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利用工業尾氣生產高活性石灰的新技術應用

2013-10-09 16:50:30 來源：

              利用工業尾氣生產高活性石灰的新技術應用
     傳統的石灰燒制是使用固體燃料，包括：煤、焦炭來燒。現在隨著人們能源節約意識加強和國家對環境保護的要求，從八十年代開始逐步發展起來了用氣體燃料燒制石灰。近兩年發展更為迅速，甚至接近普及，尤其利用工業尾氣作為燃料進行石灰生產技術發展更加迅猛。
     氣燒石灰窯就是用氣體燃料燒制石灰的爐窯叫氣燒石灰窯，現在可用作燒石灰的氣體燃料有：高爐煤氣、轉爐煤氣、蘭炭煤氣、焦爐煤氣、天然氣、發生爐煤氣、沼氣等各種可燃氣體以及電石尾氣和黃磷尾氣等尾氣氣源，用各種工業尾氣煤氣燒石灰是一項非常好的節能環保技術，只是不同氣體成分不同燃燒火焰長短也就不同所以必須根據燃氣設計不同的窯型。
     氣燒石灰窯的煅燒特點是沒有煤碳燃燒后形成的大量煤灰粉塵，它也不需要燃料和石灰石的配比及混合，計量裝置也非常簡單，在生產中氣體火焰可有效插入所有石灰石的縫隙中，用煤氣燒出的石灰無雜質同時對溫度的調節手段比固體燃料容易的多。
氣燒石灰窯是目前*環保的煅燒石灰的方式，利用爐窯尾氣燒石灰時尾氣中的不少有害成分通過在窯內燃燒后同氧化鈣(CO)發生反應，大部分有害氣體被燒損和減少甚至消失，如一氧化碳(CO)被燃燒掉，氫氣(H2)這些燃氣在石灰窯內燃燒形成的還原性氣氛中煅燒碳酸鈣(CaCO3)成氧化鈣(CaO)，石灰的煅燒溫度在1100℃，其中*有害的物質二氧化硫在1000℃以上便失去存在條件，再加上石灰本身就是脫硫劑所以氣燒石灰窯基本沒有硫污染的因素。
    氣燒石灰窯雖然有諸多優越性，但是也必須明白氣燒石灰窯是八十年代后才發展起來的新工藝，不像煤燒石灰窯幾千年前就廣泛使用了，所以用氣燒石灰特別是爐窯尾氣燒石灰必須要有一定的技術根基，從熱工方面講氣種不同它的熱值就不同燃燒的情形也不同，從安全角度講所有燃氣都有毒有害，同時都有易燃易爆的特性，所以建氣燒石灰窯必須要根據燃氣的成分、熱值、壓力、流量等諸多方面考慮也就是說氣燒石灰窯必須根據所用燃氣性質來設計窯型、工藝、及配套裝置，如供風裝置、燃燒裝置、上料布料裝置、卸灰裝置等等，像唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司近年來致力于氣燒窯的研究，針對不同燃氣設計了不同形式的窯型如圓形豎窯、矩形豎窯、啞鈴型豎窯、套筒型窯、雙梁窯、回轉窯等等窯型和不同結構的燃燒器包括外混式內混式非混式等等多種型號的燃燒器。
    從燃料結構區分，目前國內主要應用的工業尾氣氣燒石灰窯主要有以下類型：
           一、高爐煤氣石灰窯
     煉鐵高爐在生產中通過高壓鼓風機鼓風，通過熱風爐加熱后進入了高爐，這種熱風和焦炭助燃，產生二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙熱的焦炭產生一氧化碳，一氧化碳在上升的過程中，還原了鐵礦石中的鐵元素，使之成為生鐵，這就是煉鐵的化學過程。鐵水在爐底暫時存留，定時放出用于直接煉鋼或鑄錠。這時候在高爐的爐氣中，還有大量的過剩的一氧化碳，這種混和氣體，就是“高爐煤氣”。這種含有可燃一氧化碳的氣體，是一種低熱值的氣體燃料，可以用于冶金企業的自用燃氣，如加熱熱軋的鋼錠、預熱鋼水包等。也可以供給民用，高爐煤氣為煉鐵過程中產生的副產品，高爐煤氣是無色、無味、有毒的易燃易爆氣體，比重0.9-1.1，理論燃燒溫度1500℃左右，著火溫度730℃左右，爆炸極限30.8%-89.5%,主要成分為:CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量約占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、 N2的含量分別占15%、55 %，熱值僅為3500KJ/m3;左右。高爐煤氣的成分和熱值與高爐所用的燃料、所煉生鐵的品種及冶煉工藝有關，現代的煉鐵生產普遍采用大容積、高風溫、高冶煉強度、高噴煤粉量的生產工藝，采用這些先進的生產工藝提高了勞動生產率并降低能耗，但所產的高爐煤氣熱值更低,因高爐煤氣熱值較低，生產中混入一定配比的轉爐煤氣是提高石灰窯生產系數的不錯選擇。
     根據國內高爐生產特性計算，現在高爐煤氣熱值可以達到約850千卡左右，根據煅燒石灰需要的熱能計算，理論上每燒1噸石灰約需1200M3左右高爐煤氣，在實際石灰的生產中一般都在1600-1800m³范圍，主要原因是沒有換熱設備，如果設計使用煤氣預熱、空氣預熱系統可以節省20-30%的煤氣用量，可以控制在每燒1噸石灰約需1200-1400M3范圍高爐煤氣。

