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利用工業(yè)尾氣生產(chǎn)高活性石灰的新技術(shù)應(yīng)用

2013-10-09 16:50:30 來源：

              利用工業(yè)尾氣生產(chǎn)高活性石灰的新技術(shù)應(yīng)用
     傳統(tǒng)的石灰燒制是使用固體燃料，包括：煤、焦炭來燒�，F(xiàn)在隨著人們能源節(jié)約意識加強(qiáng)和國家對環(huán)境保護(hù)的要求，從八十年代開始逐步發(fā)展起來了用氣體燃料燒制石灰。近兩年發(fā)展更為迅速，甚至接近普及，尤其利用工業(yè)尾氣作為燃料進(jìn)行石灰生產(chǎn)技術(shù)發(fā)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(xiàn)在可用作燒石灰的氣體燃料有：高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、蘭炭煤氣、焦?fàn)t煤氣、天然氣、發(fā)生爐煤氣、沼氣等各種可燃?xì)怏w以及電石尾氣和黃磷尾氣等尾氣氣源，用各種工業(yè)尾氣煤氣燒石灰是一項(xiàng)非常好的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，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(jù)燃?xì)庠O(shè)計(jì)不同的窯型。
     氣燒石灰窯的煅燒特點(diǎn)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(jì)量裝置也非常簡單，在生產(chǎn)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(zhì)同時(shí)對溫度的調(diào)節(jié)手段比固體燃料容易的多。
氣燒石灰窯是目前*環(huán)保的煅燒石灰的方式，利用爐窯尾氣燒石灰時(shí)尾氣中的不少有害成分通過在窯內(nèi)燃燒后同氧化鈣(CO)發(fā)生反應(yīng)，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?xì)庠谑腋G內(nèi)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(zhì)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(yōu)越性，但是也必須明白氣燒石灰窯是八十年代后才發(fā)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(shù)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?xì)舛加卸居泻Γ瑫r(shí)都有易燃易爆的特性，所以建氣燒石灰窯必須要根據(jù)燃?xì)獾某煞帧嶂�、壓力、流量等諸多方面考慮也就是說氣燒石灰窯必須根據(jù)所用燃?xì)庑再|(zhì)來設(shè)計(jì)窯型、工藝、及配套裝置，如供風(fēng)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(shù)開發(fā)有限公司近年來致力于氣燒窯的研究，針對不同燃?xì)庠O(shè)計(jì)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(zhuǎn)窯等等窯型和不同結(jié)構(gòu)的燃燒器包括外混式內(nèi)混式非混式等等多種型號的燃燒器。
    從燃料結(jié)構(gòu)區(qū)分，目前國內(nèi)主要應(yīng)用的工業(yè)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(chǎn)中通過高壓鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，通過熱風(fēng)爐加熱后進(jìn)入了高爐，這種熱風(fēng)和焦炭助燃，產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙熱的焦炭產(chǎn)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(xué)過程。鐵水在爐底暫時(shí)存留，定時(shí)放出用于直接煉鋼或鑄錠。這時(shí)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(yè)的自用燃?xì)�，如加熱熱軋的鋼錠、預(yù)熱鋼水包等。也可以供給民用，高爐煤氣為煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)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(guān)，現(xiàn)代的煉鐵生產(chǎn)普遍采用大容積、高風(fēng)溫、高冶煉強(qiáng)度、高噴煤粉量的生產(chǎn)工藝，采用這些先進(jìn)的生產(chǎn)工藝提高了勞動生產(chǎn)率并降低能耗，但所產(chǎn)的高爐煤氣熱值更低,因高爐煤氣熱值較低，生產(chǎn)中混入一定配比的轉(zhuǎn)爐煤氣是提高石灰窯生產(chǎn)系數(shù)的不錯選擇。
     根據(jù)國內(nèi)高爐生產(chǎn)特性計(jì)算，現(xiàn)在高爐煤氣熱值可以達(dá)到約850千卡左右，根據(jù)煅燒石灰需要的熱能計(jì)算，理論上每燒1噸石灰約需1200M3左右高爐煤氣，在實(shí)際石灰的生產(chǎn)中一般都在1600-1800m³范圍，主要原因是沒有換熱設(shè)備，如果設(shè)計(jì)使用煤氣預(yù)熱、空氣預(yù)熱系統(tǒng)可以節(jié)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(zhuǎn)爐煤氣石灰窯
    轉(zhuǎn)爐煤氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中產(chǎn)生的附產(chǎn)品，每煉一噸鋼將產(chǎn)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(jié)能環(huán)保效果。
   轉(zhuǎn)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�；厥盏捻敶笛蹀D(zhuǎn)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(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)生量在一個冶煉過程中并不均衡，成分也有變化。通常將轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)內(nèi)部中等熱值的氣體燃料。可以單獨(dú)作為工業(yè)窯爐的燃料使用，也可和焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣配合成各種不同熱值的混合煤氣使用。轉(zhuǎn)爐煤氣含有大量一氧化碳，毒性很大，在儲存、運(yùn)輸、使用過程中必須嚴(yán)防泄漏。
    煤氣的熱值，是煤氣質(zhì)量的一個*重要指標(biāo)，也反映了煤氣回收水平。目前，國內(nèi)大部分企業(yè)回收轉(zhuǎn)爐煤氣的熱值在1600kcal/Nm3~1700kcal/Nm3。寶鋼代表了國內(nèi)的*高水平，其轉(zhuǎn)爐煤氣熱值達(dá)到了~2000kcal/Nm3。相比之下，有些企業(yè)雖然轉(zhuǎn)爐煤氣回收體積數(shù)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(shù)量而忽視煤氣質(zhì)量的一個做法，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)重視提高回收轉(zhuǎn)爐煤氣的質(zhì)量，在保證煤氣量的同時(shí)，努力提高煤氣熱值。
     轉(zhuǎn)爐煤氣按標(biāo)準(zhǔn)熱值7500KJ/Nm3來考慮，各個爐型的轉(zhuǎn)爐可以達(dá)到的煤氣回收量如下表所示：
表1              不同爐型轉(zhuǎn)爐煤氣回收情況

