竖窑采用褐煤（烟煤）生产活性石灰获得重大技术突破

    竖窑采用褐煤（烟煤）生产活性石灰获得重大技术突破

         —介绍一种石灰成本低于百元、利润超过百元的新型石灰竖炉

         一、褐煤的基础知识及资源分布

1.1世界褐煤资源

    煤炭分为硬质煤和软质煤，硬质煤包括烟煤和无烟煤，约占世界煤炭总储量的60%，软质煤即为褐煤，约占世界煤炭总储量的40%。褐煤资源又分为硬褐煤和软褐煤（俗称土状褐煤）两大类。其中硬褐煤主要分布在欧洲地区，其次为亚洲和北美洲。美国、俄罗斯和中国三国硬褐煤储量*多，俄罗斯的软褐煤储量*多，约占世界软褐煤储量的30%左右；其次为德国，约占20%以上；澳大利亚和美国的软褐煤约占世界的10%左右；前南斯拉夫和波兰各占5%左右。中国的软褐煤主要分布赋存在云南省的晚第三纪地层中，其中昭通煤田的储量*大，达80亿吨以上。世界褐煤的可采储量约为3283亿吨，约占世界煤炭可采储量10390万亿吨的31.6%。在世界6大洲中，褐煤资源主要分布在欧洲。

1.2我国的褐煤资源

    我国已探明的褐煤保有储量达1300亿吨，占全国煤炭总储量的13%。我国的褐煤资源主要分布在内蒙古自治区和云南省。和内蒙古的褐煤相比，云南褐煤的煤化程度低，以晚第三纪为主，煤层埋藏浅，适合于露天开采，同时矿点分散较多，主要分布在昭通煤田、小龙潭煤田、先锋煤田和蒙自煤田，其中昭通煤田储量较大。

昭通煤田位于云南省东北部的昭通市境内，市区正位于煤田中部。昭通煤田为不规则的椭圆形含煤盆地，是我国南方已发现并探明的*大褐煤盆地，南北长约15公里，东西宽13公里，含煤面积142平方公里，煤层厚度一般为30～40米，*厚为193米。目前已探明储量为80亿吨以上，占云南省探明储量的60%，大部分储量可供露天开采。

1.3褐煤的综合利用

    几种利用褐煤的方法，主要包括直接燃烧、低温干馏、炼焦、气化、加氢液化褐煤的物理化学性质

1.4 褐煤的特性

   褐煤属于煤的一类，褐煤的煤化程度仅高于煤泥的精煤，是一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。

褐煤的物理化学性质如下：褐煤富含挥发份，所以易于燃烧并冒烟。含有可溶于碱液内的腐殖酸。含碳量60％-77％，密度约为1.1-1.2，挥发成分大于40％。无胶质层厚度。热值约为23.0-27.2兆焦/公斤（5500-6500千卡/公斤）。多呈褐色或褐黑色，相对密度1.2-1.45。

褐煤的特点

   褐煤的质量指标随井下采面条件而变化，存在一定的不确定性。褐煤具有“两高三低”显著特点：

1）水分高

     一般含水量在32～42%之间，作为工业动力用煤，褐煤入炉后其高含水将使炉其本身原有的温度降低，直接影响用户的经济效益。所以，电力煤《合同》规定水分限在8%以下，每超过一个百分点，扣400元左右；因此必须使用褐煤烘干机对褐煤干燥提质。

2）挥发份高

        一般在40～50%之间，电力用煤规定不能超过40%，挥发份高易加大炉膛复额，产生炉膛爆炸。

3）发热量低

        一般平均热值在3000大卡以下，工业动力用煤规定低于4600大卡为劣质煤，并拒付款。可见在激烈的市场竞争中提高褐煤的热值有多么的重要；

4）密度低：易风化，遇水自然，销售半径限于400公里以内；

5）灰熔点低：一般的灰熔点约为1150℃。

褐煤的用途和分布

     褐煤主要用于发电厂的燃料，也可作化工原料、催化剂载体、吸附剂、净化污水和回收金属等。通常有两种：（1）土状褐煤，质地疏松而较软；（2）暗色褐煤，质地致密而较硬。可直接用作家庭燃料、工业热源燃料及发电的燃料，也可用作气化、低温干馏等的原料。焦化后的褐煤可制作为煤砖用于炊事和加热；它也作为活性炭的来源，用于水处理、复原黄金和提取碘。

