石灰生產技術“爆品”再現！行業專家全方位精準解讀！

                                                        石灰生產技術“爆品”再現！行業專家全方位精準解讀！

                  一、編者導語

     讓科研、生產兩個“輪子”高頻率同步轉動，走科研融合生產，相互碰撞、互為作用的發展之路，這是唐山金泉公司近年來一直探尋的全新課題。唐山金泉公司以與“中國石灰產業學會”聯合建立的企業研究院為依托，將科研與生產緊緊融合在一起，不斷完善科研生產一體化的具體形式，加快推進石灰行業綠色低碳轉型升級的實施，通過創新提高生產工藝和產品的品質，并加大綠色發展相關新技術的研發投入，不斷提升市場競爭力，努力建設先進石灰生產領域國際一流科技型企業。

    “唐山金泉冶化科技產業集團”旗下“唐山市豐南區金泉冶金能源新技術開發有限公司”和“唐山金泉成套設備有限公司”始創于1989年，自1992年研發國內首座高爐煤氣氣燒石灰窯（正壓）以來在探索創新之路上步履不停，在研發創新和綠色制造技術突破上取得一系列重大成果。

      2022年06月06日，迎來了唐山金泉公司集團化運營第15個年頭，在相關紀念活動中再現石灰生產新技術“組合拳”，發布了多項石灰行業全新研發成果以及石灰行業全產業鏈發展的新思路、新方案。其中，以“第七代新型節能環保內置燃燒器型（TMS）石灰豎爐技術”為代表的新一代生產技術全方位詮釋了新形勢下的石灰生產發展方向。該項技術已經獲得國家專利權益保護和行業推廣證書，正式命名為TMS型石灰豎窯。

    據悉，中國石灰產業學會專委會副秘書長孫武生受邀全程參加了相關活動，并進行了為期十天的調研活動，全方位跟蹤調研了唐山金泉公司“第七代新型節能環保內置燃燒器型（TMS）石灰豎爐技術”（以下簡稱：第七代技術）項目研發進展及示范項目建設情況。為此，編者同步與其連線交流，深度了解了該項技術的發展淵源和如何破解核心技術難題和進行關鍵產品技術攻關等實施進程情況，以及如何進行示范項目推進和產業優化布局等措施的推進。

 

 二、調研實錄

   以下資料以編者與孫副秘書長問答的形式編輯，內容順序有調整和重新修正編輯。

1、問：“第七代新型節能環保內置燃燒器型（TMS）石灰豎爐技術”的主要特征是哪些？

答：該項技術主要是根據在當前“雙碳”和“禁煤”背景下石灰行業在石灰生產中如何使用傳統能源與清潔新能源生產以及傳統石灰窯石灰生產技術如何實現產品增產、提質、節能環保的重大技術提升和改進。該項技術主要實現了豎窯石灰生產的“燃料多結構、生產方式功能多樣化”等特征，如：實現了氣煤兩用、高熱值煤氣與低熱值煤氣混用、天然氣生產石灰大型化、低熱值工業尾氣高產能化、生物質氣燃氣與生物質顆粒應用、二氧化碳氣體回收循環應用、二氧化碳回收工業化應用等關鍵技術。

2、問：這項技術是國外引進技術還是我們國內的創新技術？

答：從這個技術原理來看以及中國石灰產業學會存檔的《中國石灰產業發展年鑒》記載，該項技術原理在五十年代蘇聯援建中國的技術中就有該類技術原型，只不過那時是天然氣豎窯，而且是60噸以下的小型豎窯，而且當時我國天然氣極度缺乏，該項技術沒有得到推廣應用，所以，該項技術的原型和氣燒豎窯煅燒理念確實是國外*早出現的，這個是有記載的。

    但是，該項技術的發展和普及應用及低熱值煤氣的應用技術確實是咱們中國技術人員的創新，比如來自于河北省唐山市劉教授的TGS窯型就是這種這術創新發展的典型實例，也就是大家所熟知的“中心燒嘴窯”，該項技術主要是針對國內采用高爐煤氣等低熱值煤氣生產的石灰豎窯窯型容積小、產量低（單窯日產80-120噸）等問題而設計的。該項技術在2005年就已經形成技術雛形和多座示范項目，發展至今已經超過15年了，國內主流技術已經發展至“第五代”，在國內的應用業績應該超過了150座（包括其它公司類似窯型業績，非完全統計）。

