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科技丨冶金石灰窯爐節(jié)能技術(shù)及發(fā)展方向
創(chuàng)建時間：2018-08-31 15:17
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科技丨冶金石灰窯爐節(jié)能技術(shù)及發(fā)展方向
1.前言
石灰作為工業(yè)生產(chǎn)的重要輔料，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、環(huán)保、建材等諸多行業(yè)，高品質(zhì)的活性石灰主要應(yīng)用于煉鋼、燒結(jié)及電石行業(yè)。2014年我國粗鋼產(chǎn)量達到8.2億噸，燒結(jié)礦產(chǎn)量約為9億噸。按照2013年轉(zhuǎn)爐、電爐煉鋼平均石灰消耗量為47.8kg/t，燒結(jié)礦石灰消耗量為66.5kg/t計算，2014年冶金石灰的消耗總量約為9860萬噸。2014年冶金石灰產(chǎn)能約為1.1億噸。
冶金行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和實現(xiàn)工業(yè)化的支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是能源消耗大戶，節(jié)能降耗一直是冶金行業(yè)發(fā)展的重中之重。各種冶金工業(yè)爐窯在生產(chǎn)過程中會消耗大量的能源，在某些領(lǐng)域還存在嚴重的資源浪費現(xiàn)象，違背了我國節(jié)能減排的發(fā)展目標，這就迫切的需要實現(xiàn)工業(yè)爐窯的節(jié)能發(fā)展。隨著活性石灰工業(yè)的快速發(fā)展，技術(shù)水平的不斷提高，節(jié)能降耗的需求日益突出。根據(jù)2013年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國冶金石灰產(chǎn)能中，具有國際****水平的或國內(nèi)****水平的占總產(chǎn)能的58.8%，國內(nèi)一般水平的占總產(chǎn)能的14.8%，落后產(chǎn)能占26.4%。而普通石灰生產(chǎn)大多數(shù)仍然采用簡易窯或土窯落后裝備生產(chǎn)，以煤為燃料，無質(zhì)量保證措施和環(huán)保措施，能耗高。開發(fā)推廣****的節(jié)能技術(shù)是冶金石灰行業(yè)實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的重要方向。
2.主要冶金石灰窯爐
幾十年來，在各相關(guān)科研和生產(chǎn)單位的共同努力下，我國的冶金石灰行業(yè)獲得了長足的發(fā)展。國外各種****的石灰生產(chǎn)裝備基本上都已經(jīng)引進到國內(nèi)，比如德國克勞斯˙瑪菲公司、日本三菱公司、美國美卓公司的回轉(zhuǎn)窯，瑞士麥爾茲公司的雙膛豎窯，德國貝肯巴赫公司的套筒窯，意大利弗卡斯公司的雙梁窯和“梁式橋”套筒窯，意大利西姆公司的雙D窯、德國波力休斯公司的懸浮窯、意大利佛利達公司的梁式窯、日本住友公司的焦炭窯等。在引進消化的基礎(chǔ)上，國內(nèi)自主開發(fā)的回轉(zhuǎn)窯、雙膛豎窯、套筒窯、梁式窯、新型氣燒豎窯、新型焦炭豎窯、節(jié)能型普立窯、馬氏窯得到廣泛推廣。
2.1回轉(zhuǎn)窯
回轉(zhuǎn)窯是國內(nèi)技術(shù)最成熟、推廣范圍最廣的****石灰窯。目前，我國自主研發(fā)的帶豎式預(yù)熱器和豎式冷卻器的石灰回轉(zhuǎn)窯系列產(chǎn)品已經(jīng)在國內(nèi)廣泛推廣，并已向國外輸出，設(shè)計生產(chǎn)能力涵蓋250t/d～1200t/d，以滿足不同企業(yè)的需求。石灰回轉(zhuǎn)窯技術(shù)日益成熟、工程造價大幅下降，能耗水平進一步降低。以一條比較完善的600t/d石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線為例：回轉(zhuǎn)窯可使用國內(nèi)普遍采用的煤粉、電石爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣、混合煤氣，以及多種煤氣混燒、或多種煤氣與煤粉混燒，基本可以滿足生產(chǎn)企業(yè)利用當?shù)亓畠r能源的要求。回轉(zhuǎn)窯操作簡單直觀，窯內(nèi)狀態(tài)一目了然，且可以充分借用水泥回轉(zhuǎn)窯操作人員和生產(chǎn)管理經(jīng)驗，容易被生產(chǎn)企業(yè)掌握。
2.2雙膛豎窯
