技術文章

煤氣發生爐煤氣生產石灰的新技術應用

2013-09-13 17:57:11 來源：

      煤氣發生爐煤氣生產石灰的新技術應用
     煤氣發生爐作為煤碳氣化設備，它以設備投資小、上馬快、使用安全方便、操作簡單、節能減排等優點，在30年發展的歷程中經歷了不斷更新完善，已經廣泛用于機械、冶金、化工、有色、建陶、玻璃等熱加工行業中。它深受中小型熱工行業的歡迎選購使用。
    作為氣體燃料徹底取代了傳統用固體、液體燃料的熱加工工藝方式，提高了熱加工質量，改善了工廠環境，節省了能源的消耗，減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益和社會效益，它還是在熱工行業中占了主要地位，煤碳氣化工程有著廣泛的發展前景。
在從傳統產業轉向高科技產業的今天，隨著我國新型工業化的快速發展，對工業石灰的質量要求也日漸提高。尤其是各大鋼鐵企業煉制精品鋼及特種鋼材以及電石灰等企業需要高活性、低磷硫的優質石灰，而目前我國石灰生產企業除了鋼鐵企業自身投資建設的先進石灰窯能滿足生產要求外，大部分石灰生產企業受沒有合適氣源及投資成本的制約，只能選擇煤石混燒的窯型生產冶金石灰，雖然煤炭混燒窯也可以生產高品質石灰，但是對燃料有特定要求，需要使用無煙煤、焦炭、蘭炭等作為燃料，各地區資源豐富的煙煤等資源無法利用，因此，采用更廣泛的煤炭資源使用煤氣發生爐氣燒生產高品質工業用灰成為眾多業內人士共同研究的課題。
    一、   氣燒石灰的現狀
    利用焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣為氣源煅燒石灰已經是相對成熟的的技術，目前國內鋼廠充分利用自身富余煤氣，采用回轉窯、弗卡斯窯、套筒窯及麥爾茲窯等窯型來煅燒活性石灰。可是，除了鋼鐵廠或臨近鋼鐵廠及焦化廠的石灰企業能利用靠近氣源這一便利條件可以利用以外，大部分石灰生產企業只能“望氣興嘆”。于是業內同仁都不約而同的將目光放在了煤氣發生爐上，希望籍此尋求到氣燒石灰的新途徑。
    二、   關于煤氣發生爐
   煤氣發生爐*早由德國于上個世紀初發明，解放后由前蘇聯傳入我國。早期主要是用于化肥及民用燃氣領域，后來伴隨國家環保政策的要求，于上世紀90年代逐步擴大應用于金屬鍛造、熱處理、軋鋼、陶瓷等行業。煤氣發生爐爐型主要有一段式、兩段式發生爐、魯奇爐、沸騰爐等。目前國內使用*多的是一段式及兩段式煤氣發生爐，可以說，利用煤氣發生爐產生煤氣的技術是相對成熟的。
所謂煤氣發生爐的出爐煤氣，是指煤在煤氣發生爐內氣化反應所產生的，自煤氣發生爐出口導出未經凈化的煤氣。該煤氣由單一可燃氣體成分（CO、H2、CH4）、氣態烷烴類化合物（CmHn）、H2S、不可燃氣體成分（CO2、N2、O2）以及焦油蒸汽、粉塵固體微粒和水蒸汽所組成。
   1、煤氣氣體組成及煤氣熱值：
　氣化煙煤時，煤中的CO含量較高，而且還會有少量的CmHn，煤氣熱值也較高；氣化無煙煤時，CO和CH4含量都較氣化煙煤時要低，煤氣熱值也即較低；氣化褐煤時，CO含量較低，但H2和CH4相對也要高一些，煤氣熱值也較高，但是，褐煤的氣化產率較低，僅為2Nm3/kg(煤)左右，而氣化煙煤或無煙煤時，氣化產率可達3～3.5 Nm3/kg(煤)。
               表1 幾種煤氣化時煤氣組成及煤氣熱值

煤種	煤氣氣體組成							煤氣熱值
煤種	CO	H₂	CH₄	CmHn	O₂	CO₂	N₂	MJ/Nm³
無煙煤	25-30	15-18	0.5-1.5	—	0.1-0.3	4-8	49-51	5.23-5.86
煙煤	28-31	12-16	1.5-3	0.1-0.3	0.1-0.3	4-6	48-50	5.86-6.70
褐煤	24-26	17-19	3-3.5	—	0.1-0.5	6-8	46-48	6.07-6.28

