(yè)（提升類）應(yīng)努力提升轉(zhuǎn)型。中國石灰

4、協(xié)會2012年發(fā)布的中國石灰窯技術(shù)發(fā)展報告中，將回轉(zhuǎn)窯、套筒窯、雙膛窯列入高活性先進石灰窯型，而對梁式窯的描述為“梁式窯包括引進窯型在內(nèi)，大多數(shù)不能達(dá)產(chǎn)，質(zhì)量也不穩(wěn)定”，“梁式窯與回轉(zhuǎn)窯、雙膛窯、套筒窯不一樣，原理上不能保證生產(chǎn)高活性的石灰”。另一方面，裝備大型化是降低產(chǎn)品能耗，減少排放的重要手段，而目前有據(jù)可查，單窯石灰產(chǎn)量在600t/d以上的窯型，只有回轉(zhuǎn)窯、套筒窯、雙膛窯3種，因此，從產(chǎn)業(yè)政策和指導(dǎo)意見來看，先進高活性石灰窯選擇范圍是回轉(zhuǎn)窯、套筒窯、雙膛窯。1.2 煅燒原理分析從石灰煅燒機理來看，CaCO3分解為CaO和CO2，這一反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度895，且在CO2氣體氛圍中反應(yīng)

5、持續(xù)，這一分解反應(yīng)從物料表面逐漸向內(nèi)部進行。因為反應(yīng)進行中物料表面CO2分壓較低，實際物料在820已經(jīng)開始分解反應(yīng)。但是完全反應(yīng)的CaO的熱傳導(dǎo)率只是CaCO3的約1/2，實際的石灰石煅燒溫度和時間比理論上要高和長，通常石灰窯內(nèi)溫度在11501350。CaCO3的分解速度對石灰生產(chǎn)有著重要意義，在正常操作的情況下石料通過時間大致是確定的，對于一定長度的煅燒帶，如果在給定的熱工條件下，CaCO3的分解速度（cm/min）與通過燒成帶時間的乘積小于CaCO3粒級尺寸，石灰就會出現(xiàn)中心部分生燒，反之就容易造成過燒。因此，要確保石灰煅燒合理充分，就必須確保石灰受熱時間長，且受熱均勻，避免受熱的不均勻和

6、受熱時間短。根據(jù)窯內(nèi)高溫氣流與石灰石物料相互的流向關(guān)系，石灰的煅燒又分為逆流煅燒和并流煅燒。其煅燒過程和受熱機理分別如下：1.2.1并流煅燒圖1 并流煅燒原理圖并流煅燒，就是石灰窯內(nèi)石灰石物流方向與熱氣流方向相同。如圖1所示，由于物料流向與氣體流向是相同的，物料較長時間均勻受熱煅燒，煅燒過程延長，因而在并流煅燒條件下生產(chǎn)出來的產(chǎn)品活性度高，生燒和過燒較低，產(chǎn)品的質(zhì)量也容易控制。1.2.2 逆流煅燒圖2 逆流煅燒原理圖逆流煅燒，就是在石灰窯內(nèi)石灰石的物流方向與熱氣流方向相反。從圖2中可以看出，助燃空氣和廢氣與物料的溫度曲線只有一個交點，燃?xì)鉁囟刃韪哂谖锪纤桁褵郎囟?00300，在逆流煅燒過程中

7、物料處于煅燒反應(yīng)的時間較短，熱量得不到充分利用，窯內(nèi)的熱耗大大增加。生產(chǎn)出來的產(chǎn)品活性度受到限制，且產(chǎn)品中生燒和過燒現(xiàn)象較高。從煅燒機理上看，雙膛窯煅燒全程都是順流煅燒，理論上煅燒工藝最合理；套筒窯一部分采用逆流煅燒，一部分采用順流煅燒，也能確保煅燒工藝合理；回轉(zhuǎn)窯雖然是逆流燃燒，但因為采用全程物料翻滾與煙氣接觸，受熱均勻；因此實際生產(chǎn)中，以上3種窯型從煅燒原理上，能夠保證產(chǎn)品的高活性度和穩(wěn)定性。而除此之外的其它窯型，如梁式窯、機械立窯、中石立窯、馬氏窯等，均為全程逆流煅燒，且物料不能翻滾做到均勻受熱，從原理上看，無法確保產(chǎn)品的高活性。1.3 節(jié)能、環(huán)保、產(chǎn)量指標(biāo)分析2014年11月中國石灰協(xié)

