豎窯采用褐煤（煙煤）生產活性石灰獲得重大技術突破
—介紹一種石灰成本低于百元、利潤超過百元的新型石灰豎爐
一、褐煤的基礎知識及資源分布
1.1世界褐煤資源
煤炭分為硬質煤和軟質煤，硬質煤包括煙煤和無煙煤，約占世界煤炭總儲量的60%，軟質煤即為褐煤，約占世界煤炭總儲量的40%。褐煤資源又分為硬褐煤和軟褐煤（俗稱土狀褐煤）兩大類。其中硬褐煤主要分布在歐洲地區，其次為亞洲和北美洲。美國、俄羅斯和中國三國硬褐煤儲量*多，俄羅斯的軟褐煤儲量*多，約占世界軟褐煤儲量的30%左右；其次為德國，約占20%以上；澳大利亞和美國的軟褐煤約占世界的10%左右；前南斯拉夫和波蘭各占5%左右。中國的軟褐煤主要分布賦存在云南省的晚第三紀地層中，其中昭通煤田的儲量*大，達80億噸以上。世界褐煤的可采儲量約為3283億噸，約占世界煤炭可采儲量10390萬億噸的31.6%。在世界6大洲中，褐煤資源主要分布在歐洲。
1.2我國的褐煤資源
我國已探明的褐煤保有儲量達1300億噸，占全國煤炭總儲量的13%。我國的褐煤資源主要分布在內蒙古自治區和云南省。和內蒙古的褐煤相比，云南褐煤的煤化程度低，以晚第三紀為主，煤層埋藏淺，適合于露天開采，同時礦點分散較多，主要分布在昭通煤田、小龍潭煤田、先鋒煤田和蒙自煤田，其中昭通煤田儲量較大。
昭通煤田位于云南省東北部的昭通市境內，市區正位于煤田中部。昭通煤田為不規則的橢圓形含煤盆地，是我國南方已發現并探明的*大褐煤盆地，南北長約15公里，東西寬13公里，含煤面積142平方公里，煤層厚度一般為30～40米，*厚為193米。目前已探明儲量為80億噸以上，占云南省探明儲量的60%，大部分儲量可供露天開采。
1.3褐煤的綜合利用
幾種利用褐煤的方法，主要包括直接燃燒、低溫干餾、煉焦、氣化、加氫液化褐煤的物理化學性質
1.4 褐煤的特性
褐煤屬于煤的一類，褐煤的煤化程度僅高于煤泥的精煤，是一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。
褐煤的物理化學性質如下：褐煤富含揮發份，所以易于燃燒并冒煙。含有可溶于堿液內的腐殖酸。含碳量60％-77％，密度約為1.1-1.2，揮發成分大于40％。無膠質層厚度。熱值約為23.0-27.2兆焦/公斤（5500-6500千卡/公斤）。多呈褐色或褐黑色，相對密度1.2-1.45。
褐煤的特點
褐煤的質量指標隨井下采面條件而變化，存在一定的不確定性。褐煤具有“兩高三低”顯著特點：
1）水分高
一般含水量在32～42%之間，作為工業動力用煤，褐煤入爐后其高含水將使爐其本身原有的溫度降低，直接影響用戶的經濟效益。所以，電力煤《合同》規定水分限在8%以下，每超過一個百分點，扣400元左右；因此必須使用褐煤烘干機對褐煤干燥提質。
2）揮發份高
一般在40～50%之間，電力用煤規定不能超過40%，揮發份高易加大爐膛復額，產生爐膛爆炸。
3）發熱量低
一般平均熱值在3000大卡以下，工業動力用煤規定低于4600大卡為劣質煤，并拒付款。可見在激烈的市場競爭中提高褐煤的熱值有多么的重要；
4）密度低：易風化，遇水自然，銷售半徑限于400公里以內；
5）灰熔點低：一般的灰熔點約為1150℃。
褐煤的用途和分布
褐煤主要用于發電廠的燃料，也可作化工原料、催化劑載體、吸附劑、凈化污水和回收金屬等。通常有兩種：（1）土狀褐煤，質地疏松而較軟；（2）暗色褐煤，質地致密而較硬。可直接用作家庭燃料、工業熱源燃料及發電的燃料，也可用作氣化、低溫干餾等的原料。焦化后的褐煤可制作為煤磚用于炊事和加熱；它也作為活性炭的來源，用于水處理、復原黃金和提取碘。
