冶金石灰窑炉节能技术及发展方向

冶金石灰窑炉节能技术及发展方向 中冶焦耐工程技术有限公司2015年10月 前言主要冶金石灰窑炉介绍主要节能技术及发展方向结束语 目录 一 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年冶金石灰的消耗总量约为9860万吨 冶金石灰产能约为1 1亿吨 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 二 主要冶金石灰窑炉介绍 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 设计生产能力涵盖250t d 1200t d 适用燃料 煤粉 天然气 各类煤气 多种煤气混烧 气煤混烧 600t d生产线能耗指标 热耗1150 x4 18kj kg以下 电耗45kwh t以下 2 2双膛竖窑 世界上最先进的石灰窑炉之一 最大特点在于并流蓄热焙烧原理 具有石灰生产行业所公认的最小热消耗 设计能力覆盖120t d 600t d 800t d双膛竖窑已完成技术攻关 适用燃料 煤粉 天然气 各类煤气 多种煤气混烧 气煤混烧 产品质量稳定 活性度可达380 420ml 气体燃料能耗指标 热耗低至850 x4 18kj kg 电耗40kwh t 2 3套筒窑 也称为环形套筒竖窑 由砌有耐火材料的窑壳和分为上 下两段的内套筒组成 主要窑型规格为150t d 300t d 500t d 600t d等 气体燃料能耗指标 热耗900 x4 18kj kg 电耗40kwh t 2 4梁式窑 核心技术是采用两层燃烧梁为热工工具焙烧石灰 设计能力覆盖100t d 500t d 适用燃料 煤粉 天然气 各类煤气 多种煤气混烧 气煤混烧 生产操作好时 活性度可达350ml以上 能耗指标 热耗900 x4 18kj kg 电耗30kwh t 2 5混料窑 当前流行的主要有 机械化竖窑 节能窑 马氏窑机械化竖窑窑型有50 500m3 燃料为焦炭 无烟块煤 无烟煤球 吨灰热耗为140公斤标准煤 节能窑窑型有50 300m3 燃料为无烟碎煤 吨灰热耗为140公斤标准煤 马氏窑窑型主要为150t d 燃料为无烟块煤 活性度 300ml 三 主要节能技术及发展方向 新型煅烧技术窑衬涂层技术和新型窑衬结构窑炉余热利用技术自动化及节电技术 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 3 1新型煅烧技术 3 1 1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 具有诸多优势 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 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 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 3 1 2强化燃烧技术开发利用强化燃烧技术可以提高窑炉温度 缩短反应时间 满足石灰煅烧的要求 冶金石灰窑炉的强化燃烧主要可以通过两种途径实现 预热燃气和空气 提高火焰传播速度 提高燃烧温度 增大燃烧强度 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 热量利用率显著提高 加强气流混合 燃烧的反应速度很大程度上依赖于燃气分子与氧气分子之间的相互扩散混合速度 提高气流混合的强度 会极大提高燃烧速度 例如 各类高效燃烧器的开发 3 1 3低热值煤气的综合利用 综合利用低热值煤气资源 不仅有利于钢铁企业的燃料平衡 产生巨大的经济效益 同时可以减少因低热值煤气大量放散带来的环境污染 目前冶金石灰窑炉低热值煤气利用的主要途径有 通过采用低热值煤气与高热值煤气混烧通过采用低热值煤气与煤粉混烧通过高效换热器对低热值煤气进行预热等 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 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 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重要的节能措施 既可以减少燃料消耗 同时散热量降低 可以改善窑炉周围环境 例如 回转窑生产线正在推广的复合预制砖加浇注料的新型窑衬结构 复合预制砖由锚固件固定在窑体上 不容易出现掉砖预制砖之间用轻质高铝纤维毯及浇注料填充 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 石灰窑炉生产过程中产生余热的总和占到窑炉热耗的40 50 以上 合理利用余热对于节能降耗 提高热效率至关重要 主要包括 出窑废气余热利用窑炉炉体散热利用出窑石灰物理热利用 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 利用出窑废气预热助燃空气 燃料和生料利用出窑废气干燥物料利用出窑废气经高效烟气 水换热器供厂区采暖 洗浴利用出窑废气经余热锅炉生产蒸汽利用出窑废气发展余热发电 3 3 2石灰窑窑体散热的回收利用 石灰窑窑体散热主要以辐射热的形式散失到大气中 不仅浪费能源 也对周围环境造成影响 目前 利用窑体辐射热置换成热水用于取暖 洗浴 技术方案的经济性和合理性仍然处在研究和论证阶段 3 3 3出窑石灰余热的利用 出窑石灰所带物理热由石灰冷却系统决定 冷却效果好 则出窑石灰温度低 热量被冷却空气带人窑内 参与燃烧 因此石灰窑炉冷却带或冷却装置的结构型式对出窑石灰余热利用起着很大作用 通过对回转窑的竖式冷却器系统进行优化改进 可以显著提升冷却效果 降低出料温度 在竖窑系统中 以双膛竖窑为例 采用中心及周边环形冷却 中心风帽为塔形 保证通风均匀顺畅 冷却空气能更好地吸收石灰的物理显热 3 4自动化及节电技术 3 4 1提高窑炉的自动化检测和控制水平自动化检测和控制水平的高低是保证石灰窑炉生产稳定 提高产品质量和产量的重要措施 也是窑炉运行经济性的保证 大部分石灰窑炉自动调节采用PID调节方式 其参数设定的合理性直接影响了设备调节的速度和精准性 也决定了其在调节过程中的电能消耗 热工工艺参数的设定决定了石灰窑炉煅烧的经济性 例如 设定合理的空燃比 不仅要保证燃料充分燃烧 还减少过量空气的加入 减小系统热耗 通过自动调节技术 可以通过对燃烧烟气中的CO及O2含量进行分析 适时调整空燃比例 达到经济燃烧的目的 3 4 2以节约电能为切入点的节能技术 1 降低窑炉系统阻力通过对供风管网及窑炉结构进行优化 都能够有效降低供风系统的阻力 例如 双膛竖窑在保证窑内物料各带停留时间的情况下 适当扩大断面积和适当降低各带高度的方式 使窑体阻力降低20 25 低阻力的竖窑有效地降低了电耗 2 变频调速技术采用变频节能技术对旧有电气系统进行改造 提高电动机运行效率 节约电能 降低生产成本 例如 排烟风机作为石灰窑生产线中的重要设备 其控制问题严重影响到整个系统的运行稳定 应用变频调速技术能实现排烟风机宽范围 高精度的无级调速 适用性强 能大幅度减小电机启动电流 使电机启动平稳 在电动机不需要长期高速运行时 工作电流大幅度下降 节电效果显著 1 加强先进窑炉和先进煅烧工艺的研发和推广以回转窑 双膛竖窑 套筒窑等为代表的先进窑炉在产品质量 自动化程度和能耗水方面具有显著优势 因此 今后在新建或改扩建活性石灰项目上 应不断加大先进窑炉的推广力度 2 加强新型窑衬结构和窑衬材料的研发和推广选用节能型的耐火材料和窑衬结构可以显著减少窑体的散热损失 窑衬材料未来的发展趋势是 两高一轻 即高温 高强 轻质 同时还要不断提高耐材的使用寿命 3 加强石灰窑余热利用技术的研发和推广石灰窑炉的余热回收利用是冶金石灰行业节能发展的重点方向 目前在烟气余热发电等领域仍然存在技术难题等待攻克 3 5节能技术的发展方向 结束语 节能降耗是现在和将来工业发展的主