【技术】冶金石灰窑炉节能技术及发展方向

1.前言

石灰作为工业生产的重要辅料，广泛应用于冶金、化工、环保、建材等诸多行业，高品质的活性石灰主要应用于炼钢、烧结，以及电石行业。2014年我国粗钢产量达到8.2亿吨，烧结矿产量约为9亿吨。按照2013年转炉、电炉炼钢平均石灰消耗量为47.8kg/t，烧结矿石灰消耗量为66.5kg/t计算，2014年冶金石灰的消耗总量约为9860万吨。2014年冶金石灰产能约为1.1亿吨[1]。

冶金行业作为我国国民经济的重要基础产业和实现工业化的支柱产业，同时也是能源消耗大户，节能降耗一直是冶金行业发展的重中之重。各种冶金工业炉窑在生产过程中会消耗大量的能源，在某些领域还存在严重的资源浪费现象，违背了我国节能减排的发展目标，这就迫切的需要实现工业炉窑的节能发展。随着活性石灰工业的快速发展，技术水平的不断提高，节能降耗的需求也日益突出。根据2013年的统计数据，全国冶金石灰产能中，具有国际先进水平的或国内先进水平的占总产能的58.8%，国内一般水平的占总产能的14.8%，落后产能占26.4%。而普通石灰生产大多数仍然采用简易窑或土窑落后装备生产，以煤为燃料，无质量保证措施和环保措施，能耗高。开发推广先进的节能技术是冶金石灰行业实现健康可持续发展的重要方向。

2.主要冶金石灰窑炉

几十年来，在各相关科研和生产单位的共同努力下，我国的冶金石灰行业获得了长足的发展。国外各种先进的石灰生产装备基本上都已经引进到国内，比如德国克劳斯˙玛菲公司、日本三菱公司、美国美卓公司的回转窑，瑞士麦尔兹公司的双膛竖窑，德国贝肯巴赫公司的套筒窑，意大利弗卡斯公司的双梁窑和“梁式桥”套筒窑，意大利西姆公司的双D窑、德国波力休斯公司的悬浮窑、意大利佛利达公司的梁式窑、日本住友公司的焦炭窑等。在引进消化的基础上，国内自主开发的回转窑、双膛竖窑、套筒窑、梁式窑、新型气烧竖窑、新型焦炭竖窑、节能型普立窑、马氏窑得到广泛推广

2.1回转窑

回转窑是国内技术最成熟、推广范围最广的先进石灰窑。目前，我国自主研发的带竖式预热器和竖式冷却器的石灰回转窑系列产品已经在国内广泛推广，并已向国外输出，设计生产能力涵盖250t/d～1200t/d，以满足不同企业的需求。石灰回转窑技术日益成熟、工程造价大幅下降，能耗水平进一步降低。以一条比较完善的600t/d石灰回转窑生产线为例：投资在4000~4500万元，热耗低至1150x4.18kj/kg以下，电耗在45kwh/t以下。回转窑可使用国内普遍采用的煤粉、电石炉煤气、焦炉煤气、天然气、混合煤气，以及多种煤气混烧、或多种煤气与煤粉混烧，基本可以满足生产企业利用当地廉价能源的要求。回转窑操作简单直观，窑内状态一目了然，且可以充分借用水泥回转窑操作人员和生产管理经验，容易被生产企业掌握。

2.2双膛竖窑

双膛竖窑作为世界上最为先进的石灰窑炉之一，其最大特点在于并流蓄热焙烧原理，它具有石灰生产行业所公认的最小热消耗。国内早期建设的双膛竖窑绝大多数为引进国外技术及关键设备，引进费用高，建设周期长。为满足市场需求，具有我国独立自主知识产权的双膛竖窑全系列产品已经问世，并成功应用于多个工程实例，设计能力覆盖120t/d～600t/d。同时，自主研发的产量为800t/d的双膛竖窑也已经完成了技术攻关，具备了投放市场的能力。双膛竖窑适用的燃料有煤粉、转炉煤气、混合煤气、电石炉煤气、天然气，以及煤粉和煤气混烧。

双膛竖窑在国内有近30年的使用经验，生产技术已相当成熟，产品质量稳定，活性度可达380～420ml，气体燃料热耗低至850x4.18kj/kg，电耗40kwh/t，且采用煤粉和煤气均可靠，窑衬寿命可达3~6年。已经形成了稳定的生产培训基地，有一批成熟的技术人员和操作工人。

2.3套筒窑

套筒石灰竖窑(简称套筒窑)于上世纪80年代最早引入我国。多年来，国内石灰生产企业、设备制造企业在吸收国外技术的基础上，对套筒窑进行了很多创新和改进，促进了套筒窑的推广和应用。在国内已经储备了多年的生产操作经验，技术基本成熟。目前市场上典型的套筒窑窑型规格有150t/d、300t/d、500t/d、600t/d等。套筒窑操作较为简单，产品质量稳定，活性度在360ml以上，气体燃料热耗在900x4.18kj/kg，电耗40kwh/t，窑衬寿命可达3~6年。但套筒窑结构复杂，异型砖多，砌筑复杂，维修困难，基建投资高，不宜烧煤粉是制约其发展的主要问题。

2.4梁式窑

梁式窑是以燃烧梁为热工工具焙烧石灰的石灰生产设备，经过国内技术人员通过多年的努力，破解了梁式窑的部分技术难题，解决了低热值燃料的应用问题，并且成功实现了多种燃料混烧的技术进步，为梁式窑的大面积推广创造了条件。自2000年国产化以来，国内已建100t/d~500t/d的梁式石灰窑200多座，并且已经输出到了国外。

梁式窑适用多种燃料，如天然气、焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气(热值≥800x4.18kj/m3)、混合煤气、煤粉、焦粉、重油或固液、固气混合燃料。生产操作正常时，石灰活性度可达350ml以上，能耗可达900x4.18kj/kg，电耗可达30kwh/t。

2.5混料窑

混料窑在国内当前流行的主要由三种：机械化竖窑、节能窑、马氏窑。

机械化竖窑是在解放初苏联援建我国的机械化竖窑基础上，吸收日本住友焦炭窑技术，结合国内几十年生产实践经验改进的新型机械化竖窑。窑型有50~500m3，利用系数在0.65~0.8，燃料采用焦炭、无烟块煤、无烟煤球。吨灰热耗为140公斤标准煤，生过烧在10%左右。

节能窑是建材行业在土窑基础上，合理优化窑形结构，增加配料设施，供风排气装置后开发的节能型石灰窑。窑型有50~300m3，利用系数在0.5左右，燃料采用无烟碎煤。吨灰热耗为140公斤标准煤，生过烧在10%左右。

马氏窑的窑形为花瓶型，产能为150t/d，利用系数在0.2左右，燃料为无烟块煤。采用石灰石CaO含量53.5%，SiO21.25%，筛分后粒度40-80mm，燃料无烟粒煤20-40mm，低发热值≥6500kcal/kg。石灰质量可达到CaO>90%，活性度>300ml。