3、問：與國外技術相比該項技術在國內的創新點是哪些？

答：從目前國內的*新應用信息來看，該類技術的發展應用極具潛力，比如：典型的漣鋼日產600噸活性石灰項目和近期首鋼日產800噸活性石灰項目的相繼投產和順產、達產，充分彰顯了該項技術的應用前景，尤其是首鋼日產800噸項目成功實施，表示著該項技術已經達到國際領先水平。從某些方面已經超過了國外引進的雙膛石灰窯技術。例如：雙膛石灰窯如果從采用噴煤燃料生產角度來無論是產能和能耗等優勢是其它窯型不可比擬的，*大產能也可以達到700-800噸范圍。但是，從使用高爐煤氣等低熱值煤氣等燃料生產情況來看，其日產量*高只有470噸。而且是兩個窯膛的產量，按照單膛單位產能計算只有230噸。所以，從這方面來講，雙膛窯劣勢凸顯。所以說，我國的這項創新技術單膛窯的產量已經就超過了雙膛窯的產量，而且石灰品質已經可以與其媲美，綜合能耗也低于其指標，也大幅度降低了投資。

4、問：唐山金泉公司*新“第七代新型節能環保內置燃燒器型（TMS）石灰豎爐技術”具體的創新點是哪些？有何優勢？

答：剛才我們主要談了該項技術原型和該類技術的發展優勢，但是大家可能忽略了其關鍵點是燃料結構，也就是說，無論其技術和指標多么先進，但是其重點是應用低熱值煤氣（高爐煤氣，熱值在750-800大卡范圍）的前提下，或者說，該項技術只有在鋼鐵行業才*具發展潛力。我國80%左右的石灰生產企業是沒有高爐煤氣氣源的，都還是采用煤炭等傳統能源生產，所以，如何實現燃煤石灰生產技術的過渡和提升，如何突破石灰生產的能源結構才是當前行業發展迫切需要的。

   唐山金泉公司的這項新技術就是在上述技術原理上的再次突破和創新，把現有技術的特點與傳統石灰生產技術有機結合，使傳統意義上的“中心燒嘴石灰窯”技術應用范疇更廣泛更加實用，更加有利于工業化普及應用。

   從專利資料和施工圖紙及現場應用數據顯示，從其創新點上來看主要有以下五方面特征：

（一）、實現低熱值煤氣生產石灰低耗高產的目的：

    通過發明創造的新型爐外周邊燃燒裝置、爐內中心噴吹裝置、爐內中心燃燒裝置、爐內空氣預熱裝置、爐外三級預熱技術、燃氣兩級預熱技術、燃氣壓力調節裝置等措施與碳循環工藝有機結合，能夠很大的提高低熱值燃氣的燃燒值，使產能更容易提高和達到節能效果，尤其是節能效果更加，比傳統周邊式燒嘴的燃氣能耗低40%以上。例如：當使用純高爐煤氣時石灰熱耗：890～980kcal/kg灰；使用氣煤混燒時石灰熱耗830～950kcal/kg灰，此項指標已達到世界領先水平；使用中低熱值燃料（如熱值在1000～1200kcal/Nm3的轉爐煤氣、發生爐煤氣、生物質燃氣等）時石灰熱耗：870～950kcal/kg灰；使用天然氣等高熱值燃料時：850～970kcal/kg灰；

（二）、實現了真正意義上的“氣煤兩用”石灰煅燒工藝：

    傳統意義上的“中心燒嘴石灰窯”以燃氣結構為主，當氣源不足時可以少量配加一些燃煤進行熱能補充，這只是一種燃料修正或補充的操作方式，不是真正采用了獨立的燃氣或燃煤進行生產。“第七代新技術”采用的是雙燃料獨立煅燒工藝，當氣源短缺或停供時，可以獨立使用煤炭生產，尤其是布料設備和出灰設備都是設計的雙系統功能。特別是爐內中心燃燒裝置有別于傳統意義上的“中心燒嘴石灰窯”的固定式中心燒嘴，采用的是組合式可拆卸燃燒裝置，當長期采用煤炭生產時可以拆掉該裝置，既可以有效保護該裝置也達到了燃煤石灰窯的爐內布風工藝要求。