在世界上的某些地方，把褐煤用作熱源燃料和化學制品及氣體與液體燃料的原料。中國褐煤量只有2118億噸，與世界褐煤資源量約占世界煤炭資源總量的1/3相比，比例也很低，約占全國總資源量的1/20以下，主要分布在內蒙古東部、云南東部、東北和華南也有少量。
在目前全球能源日趨緊張的形勢下，褐煤的經濟價值被世界能源界所重視，工業中直接燃燒褐煤需要干燥提質才能使用，但是褐煤干燥提質技術目前需要烘干機等干燥設備，不但設備投資較大而且二次加工費用也較高，除大型工廠具備條件的可以考慮應用外，絕大多數小型企業及民間用戶主把目光都放在了直接燃燒褐煤及氣化技術的發展與應用上。
二、一種生產成本低于百元、利潤超過百元的新型石灰豎爐研發成功
采用褐煤（煙煤）生產石灰是業界一直探索研究的課題，尤其采用豎窯生產石灰采用褐煤的技術在國內還是空白，雖然有些企業一直在探索使用煙煤生產石灰，因為采用的石灰窯技術落后在生產中極難操控而且石灰質量也極差，生產成本高、只能作為低級的修路石灰使用，同時也因其生產的石灰質量差石灰售價較低，效益較差，目前國內采用褐煤用豎窯生產石灰的先例還沒有，如何采用褐煤（煙煤）生產高質量的石灰是唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司多年以來的重點研發方向，通過調取國內及國外各地區褐煤及煙煤的相關數據，利用熱重分析儀研究褐煤的燃燒特性及在石灰生產中的各種影響，通過近百次的實驗，掌握了褐煤及煙煤的燃燒著火及燃盡性能的燃燒特性指數S的數據及可燃性指數C和著火穩燃特性綜合判別指標Rw，研發成功了適用于褐煤和煙煤在石灰生產中的添加劑（催化劑），可有效的降低煤炭的著火溫度，改善了煤炭的著火特性，提高了煤炭的燃燒速率，并根據熱動力學方法通過計算機模擬在石灰豎爐中各過程的熱動力學參數設計了適合褐煤及煙煤煅燒石灰的新型窯型結構，同時在實際生產摸索中逐步完善了各項生產操作方法。該項技術的催化劑配方及窯型已經申請了專利并進入推廣階段。
該項技術有如下特點：
改善窯頂裝置，使生產更易操作：在生產操作中與無煙煤（焦炭）豎窯的生產操作方式基本一樣，無需增加其他操作設備，在原始的無煙煤豎窯使用褐煤及煙煤生產石灰時由于褐煤（煙煤）揮發分高、灰分高、水分高、燃點低、固定碳低、含硫高等原因，致使在豎窯生產中窯頂頂溫過高（350-500℃）、煤炭燃燒速度快、能耗高、生產不易操控、石灰品質及品相差、石灰雜質高需要人工挑揀、除塵不易治理等，該項技術設計的窯頂循環風裝置及吸氣降溫裝置和閉路上料結構完全的解決了上述問題，可以使窯頂溫度控制在150-180℃以下，窯頂頂溫的降低直接反映了能耗的降低水平。
采用煤粉生產，使石灰成品更潔凈：該項技術不采用原始的塊煤煅燒生產，采用價格更低廉的褐煤及煙煤煤粉生產，徹底解決了原始窯型使用煙煤塊煤生產石灰時產生的未燃盡的煤核、不可燃的煤炭雜質以及因煤炭過燒造成的結焦、結瘤等雜質，因采用煤粉生產，使燃料充分燃燒燃盡，生產的石灰基本無雜質，石灰質量及品相完全可與無煙煤及焦炭生產的石灰相媲美。
生產成本極低，使產品更具市場競爭力：在我國煙煤只有無煙煤價格的40-50%，褐煤價格只有無煙煤價格的20-30%，采用褐煤及煙煤生產石灰是降低石灰生產成本的關鍵措施，按照生產一噸石灰用190kg褐煤與130kg無煙煤成本對比可以降低燃料成本至少50元以上，效益非常可觀，按照每天日產200噸產量計算，每月可增加利潤30萬元，僅需半年不考慮石灰生產的直接利潤，僅考慮增加的利潤就可以收回石灰窯的投資。按照褐煤（煙煤）300元左右計算，及石料按照每噸15元計算，如果生產建筑灰直接的生產成本可以控制在100元以內。目前按照唐山市建筑灰*低280元、冶金灰380元計算，每噸石灰利潤至少在150元左右（各地區物價不同，數據僅供參考）。