雙膛豎窯作為世界上最為****的石灰窯爐之一，其特點在于并流蓄熱焙燒原理，它具有石灰生產(chǎn)行業(yè)所公認的最小熱消耗。國內(nèi)早期建設(shè)的雙膛豎窯絕大多數(shù)為引進國外技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，引進費用高，建設(shè)周期長。為滿足市場需求，具有我國獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的雙膛豎窯全系列產(chǎn)品已經(jīng)問世，并成功應(yīng)用于多個工程實例，設(shè)計能力覆蓋120t/d～600t/d。同時，自主研發(fā)的產(chǎn)量為800t/d的雙膛豎窯也已經(jīng)完成了技術(shù)攻關(guān)，具備了投放市場的能力。雙膛豎窯適用的燃料有煤粉、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣、電石爐煤氣、天然氣，以及煤粉和煤氣混燒。
雙膛豎窯在國內(nèi)有近30年的使用經(jīng)驗，生產(chǎn)技術(shù)已相當成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，活性度可達380～420ml，氣體燃料熱耗低至850x4.18kj/kg，電耗40kwh/t，且采用煤粉和煤氣均可靠，窯襯壽命可達3~6年。已經(jīng)形成了穩(wěn)定的生產(chǎn)培訓(xùn)基地，有一批成熟的技術(shù)人員和操作工人。
2.3套筒窯
套筒石灰豎窯(簡稱套筒窯)于上世紀80年代最早引入我國。多年來，國內(nèi)石灰生產(chǎn)企業(yè)、設(shè)備制造企業(yè)在吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，對套筒窯進行了很多創(chuàng)新和改進，促進了套筒窯的推廣和應(yīng)用。在國內(nèi)已經(jīng)儲備了多年的生產(chǎn)操作經(jīng)驗，技術(shù)基本成熟。目前市場上典型的套筒窯窯型規(guī)格有150t/d、300t/d、500t/d、600t/d等。套筒窯操作較為簡單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，活性度在360ml以上，氣體燃料熱耗在900x4.18kj/kg，電耗40kwh/t，窯襯壽命可達3~6年。但套筒窯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，異型磚多，砌筑復(fù)雜，維修困難，基建高，不宜燒煤粉是制約其發(fā)展的主要問題。
2.4梁式窯
梁式窯是以燃燒梁為熱工工具焙燒石灰的石灰生產(chǎn)設(shè)備，經(jīng)過國內(nèi)技術(shù)人員通過多年的努力，破解了梁式窯的部分技術(shù)難題，解決了低熱值燃料的應(yīng)用問題，并且成功實現(xiàn)了多種燃料混燒的技術(shù)進步，為梁式窯的大面積推廣創(chuàng)造了條件。自2000年國產(chǎn)化以來，國內(nèi)已建100t/d~500t/d的梁式石灰窯200多座，并且已經(jīng)輸出到了國外。
梁式窯適用多種燃料，如天然氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐煤氣(熱值≥800x4.18kj/m3)、混合煤氣、煤粉、焦粉、重油或固液、固氣混合燃料。生產(chǎn)操作正常時，石灰活性度可達350ml以上，能耗可達900x4.18kj/kg，電耗可達30kwh/t。
2.5混料窯
混料窯在國內(nèi)當前流行的主要由三種：機械化豎窯、節(jié)能窯、馬氏窯。
機械化豎窯是在解放初蘇聯(lián)援建我國的機械化豎窯基礎(chǔ)上，吸收日本住友焦炭窯技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)幾十年生產(chǎn)實踐經(jīng)驗改進的新型機械化豎窯。窯型有50~500m3，利用系數(shù)在0.65~0.8，燃料采用焦炭、無煙塊煤、無煙煤球。噸灰熱耗為140公斤標準煤，生過燒在10%左右。
節(jié)能窯是建材行業(yè)在土窯基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化窯形結(jié)構(gòu)，增加配料設(shè)施，供風(fēng)排氣裝置后開發(fā)的節(jié)能型石灰窯。窯型有50~300m3，利用系數(shù)在0.5左右，燃料采用無煙碎煤。噸灰熱耗為140公斤標準煤，生過燒在10%左右。
馬氏窯的窯形為花瓶型，產(chǎn)能為150t/d，利用系數(shù)在0.2左右，燃料為無煙塊煤。采用石灰石CaO含量53.5%，SiO2 1.25%，篩分后粒度40-80mm，燃料無煙粒煤20-40mm，低發(fā)熱值≥6500 kcal/ kg。石灰質(zhì)量可達到CaO>90%，活性度>300ml。
3. 主要節(jié)能技術(shù)及發(fā)展方向
冶金石灰窯爐的能源消耗主要集中體現(xiàn)在熱能消耗與電能消耗兩方面。因此，目前各科研及生產(chǎn)單位以這兩方面為切入點開發(fā)石灰窯爐的節(jié)能技術(shù)與措施。具體方向可以歸納為新型煅燒技術(shù)開發(fā)、窯襯涂層技術(shù)和新型窯襯結(jié)構(gòu)開發(fā)、窯爐余熱利用技術(shù)開發(fā)、自動化與節(jié)電技術(shù)開發(fā)等。
