【技术】冶金石灰窑炉节能技术及发展方向

3.主要节能技术及发展方向

冶金石灰窑炉的能源消耗主要集中体现在热能消耗与电能消耗两方面。因此，目前各科研及生产单位以这两方面为切入点开发石灰窑炉的节能技术与措施。具体方向可以归纳为新型煅烧技术开发、窑衬涂层技术和新型窑衬结构开发、窑炉余热利用技术开发、自动化与节电技术开发等。

3.1新型煅烧技术开发

富氧燃烧技术的应用。富氧燃烧技术是工业窑炉最为看好的节能环保燃烧方式之一，已经在玻璃熔窑、有色冶金和黑色冶金等许多行业和领域得到了成功的应用，具有广阔的应用前景。富氧燃烧一方面可以减少空气需要量，降低烟气生成量，使烟气带走的热损失降低，热量利用率提高;另一方面，可以提高理论发热温度和理论燃烧温度，有利于燃料的完全燃烧。富氧燃烧技术还能提高理论燃烧速度，提高辐射给热系数，拓宽着火极限，降低空气过剩系数。总之，将富氧燃烧技术应用于工业窑炉具有很大的技术优势，对工业炉窑的节能降耗有着非常重要的总用。对于存在富余氧气的大型冶金企业来说，富氧燃烧技术应用于冶金石灰窑炉可以有效节约能源，降低成本。但是对于没有富余氧气的企业来说，富氧燃烧的经济性需要经过详细论证[3]。

强化燃烧技术开发利用。在石灰煅烧过程中，石灰石分解不仅需要吸收足够的分解热，还要保证合适的煅烧温度，这样石灰石才能够实现快速分解。当石灰窑使用高热值燃料时，其发热量大，燃烧温度高，能够满足石灰快速分解的条件。而当石灰窑使用低热值燃料时，就需要采取措施强化燃烧，提高煅烧温度，保证石灰石的快速分解。例如，以低热值煤气为燃料的双膛竖窑利用通道高温烟气余热助燃空气，以达到强化煅烧的目的。

低热值煤气的综合利用。钢厂的煤气资源主要有焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气等，焦炉煤气的热值约为3600kCal/Nm3，转炉煤气的热值约为1600kCal/Nm3，高炉煤气的热值只有大约800kCal/Nm3，回转窑使用煤气煅烧活性石灰要求的热值一般要大于2600kCal/Nm3，焦炉煤气是最合适的燃料。但是从多数钢铁企业的燃料平衡来看，焦炉煤气成本相对较高，而且供应往往不能满足活性石灰生产需要，而转炉和高炉煤气却往往因为过剩被迫大量放散。如何利用低热值煤气是现今冶金石灰生产的重要研究课题。低热值煤气在活性石灰回转窑系统上已经成功得到应用。主要方法是采用混合煤气、煤粉和煤气混烧、高效换热器进行预热等。混合煤气是按一定比例将焦炉煤气和转炉或高炉煤气进行混合，混合后热值有所降低，但可以满足活性石灰生产要求;煤粉和煤气混烧可以根据煅烧所需的热值和燃烧温度调节，将煤粉和煤气进行混合燃烧;高效换热器可以利用废烟气将煤气和一次风预热到150～200℃，采用这种方式可以提高低热值煤气带入的物理热，可以增加低热值煤气使用的量。因此，低热值煤气的综合利用，可以产生巨大的经济效益，同时可以减少因大量放散带来的环境污染[4]。

3.2窑衬涂层技术和新型窑衬结构开发

窑炉隔热保温技术是降低炉体散热损失的主要途径，该技术的关键点是降低窑内高温物料与气体通过窑衬向外传热的综合传热系数，该系数主要由窑内的对流辐射传热、窑衬的导热以及窑外壁的对流辐射传热所决定。由此产生的隔热保温技术有：

(1)窑衬涂层技术。通过在窑衬表面喷涂涂层，降低窑内衬表面的黑度，减小窑内高温物料及气体向窑衬辐射传热的吸收比，以减小传热量。在窑外壁喷涂涂层可以减小窑外壁向环境辐射传热的发射率，同样可以减小窑衬向外界的散热量。