    三、將煤氣發生爐應用在石灰煅燒出現的問題
      近幾年，將煤氣發生爐與石灰窯結合起來煅燒石灰應該說目前在國內的技術還處于推廣應用階段，不同的技術應用其結果差別很大，有些企業生產一直不很成功，分析來說主要有以下幾個難點需要解決：
    1,煤焦油的收集處理。由于煤氣發生爐主要以煙煤為燃料，因此產生的煤氣中含有大量的焦油，如果焦油冷凝的話，會合煤氣中的粉塵雜質粘合起來堵塞管道及燒嘴，在很短的時間內就會造成停爐清淤。而如果采取措施清除焦油，將面臨以下問題，首先就是除焦方式問題，目前國內用于發生爐煤氣除焦方式有兩種，一是水洗除焦，一是電捕焦方式。水洗除焦就面臨廢水的污染問題，因為除過焦后的水中溶解了大量的苯酚等有害物質，如果不經過處理而排掉的話將*的污染環境，而如果處理的話就需要昂貴的投資。電捕焦技術目前在焦化企業使用，技術成熟不會產生污染，而且收集的焦油亦是很好的化工原料，但電捕焦投資巨大且運營成本過高，非一般企業所能接受。
2,發生爐煤氣無壓力，火焰穿透性差。目前除了大型化肥企業及煤化工企業所使用的魯奇爐、沸騰爐等先進爐型屬于加壓爐，出口煤氣壓力較大外，一段式、兩段式煤氣爐都屬于常壓固定床發生爐。煤氣出口壓力都比較小，同高爐煤氣、轉爐煤氣相比壓力要小很多，所以在煤氣不經過加壓的情況下打入石灰窯則火焰穿透性太差，石灰窯內徑稍大就會造成中間生燒而燒嘴附近則過燒的問題出現。因煤氣發生爐煤氣為高熱值煤氣，其火焰噴射距離短，用于圓形豎窯上煅燒石灰窯內經大于2.6m時生過燒明顯增多，大于2.8m后生過燒率已經難以控制，所以目前國內使用煤氣發生爐煅燒石灰的圓形豎窯目前*高產日量一般在70-90噸范圍，制約了石灰窯采用煤氣發生爐煅燒石灰向大型化發展的方向。而要解決壓力問題就要另建煤氣柜，設加壓站將煤氣加壓，這同樣會出現投資過大的問題。
    以上兩點是我們在考慮將煤氣發生爐應用在石灰燒制工作中必須要解決的問題。按照常規的思路，要解決以上問題可以考慮建立成套的冷煤氣站，將發生爐出口出來的含有焦油、粉塵等雜質的熱煤氣經過旋風除塵、電捕焦、水淋冷卻后進入煤氣柜，經加壓站加壓后送往石灰窯即可燒出高活性的冶金石灰。可是，這樣的一套設備投資下來，即使不含窯本體投資也要以數百萬計，如果在加上窯本體及其他附屬設施的投資，恐怕遠非一般企業所能接受的。
那么，有沒有其他的方法解決以上問題從而減少投資，使一般的中小型石灰企業都能接受的了呢？
   四、煤氣發生爐煤氣生產石灰的新技術應用
1、采用熱煤氣及加壓方式解決煤氣發生爐燃燒的難題：
唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司近幾年通過與德國“菲普瑞工業爐窯”合作，自2005年起就一直研究煤氣發生爐燒制石灰項目。經過不斷設計應用、改進查閱資料，成功設計出一種將煤氣發生爐應用于石灰燒制的熱煤氣直接煅燒石灰的新技術。
熱煤氣石灰窯主要就是利用發生爐煤氣產生的熱煤氣不經冷卻直接送入石灰窯的生產工藝。一般工業爐尾氣都是常溫或100-200℃左右，而發生爐出來的煤氣溫度是500-600℃之間送入石灰窯內的燃氣溫度每提高100℃就可節省燃氣10-20%，發生爐和石灰窯就近安裝自然就可利用熱煤氣從而就可提高供入窯內燃氣的熱量由此便可增加石灰窯產量降低煤氣消耗。進而降低石灰生產經營成本提高企業效益。
首先，針對煤氣焦油處理問題得以解決，焦油之所以會堵塞管道及燒嘴，其根本原因是因為煤焦油在未進入窯體之前由于管道長在外界空氣冷卻下使煤氣溫度下降，使煤氣中焦油冷凝液化，又由于煤氣壓力小，煤氣中的煤灰等粉塵因重力作用而附著在管道壁上與黏稠的煤焦油混合在一起，日積月累從而堵塞住管道。因此，解決焦油在管道中不冷凝并使之快速進入高溫煅燒帶參與燃燒是很好的解決方法，焦油成分就是碳及芳香烴化合物，易燃且熱值很高，焦油燃燒后即解決了堵塞管道的難題又增加了煤氣熱值，降低了燃料成本。通過在窯體設計預熱利用系統用窯體自身的余熱溫度對煤氣進行加熱、保溫，達到了良好的煅燒效果，目前日產120-200噸范圍的石灰窯采用的熱煤氣煤氣站系統一般可控制在50-100萬元范圍。