石灰作為工業(yè)生產(chǎn)的重要輔料，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、環(huán)保、建材等諸多行業(yè)，高品質(zhì)的活性石灰主要應(yīng)用于煉鋼、燒結(jié)及電石行業(yè)。2014年我國粗鋼產(chǎn)量達到8.2億噸，燒結(jié)礦產(chǎn)量約為9億噸。按照2013年轉(zhuǎn)爐、電爐煉鋼平均石灰消耗量為47.8kg/t，燒結(jié)礦石灰消耗量為66.5kg/t計算，2014年冶金石灰的消耗總量約為9860萬噸。2014年冶金石灰產(chǎn)能約為1.1億噸。
冶金行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和實現(xiàn)工業(yè)化的支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是能源消耗大戶，節(jié)能降耗一直是冶金行業(yè)發(fā)展的重中之重。各種冶金工業(yè)爐窯在生產(chǎn)過程中會消耗大量的能源，在某些領(lǐng)域還存在嚴重的資源浪費現(xiàn)象，違背了我國節(jié)能減排的發(fā)展目標，這就迫切的需要實現(xiàn)工業(yè)爐窯的節(jié)能發(fā)展。隨著活性石灰工業(yè)的快速發(fā)展，技術(shù)水平的不斷提高，節(jié)能降耗的需求日益突出。根據(jù)2013年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國冶金石灰產(chǎn)能中，具有國際****水平的或國內(nèi)****水平的占總產(chǎn)能的58.8%，國內(nèi)一般水平的占總產(chǎn)能的14.8%，落后產(chǎn)能占26.4%。而普通石灰生產(chǎn)大多數(shù)仍然采用簡易窯或土窯落后裝備生產(chǎn)，以煤為燃料，無質(zhì)量保證措施和環(huán)保措施，能耗高。開發(fā)推廣****的節(jié)能技術(shù)是冶金石灰行業(yè)實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的重要方向。
2.主要冶金石灰窯爐
幾十年來，在各相關(guān)科研和生產(chǎn)單位的共同努力下，我國的冶金石灰行業(yè)獲得了長足的發(fā)展。國外各種****的石灰生產(chǎn)裝備基本上都已經(jīng)引進到國內(nèi)，比如德國克勞斯˙瑪菲公司、日本三菱公司、美國美卓公司的回轉(zhuǎn)窯，瑞士麥爾茲公司的雙膛豎窯，德國貝肯巴赫公司的套筒窯，意大利弗卡斯公司的雙梁窯和“梁式橋”套筒窯，意大利西姆公司的雙D窯、德國波力休斯公司的懸浮窯、意大利佛利達公司的梁式窯、日本住友公司的焦炭窯等。在引進消化的基礎(chǔ)上，國內(nèi)自主開發(fā)的回轉(zhuǎn)窯、雙膛豎窯、套筒窯、梁式窯、新型氣燒豎窯、新型焦炭豎窯、節(jié)能型普立窯、馬氏窯得到廣泛推廣。
2.1回轉(zhuǎn)窯
回轉(zhuǎn)窯是國內(nèi)技術(shù)最成熟、推廣范圍最廣的****石灰窯。目前，我國自主研發(fā)的帶豎式預(yù)熱器和豎式冷卻器的石灰回轉(zhuǎn)窯系列產(chǎn)品已經(jīng)在國內(nèi)廣泛推廣，并已向國外輸出，設(shè)計生產(chǎn)能力涵蓋250t/d～1200t/d，以滿足不同企業(yè)的需求。石灰回轉(zhuǎn)窯技術(shù)日益成熟、工程造價大幅下降，能耗水平進一步降低。以一條比較完善的600t/d石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線為例：回轉(zhuǎn)窯可使用國內(nèi)普遍采用的煤粉、電石爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣、混合煤氣，以及多種煤氣混燒、或多種煤氣與煤粉混燒，基本可以滿足生產(chǎn)企業(yè)利用當?shù)亓畠r能源的要求。回轉(zhuǎn)窯操作簡單直觀，窯內(nèi)狀態(tài)一目了然，且可以充分借用水泥回轉(zhuǎn)窯操作人員和生產(chǎn)管理經(jīng)驗，容易被生產(chǎn)企業(yè)掌握。
2.2雙膛豎窯
雙膛豎窯作為世界上最為****的石灰窯爐之一，其特點在于并流蓄熱焙燒原理，它具有石灰生產(chǎn)行業(yè)所公認的最小熱消耗。國內(nèi)早期建設(shè)的雙膛豎窯絕大多數(shù)為引進國外技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，引進費用高，建設(shè)周期長。為滿足市場需求，具有我國獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的雙膛豎窯全系列產(chǎn)品已經(jīng)問世，并成功應(yīng)用于多個工程實例，設(shè)計能力覆蓋120t/d～600t/d。同時，自主研發(fā)的產(chǎn)量為800t/d的雙膛豎窯也已經(jīng)完成了技術(shù)攻關(guān)，具備了投放市場的能力。雙膛豎窯適用的燃料有煤粉、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣、電石爐煤氣、天然氣，以及煤粉和煤氣混燒。