添加輔料易購，使生產組織更方便：應用該項技術的添加劑（催化劑）可以自制，原料全國各地均有，成本極低，每噸石灰使用的添加劑成本僅為2-3元/噸灰。添加劑（催化劑）的作用主要是改變燃料的著火特性、燃燒特性、著火穩燃特性以及活化能，在抑制揮發分燃燒時間的同時可以催化灰分參與燃燒，催化劑可有效增加煤粉表面的活性，促進了脂肪烴類和芳烴烷基側鏈的斷裂和氣體產物的析出，催化劑在煤的燃燒中充當了氧的活性載體，促進氧氣從氣相向碳表面擴散，從而降低了固定碳表面的著火溫度，而且在燃燒過程中達到了煙氣阻燃抑制了煤炭中硫的揮發，使窯頂煙氣中二氧化硫的排放量減少了80%左右，該項技術的“石灰豎窯專用褐煤（煙煤）粉煤成型及催化劑配方和生產技術”已經申請了專利。
窯型結構簡單，各類豎窯都可改造使用：傳統窯型的豎窯只要窯體有效煅燒高度達到技術數據要求，原則上一般都可以改造使用，一般使用無煙煤（焦炭）的豎窯僅改造窯頂部分煙氣循環及冷卻裝置以及窯底風帽部分改造后就可以生產，而且不影響繼續使用無煙煤生產石灰。目前唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司新設計建造的的褐煤（煙煤）石灰窯既可以使用褐煤（煙煤）生產也可以使用無煙煤（焦炭）生產。
窯型功能多樣，可以燃氣燃煤兩用生產：氣、煤兩用是該項技術的絕對優勢，按照國家環保政策要求，使用煤炭直接燃燒生產石灰越來越難以獲得批準，尤其河北省的北京周邊各縣區已經不再批準燃煤石灰窯建設，采用氣燒石灰是大勢所趨，尤其是采用煤氣發生爐煤氣生產石灰是國家鼓勵推廣的新技術，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司新設計的“第三代氣煤兩用多功能石灰豎爐”技術可以實現燃氣、燃煤兩用生產，既可以單獨使用煤氣發生爐煤氣生產石灰也可以單獨使用煤炭生產，而且可以在使用燃氣生產時配加煤炭混燒以增加產量降低成本，尤其是褐煤和煙煤是煤氣發生爐的好燃料，可以把顆粒煤炭用于煤氣發生爐生產煤氣，把煤粉通過該項新技術用于石灰生產，從而實現購買的混煤煤炭資源全部利用，還可以省去了部分顆粒煤炭需要粉碎的相關費用。鑒于燃氣燃煤兩用石灰窯的燃燒特性，目前單窯產量只能日產80-170噸的石灰。使用煤氣發生爐煤氣生產石灰相對于煤炭直接燃燒生產成本約高20-30元/噸灰，如果煤氣發生爐回收煤焦油外售約40左右/噸灰，生產成本基本可以與煤炭直燃成本持平或低于其成本10-15元/噸灰，如果采用燃氣生產并配加煤炭進行混燒其生產成本是*低的，約低于其他兩個方法20-30元/噸灰。
除塵脫硫一體化，使環保治理優于國家標準：新的除塵技術選擇機械分離法和高壓電捕吸附法、噴淋與鼓泡法相結合的方案而達到治理效果。該項技術為唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司*新專利技術，它由除塵塔、洗滌塔、噴淋塔、脫硫塔和石灰水箱組成；根據部分生產單位實測：在燒山陰縣當地煙煤的情況下達到了國家有關標準GB16297-1996，GB9078-1996的要求，使窯尾煙氣排放中粉塵、瀝青油煙達到國家排放標準，即粉塵濃度≤50mg/NM³，二氧化硫濃度≤200mg/NM³，瀝青油煙濃度≤50mg/NM³，實現長期穩定達標排放。
該項技術經過2010年-2012年多次實驗性生產獲得了成功，已經在印尼、蒙古國等地進行了多座使用褐煤（煙煤）為燃料的石灰豎窯的建設，同時也在我國山西、新疆等地進行了試生產及改造工程，取得了可喜成績并積累了寶貴的*手生產資料，目前該項技術已經開始在國內全面推廣。
