先进高活性石灰窑技术分析

1、先进高活性石灰窑技术对比于宏朋、王正刚（南京净环热冶金工程有限公司,摘要：通过比较权威的产业资料、煅烧原理，介绍并对比了符合行业发展要求的先进高活性石灰窑的技术特点，国产化技术进展，环保特点，投资情况。关键词：高活性石灰 回转窑 套筒窑 双膛窑中图分类号：1 先进高活性石灰窑判定活性石灰不同于一般石灰，它具有气孔率高（50%）、表面积大（1.6-2m2/g)、活性度高(360ml)、硫含量低等特点；活性石灰用于碳酸钙、钢铁、氧化铝、金属镁、电石的生产，造纸、以及电厂脱硫等行业。高品质的活性石灰，能为下游产品带来明显效益，主要体现在石灰消耗量减少，后续产品能耗降低，产品

2、质量提高。而先进高活性石灰窑，是指能够稳定生产活性度在360ml以上石灰，达到国家环保标准的全封闭自动化石灰窑。但是什么石灰窑是真正意义上的先进高活性石灰窑，需要从产业政策、煅烧原理上多方面分析确定。1.1 产业政策或指导意见2014年11月中国石灰协会发布的关于全面推进石灰产业健康发展的指导意见中，对石灰窑技术的要求有：第8条 ：鼓励发展带预热器及冷却器的回转窑、双膛石灰立窑、套筒石灰立窑、梁式石灰窑等先进技术装备，总量控制符合节能减排标准要求的、自动化监控的混烧式石灰立窑，逐渐取缔任何形式的不符合节能减排要求的石灰立窑（包括机械立窑），坚决杜绝土窑生产方式。第十八条：国内所有石灰生产企业按

3、节能减排水平分为三类：第一类石灰企业（鼓励类）：工艺技术先进、产品质量优良、节能减排达标，其窑型主要为回转窑、双膛竖窑、套筒窑、梁式窑，这部分产能占企业总产能要达到70%以上。第二类石灰企业（提升类）：工艺技术较为先进、产品质量良好、节能减排大部分达标，其窑型主要是气烧竖窑、机械立窑、中石立窑、马氏窑等。第三类石灰企业（淘汰类）：工艺技术落后、节能减排不达标、其窑型为各种形式土窑。第十九条：2018年底前，各地政府应采取措施淘汰第三类石灰企业。第一类石灰企业（鼓励类）因节能减排水平较高，国家相关部门及当地政府在财税、土地、资源等方面予以政策支持，第二类石灰企业（提升类）应努力提升转型。中国石灰

4、协会2012年发布的中国石灰窑技术发展报告中，将回转窑、套筒窑、双膛窑列入高活性先进石灰窑型，而对梁式窑的描述为“梁式窑包括引进窑型在内，大多数不能达产，质量也不稳定”，“梁式窑与回转窑、双膛窑、套筒窑不一样，原理上不能保证生产高活性的石灰”。另一方面，装备大型化是降低产品能耗，减少排放的重要手段，而目前有据可查，单窑石灰产量在600t/d以上的窑型，只有回转窑、套筒窑、双膛窑3种，因此，从产业政策和指导意见来看，先进高活性石灰窑选择范围是回转窑、套筒窑、双膛窑。1.2 煅烧原理分析从石灰煅烧机理来看，CaCO3分解为CaO和CO2，这一反应为吸热反应，反应温度895，且在CO2气体氛围中反应

5、持续，这一分解反应从物料表面逐渐向内部进行。因为反应进行中物料表面CO2分压较低，实际物料在820已经开始分解反应。但是完全反应的CaO的热传导率只是CaCO3的约1/2，实际的石灰石煅烧温度和时间比理论上要高和长，通常石灰窑内温度在11501350。CaCO3的分解速度对石灰生产有着重要意义，在正常操作的情况下石料通过时间大致是确定的，对于一定长度的煅烧带，如果在给定的热工条件下，CaCO3的分解速度（cm/min）与通过烧成带时间的乘积小于CaCO3粒级尺寸，石灰就会出现中心部分生烧，反之就容易造成过烧。因此，要确保石灰煅烧合理充分，就必须确保石灰受热时间长，且受热均匀，避免受热的不均匀和

6、受热时间短。根据窑内高温气流与石灰石物料相互的流向关系，石灰的煅烧又分为逆流煅烧和并流煅烧。其煅烧过程和受热机理分别如下：1.2.1并流煅烧图1 并流煅烧原理图并流煅烧，就是石灰窑内石灰石物流方向与热气流方向相同。如图1所示，由于物料流向与气体流向是相同的，物料较长时间均匀受热煅烧，煅烧过程延长，因而在并流煅烧条件下生产出来的产品活性度高，生烧和过烧较低，产品的质量也容易控制。1.2.2 逆流煅烧图2 逆流煅烧原理图逆流煅烧，就是在石灰窑内石灰石的物流方向与热气流方向相反。从图2中可以看出，助燃空气和废气与物料的温度曲线只有一个交点，燃气温度需高于物料所需煅烧温度200300，在逆流煅烧过程中