           二、轉爐煤氣石灰窯
    轉爐煤氣是轉爐煉鋼過程中產生的附產品，每煉一噸鋼將產生煤氣量在100M3左右，熱值在1600-2000大卡屬于潔凈能源，用作石灰豎窯煅燒活性石灰燃料是非常理想的利用方式并有好的節能環保效果。
   轉爐煉鋼過程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合氣體。回收的頂吹氧轉爐爐氣含一氧化碳60～80％，二氧化碳15～20％，以及氮、氫和微量氧。轉爐煤氣的發生量在一個冶煉過程中并不均衡，成分也有變化。通常將轉爐多次冶煉過程回收的煤氣輸入一個儲氣柜，混勻后再輸送給用戶。
    轉爐煤氣是鋼鐵企業內部中等熱值的氣體燃料。可以單獨作為工業窯爐的燃料使用，也可和焦爐煤氣、高爐煤氣、發生爐煤氣配合成各種不同熱值的混合煤氣使用。轉爐煤氣含有大量一氧化碳，毒性很大，在儲存、運輸、使用過程中必須嚴防泄漏。
    煤氣的熱值，是煤氣質量的一個*重要指標，也反映了煤氣回收水平。目前，國內大部分企業回收轉爐煤氣的熱值在1600kcal/Nm3~1700kcal/Nm3。寶鋼代表了國內的*高水平，其轉爐煤氣熱值達到了~2000kcal/Nm3。相比之下，有些企業雖然轉爐煤氣回收體積數較多，但是煤氣熱值較低，有的甚至低到~1500kcal/Nm3，這是片面追求煤氣數量而忽視煤氣質量的一個做法，國內企業應重視提高回收轉爐煤氣的質量，在保證煤氣量的同時，努力提高煤氣熱值。
     轉爐煤氣按標準熱值7500KJ/Nm3來考慮，各個爐型的轉爐可以達到的煤氣回收量如下表所示：
表1              不同爐型轉爐煤氣回收情況

指標	小型轉爐	中型轉爐	大型轉爐	特大型轉爐
轉爐噸位（t）	<50	50~120	120~180	≥210
轉爐煤氣回收量（Nm³/t）	40~70	60~90	70~100	80~110
折合回收余熱量（GJ/t）	0.3~0.53	0.38~0.64	0.56~0.71	0.6~0.83