指標(biāo)	小型轉(zhuǎn)爐	中型轉(zhuǎn)爐	大型轉(zhuǎn)爐	特大型轉(zhuǎn)爐
轉(zhuǎn)爐噸位（t）	<50	50~120	120~180	≥210
轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐煤氣可以替代傳統(tǒng)的焦炭和煤粉用于石灰生產(chǎn)，該技術(shù)已經(jīng)十分成熟。和焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣比較，轉(zhuǎn)爐煤氣熱值適中非常適合氣燒石灰窯的生產(chǎn)需要；并且轉(zhuǎn)爐煤氣中基本不含S，是生產(chǎn)煉鋼用低硫石灰的優(yōu)質(zhì)燃料。國內(nèi)首鋼、馬鋼、包鋼、梅鋼、萊鋼等企業(yè)已經(jīng)在使用轉(zhuǎn)爐煤氣生產(chǎn)活性石灰，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

              三、焦?fàn)t煤氣石灰窯
   焦?fàn)t煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦?fàn)t中經(jīng)高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時(shí)所得到的可燃?xì)怏w，是煉焦產(chǎn)品的副產(chǎn)品。主要作燃料和化工原料。每煉一噸焦炭可產(chǎn)生300-320立方米的焦?fàn)t煤氣，利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)石灰每噸石灰需要250m³左右焦?fàn)t煤氣，也就是說每生產(chǎn)一噸焦炭所產(chǎn)生的煤氣就可以生產(chǎn)一噸石灰，也可以理解為有多大年產(chǎn)量的焦化廠就可以配套建造多大年產(chǎn)量的石灰廠。
     焦?fàn)t煤氣主要由氫氣和甲烷構(gòu)成，分別占56%和27%，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕夂推渌麩N類；其低發(fā)熱值為18250kJ/Nm3，密度為0.4~0.5kg/Nm3，運(yùn)動年度為25×10`(-6)m2/s。
    凈化后的焦?fàn)t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?fàn)t煤氣中的CO含量較高爐煤氣少，但也會造成中毒事故。
    焦?fàn)t煤氣是焦炭生產(chǎn)中產(chǎn)生的尾氣，它對大氣污染源非常非常嚴(yán)重但利用起來又是很好的能源，如果利用焦?fàn)t煤氣來燒石灰來說是利國利民又利企業(yè)的好事。但由于焦?fàn)t煤氣的固有化學(xué)份和燃燒特點(diǎn)用純焦?fàn)t煤氣燒石灰豎窯就需要特定的窯型和技術(shù)。近年來有不少企業(yè)嘗試用純焦?fàn)t煤氣燒石灰窯由于缺少經(jīng)驗(yàn)選擇窯型不當(dāng)走了不彎路，因?yàn)榻範(fàn)t煤氣以含氫氣為主，它熱值高、火焰短，通過燃燒器內(nèi)預(yù)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(shí)間后爐窯壁結(jié)瘤把爐襯損壞。所以很多單位不敢再上焦?fàn)t煤氣石灰窯。唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司這幾年年致力于這方面研究，并通過研究和實(shí)驗(yàn)和研究設(shè)設(shè)計(jì)出了多座純焦?fàn)t煤氣石灰窯并掌握了這一工藝技術(shù)，使節(jié)焦?fàn)t煤氣在爐內(nèi)燃燒時(shí)的熱值控制在1200度以內(nèi)。并設(shè)計(jì)制造了外混式長火焰燒咀燃燒器（火焰長度可達(dá)到二米至四米）解決了焦?fàn)t煤氣熱值高、火焰短，邊緣過燒和中間生燒的問題。實(shí)際利用焦?fàn)t煤氣燒石灰它還有一個獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗瑲洌?/span>H2）高，而氫氣在石灰窯內(nèi)還原氣氛中可防止石灰和燃料中含有的雜質(zhì)與一氧化碳之間的造渣反應(yīng)。從而生成白色度高的多孔質(zhì)石灰，即高活性石灰.這是其它燃料不具備的�，F(xiàn)在有焦?fàn)t煤氣放空是一很大浪費(fèi)若利用起來燒石灰就有可收到了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
    四、其他工業(yè)尾氣石灰窯