8、會發(fā)布的關(guān)于全面推進石灰產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見中，對各類石灰窯節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)說明如下：第11條 根據(jù)全國不同地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平，各種類型石灰窯的節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)建議為（在生過燒<10%的情況下）：1.回轉(zhuǎn)窯：熱耗<160-170kg標(biāo)煤/噸，粉塵排放<30-100mg/m3。2.雙膛立窯：熱耗<125-135kg標(biāo)煤/噸，粉塵排放<30-100mg/m3。3.套筒立窯：熱耗<130-140kg標(biāo)煤/噸，粉塵排放<30-100mg/m3。4.其它各類混燒式石灰立窯：熱耗<135-145kg標(biāo)煤/噸，粉塵排放<50-150mg/m3。由此可見，能夠達(dá)

9、到較高粉塵排放指標(biāo)的窯型，只有回轉(zhuǎn)窯、套筒窯、雙膛窯。綜上所述，能夠滿足高活性，先進大產(chǎn)量的石灰窯型，應(yīng)在回轉(zhuǎn)窯、套筒窯、雙膛窯中進行選擇。2 3種窯型原理及比較 2.1回轉(zhuǎn)窯原理 回轉(zhuǎn)窯流程如圖3所示：石灰石首先進入窯前預(yù)熱器 ，在預(yù)熱器中石灰石被來自回轉(zhuǎn)窯窯尾的 1000 1100的煙氣預(yù)熱到900左右,大約有1020%的石灰石被分解。預(yù)熱后的石灰石通過溜槽進入回轉(zhuǎn)窯,在窯中石灰石進一步加熱,在12001250的溫度下繼續(xù)分解,直至完全煅燒。煅燒好的石灰從窯頭排出，落入窯后的冷卻器內(nèi)進行冷卻。從冷卻器底部鼓入的冷風(fēng)將石灰冷卻，經(jīng)震動出灰裝置排出。圖3 回轉(zhuǎn)窯原理圖 2.2套筒窯原理套筒窯流

10、程如圖4所示：套筒窯由砌有耐火材料的窯殼和分成上下兩段的內(nèi)套筒組成,窯殼與內(nèi)套筒同心布置,石灰石位于窯體和內(nèi)套筒之間的環(huán)形空間內(nèi)以利于氣流穿透。下內(nèi)套筒位于豎窯的下部,結(jié)構(gòu)為雙層鋼殼形成環(huán)隙,環(huán)隙內(nèi)通空氣冷卻,其內(nèi)外側(cè)砌耐火磚襯，上內(nèi)套筒懸掛在窯頂部。上下內(nèi)套筒各有其不同的功能,上內(nèi)筒主要是將高溫廢氣抽出用于預(yù)熱噴射空氣，下內(nèi)筒主要是用于產(chǎn)生循環(huán)氣流形成并流煅燒，同時起到保證氣流均勻分布的作用。套筒窯的結(jié)構(gòu)特點是因設(shè)置了內(nèi)套筒在一個窯身內(nèi)形成了并流煅燒。圖4 套筒窯原理圖 2.3雙膛窯原理雙膛窯流程如圖5所示：雙膛窯設(shè)有兩個平行的窯膛，并通過窯體下部的連接通道相連，其煅燒工藝有兩大特點：并流和