   轉爐煤氣可以替代傳統的焦炭和煤粉用于石灰生產，該技術已經十分成熟。和焦爐煤氣、高爐煤氣比較，轉爐煤氣熱值適中非常適合氣燒石灰窯的生產需要；并且轉爐煤氣中基本不含S，是生產煉鋼用低硫石灰的優質燃料。國內首鋼、馬鋼、包鋼、梅鋼、萊鋼等企業已經在使用轉爐煤氣生產活性石灰，并取得了良好的經濟效益。

              三、焦爐煤氣石灰窯
   焦爐煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦爐中經高溫干餾后，在產出焦炭和焦油產品的同時所得到的可燃氣體，是煉焦產品的副產品。主要作燃料和化工原料。每煉一噸焦炭可產生300-320立方米的焦爐煤氣，利用焦爐煤氣生產石灰每噸石灰需要250m³左右焦爐煤氣，也就是說每生產一噸焦炭所產生的煤氣就可以生產一噸石灰，也可以理解為有多大年產量的焦化廠就可以配套建造多大年產量的石灰廠。
     焦爐煤氣主要由氫氣和甲烷構成，分別占56%和27%，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氧氣和其他烴類；其低發熱值為18250kJ/Nm3，密度為0.4~0.5kg/Nm3，運動年度為25×10`(-6)m2/s。
    凈化后的焦爐煤氣是無色、有臭味、有毒的易燃易爆氣體，比重0.3623，熱值16800-18900kj/m3,著火溫度550-650℃，爆炸極限4.5%-35.8%，理論燃燒溫度2150℃左右。焦爐煤氣中的CO含量較高爐煤氣少，但也會造成中毒事故。
    焦爐煤氣是焦炭生產中產生的尾氣，它對大氣污染源非常非常嚴重但利用起來又是很好的能源，如果利用焦爐煤氣來燒石灰來說是利國利民又利企業的好事。但由于焦爐煤氣的固有化學份和燃燒特點用純焦爐煤氣燒石灰豎窯就需要特定的窯型和技術。近年來有不少企業嘗試用純焦爐煤氣燒石灰窯由于缺少經驗選擇窯型不當走了不彎路，因為焦爐煤氣以含氫氣為主，它熱值高、火焰短，通過燃燒器內預混合一出燒咀就燃燒，使燒咀周圍溫度很高，而窯中心確沒有火焰這樣就形成邊緣過燒中間生燒，活性度很低，甚至使燒一段時間后爐窯壁結瘤把爐襯損壞。所以很多單位不敢再上焦爐煤氣石灰窯。唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司這幾年年致力于這方面研究，并通過研究和實驗和研究設設計出了多座純焦爐煤氣石灰窯并掌握了這一工藝技術，使節焦爐煤氣在爐內燃燒時的熱值控制在1200度以內。并設計制造了外混式長火焰燒咀燃燒器（火焰長度可達到二米至四米）解決了焦爐煤氣熱值高、火焰短，邊緣過燒和中間生燒的問題。實際利用焦爐煤氣燒石灰它還有一個獨特的優點，因為它含氫（H2）高，而氫氣在石灰窯內還原氣氛中可防止石灰和燃料中含有的雜質與一氧化碳之間的造渣反應。從而生成白色度高的多孔質石灰，即高活性石灰.這是其它燃料不具備的。現在有焦爐煤氣放空是一很大浪費若利用起來燒石灰就有可收到了很好的經濟效益和社會效益。
    四、其他工業尾氣石灰窯
    尾氣是工業生產中產生的煙氣，含化學氣體和煙塵，所有煙塵都有毒有害。自然排放會對大氣造成嚴重污染，對人體和植物、生物的生長都會造成很大傷害。尾氣中的化學成分主要有可燃燒的氧氣、一氧化碳、氫氣、甲烷和不可燃的二氧化碳、氮氣等。尾氣中的可燃性氣體有一定熱值，若利用起來是很好的能源，尾氣的成分不同它的熱值也不同，用途和利用方式也就不同。一般可用來燒鍋爐、發電、和燒石灰。燒鍋爐用氣量有限，發電用氣量大對尾氣質量要求也較高，投資相應也較大。還有的是煙氣凈化難度大不好利用。唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司專門研究尾氣利用技術特別研究設計了“節能環保尾氣石灰窯”為各種尾氣的利用開辟了*好的途徑。除煉鐵高爐煤氣、煉鋼轉爐煤氣、焦爐煤氣以外還研究開發了蘭炭煤氣、電石尾氣、炭黑尾氣、黃磷尾氣、甲荃尾氣等多種尾氣石灰窯。針對不同尾氣的成分特點和不同熱值設計有不同尾氣所適用的窯型和燃燒裝置，結構簡單合理，工藝先進可靠可實現能源節約、環保達標，提高效益。
    五、工業尾氣氣燒石灰窯的窯型選擇及新技術應用
    利用工業尾氣煤氣生產活性石灰的石灰窯主要窯型有圓形豎窯、矩形豎窯、套筒窯、雙梁窯、回轉窯等窯型。
    唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司*新設計研發的立式節能環保石灰窯功能特點如下：
　　1、在爐內中部煅燒帶通過專利技術新型燃燒器進行煤氣噴燒，能保持1050℃恒溫發火，正壓噴燒，爐內煅燒帶分解出的CO2氣體設有旁路排出通道，這樣即能減輕分解帶的壓力，使石灰石分解更透徹，提高石灰品質，增加產量。同時也可防止CO2氣體上升時產生的滅火副作用和降溫作用，保證煅燒帶的1050℃全時煅燒。

