生产高活性工业石灰燃料应用的发展趋势探讨
2013-09-30 15:35:31 来源：
生产高活性工业石灰燃料应用的发展趋势
随着我国国民经济的深化发展，工业用高活性石灰对石灰质量要求越来越高，尤其钢铁企业对钢铁生产的要求，开始由“粗旷型”量的追求，逐渐向“成本精细化、质量优质化”方向转变，对包括冶金活性石灰等在内的钢铁冶金辅料的质量要求和市场需求，也随之提高， 2011年钢铁工业石灰用量达到了6500万吨，其中工业用高活性石灰约占80%左右。石灰工业属于高能耗产业，其中燃料消耗在生产能耗中占有较高的比重，冶金活性石灰生产过程中，燃料的消耗约为140-180Kg/t石灰。目前，国内应用较为广泛的冶金活性石灰煅烧，基本以煤（焦炭）烧和气烧两种方式为主，其中煤（焦炭）烧石灰窑主要以无烟煤、焦炭和粉煤为燃料，无烟煤和焦炭主要用于混烧竖窑，而粉煤在回转窑和双膛窑中应用较为成功；气烧石灰窑主要燃料为天然气、焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、混合煤气和发生炉煤气等。
由于以煤（焦炭）为燃料煅烧冶金活性石灰，存在窑内温度均匀性难于控制、石灰活性度较差及环境污染等问题，该煅烧方式市场需求形势呈下降趋势；气体燃料可在石灰窑的所有空隙中燃烧，无死角，气烧火焰均匀而且同时放热，可做到快速燃烧和快速冷却，石灰活性较好。与煤（焦炭）煅烧相比，气烧石灰窑炉具有窑内气流量大、石灰活性度高、窑内温度均匀、温度易于控制、对燃气选择要求不高、环境影响较小等优点，属于比较理想的煅烧方式。据对某些石灰窑制造企业的不完全统计，2008-2011年，气烧石灰窑与煤（焦炭）烧石灰窑的销售量比例约为7：3左右，气烧石灰窑的市场占有率呈快速上升趋势。
目前，气烧石灰窑应用较为广泛的燃料为焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气和混合煤气，这主要是因为一些较具生产规模的冶金活性石灰煅烧企业多为大型钢厂的下属企业或关联企业，而这些大型钢厂拥有自己的高炉、转炉或焦炉，这些石灰煅烧企业占据气源选择方面的地利和人和优势。但是，随着各大钢铁企业自备电厂等的建设，煤气供应日趋紧张，而且为了降低石灰生产运输成本，有些钢铁企业的石灰生产厂选择靠近矿山建设，从而远离了高炉、转炉或焦炉等气源，其原来具备的气源优势日趋丧失，重新选择燃料气源也同样成为这些企业面临的首要问题。燃料气源的选择既要考虑技术可应用性、成本优势性和供应的稳定可持续性，同时更要注重环境影响因素。
我国天然气资源较为紧张，主要作为民用气源供应，大量的作为工业用气，在供应稳定性的保障方面存在严重的风险，而且，随着石油价格与国际接轨趋势的发展，作为石油衍生品的天然气势必受到国际因素的影响，所以石灰煅烧目前很少采用天然气作为燃料气源，预计将来也不会成为煅烧石灰的优选燃料气源。
焦化厂焦炉炼焦的主产品焦炭主要供应钢铁行业冶炼使用，焦炭与冶金活性石灰供应的是同一个钢铁冶炼市场，具有市场周期同生性，而且随着民用气源领域的“天然气进、焦炉煤气退”形势的日益推进，焦炉煤气的工业供应量日益充足，同时，由于焦炉煤气只是焦炉炼焦的副产品，其生产成本较低，供应价格较为便宜，焦炉煤气无疑是煅烧冶金活性石灰的优选燃料。但是，焦炉煤气的供应受到输送距离的影响，如果焦炉煤气气源距离石灰煅烧厂较远，投资经济性便值得进一步论证。
焦炉煤气热值较高，火焰短，煤气出烧咀后很快燃烧，容易造成烧咀周围温度过高，使靠近烧咀附近的石灰过烧，甚至使炉衬结瘤，而窑炉中心部位的石灰则处于生烧状态。解决这些问题，*为捷径的办法是混入惰性气体或低热值煤气后，使煤气热值得以降低后应用。实际应用证明，煅烧石灰较理想的燃气热值为6270-7500 KJ/M3，燃气火焰长度以2-4m较为适合。另外就是改变石灰窑炉的加热方式，如唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司设计的矩形竖炉和新型国产化套筒石灰窑采用内外燃烧室辐射加热的方式，使火焰热值和温度通过燃烧室调整，达到了很好的煅烧效果。
相比而言，高炉煤气的热值较低，火焰偏软，煅烧时间长。从长期的应用实践可知，气烧石灰窑炉较为理想的气烧燃料为焦炉煤气与高炉煤气的混配煤气，其混配比例一般在1:3-1:6左右较为适合。
企业自建煤气站，自主供应煤气也是石灰煅烧企业的一种选择。从目前石灰窑技术水平和生产实践表明，对于回转窑而言，宜采用较高热值的煤气，梁式窑、双膛窑和套筒窑对煤气热值的要求应不低于6700KJ/Nm3，而低热值煤气竖窑则可以采用热值在3200-5800KJ/Nm3的煤气。目前的一段炉和两段炉煤气站生产的煤气热值一般在5225-6500 KJ/Nm3左右，富氧煤气的热值一般在7524-8360 KJ/Nm3左右，完全满足各种石灰窑炉的使用，而且，我国煤炭资源丰富，煤炭价格相对稳定，从而使燃料供应的稳定可持续性得以有效保证。机械化采煤造成我国煤炭市场中粉煤供应比例较大，考虑气化煤炭供应因素，建设粉煤富氧气化或型煤富氧气化煤气站，有利于气化用煤的选择。
