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解密新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐
2015-08-26 16:16:41 來源：
—協會專家現場調研唐山金泉“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”專題報告
一、導 語
石灰窯項目選型，要綜合考慮原燃料資源利用、項目靜態投資及投資回收期、產品質量、石灰窯運行成本等因素，同時還應結合自身原燃料條件，并考慮當地環保部門對低碳經濟和可持續發展等要求。
新型活性石灰豎窯中，應用*為普遍的還屬套筒窯和麥爾茲窯，尤其套筒窯的技術優勢：熱效率高、原料入窯粒度范圍大、占地面積小、全程負壓操作、運行安全穩定等。但是，目前從國外引進的套筒窯及國產化的套筒窯都是以高熱值煤氣（轉爐煤氣或轉爐煤氣與高爐煤氣混合）生產，使用噴煤生產的套筒窯還不太成熟，雖然麥爾茲雙膛豎窯可以采用噴煤生產，但是其昂貴的投資是其推廣緩慢的主要因素。豎窯如何使用噴煤生產石灰一直是國內業界的重要課題，國內石灰企業也在不斷摸索采用噴煤生產石灰的豎窯，但是，因噴煤燃燒的特性普通豎窯一直不能生產出合格的石灰，主要是產量低（日產30-40噸）、生過燒太高（30%以上），能耗及石灰活性度、環保治理等指標也很差。那么，是否可以實現以普通豎窯的投資價位來達到噴煤生產優質石灰？筆者將帶你詳細了解目前國內新型石灰窯的動向，必將給你帶來全新的思維與視角。
二、技術研發背景
唐山市豐南區金泉冶金能源新技術開發有限公司自始至終將科技創新作為撬動行業進步、企業發展的“杠桿”，企業把技術創新作為*動力，通過對接科研院校、培養創新團隊和搭建研發平臺，形成了創造市場、引領市場的關鍵技術和優勢產品。公司堅持以市場為導向，強調并重視關鍵技術、前沿技術、大型平臺技術等的研究開發，各項經營業績穩居行業前列，形成了逆勢飛揚、以科技引領市場的發展模式。
當前，唐山金泉公司瞄準世界工業活性石灰生產能效優化的發展方向和應用現狀，結合我國的發展需求與工程應用特點，提煉出了關鍵性、基礎性、共性的問題，并據此陸續啟動了5項石灰行業重大科研項目的研發工作。這些研發成果的出爐將*的促進工業石灰生產能效優化技術的發展與進步，也提升了唐山金泉公司在上述領域的市場競爭力。
破而后立，說的就是有底氣、有創新基因的公司，打破現有規則或現有格局，推出顛覆性的產品。近兩年，唐山金泉公司響應國家關于節能減排與環境保護的號召，在石灰生產領域新技術的研發應用轉化上取得了可喜的成果。其中，運用自主研發的“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”技術，顛覆了傳統石灰豎窯的煅燒方式，實現了有效降低能耗、提高產品質量、降低工程投資的目標，該項技術極具推廣應用價值，市場應用前景非常廣闊。
三、現場調研實錄
2015年8月8日，“北方爐窯協會”會長吳海濤與協會專家組一行在唐山金泉公司總經理劉玉泉等陪同下到山西省運城市就“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”技術的應用情況進行現場調研。