(2)新型窑衬结构。采用新型窑衬结构是一项非常重要的节能措施，达到既减少燃料消耗，又改善操作环境的目的。例如，采用空心隔热耐火砖可以有效提高窑衬的隔热性能;双膛竖窑的窑衬采用重质耐火砖、轻质隔热耐火砖、耐火纤维毡和硅酸钙隔热板的复合保温结构，连接通道顶部采用重质耐火浇注料、轻质隔热浇注料和矿渣棉的复合保温结构，在实际使用过程中显现了优越的耐火保温性能。复合预制砖加浇注料的新型窑衬结构，已经有多条回转窑生产线的成功实践。这种窑衬结构将复合预制砖由锚固件固定在窑体上，这样就完全可以实现在贴近窑体内表面上再添加一层导热系数较低的高铝纤维保温层而不会出现掉砖;两行砖之间再用轻质高铝纤维毯及轻质高强浇注料和耐磨浇注料填充，更保证了砌体的整体性、牢固性及保温性，满足砌体长期处于受震状态的使用条件，使得窑皮温度显著降低，节能效果显著。

3.3窑炉余热利用技术

提高窑炉热效率不仅要从减少窑炉热损失入手，还要合理利用窑炉生产过程中产生的余热。石灰窑炉生产过程中产生的余热主要为出窑废气余热、窑炉炉体散热以及出窑石灰所带物理热，这些余热的总和甚至占到窑炉热耗的40%～50%以上。因此，合理利用余热对于节能降耗，提高窑炉热效率至关重要。

3.3.1出窑废气余热利用技术

石灰窑出窑废气温度高，烟气量大，直接排放会造成大量能源浪费。在实际生产中为了保护下游除尘器和除尘风机，往往需要大量掺入冷风降温，进一步增大风机负荷，浪费了大量电能。因此充分利用出窑废气余热是节能降耗的重要途径，目前出窑废气余热利用主要有以下几种途径：

(1)利用出窑废气预热助燃空气、燃料和生料。通过高效换热器的作用将石灰窑排出的高温烟气通过热交换预热助燃空气和燃料，不仅能够降低排烟温度，还可以增大入窑气体的物理显热，提高燃烧温度，减少燃料消耗，起到了节能降耗的功效。此方法已经在回转窑和各类竖窑中得到了较为广泛的应用。此外，通过制订合理的加出料制度，可以最大程度的利用出窑废气的物理显热预热生料。例如，针对双膛竖窑的运行特点，合理设定每个煅烧周期的加料次数，可以保证所加物料能够将该煅烧周期内的废气显热均匀吸收，而不会出现废气温度超高的现象。

(2)利用出窑废气干燥物料。以煤粉为燃料的石灰窑一般都配有专门的煤粉制备系统，煤粉制备系统需要大量热量来烘干煤粉。石灰窑的出窑废气一方面烟气量大，温度较高，热量足以满足煤粉制备的需求，另一方面氧含量较低，可以保证煤粉制备系统的安全性。因此利用石灰窑尾气作为煤粉烘干介质获得了广泛应用。另外，在部分厂矿，将出窑废气用于高炉水渣烘干制粉、用于兰炭烘干等方面，均取得了节能环保的综合效益。

(3)利用出窑废气经高效烟气-水换热器供厂区采暖、洗浴。某工程采用热管式烟气--软水换热器回收石灰回转窑尾气余热。即在回转窑预热器和除尘器之间的尾气管线上设置热管式烟气--软水换热器，以软水作为热介质，与回转窑尾气通过热管式烟气--软水换热进行一次换热，换热后的热软水大部分直接用于厂区采暖，小部分用于软水--洗浴水二次换热，软水由换热站供给，循环使用。尾气冷却后送入除尘器净化，然后由排烟机排入大气。此方案的优点是对烟气温度要求低，换热效率高，回收的热量大，系统配置简单，运行稳定可靠[5]。

(4)利用出窑废气经余热锅炉生产蒸汽。某企业在石灰回转窑预热器出口和除尘器之间增设一台热管余热锅炉，余热锅炉产生0.6MPa的饱和蒸汽供厂区使用。另一企业，通过将回转窑高温烟气在卧式余热锅炉中进行换热，通过热管将实现烟气与水之间的热量交换，将水加热成1.2MPa，>200℃的过热蒸汽，并入蒸汽系统主管网。余热利用系统安装后，原有烟气管道作为备用保留，在原有烟道和余热利用系统之间可以根据需要进行切换，确保整个系统的正常运行[6,7]。

(5)利用出窑废气发展余热发电技术。研究人员借鉴水泥窑余热发电的成功经验，正在探索适合石灰窑的余热发电技术。水泥窑废气温度较高，采用双压蒸汽系统可获得较高的热效率，但石灰窑废气温度较低，属于纯低温余热，因此石灰窑余热发电仍然需要大量的理论论证和试验研究工作。对于废气大于10万Nm3/h的大、中型石灰回转窑进行废气余热发电研制，已经进入示范工程阶段。利用废气余热产生低参数蒸汽，以汽轮机拖动窑尾排烟机，也已确定技术方案。目前活性石灰窑低温余热发电的难点在于缺乏有效的余热发电成套工艺技术[8]。