　　2、通過對窯型的優化設計及增加窯體操控裝置，使爐內石灰石與石灰能整體勻速水平下落，爐內絕無滯留死角，這樣使每塊石灰石在爐內受熱煅燒時間和受熱溫度完全一致，石灰石內的*后一個二氧化碳分子剛好揮發掉，灰塊離火即進入冷卻帶，迅速冷卻，通過新型爐底專用調速出灰機的調速機控量功能實現快速排料，保證了石灰的高活性，這就是全活性石灰，活性度均達340mi以上。
3、通過增加新型新型布風裝置有效解決了石灰生燒與過燒的難題，使產出的石灰都保留了*高的活性度。
4、工業尾氣氣燒窯的燒嘴很關鍵，無論哪種燃氣都一樣，燃料氣種不同，氣的熱值不同它燃燒的熱量也就不同，燃燒的快慢也不同，燃燒時的火焰狀態也不同，同時裝入窯內的石灰石它的空隙也不同使它穿插入的條件就不同，而且煤氣的壓力也不盡相同，這就都需要配置相應的設備和進行相應的調整調節才行。尤其是火焰，煤氣的火焰是煤氣中的可燃成分在有氧氣（空氣）混合并接觸明火后方可產生的，它的燃燒狀態很大程度上決定于和氧氣的混合方式和混合程度，不同的可燃成分需要不同的氧氣量，只有氧氣量供應適當而且混合得好才會燃燒充分。就火焰而言它就有層流焰，擴散焰、紊亂焰等等而它的基本規律是空氣與煤氣混合愈充分燃燒就愈完全燃燒速度也就愈快，而火焰就愈短，混合條件差火焰燃燒慢，火焰熱量低，火焰走的長。加之火焰必須能夠穿插入窯內石料的所有縫隙中那就必須有足夠的壓力，而火焰到各部位的熱量基本一致，因而也就得知石灰窯的燃燒燒嘴必須根據這些原則來設計和制造。無論使用哪種燃氣沒有與之相適應的燒嘴和設計合理的燒嘴是不會燒好石灰的，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計研發的多種型號的燃燒器根據不同工藝要求進行設計制造，完全滿足了不同工業尾氣的燃燒特性要求。
5、優化設計配備配備唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司自主開發的全自動機械化卸料.全自動多點布料，實現一體噴燒,同時實現了直焰燃燒與隔焰燃燒綜合應用技術，其節能效果尤為明顯，一般節能40%左右，完全實現無煙恒溫噴燒，并且可隨意調整爐內溫度。
       組稿：唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司總工室
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