調研人員一行在石灰生產企業現場參觀了已經投產運行16個月的“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”（實驗）爐窯，并在生產企業公司會議室舉行了座談。座談中，吳海濤會長首先說明了此行的目的，此次來訪就是為了了解該項技術的使用及運行情況和運營成本，了解該項技術在實際生產中的真實情況，為下一步推廣該項技術奠定堅實基礎。座談會上，公司負責人就該項技術的應用情況及各項生產指標進行了詳細講解，并對有關需要完善的技術問題與到會專家進行了交流。
據了解，該項技術是唐山市豐南區金泉冶金能源新技術開發有限公司與該公司合作研發的項目，唐山金泉公司從2009年就開始進行了該項技術的研發，從理論上進行了多方研究論證，通過多次實際生產實踐應用與改進于2013年開始與該公司合作進行實際工程應用開發，通過在生產中的不斷摸索和積累得到了寶貴的實際生產數據，該項技術綜合了國外套筒窯、雙膛豎窯的優點，創新研發了以噴煤技術為主的新一代節能氣煤兩用豎窯，該項技術為國內*座具有原創技術水準的新一代窯型，該項技術的推出改變了國內噴煤型石灰豎窯技術完全依賴外國技術的現狀，在行業內具有里程碑的意義。
該項技術得以成功，山西運城合作方公司石灰生產廠的“土專家”發揮了關鍵作用，現場的生產技術人員既有經驗而且也很有創造力，“土專家”也有好點子好經驗。很多石灰生產人員在多年的實際生產過程中積累了豐富經驗，這些經驗往往是不拘泥于理論，不限制于數字，十分適合新技術的創新應用。
唐山金泉公司當時推出的這些先進的石灰煅燒理念和技術深深的吸引了現場生產人員，他們從不懂到精通，從積累到迸發，通過刻苦學習和鉆研，他們很快掌握了“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”爐窯系統的工作原理、設備操作、故障處理等理論知識，再經過實踐的不斷摸索，在反復的試驗和測試當中，他們發明和積累了很多土辦法，比如“外置熱循環技術”、“旋壓燃燒技術”、“低壓噴煤技術”等，也正基于此，才使得該項技術得以快速提高，為成果應用提供了有力的支持，實現了合作各方優勢互補，提升了研發成效。
在現場，我們進一步了解到：“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”爐窯技術實現了多項國內同行業的領先指標，特別是以先進的技術指標、突出的節能環保效果、優良的性價比,該項技術在行業內推廣應用必將得到用戶的認可,表現出很強的市場競爭力。
在考察中我們了解到，該項技術實現了以下功能：
1、新奇的窯型結構：
該窯型采用豎窯結構，煅燒帶采用環形套筒燃燒帶煅燒方式，冷卻帶與預熱帶采用外置式熱循環系統，該方式的應用完全解決了傳統套筒石灰窯換熱系統的拱橋坍塌和雙膛窯連接通風道堵塞坍塌等問題，具有結構簡單、易操作、易維護、運行費用低等特點。窯型結構根據產量不同可以設計為單向燃燒環式套筒結構及雙向環形對燒結構。外部煤粉噴吹系統采用獨創的“新型旋壓噴煤機”，煤粉制備及噴吹裝置是噴煤技術的關鍵，JQPM型新型專利技術氣化噴煤機也叫磨煤噴粉機，該設備實現了破碎、磨粉、加壓、噴吹一體機結構，是一種新型的節煤、燃煤設備，可大大節省煤粉的使用量，杜絕了煤粉的浪費現象，噴煤機具有點火方便，爐溫易控制，生產的產品質量穩定等特點。該機結構簡單、緊湊、安裝維修方便，減輕了勞動強度，降低了能耗。噴煤機具有熱效率高，增產節能，節煤40-50%，無廢氣排出，而且生產不受陰雨天氣的影響，給工廠帶來了比較顯著的效益，而且噴煤機投資極低，一臺噴煤機僅需幾萬元，與傳統的高爐噴煤磨煤系統的中速磨等工程需要投資幾千萬元相比，其投資價值顯而易見。
2、獨創的煅燒方式：