    在世界上的某些地方，把褐煤用作热源燃料和化学制品及气体与液体燃料的原料。中国褐煤量只有2118亿吨，与世界褐煤资源量约占世界煤炭资源总量的1/3相比，比例也很低，约占全国总资源量的1/20以下，主要分布在内蒙古东部、云南东部、东北和华南也有少量。

  在目前全球能源日趋紧张的形势下，褐煤的经济价值被世界能源界所重视，工业中直接燃烧褐煤需要干燥提质才能使用，但是褐煤干燥提质技术目前需要烘干机等干燥设备，不但设备投资较大而且二次加工费用也较高，除大型工厂具备条件的可以考虑应用外，绝大多数小型企业及民间用户主把目光都放在了直接燃烧褐煤及气化技术的发展与应用上。

   二、一种生产成本低于百元、利润超过百元的新型石灰竖炉研发成功

   采用褐煤（烟煤）生产石灰是业界一直探索研究的课题，尤其采用竖窑生产石灰采用褐煤的技术在国内还是空白，虽然有些企业一直在探索使用烟煤生产石灰，因为采用的石灰窑技术落后在生产中极难操控而且石灰质量也极差，生产成本高、只能作为低级的修路石灰使用，同时也因其生产的石灰质量差石灰售价较低，效益较差，目前国内采用褐煤用竖窑生产石灰的先例还没有，如何采用褐煤（烟煤）生产高质量的石灰是唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司多年以来的重点研发方向，通过调取国内及国外各地区褐煤及烟煤的相关数据，利用热重分析仪研究褐煤的燃烧特性及在石灰生产中的各种影响，通过近百次的实验，掌握了褐煤及烟煤的燃烧着火及燃尽性能的燃烧特性指数S的数据及可燃性指数C和着火稳燃特性综合判别指标Rw，研发成功了适用于褐煤和烟煤在石灰生产中的添加剂（催化剂），可有效的降低煤炭的着火温度，改善了煤炭的着火特性，提高了煤炭的燃烧速率，并根据热动力学方法通过计算机模拟在石灰竖炉中各过程的热动力学参数设计了适合褐煤及烟煤煅烧石灰的新型窑型结构，同时在实际生产摸索中逐步完善了各项生产操作方法。该项技术的催化剂配方及窑型已经申请了专利并进入推广阶段。

该项技术有如下特点：

改善窑顶装置，使生产更易操作：在生产操作中与无烟煤（焦炭）竖窑的生产操作方式基本一样，无需增加其他操作设备，在原始的无烟煤竖窑使用褐煤及烟煤生产石灰时由于褐煤（烟煤）挥发分高、灰分高、水分高、燃点低、固定碳低、含硫高等原因，致使在竖窑生产中窑顶顶温过高（350-500℃）、煤炭燃烧速度快、能耗高、生产不易操控、石灰品质及品相差、石灰杂质高需要人工挑拣、除尘不易治理等，该项技术设计的窑顶循环风装置及吸气降温装置和闭路上料结构完全的解决了上述问题，可以使窑顶温度控制在150-180℃以下，窑顶顶温的降低直接反映了能耗的降低水平。

采用煤粉生产，使石灰成品更洁净：该项技术不采用原始的块煤煅烧生产，采用价格更低廉的褐煤及烟煤煤粉生产，彻底解决了原始窑型使用烟煤块煤生产石灰时产生的未燃尽的煤核、不可燃的煤炭杂质以及因煤炭过烧造成的结焦、结瘤等杂质，因采用煤粉生产，使燃料充分燃烧燃尽，生产的石灰基本无杂质，石灰质量及品相完全可与无烟煤及焦炭生产的石灰相媲美。

生产成本极低，使产品更具市场竞争力：在我国烟煤只有无烟煤价格的40-50%，褐煤价格只有无烟煤价格的20-30%，采用褐煤及烟煤生产石灰是降低石灰生产成本的关键措施，按照生产一吨石灰用190kg褐煤与130kg无烟煤成本对比可以降低燃料成本至少50元以上，效益非常可观，按照每天日产200吨产量计算，每月可增加利润30万元，仅需半年不考虑石灰生产的直接利润，仅考虑增加的利润就可以收回石灰窑的投资。按照褐煤（烟煤）300元左右计算，及石料按照每吨15元计算，如果生产建筑灰直接的生产成本可以控制在100元以内。目前按照唐山市建筑灰*低280元、冶金灰380元计算，每吨石灰利润至少在150元左右（各地区物价不同，数据仅供参考）。