11、蓄熱。所謂并流就是在石灰石煅燒時，燃燒產(chǎn)物和石灰石一起并列向下流動，這樣利于煅燒出高質(zhì)量的活性石灰。所謂蓄熱就是窯膛1的燃燒產(chǎn)物高溫廢氣通過兩窯膛下部的連接通道進入窯膛2。在窯膛2高溫廢氣向上流動，將預(yù)熱帶的石灰石預(yù)熱到較高溫度，把熱量積蓄起來，同時高溫廢氣下降到一個很低的溫度后排出窯膛。這種工作原理充分地利用了廢氣余熱，保證了該種窯具有很高的熱效率。兩個窯膛的功能（煅燒和蓄熱）交替互換。即一個窯膛煅燒，另一個窯膛蓄熱，每12分鐘交替換向，兩個窯膛的功能交替更換。圖5雙膛窯原理圖 2.4比較分析回轉(zhuǎn)窯、雙膛窯、套筒窯各項特點比較如表1，表中數(shù)據(jù)來自中國石灰協(xié)會技術(shù)報告。比較項目雙膛窯套筒窯回轉(zhuǎn)

12、窯單窯最大產(chǎn)能 t/d8006001200產(chǎn)品活性度 ml360420360420370430單位熱耗 kcal/kg.CaO7509501150單位電耗 kWh/t.CaO404045能夠使用的燃料煤/低熱值燃?xì)?高熱值燃?xì)飧邿嶂等細(xì)饷?高熱值燃?xì)饪偰芎膋g標(biāo)煤/t石灰125135130140160170原料常用粒度 mm4080（標(biāo)準(zhǔn)窯）20-40（細(xì)粒窯）40801035耐火材料壽命 年662表1 3種窯型比較表 3種窯型中，公認(rèn)雙膛窯能耗最低，回轉(zhuǎn)窯能耗最高；回轉(zhuǎn)窯、雙膛窯能處理小顆粒原料；3種窯均為全封閉環(huán)保窯型，套筒窯和回轉(zhuǎn)窯為負(fù)壓，而雙膛窯

13、為正壓，對設(shè)備密封要求較高。 3 回轉(zhuǎn)窯技術(shù)進展回轉(zhuǎn)窯最初由國外引進，技術(shù)上有德國克勞斯瑪菲公司帶豎式預(yù)熱器和豎式冷卻器的回轉(zhuǎn)窯，日本三菱公司帶鏈蓖預(yù)熱機和推動蓖冷機的回轉(zhuǎn)窯，美國美卓公司帶豎式預(yù)熱器和豎式冷卻器的回轉(zhuǎn)窯3種，目前國內(nèi)800t/d及以下回轉(zhuǎn)窯技術(shù)已經(jīng)比較成熟，能夠完全替代進口技術(shù)，操作生產(chǎn)均比較穩(wěn)定。但國內(nèi)1000t/d及以上回轉(zhuǎn)窯數(shù)量仍比較少，能夠完全消化替代進口技術(shù)，尤其是1000t/d及以上回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱器技術(shù)，將石灰熱耗降低到1100kcal /kg.CaO以下，仍是國產(chǎn)大型回轉(zhuǎn)窯需要創(chuàng)新的課題?；剞D(zhuǎn)窯除了占地大、能耗較高、窯襯壽命較短外，其產(chǎn)品質(zhì)量是石灰窯中最好的，可適用

14、煤粉、高熱值煤氣、煤粉+燃煤混燒。尤其是可采用10-35mm的小顆粒原料，是回轉(zhuǎn)窯最大的優(yōu)勢。目前回轉(zhuǎn)窯的技術(shù)進展，在于通過余熱利用、富氧等技術(shù)，盡可能降低能耗，或者能夠使用低熱值的燃料，進而降低生產(chǎn)成本。4 套筒窯技術(shù)進展套筒窯最初由德國貝肯巴赫公司引進，也稱“環(huán)形套筒窯”，隨后意大利弗卡斯公司在此技術(shù)上開發(fā)出“梁式橋”套筒窯，目前套筒窯國產(chǎn)化已經(jīng)比較成熟，但常規(guī)套筒窯對燃料要求，仍必須是熱值在1800kcal/Nm3以上的氣體燃料，而不能像回轉(zhuǎn)窯、雙膛窯一樣能夠直接采用煤粉作為燃料，其適用性收到限制。目前國產(chǎn)套筒窯已出現(xiàn)采用煤粉的類型，但采用低熱值燃料仍在開發(fā)中。套筒窯的局限在于耐材結(jié)構(gòu)復(fù)