與傳統豎窯周邊燒嘴直燃方式或燃燒室結構相比，無論設計多少個多少層燃燒器也無法解決兩個燃燒器之間夾角及上下的燃燒死角，這是這種窯型生產的石灰生過燒率過高的主要原因，也是無法解決的弊病，而且傳統豎窯全部是窯底供風冷卻方式，窯內冷卻帶和煅燒帶是正壓煅燒方式，而且燃燒氣流與物料為逆流煅燒，采用正壓方式及逆流煅燒方式生產是不能采用煤粉噴吹方式生產的，尤其使用煙煤噴吹時如果是正壓生產是極易發生爆燃和爆炸的。“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”創新采用全負壓操作方式，燃燒氣流與物料實現了并流煅燒，而且在一個窯體內實現了全負壓生產，在煅燒的過程中實現熱能轉換，不需要傳統套筒窯和雙膛窯等窯型生產時必須兩個窯筒或兩個窯體正負壓操作置換。煅燒帶燃燒火焰燃燒方式的創新是該項技術的核心，傳統豎窯的燃燒器直射直焰方式，各燃燒器的火焰及溫度是不同的，也不可能做到同一溫度，而且火焰也不能穿透到所有物料區域，新技術創新設計了“旋流火焰燃燒法”，可以使火焰在同一徑向區域旋轉燃燒，也就是說在同一煅燒截面中火焰是在窯體內通過旋轉壓力和流速把各個燃燒器的火焰聚集為同一個火焰區域，火焰在旋轉中燃燒使煅燒帶無燃燒死角而且火焰溫度更加均勻。實現“旋流火焰燃燒法”的核心技術是“氣化渦流燃燒器”技術，該項技術與傳統噴煤豎爐中的“噴槍”結構相比實現了由“噴”到“燃”的突破，使煤粉燃燒更充分更潔凈。
3、超高的節能效果：
該項技術實現了全負壓生產方式，與國外套筒窯的上下筒煅燒方式及雙膛石灰窯的正負壓互換煅燒方式相比更具節能優勢，該窯型采用外置式熱交換方式把冷卻帶的熱量全部轉換至預熱帶進行充分預熱和預煅燒分解，石灰在冷卻帶無冷卻風強制冷卻使物料熱能基本無損耗，窯底無冷卻風裝置可以把冷卻帶全部熱能利用，與傳統豎窯的煅燒方式相比，可以使燃料用量降低30%以上。同時由于采用負壓生產，廢氣全部直接預熱礦石，熱量得到充分利用，單位產品熱耗*低，熱回收率超過86%；其熱損耗可以到800Kcal/kg左右；*低的熱耗意味著*低的運行成本。
4、極低的生產成本：
該項技術的技術創新是對煤質要求低，煤種適用面廣。根據考察現場生產數據實測，該項技術主要采用噴吹煙煤煅燒，也可以采用煤氣（高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、發生爐煤氣、電石尾氣、蘭炭尾氣等）兩用方式生產，采用噴吹煙煤（氣煤）時采用6000-6500大卡的煙煤每噸石灰的煤耗僅為110-120kg，其耗能已經低于其他套筒窯及雙膛窯的煤耗指標。尤其是可以使用一種煙煤噴吹是該項技術的核心，與傳統噴煤方式相比（如高爐噴煤）一般都是以無煙煤煤粉為主或者無煙煤與煙煤等混合才能正常使用，“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”可以采用單一的煙煤（氣煤）生產，煙煤是目前工業用煤炭中價格*低的，僅為無煙煤的50%左右。在運城石灰廠生產現場實際測算，按照當地煙煤粉煤（0-20mm）220-240元/噸計算，噸灰煤炭成本僅為30元左右，如果考慮運輸費用每噸灰煤炭成本也僅為40元左右，如果石料按照石料25元/噸x1.8噸計算，石料成本為45元，按照*高石料40元/噸x1.8噸計算，石料成本為72元，也就是說燃料和石料的生產成本*高不超112元，因為該項技術沒有高耗電的煤粉制備系統（中速磨及煤粉加壓噴吹系統），噸灰電耗僅為9-15度°范圍，人工費用每噸約為3元，估算石灰生產總成本*高在130元以內，極低的生產成本可以產生高附加值產品，可觀的利潤空間是該項技術極具推廣價值的主要優勢。