（三）、實現高熱值燃料豎窯大型化功能：

   比如，當采用天然氣等高熱值燃料生產石灰時，由于熱值高、火焰短、不易操控等原因致使豎窯的內徑不能擴大，致使產能較低，大部分天然氣豎窯單窯日產能在60-100噸范圍。采用了“第七代新技術”的內置燃燒器工藝后，可以達到擴大窯體內徑的效應，而且在爐內設置二氧化碳氣體回收裝置進行二氧化碳氣體循環利用，利用二氧化碳滅火阻燃原理達到當使用天然氣等高熱值燃料時降低其燃燒反應速度的目的，使燃燒系統操控更加方便，目前該項技術使用天然氣生產單窯日產能已經達到300噸及以上產能。

（四）、實現不同熱值燃料共用生產：

   能夠實現在爐外燃燒裝置使用高爐煤氣和在爐內燃燒裝置使用轉爐煤氣、焦爐煤氣生產，以及在爐外燃燒裝置使用天然氣燃料和在爐內燃燒裝置使用生物質氣燃料生產，實現兩種不同熱值的燃料在不同裝置中燃燒在同一區域內供熱的混合燃燒供熱方式，解決了高熱值燃料和低熱值燃料混合困難以及不能直接混合后燃燒的關鍵性問題。同時，還實現了爐內燃燒裝置噴吹生物質粉燃料的功能，使煅燒石灰的燃料成本進一步降低，尤其是與天然氣燃料組合應用更具降低燃料成本的優勢。

（五）、環保方面的優勢：

   在使用同等原燃料條件下，噸灰總廢氣量和廢氣含氧量大幅降低，爐頂廢氣含氧量僅為2%～5%，徹底避免了排放物含氧量折算的困擾。而且由于以含硫很低的工業尾氣和清潔燃料為主，含硫量都極少，不需投資建設脫硫設備，就可達到超低排放標準，也節省了脫硫的運行費用。同時，由于煅燒帶極限爐溫≤1250℃，且高溫帶較短、氧氣濃度低，而且窯頂廢氣多級循環余熱利用，有效的消除了產生熱力型硝（NOX）的熱力學條件，因此不需投資建設脫硝設備，就可達到超低排放標準，也節省了脫硝的運行費用。

5、問：從技術角度講，“第七代”技術都采用了哪些先進工藝技術和裝備？

   嚴格意義上講，“第七代”技術與前六代技術相比，主要關鍵設備都全部進行了改進和提升，包括窯型結構等都做了重大改進，可以從以下幾個方面體現：

（一）、窯型結構：

    窯型內腔采用了“AHA仿形”結構，有效延長了預熱和冷卻時間，適應了石灰導熱系數低和燃料燃燒的特點，減少了預熱帶和冷卻帶的氣流阻力。窯體結構采用多椎體圓臺與直線型結構組合應用，通過中心燃燒裝置與窯璧的形狀組合，改變了燃燒氣流直線走向，氣流向中心區域輻射，使流向煅燒帶中心的氣流（火焰）流量增加了30%以上，使窯中心部位熱能更加充裕，同時減少了煅燒帶窯壁周邊同等流量的風量。有效的降低了“窯壁效應”和煅燒帶“棚料”、“懸料”等效應。

（二）、布料系統：

    由于“第七代”技術重點技術方向是氣煤兩用和高熱值燃氣的應用，所以設計應用了“新一代多級復合篩分傾動旋轉布料器”成套裝置，能夠實現爐內物料篩分、旋轉、提升、傾動、布料等“五項合一”的功能。可以把不同粒度的石料通過多級復合旋轉篩分體和傾動布料裝置在爐內進行復合分級篩分及定點布料，可以把石料按照不同粒徑根據爐體圓周半徑進行差別化布料。布料方法創新采用了兩級反向“三環布料法”，在使用煤炭燃料時實現石料塊度大小從里向外有序布置，達到增加窯中心風量和減少窯壁效應的目的。在使用燃氣燃料時實現石料塊度大小從外向里有序布置，以增加周邊燒嘴的火焰穿透力的目的以及達到窯內中心小顆粒石料煅燒時間短的目的，使爐內通風阻力更均衡、熱量分配更均勻，石料煅燒時間更趨一致。