发生炉煤气的燃烧温度可达1200-1450℃左右，煤气发生站配备煤气稳压控制系统后，其燃烧温度可稳定控制在±5℃范围内，而煅烧石灰的燃烧温度通常需要控制在1000-1150℃，燃用发生炉煤气完全可以将石灰煅烧温度稳定地控制在要求范围内。发生炉煤气火焰长度一般在以2-4m左右，从而可以保证窑内石灰得以均匀受热，有效避免石灰过烧或生烧现象。
从发生炉煤气的成分、热值和燃烧特性分析，其燃烧控制方法和煅烧工艺与焦炉煤气和高炉煤气完全相同，从焦炉煤气和高炉煤气在煅烧冶金活性石灰行业的成功应用可见，利用发生炉煤气煅烧冶金活性石灰在技术上是完全可行的。
随着石灰产业的快速增长，环保问题日趋严重，目前石灰产业环保重点是降低SO2排放及生产运输过程中的粉尘排放，但预计在不久的将来，石灰产业势必会成为温室气体CO2排放的重点控制对象。据估算，我国石灰生产年排放CO2量约为1.1-1.2亿吨左右，约占全国CO2总排放量的1.7%左右，虽然所占排放比例不大，但石灰产业单位GDP的CO2排放强度非常之高，环境治理潜在压力较大。当前国际社会对全球气候变化问题普遍关注，随着我国经济的快速发展，温室气体排放给我国带来的国际压力越来越大，节能减排的技术改造和升级势在必行，居安思危，及早进行行业节能减排的技术研究和探讨，是摆在我们每个企业面前严峻的课题。
应用唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司的JQMQH煤气化技术生产煤气为石灰煅烧提供燃料，是石灰煅烧企业实现节能减排的有效途径，目前应用该技术配套设计新型的燃气石灰窑可以达到日产100-600吨的生产规模，主要窑型采用普通圆形竖炉、矩形竖炉、梁式竖炉、套筒竖炉及回转窑等，也可以把燃煤石灰窑改造成燃气型石灰窑，经过实际生产测算生产一吨高活性石灰仅用煤炭150-180kg,仅比燃煤石灰窑高30-50 kg，但是由于燃煤混烧窑只能采用无烟煤和焦炭才能生产出合格石灰，使用烟煤时石灰质量很难控制，采用煤气发生炉煤气生产石灰可以使用烟煤生产，因烟煤价格较低实际生产成本与混烧石灰窑生产相比基本相同，而且生产的石灰活性度在330-370ml，至少比煤炭混烧窑生产的石灰活性度高40ml以上，而且生过烧率很低，生产的石灰也很洁净无杂质，其售价每吨石灰至少高于煤炭混烧石灰窑石灰50元以上。
JQMQH 煤气化，是一种以“富氧空气—CO2烟气—水蒸气”为气化剂的煤气化技术，其中CO2烟气来源于窑炉反应废气中的部分烟气，该烟气中的CO2参与煤气化过程中的还原反应，与煤中的碳反应生产CO可燃气体，该技术在减少废气排放的同时，降低煤炭气化所需的煤炭量，从而实现燃耗工矿企业的节能减排。唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司的煤气化技术，通过增加气化剂中CO2的含量，有效增加了气化反应物中CO2浓度，提高了CO还原反应的速度，使煤气生产效率得以提高。通过增加气化剂中CO2和O2的含量，降低其中N2的含量，减少气化反应中N2携出的热量，使煤气化装置的热效率得以有效提高。同时，石灰窑炉出废气温度一般在150-200℃左右，将其中一部分引出，与富氧空气混合作为气化剂，提高了气化剂的温度，使石灰生产系统的热效率得以提高。
就煤气发生炉的发展而言，煤气生产和净化工艺的发展一直在紧跟环保要求的步伐，二十世纪90年代初，出于对较高热值煤气的追求和环境保护的考虑，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司与协作单位共同进行了多年的研发试验，通过引进设备、消化吸收，自主研发出一系列两段式煤气发生站的工艺及设备，并得到了广泛的成功应用。该煤气发生站与一段式煤气发生站相比，无论在节能还是环保方面都有了长足的进步。
发生炉煤气以煤炭为主要原料，而我国已探明煤炭储量约7241亿吨，是世界第三大煤炭国，我国一次性能源中，煤炭约占73%，而天然气、液化石油气等燃料相对比例较小，随着国际原油价格的不断攀升，作为石油衍生产品的天然气和液化石油气等燃料价格波动较大，且其供应量稳定性较差。与相比而言，煤炭价格波动较小，而且供应量比较稳定，从而有效保证了发生炉煤气的低位成本和稳定生产。
就煅烧冶金活性石灰而言，无论从技术应用角度、投资运行成本分析、环保节能达标程度还是在燃料可持续应用方面，发生炉煤气作为燃料都是非常可行的。而且与其它气体燃料相比，发生炉煤气在技术应用、燃料运行成本和可持续应用方面具有相当大的优势。综合考虑，发生炉煤气在煅烧冶金活性石灰行业具有很高的推广价值。
企业结合自身状况和我国国情，选择适合生产要求、成本要求特别是符合环境要求的煤制气体燃料，作为煅烧冶金活性石灰的燃料气源，是高活性工业石灰生产企业燃料选择的总体方向。
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