2、冷煤氣生產石灰技術應用：
    通過用冷煤氣煅燒石灰是石灰窯產量大型化發展的主要目標，以往國內設計者在設備選型中因沒有對相關配套設備進行認真研究，主要采用、借用了一些其他行業中煤氣凈化設備，沒有針對煤氣發生爐煙氣凈化進行研究，采用的煤氣凈化系統設備都在幾百萬元，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司近幾年通過不斷研究完善，已經設計成功煤氣發生爐煤氣凈化系統專用設備，通過簡化設計后的煤氣站系統由提煤機、氣化爐、空氣鼓風機、加煤機、清灰機、靜電除焦器、煤氣加壓機、焦油循環泵、軟水泵、循環水泵等組成，該系統設備設計工藝簡單實用，投資有很大降低，據測算：日產120-200噸范圍的石灰窯采用的煤氣站系統一般可控制在150-200萬元范圍。
冷煤氣系統生產石灰解決了煤焦油堵塞管道、燃燒器等問題，是生產操作更進一步簡化、穩定，同時降低了石灰生過燒率，冷煤氣站綜合系統尤其適合多座窯及產量較大的企業化、規范化的生產應用。
3、新型燃燒方式及窯型結構的創重應用：
唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司針對煤氣發生爐煤氣壓力低，火焰穿透力差的問題設計了專用煤氣加壓系統，使煤氣發生爐煤氣的壓力可以能夠保證正常燃燒壓力，從而達到煅燒石灰的目的。
無論怎樣加壓，要想正常使用煤氣發生爐煤氣煅燒石灰解決火焰穿透距離短的問題，采用傳統的圓形豎窯窯型和周邊燒嘴的方式生產要想生產100噸以上石灰是行不通的，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計研發的新型國產化雙室環形套筒石灰窯新技術解決了使用煤氣發生爐煤氣煅燒石灰窯窯型大型化的問題，通過結合各種先進設計理念，通過巧妙的改進燃燒方式，即保證了煤氣壓力。這樣，即保證了煤氣的充分燃燒，有保證了窯內熱量均勻傳導，從而保證煅燒出高質量的活性石灰，石灰日產量可以在100-500范圍選擇。
   “環形雙室低壓焙燒套筒窯”是唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司近期自行研發的具有自主知識產權的新技術，具有熱耗低，石灰活性度高，結構簡單，燃料適應性強的特點，與傳統的石灰窯相比，石灰在環形空間內煅燒，氣流分布更均勻，窯內無冷卻設備，故障率低，易于維護。
該項技術的低壓焙燒方式采用隔焰燃燒技術，適用于鋼鐵行業利用高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣以及電石、化工行業利用電石爐尾氣等技術生產高質量石灰，尤其適用于焦爐煤氣、煤氣發生爐煤氣、天然氣等高熱值燃氣的短焰燃燒特性，同時也可以使用煤粉噴吹煅燒石灰。整個生產系統可實現自動化控制完成，以達到提高石灰質量和節能的目的，從而煅燒出高質量的活性石灰。
主要工藝特性：
（1）、煅燒方式：新技術煅燒方式采用了環形焙燒室低壓燃燒技術，改變了傳統周邊燒嘴直焰煅燒的火焰燃燒死角的弊病，逆流煅燒與并流煅燒相結合，不會使石灰過燒及生燒，又能夠保證石灰的充分分解，使石灰的活性度大大提高，正常生產活性度大于360ml(4N，HCL法十分鐘)。
(2)、    熱耗低：*大限度的使用熱能，冷卻石灰和內套筒的熱空氣以及燃燒產生的部分煙氣通過引射器送入煅燒帶循環，在正常工作和公稱產量條件下，成品灰的熱耗不高于930kcal/kg。
（3）、    作業率高：每年可以連續操作350天。
（4）、石灰石粒度適用范圍廣：可使用20～100mm范圍粒度石料，粒度范圍比可達1：3。