雙膛豎窯在國內(nèi)有近30年的使用經(jīng)驗，生產(chǎn)技術(shù)已相當成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，活性度可達380～420ml，氣體燃料熱耗低至850x4.18kj/kg，電耗40kwh/t，且采用煤粉和煤氣均可靠，窯襯壽命可達3~6年。已經(jīng)形成了穩(wěn)定的生產(chǎn)培訓(xùn)基地，有一批成熟的技術(shù)人員和操作工人。
2.3套筒窯
套筒石灰豎窯(簡稱套筒窯)于上世紀80年代最早引入我國。多年來，國內(nèi)石灰生產(chǎn)企業(yè)、設(shè)備制造企業(yè)在吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，對套筒窯進行了很多創(chuàng)新和改進，促進了套筒窯的推廣和應(yīng)用。在國內(nèi)已經(jīng)儲備了多年的生產(chǎn)操作經(jīng)驗，技術(shù)基本成熟。目前市場上典型的套筒窯窯型規(guī)格有150t/d、300t/d、500t/d、600t/d等。套筒窯操作較為簡單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，活性度在360ml以上，氣體燃料熱耗在900x4.18kj/kg，電耗40kwh/t，窯襯壽命可達3~6年。但套筒窯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，異型磚多，砌筑復(fù)雜，維修困難，基建高，不宜燒煤粉是制約其發(fā)展的主要問題。
2.4梁式窯
梁式窯是以燃燒梁為熱工工具焙燒石灰的石灰生產(chǎn)設(shè)備，經(jīng)過國內(nèi)技術(shù)人員通過多年的努力，破解了梁式窯的部分技術(shù)難題，解決了低熱值燃料的應(yīng)用問題，并且成功實現(xiàn)了多種燃料混燒的技術(shù)進步，為梁式窯的大面積推廣創(chuàng)造了條件。自2000年國產(chǎn)化以來，國內(nèi)已建100t/d~500t/d的梁式石灰窯200多座，并且已經(jīng)輸出到了國外。
梁式窯適用多種燃料，如天然氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐煤氣(熱值≥800x4.18kj/m3)、混合煤氣、煤粉、焦粉、重油或固液、固氣混合燃料。生產(chǎn)操作正常時，石灰活性度可達350ml以上，能耗可達900x4.18kj/kg，電耗可達30kwh/t。
2.5混料窯
混料窯在國內(nèi)當前流行的主要由三種：機械化豎窯、節(jié)能窯、馬氏窯。
機械化豎窯是在解放初蘇聯(lián)援建我國的機械化豎窯基礎(chǔ)上，吸收日本住友焦炭窯技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)幾十年生產(chǎn)實踐經(jīng)驗改進的新型機械化豎窯。窯型有50~500m3，利用系數(shù)在0.65~0.8，燃料采用焦炭、無煙塊煤、無煙煤球。噸灰熱耗為140公斤標準煤，生過燒在10%左右。
節(jié)能窯是建材行業(yè)在土窯基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化窯形結(jié)構(gòu)，增加配料設(shè)施，供風(fēng)排氣裝置后開發(fā)的節(jié)能型石灰窯。窯型有50~300m3，利用系數(shù)在0.5左右，燃料采用無煙碎煤。噸灰熱耗為140公斤標準煤，生過燒在10%左右。
馬氏窯的窯形為花瓶型，產(chǎn)能為150t/d，利用系數(shù)在0.2左右，燃料為無煙塊煤。采用石灰石CaO含量53.5%，SiO2 1.25%，篩分后粒度40-80mm，燃料無煙粒煤20-40mm，低發(fā)熱值≥6500 kcal/ kg。石灰質(zhì)量可達到CaO>90%，活性度>300ml。
3. 主要節(jié)能技術(shù)及發(fā)展方向
冶金石灰窯爐的能源消耗主要集中體現(xiàn)在熱能消耗與電能消耗兩方面。因此，目前各科研及生產(chǎn)單位以這兩方面為切入點開發(fā)石灰窯爐的節(jié)能技術(shù)與措施。具體方向可以歸納為新型煅燒技術(shù)開發(fā)、窯襯涂層技術(shù)和新型窯襯結(jié)構(gòu)開發(fā)、窯爐余熱利用技術(shù)開發(fā)、自動化與節(jié)電技術(shù)開發(fā)等。
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