（三）、新型燃燒系統的應用：

   爐體煅燒帶燃燒系統采用爐外周邊燒嘴與爐內中心燃燒裝置組合應用的方式。爐外周邊燒嘴燃燒穩定可靠，壽命長不回火，火焰穿透能力強。采用多級復合組合方式，通過高速、亞高速、常壓等壓力和流量的控制，實現燃燒器火焰在不同區域達到長焰、短焰互補燃燒，使爐內燃燒氣氛更加充分。

    新型爐內中心燃燒裝置燃燒功率達15～28GJ/h。為焙燒帶中心提供了強大的中心火焰，使爐內中心熱能供應更加均衡，解決了傳統周邊式燒嘴式燃氣豎窯因窯體內徑過大時熱能無法達到爐中心而造成的產量低、石灰生燒率高的問題。與傳統周邊燒嘴石灰窯內徑不能大于3m相比，中心燒嘴石灰窯內徑目前已經可以超過6m，可見，中心燒嘴技術的提高是該項技術中*關鍵的地方。

（四）、出灰系統：

    由于中心燒嘴石灰窯的煅燒方式和結構特點，如何實現爐內料面均勻下料具有關鍵意義，而傳統意義上的螺錐出灰機、圓盤出灰機、行星出灰機、振動出灰機等都無法應用。

    新設計應用的“減量稱量式多通道旋轉出灰機”成套裝置，可實現多通道多點平穩下料，可單點或多點調控爐內料面的下降速度和下料量，實現分級多點卸料，快速有效解決下料不均及偏料現象，可定點、多點排料快速解決窯內的偏燒、偏料現象，而且出料時料柱阻力均勻、排料順暢。其關鍵點是實現了精準稱量下料，使每個下料通道都有獨立的稱量下料裝置來獲得每個下料批次的下料量，通過每個石灰卸料通道的下料量和料溫等數據判斷爐內料面的下降情況，當出現異常時，通過采用減量法控制單個或多個卸料通道的下料量來調整局部或整個料面。該裝置設計了自動控制儀系統，可自動根據每個批次的石料上料量綜合煅燒溫度和時間，自動保持固定的下料量，有效的提高了卸料精度。該項功能是實現氣煤兩用煅燒石灰時處理由于不同燃燒溫度產生的單位時間內不同下料量的關鍵功能。
 

6、問：如果從經濟效益角度來看，“第七代”技術有哪些特點？

答：無論是前六代技術還是“第七代”技術，都是以提高產品品質和增加經濟效益為*終出發點的。其經濟效益一方面體現在石灰生產用戶生產成本上，另一方面體現在石灰用戶方面。從石灰生產用戶方面講，傳統周邊燒嘴豎窯每噸石灰高爐煤氣用量在1800-2200m³范圍，而中心燒嘴石灰窯每噸石灰高爐煤氣用量僅在1250m³以下，噸灰可以節省500m³以上，按照煤氣發電成本計算至少可以增加效益80元以上。從石灰用戶方面講，傳統的中心燒嘴石灰窯主要應用于鋼鐵行業，尤其是當生產優質煉鋼石灰時其經濟效益是顯而易見的。通過行業數據顯示：石灰質量穩定性、活性度高低、鈣含量高低（生過燒率越低鈣點越高）、石灰粒度均勻性和強度等因素與噸鋼灰耗的關聯度很大。目前有的鋼鐵企業采用中心燒嘴石灰生產的石灰全年總平均噸鋼灰耗僅26.3kg/t鋼，而全國平均噸鋼灰耗在43.8kg/t鋼，也就說可噸鋼降低了石灰用量17kg以上，按照石灰價格600元計算就是10.2元，按照百萬噸級煉鋼產能計算，一年就可以節省1000萬元，其經濟價值非常顯著。所以說，有的鋼鐵企業已經充分認識到，只要能實現將噸鋼灰耗降低15kg/t鋼的目標，鋼鐵企業將石灰目前的價格再提高200～400元/t灰，在經濟效益上也是合算的。