5、理想的產品質量：
采用煤粉噴吹方式生產與混燒（塊煤）石灰窯相比燃燒更充分，石灰品質更高，因為燃料充分磨粉后可以把不同質量的煤粉磨粉至同一細度，使燃燒達到同一。完全解決了混燒石灰窯中因為煤炭質量不一產生的殘存煤核和結焦結瘤問題，使石灰的外觀及雜物更潔凈。劇現場實測，生產的石灰生過燒率在3%以下，石灰活性度在320-360ml范圍，石灰鈣含量在90%以上，二氧化碳含量在39-42%范圍，產品達到了冶金、電石、氧化鋁等行業一級品的指標要求。產品同時非常適合也適合輕鈣、納米鈣等化工灰使用。
6、潔凈的環保效果：
因為該項技術采用了全負壓操作所以窯頂及窯底沒有煙氣外泄，是目前石灰豎窯*容易環保治理的窯型，而且在使用唐山金泉公司的專利設備“新型煤粉燃燒器”時因煤粉已經接近氣化燃燒并在高溫區停留時間長因而燃燒效率高，煅燒帶煙氣走向為經冷卻帶后再至預熱帶的反向循環，煙氣長時間的循環路徑及二次燃燒使得外排煙氣無黑煙呈蒸汽狀白煙，完全解決了原混燒石灰窯因煤炭與石料為混合煅燒方式，燃料在預熱帶就發生燃燒致使未燃燒盡的物質和煙氣直接從窯頂排出的問題，既達到了節能目的也達到了環保治理目的。同時該項技術設計選用了唐山金泉公司專利技術新型煙氣除塵脫硫一體機及煙氣余熱利用等技術等新型節能環保治理設施，可以達到新環保法的各項檢測指標。
7、極低的投資規模：
根據目前國內石灰窯（引進國外技術國產化后）投資水平計算，一座500t/d套筒石灰窯需要5000-6000萬元，一座600t/d弗卡斯窯的投資約4500－5000萬元，一座600t/d麥爾茲投資約為7000萬元，一座1000t/d引進回轉窯投資約為1.2億元。
唐山金泉公司設計的“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”工程生產系統日產100-150噸的僅為300-400萬元范圍，日產250-300噸的僅為600-800萬元左右，日產350-400噸的僅為1000萬元左右，也就是說僅為其他套筒窯及佛卡斯窯和麥爾茲窯及回轉窯投資的20%左右，按照噸灰單位投資計算比普通的機械豎窯投資還要低。
因此，“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”一次投資優勢非常明顯，非常適合民營企業投資。
8、極廣的應用前景：
煙煤或無煙煤粉煤是目前國內*廣泛和易購的燃料結構，而且也是價格*低的煤炭燃料，降低燃料和綜合能耗的成本是提高石灰生產企業經濟效益的致勝法寶，該項技術非常適合煤炭資源貧乏價格高昂需要遠途采購燃料的企業以及煙煤資源豐富的地區用戶應用，同時也是需要生產高品質石灰企業的優選項目。
該項技術在冶金行業也有很好的應用前景，目前，國內高爐、轉爐等煤氣發電的發展異常迅猛，全國規模型鋼鐵企業都上馬了高爐煤氣發電工程，如：唐鋼2560m³高爐配套25MW發電機組、無錫聯合鋼鐵、柳鋼、包鋼、濟鋼、首鋼等多家大型鋼鐵企業以及安陽華冠、山西翼城高大、安徽蕪鋼、河北金鼎等多家中小鋼鐵企業，僅河北省就有20家以上。這不僅僅是因為目前全燒高爐煤氣發電技術在國內已經十分成熟，更重要的是經濟效益的驅使，正象馬鋼高層人士所講的：馬鋼投資5400萬元與2500m³高爐配套建設的高爐煤氣發電發電機組，每天可以產生經濟效益16萬元、全年經濟效益可達5000多萬元，一年就可以收回投資。
劇了解，采用高爐煤氣發電按照高爐煤氣以0.02-0.03/Nm³元計入成本,其發電能耗成本僅為0.065-0.098元/kwh.