    尾氣是工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙氣，含化學(xué)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(yán)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(xué)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?dú)獾�。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(fā)電、和燒石灰。燒鍋爐用氣量有限，發(fā)電用氣量大對尾氣質(zhì)量要求也較高，投資相應(yīng)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(shù)開發(fā)有限公司專門研究尾氣利用技術(shù)特別研究設(shè)計(jì)了“節(jié)能環(huán)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(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣以外還研究開發(fā)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(diǎn)和不同熱值設(shè)計(jì)有不同尾氣所適用的窯型和燃燒裝置，結(jié)構(gòu)簡單合理，工藝先進(jìn)可靠可實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約、環(huán)保達(dá)標(biāo)，提高效益。
    五、工業(yè)尾氣氣燒石灰窯的窯型選擇及新技術(shù)應(yīng)用
    利用工業(yè)尾氣煤氣生產(chǎn)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(zhuǎn)窯等窯型。
    唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司*新設(shè)計(jì)研發(fā)的立式節(jié)能環(huán)保石灰窯功能特點(diǎn)如下：
　　1、在爐內(nèi)中部煅燒帶通過專利技術(shù)新型燃燒器進(jìn)行煤氣噴燒，能保持1050℃恒溫發(fā)火，正壓噴燒，爐內(nèi)煅燒帶分解出的CO2氣體設(shè)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(zhì)，增加產(chǎn)量。同時(shí)也可防止CO2氣體上升時(shí)產(chǎn)生的滅火副作用和降溫作用，保證煅燒帶的1050℃全時(shí)煅燒。

　　2、通過對窯型的優(yōu)化設(shè)計(jì)及增加窯體操控裝置，使?fàn)t內(nèi)石灰石與石灰能整體勻速水平下落，爐內(nèi)絕無滯留死角，這樣使每塊石灰石在爐內(nèi)受熱煅燒時(shí)間和受熱溫度完全一致，石灰石內(nèi)的*后一個二氧化碳分子剛好揮發(fā)掉，灰塊離火即進(jìn)入冷卻帶，迅速冷卻，通過新型爐底專用調(diào)速出灰機(jī)的調(diào)速機(jī)控量功能實(shí)現(xiàn)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(dá)340mi以上。
3、通過增加新型新型布風(fēng)裝置有效解決了石灰生燒與過燒的難題，使產(chǎn)出的石灰都保留了*高的活性度。
4、工業(yè)尾氣氣燒窯的燒嘴很關(guān)鍵，無論哪種燃?xì)舛家粯�，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(shí)的火焰狀態(tài)也不同，同時(shí)裝入窯內(nèi)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(yīng)的設(shè)備和進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整調(diào)節(jié)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(chǎn)生的，它的燃燒狀態(tài)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(yīng)適當(dāng)而且混合得好才會燃燒充分。就火焰而言它就有層流焰，擴(kuò)散焰、紊亂焰等等而它的基本規(guī)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(nèi)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(jù)這些原則來設(shè)計(jì)和制造。無論使用哪種燃?xì)鉀]有與之相適應(yīng)的燒嘴和設(shè)計(jì)合理的燒嘴是不會燒好石灰的，唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)的多種型號的燃燒器根據(jù)不同工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，完全滿足了不同工業(yè)尾氣的燃燒特性要求。
5、優(yōu)化設(shè)計(jì)配備配備唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司自主開發(fā)的全自動機(jī)械化卸料.全自動多點(diǎn)布料，實(shí)現(xiàn)一體噴燒,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了直焰燃燒與隔焰燃燒綜合應(yīng)用技術(shù)，其節(jié)能效果尤為明顯，一般節(jié)能40%左右，完全實(shí)現(xiàn)無煙恒溫噴燒，并且可隨意調(diào)整爐內(nèi)溫度。
       組稿：唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司總工室
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