    同時，我們從另外一個角度也可以看出該項技術的經濟性，比如：雖然國家推廣使用天然氣等清潔燃料生產石灰，但是，以目前的天然氣價格國內平均價格3.5元計算，噸灰天然氣成本接近400元，顯然大部分用戶還很難接受。但是，劇測算，按照目前國內部分地區的木材下腳料價格計算，生產一噸石灰所需的生物質燃料制氣成本僅在150-200元范圍，如果采用生物質氣+天然氣的方式就可以把燃氣生產成本降低至噸灰成本250元左右。如果單獨使用生物質氣生產與目前采用煤炭（無煙煤出廠價格1500元左右）生產石灰相比，至少也可以降低80元以上。

   綜上所述，在同等生產條件下，中心燒嘴窯的噸灰生產成本至少可比其他窯型節約40～90元/噸灰是可以實現的。

7、問：“中心燒嘴石灰窯”是不是與傳統的“對燒套筒窯”原理一樣？有哪些區別？

答：從煅燒原理上來看，有一些接近的原理存在，但是，從本質上也有很大區別，比如：對燒套筒窯占地面積大，窯內套筒內部設備安裝、檢修非常困難。而且，由于窯內部套筒占用了大量的預熱帶和煅燒帶的面積，使石料預熱溫度低、無法充分利用煙氣余熱能耗，造成煅燒時間長、能耗偏高。其產能也一直無法提高，實際投入使用的只有日產170噸的燒嘴式對燒窯，日產300噸的內外燃燒室型對燒石灰窯由于燃燒室的結構無法達到正常石灰煅燒溫度的工藝要求，燃燒室耐材一般在1.5年就需要大修，而且大修周期很長，同時綜合能耗也偏高。而且，國內應用的所謂“對燒套筒窯”在實際生產中很難做到“對燒”，尤其是窯內套筒的燒嘴或燃燒室因窯內環境惡劣無法實現正常人為操作，尤其是有煤氣泄露時存在重大安全隱患，這種窯型應用較少沒有推廣普及，而且已經逐步退出市場。

    所以，“中心燒嘴石灰窯”就是改變和提升了此類對燒窯的工藝缺陷，僅一個單膛窯體就實現了高產化生產，而且在窯體外部就實現了窯內和窯外的燃燒系統操作，內部燃燒裝置簡單、實用、易維護、拆裝方便，而且投資低，性價比高。

8、問：傳統的“中心燒嘴石灰窯”與“第七代技術”相比哪個更好？

答：無論第幾代技術都有它的使命和技術特征，雖然是不斷的在技術進步和改進提高，任何技術沒有“*好”只有“更好”，也就是說，適用就是*好的。比如：“前六代”技術從應用高爐煤氣等低熱值燃料的特點來說，更具優勢，從其生產應用結果證明：不僅技術理論可行，而且在市場上、經濟上具有很強的競爭力。

   而“第七代技術”是從多燃料結構、氣煤兩用等特色工藝為出發點，力爭為國內傳統燃煤石灰豎窯找到一個改進和提升的突破口，實現轉型升級，所以，從這個角度來講“第七代技術”應用前景更廣更闊。

9、問：“中心燒嘴式石灰窯”是否比雙膛石灰窯更先進？

答：這個沒有直接的對比性，這兩種技術各有特點，也是兩個不同的石灰生產方式，比如：雙膛豎窯的節能原理是“蓄熱”，也就是利用兩個窯膛轉換蓄熱，其蓄熱原理是采用物料為蓄熱體進行的，也就是說采用延長物料在爐內的停留時間進行蓄熱達到節能效果。“中心燒嘴式石灰窯”是通過煙氣余熱把助燃空氣和煤氣加熱溫適宜的煅燒溫度，達到提高低熱值燃料熱值和燃燒溫度及縮短物料煅燒時間的目的。比如，可以把助燃空氣加熱至500℃左右，把煤氣加熱至300℃左右，這個是雙膛石灰窯無法做到的，這也是重要的蓄熱原理區別。從這個原理上講“中心燒嘴式石灰窯”更具優勢，畢竟一個窯膛就可以達到節能和高產的目的，雙膛窯需要兩個窯膛才能達到蓄熱節能的目的，無形中增加了一倍的投資。