添加辅料易购，使生产组织更方便：应用该项技术的添加剂（催化剂）可以自制，原料全国各地均有，成本极低，每吨石灰使用的添加剂成本仅为2-3元/吨灰。添加剂（催化剂）的作用主要是改变燃料的着火特性、燃烧特性、着火稳燃特性以及活化能，在抑制挥发分燃烧时间的同时可以催化灰分参与燃烧，催化剂可有效增加煤粉表面的活性，促进了脂肪烃类和芳烃烷基侧链的断裂和气体产物的析出，催化剂在煤的燃烧中充当了氧的活性载体，促进氧气从气相向碳表面扩散，从而降低了固定碳表面的着火温度，而且在燃烧过程中达到了烟气阻燃抑制了煤炭中硫的挥发，使窑顶烟气中二氧化硫的排放量减少了80%左右，该项技术的“石灰竖窑专用褐煤（烟煤）粉煤成型及催化剂配方和生产技术”已经申请了专利。

窑型结构简单，各类竖窑都可改造使用：传统窑型的竖窑只要窑体有效煅烧高度达到技术数据要求，原则上一般都可以改造使用，一般使用无烟煤（焦炭）的竖窑仅改造窑顶部分烟气循环及冷却装置以及窑底风帽部分改造后就可以生产，而且不影响继续使用无烟煤生产石灰。目前唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司新设计建造的的褐煤（烟煤）石灰窑既可以使用褐煤（烟煤）生产也可以使用无烟煤（焦炭）生产。

窑型功能多样，可以燃气燃煤两用生产：气、煤两用是该项技术的绝对优势，按照国家环保政策要求，使用煤炭直接燃烧生产石灰越来越难以获得批准，尤其河北省的北京周边各县区已经不再批准燃煤石灰窑建设，采用气烧石灰是大势所趋，尤其是采用煤气发生炉煤气生产石灰是国家鼓励推广的新技术，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司新设计的“第三代气煤两用多功能石灰竖炉”技术可以实现燃气、燃煤两用生产，既可以单独使用煤气发生炉煤气生产石灰也可以单独使用煤炭生产，而且可以在使用燃气生产时配加煤炭混烧以增加产量降低成本，尤其是褐煤和烟煤是煤气发生炉的好燃料，可以把颗粒煤炭用于煤气发生炉生产煤气，把煤粉通过该项新技术用于石灰生产，从而实现购买的混煤煤炭资源全部利用，还可以省去了部分颗粒煤炭需要粉碎的相关费用。鉴于燃气燃煤两用石灰窑的燃烧特性，目前单窑产量只能日产80-170吨的石灰。使用煤气发生炉煤气生产石灰相对于煤炭直接燃烧生产成本约高20-30元/吨灰，如果煤气发生炉回收煤焦油外售约40左右/吨灰，生产成本基本可以与煤炭直燃成本持平或低于其成本10-15元/吨灰，如果采用燃气生产并配加煤炭进行混烧其生产成本是*低的，约低于其他两个方法20-30元/吨灰。

除尘脱硫一体化，使环保治理优于国家标准：新的除尘技术选择机械分离法和高压电捕吸附法、喷淋与鼓泡法相结合的方案而达到治理效果。该项技术为唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司*新专利技术，它由除尘塔、洗涤塔、喷淋塔、脱硫塔和石灰水箱组成；根据部分生产单位实测：在烧山阴县当地烟煤的情况下达到了国家有关标准GB16297-1996，GB9078-1996的要求，使窑尾烟气排放中粉尘、沥青油烟达到国家排放标准，即粉尘浓度≤50mg/NM³，二氧化硫浓度≤200mg/NM³，沥青油烟浓度≤50mg/NM³，实现长期稳定达标排放。

    该项技术经过2010年-2012年多次实验性生产获得了成功，已经在印尼、蒙古国等地进行了多座使用褐煤（烟煤）为燃料的石灰竖窑的建设，同时也在我国山西、新疆等地进行了试生产及改造工程，取得了可喜成绩并积累了宝贵的*手生产资料，目前该项技术已经开始在国内全面推广。