(5)、    新型套筒石灰窯改變了以往豎窯傳統的正壓操作方式，窯內為負壓環境，因此無煙氣和粉塵外溢。
主要結構特點：
(1)、“環形雙室低壓焙燒套筒窯”主要由由內、外筒組成，內筒與外筒同心布置，形成一個環形空間，石灰石就在該環形區域內煅燒。窯體自上而下分為預熱帶，逆流煅燒帶，并流煅燒帶和冷卻帶。
(2)、在窯底部設計導風裝置及窯內筒承重裝置，設計安裝窯體內筒使內筒與外筒之間形成一個合理的環形焙燒帶，窯內筒砌筑與外筒耐火材料相同的耐火保溫層，在窯體外部煅燒帶部位設計外環燃燒室，在窯體內部內筒煅燒帶部位設計內環燃燒室，內環與外環燃燒室設計雙層多孔噴火口使之在爐內環形煅燒帶內形成一個多層火道的、火焰穩定的焙燒氣氛。耐火材料主要是鎂鋁尖晶石磚、高純莫來石、高鋁磚、粘土磚、高密度粘土磚等，根據砌筑部位的工作條件的不同分別選用。
(3)、    焙燒方式采用并流煅燒方式，并流煅燒是套筒窯整個煅燒工藝的關鍵，石灰*終在這個區域內燒成。高溫煙氣經料層煅燒石灰，然后從下內筒底部均布的循環氣體入口處進入下部料倉，循環氣體裝置與窯內筒承重裝置為一體結構。
(4)、在內外套筒燃燒室外部設計安裝低壓穩流燃燒噴射裝置，內外燃燒室安裝多功能燃燒器。燃燒室煅燒帶可以使用燃氣煅燒也可以使用煤粉噴吹燃燒。
(5)、內套筒頂部設計有均料裝置及窯內筒保護裝置下進氣口至套筒窯上部廢氣出口為預熱帶，煅燒后的廢氣有70%經過預熱帶預熱石料。
(6)、與傳統套筒窯相比，該項新技術改變了原傳統氣燒窯周邊單體燒嘴（外周）直焰單向煅燒方式，實現了雙向隔焰對流焙燒技術，使石灰煅燒溫度火焰無死角，實現了內筒與外筒同時煅燒，使煅燒帶溫度更均勻、煅燒截面積范圍更廣泛，尤其是窯內內筒焙燒室煅燒操控技術是整個煅燒系統核心技術，其結構簡單實用。
(7)、該項新技術的經濟性是一個顯著亮點，與國外傳統套筒窯相比工程投資降低了60%以上，如：國內優化設計后的傳統套筒窯日產300噸環形套筒窯投資至少需要4000萬元，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計的新一代“環形雙室低壓焙燒套筒窯” 日產300-350噸環形套筒窯投資只需要1000-1500萬元范圍，同等產量下比普通簡易氣燒豎窯投資還要低，極具推廣價值。
通過以上設計，窯內壓力、氣流及溫度在環形截面及整個石灰石料層中得到了均衡分布，保證了石灰石焙燒的均勻性，提高了產品的質量，同時降低了產品單耗，與傳統石灰窯相比，設備對原料的適應性也更強。
     唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計的新一代“環形雙室低壓焙燒套筒窯”由于結構緊湊，占地面積小，能耗低，石灰活性度高，生、過燒率低，經濟效益明顯，該窯會被越來越多的廠方所青睞。同時，它可以以煤氣發生爐煤氣為燃料，取代了焦炭等固體燃料，大大降低了CO、so2等污染物的排放，環保效應明顯，該項技術在冶金行業及其它工業領域必將得到廣泛的應用。
   唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司通過對氣燒窯原理的分析及煤氣發生爐煤氣的特點研究,通過合理的窯型設計,解決了目前發生爐煤氣煅燒石灰的難題,煅燒高品質活性石灰。
      雖然用煤氣發生爐生產石灰所用煤耗高于直接用煤炭的石灰窯，實際上使用發生爐煤熱煤氣氣石灰窯燒石灰可以使用煙煤等煤炭資源，是有效解決用煙煤生產石灰的有效方法，同時生產的石灰因為質量好其價格高于煤炭混燒石灰窯生產的石灰，經過實際生產測算比直接用煤燒石灰的綜合成本費用可降低10%左右，而且大大降低了石灰生產工人的勞動強度，更重要的是減少了空氣污染很容易即可實現環保達標。該工藝*適合沒有廢氣、尾氣的石灰企業生產高質量的優質工業石灰，也適合傳統老式煤燒石灰窯改氣燒窯的企業。

留言