    從燃料應用結構看，雙膛窯只是采用噴煤時各項指標*優，采用低熱值燃氣燃料時節能效果和產能很差，也是其主要缺點。而且，從目前國家產業政策來看，采用煤炭生產已經嚴控和逐步縮減和淘汰，無論哪種窯型只要是采用煤炭為燃料都沒有發展前景，這個是必然。目前有很多鋼鐵企業采用噴煤的雙膛窯已經被政府要求停產改為燃氣生產。唐山金泉公司在去年推出的“煤電一體化雙膛窯”系列專利技術就是著重解決雙膛豎窯燃料結構缺陷的問題，該項技術的推出將逐步化解和完善這些缺陷。

10、問：“中心燒嘴式石灰窯”是否也可以噴煤？

答：從唐山金泉公司“第七代技術”技術原理來看，其關鍵核心技術也是“窯內中心燃燒裝置”，但是在這里需要強調的是，雖然名稱是“燃燒裝置”，實際上該裝置并不是直接燃燒，而是補充窯內中心部位的燃料及改變燃料燃燒氣流的走向，達到爐內熱能更加均衡，這也是該項裝置能夠噴吹生物質粉的原因。從這個原理上來看也應該可以達到噴煤功能，但是我們在調研過程中沒有發現應用噴煤的案例，所以這里不做重點評價。同時，從另一方面來說，“第七代技術”重點是以解決不用煤炭燃料為發展方向，所以是否有噴煤的功能意義不大。

11、問：“第七代技術”是否有二氧化碳回收工藝？

答：石灰窯二氧化碳回收及工業化應用是近年新增的國家產業政策，國內部分地區已經是新建項目的必上配套項目。這個技術是“中國石灰產業學會”與唐山金泉公司合作開發的重點科研項目，唐山金泉公司是國內首創石灰窯二氧化碳回收發電電燒石灰系列技術的始創公司。本年度重點推廣應用“第七代技術”也是和這項技術有關，所有推出的“第七代技術”窯型均保留了回收二氧化碳工藝接口和裝置。尤其是“第七代技術”采用的是負壓操作方式，更加適合二氧化碳氣體回收應用，這個是其它有些窯型不可比擬的，比如：雙膛石灰窯生產中的幾十千帕的“正高壓”生產工藝是很難達到二氧化碳回收工藝要求的。

12、問：目前“第七代技術”的應用情況和在建項目都有哪些？

答：通過實地跟蹤調研，該項技術在今年首推后，就受到了市場非常高的關注，各地新建項目陸續開工建設，截止目前，已經設計規劃的省級示范項目有11個，已經開工建設的項目有8座石灰窯，主要分布在陜西省、山西省、甘肅省、遼寧省、黑龍江省以及新疆、寧夏等地區。這些已經開工項目將在本年度11月底前全部完工投產。具體項目信息大家可以聯系唐山金泉公司進一步了解詳情。
 

三、編者后語

    長久以來，國內先進的石灰生產技術被少數幾個國外公司掌握在手中，并且，它們還對外拉開了一條嚴密的技術封鎖線。所以，不管任何行業，真正的核心技術是“買不來、要不來、求不來”的。雖然彼時我國石灰產業生產技術比較落后，好在，中國石灰行業從業人并沒有放棄，在多年的不斷努力之下，我國終于在這一領域實現了突破。其中，唐山金泉公司是這場攻堅戰的排頭兵之一。在其推動下，石灰生產技術實現了從落后到領先的逆襲。“第七代技術”的推出，為傳統石灰生產工藝實現綠色轉型和技術升級提供了有力的保障。同時，這也體現出我國高附加值石灰產業的進步，是我國石灰產業轉型的又一個優秀成果。

    今年是唐山金泉公司的“第七代技術”的應用元年，我們可以看到，在目前疫情及經濟環境嚴峻形勢下，該項技術僅僅推出不足半年時間，就在國內六個省市建立了示范工程項目，可見，該項技術受到了市場廣泛認可，投資熱情再次涌現。我們從一個行業角度來講，把該項技術稱為“爆款產品”是不為過的。

   在接下來，我們有理由相信，中國石灰產業將繼續向高端邁進，產品的附加值和競爭力必將進一步提高。我們也期待，中國石灰產業能有更多好消息傳來。

   后續相關調研結果將陸續發布。。。

資料編輯：

中國石灰產業學會

孫菲

2022年06月17日

現場調研掠影：