根據生產一噸石灰需要1700m³高爐煤氣為例，以3.5-4m³煤氣發一度電計算，可以發電425-480度，平均450度，按照每度電0.65計算可以產生經濟效益292.50元，也就是說一噸石灰所用的煤氣通過發電可以抵消一噸石灰的全部生產成本，其經濟效益是非常可觀的。
按照一公斤焦炭可以生產3.5-4m³煤氣計算，按照高爐冶煉一噸鐵水需要520kg綜合焦比計算可以產生可以產生1800-2000m³煤氣，如果按照至少富余煤氣40%計算可以產生800m³左右用于發電，可以發電180-200度，按照外購電0.65元計算，也可以理解為可以降低鐵水成本130元/噸左右，其經濟效益意義深遠。
目前，高爐煤氣計算成本或外售一般在0.09元/m³，按照每噸石灰*低1700m³高爐煤氣為例，石灰燃料成本可達153元/噸，比噴煤石灰窯的石灰生產總成本還高30元。就是按照鋼鐵廠0.02-0.03/Nm³元計入成本也在50元以上，是高于噴煤成本的。
同時，采用高爐煤氣發電技術可以降低生產費用，有利于縮小國內鋼鐵企業能耗與國際水平的差距。也有利于緩解國內電力緊張局面。所以，對于鋼鐵企業高爐煉鐵，高爐煤氣發電無疑是節電、降耗和減輕環境污染的*佳途徑之一，所以冶金鋼鐵行業石灰窯采用噴煤技術替代煤氣生產活性石灰的方式必將成為首選。
四、調研綜述
在調研現場，當得知合作企業使用“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”生產的石灰產品深受市場歡迎，企業效益得到大幅提高時，協會會長吳海濤高興地夸贊企業“抓住了行業先機、贏得了市場”，他希望企業與金泉公司進一步加強技術創新，大力培養創新型人才隊伍，加強創新平臺建設，同時也指出：“石灰生產技術都是相通的,不要把國外的技術看得太過神秘”，研發有自主知識產權的技術是企業要想求得生存和長遠發展的*好出路，企業和科研單位要通過搭建平臺、廣泛合作、高起點研發、快速成果轉化等一系列舉措的實施，要使唐山金泉公司的“核心技術開發”的科技創新思路不斷深化，不斷推出可以形成創造市場、引領市場的關鍵技術和優勢產品。
2015年8月22日，“北方爐窯協會” 專家組相關人員再次到唐山金泉公司進行技術交流、從全方位對該項技術進行了論證與鑒定，與會專家對該項技術給與了肯定，同時對該項技術的升級完善工作提出了更多的建議和指導。
與會專家在論證后總結時強調：“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”的節能和環保優勢，創造了良好的經濟效益和社會效益，并符合可持續發展戰略的核心思想，既經濟發展與保護資源和保護生態環境相協調一致，該窯型在節能與環保上的綜合優勢是體現先進性的重要標志，必將會成為石灰生產企業的優選窯型，在冶金、電石、化工等行業取得更快的應用和推廣。
據悉，“北方爐窯協會”已經確定“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”為協會2016年度重點支持推廣項目，具體推廣實施方案將盡快推出，同時該項目被協會評為“2015年石灰行業*具實際投資價值項目”及“2015年石灰行業技術革新*佳創意獎”。
目前，唐山金泉公司已經對該項技術進行了優化設計與完善，開始對外承接日產100-500噸的“新一代節能外置循環負壓噴煤石灰豎爐”，同時也可承接普通混燒燃煤豎窯、普通燃氣豎窯等改造工程。
附：現場相關圖片：
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網絡通聯部 童海鑫
2015/8/26
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