15、雜、砌筑和維護困難，雖然其耐材壽命和雙膛窯一樣，均能夠達(dá)到6年，遠(yuǎn)大于回轉(zhuǎn)窯的2年，但其采用的耐材重量仍是3種窯型中最多的。5 雙膛窯技術(shù)進展雙膛窯也稱并流蓄熱式石灰豎窯，最初由瑞士麥爾茲公司引進，后被德國伯利休斯公司收購；另外意大利西姆公司也開發(fā)類似結(jié)構(gòu)的雙膛窯。引進雙膛窯截面有圓形、D型、方形幾種，但相對成熟穩(wěn)定的600t/d窯型，仍只有圓形截面窯型。傳統(tǒng)雙膛窯可采用煤粉、煤氣、氣煤混燒等燃料，但仍要求混合燃?xì)鉄嶂翟?800kcal/Nm3以上。目前國內(nèi)已出現(xiàn)采用低熱值燃料（800kcal/m3高爐煤氣）的雙膛窯，但單窯產(chǎn)量只有400-450t/d。雙膛窯有細(xì)粒窯和普通窯型，細(xì)粒窯通過分級

16、布料，能夠使用25-40mm的原料，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量和回轉(zhuǎn)窯相當(dāng)，能耗遠(yuǎn)低于回轉(zhuǎn)窯，但目前單窯產(chǎn)量最大只有400t/d。普通窯型的雙膛窯，使用40-80mm的原料，目前單窯產(chǎn)量最大800t/d。就耐材而言，雙膛窯是3種先進窯型中，耐材砌筑最簡單、用量最少的窯型。雙膛窯是公認(rèn)能耗最低的先進窯型，但過去由于國產(chǎn)化率低、專利保護等因素，造成投資較高。國內(nèi)為回避專利保護，也出現(xiàn)過變形的橢圓形雙通道截面、C型截面（環(huán)形）等窯型，但實際使用中，傳統(tǒng)的圓形單通道截面窯型仍是投資最低、耐材最簡單的窯型。目前隨著國產(chǎn)化水平的提高，國外相關(guān)專利保護的過期失效，全國產(chǎn)化自主知識產(chǎn)權(quán)的雙膛窯開始推廣，大大降低了雙膛窯

17、的造價，并出現(xiàn)了更多創(chuàng)新。如我公司總包并投產(chǎn)的廣西8座600t雙膛石灰窯，采用自主專利，能夠直接使用熱值850Kcal/m3的高爐煤氣，對燃料的合理利用意義重大。6 結(jié)論 通過國內(nèi)石灰技術(shù)人員的努力，在回轉(zhuǎn)窯、套筒窯、雙膛窯這3種行業(yè)鼓勵的先進高活性石灰窯上，都取得了一定的創(chuàng)新和應(yīng)用。相信隨著國家節(jié)能環(huán)保政策的提高，先進高活性石灰窯技術(shù)定能取得更多的創(chuàng)新和推廣。南京凈環(huán)熱冶金工程有限公司簡介公司是一家提供節(jié)能減排技術(shù)和工程實施服務(wù)的工程公司，具有工程設(shè)計、設(shè)備制造、技術(shù)研發(fā)、工程總承包能力。市場涵蓋冶金、機械、有色、環(huán)境保護、煤炭氣化等行業(yè)。典型工程技術(shù)案例ü 雙膛石灰窯（麥爾茲窯），高爐煤氣/煤粉/高熱值燃?xì)饩墒褂?。適用原料20-40mm（330t/d細(xì)粒窯）；40-90mm（400t/d，600t/d標(biāo)準(zhǔn)窯）。廣西建成近10座。ü 燃煤鍋爐超低排放技術(shù)（粉塵<5mg/m3，SO2<35mg/m3，NOx<50mg/m3，Hg0.03<mg/m3）。完成國電多個深度凈化工程，脫硝+脫硫+濕式電除塵。參與中鋁