7、物料处于煅烧反应的时间较短，热量得不到充分利用，窑内的热耗大大增加。生产出来的产品活性度受到限制，且产品中生烧和过烧现象较高。从煅烧机理上看，双膛窑煅烧全程都是顺流煅烧，理论上煅烧工艺最合理；套筒窑一部分采用逆流煅烧，一部分采用顺流煅烧，也能确保煅烧工艺合理；回转窑虽然是逆流燃烧，但因为采用全程物料翻滚与烟气接触，受热均匀；因此实际生产中，以上3种窑型从煅烧原理上，能够保证产品的高活性度和稳定性。而除此之外的其它窑型，如梁式窑、机械立窑、中石立窑、马氏窑等，均为全程逆流煅烧，且物料不能翻滚做到均匀受热，从原理上看，无法确保产品的高活性。1.3 节能、环保、产量指标分析2014年11月中国石灰协

8、会发布的关于全面推进石灰产业健康发展的指导意见中，对各类石灰窑节能减排标准说明如下：第11条 根据全国不同地区的经济发展水平，各种类型石灰窑的节能减排标准建议为（在生过烧<10%的情况下）：1.回转窑：热耗<160-170kg标煤/吨，粉尘排放<30-100mg/m3。2.双膛立窑：热耗<125-135kg标煤/吨，粉尘排放<30-100mg/m3。3.套筒立窑：热耗<130-140kg标煤/吨，粉尘排放<30-100mg/m3。4.其它各类混烧式石灰立窑：热耗<135-145kg标煤/吨，粉尘排放<50-150mg/m3。由此可见，能够达

9、到较高粉尘排放指标的窑型，只有回转窑、套筒窑、双膛窑。综上所述，能够满足高活性，先进大产量的石灰窑型，应在回转窑、套筒窑、双膛窑中进行选择。2 3种窑型原理及比较 2.1回转窑原理 回转窑流程如图3所示：石灰石首先进入窑前预热器 ，在预热器中石灰石被来自回转窑窑尾的 1000 1100的烟气预热到900左右,大约有1020%的石灰石被分解。预热后的石灰石通过溜槽进入回转窑,在窑中石灰石进一步加热,在12001250的温度下继续分解,直至完全煅烧。煅烧好的石灰从窑头排出，落入窑后的冷却器内进行冷却。从冷却器底部鼓入的冷风将石灰冷却，经震动出灰装置排出。图3 回转窑原理图 2.2套筒窑原理套筒窑流

10、程如图4所示：套筒窑由砌有耐火材料的窑壳和分成上下两段的内套筒组成,窑壳与内套筒同心布置,石灰石位于窑体和内套筒之间的环形空间内以利于气流穿透。下内套筒位于竖窑的下部,结构为双层钢壳形成环隙,环隙内通空气冷却,其内外侧砌耐火砖衬，上内套筒悬挂在窑顶部。上下内套筒各有其不同的功能,上内筒主要是将高温废气抽出用于预热喷射空气，下内筒主要是用于产生循环气流形成并流煅烧，同时起到保证气流均匀分布的作用。套筒窑的结构特点是因设置了内套筒在一个窑身内形成了并流煅烧。图4 套筒窑原理图 2.3双膛窑原理双膛窑流程如图5所示：双膛窑设有两个平行的窑膛，并通过窑体下部的连接通道相连，其煅烧工艺有两大特点：并流和

11、蓄热。所谓并流就是在石灰石煅烧时，燃烧产物和石灰石一起并列向下流动，这样利于煅烧出高质量的活性石灰。所谓蓄热就是窑膛1的燃烧产物高温废气通过两窑膛下部的连接通道进入窑膛2。在窑膛2高温废气向上流动，将预热带的石灰石预热到较高温度，把热量积蓄起来，同时高温废气下降到一个很低的温度后排出窑膛。这种工作原理充分地利用了废气余热，保证了该种窑具有很高的热效率。两个窑膛的功能（煅烧和蓄热）交替互换。即一个窑膛煅烧，另一个窑膛蓄热，每12分钟交替换向，两个窑膛的功能交替更换。图5双膛窑原理图 2.4比较分析回转窑、双膛窑、套筒窑各项特点比较如表1，表中数据来自中国石灰协会技术报告。比较项目双膛窑套筒窑回转

12、窑单窑最大产能 t/d8006001200产品活性度 ml360420360420370430单位热耗 kcal/kg.CaO7509501150单位电耗 kWh/t.CaO404045能够使用的燃料煤/低热值燃气/高热值燃气高热值燃气煤/高热值燃气总能耗kg标煤/t石灰125135130140160170原料常用粒度 mm4080（标准窑）20-40（细粒窑）40801035耐火材料寿命 年662表1 3种窑型比较表 3种窑型中，公认双膛窑能耗最低，回转窑能耗最高；回转窑、双膛窑能处理小颗粒原料；3种窑均为全封闭环保窑型，套筒窑和回转窑为负压，而双膛窑

13、为正压，对设备密封要求较高。 3 回转窑技术进展回转窑最初由国外引进，技术上有德国克劳斯玛菲公司带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑，日本三菱公司带链蓖预热机和推动蓖冷机的回转窑，美国美卓公司带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑3种，目前国内800t/d及以下回转窑技术已经比较成熟，能够完全替代进口技术，操作生产均比较稳定。但国内1000t/d及以上回转窑数量仍比较少，能够完全消化替代进口技术，尤其是1000t/d及以上回转窑预热器技术，将石灰热耗降低到1100kcal /kg.CaO以下，仍是国产大型回转窑需要创新的课题。回转窑除了占地大、能耗较高、窑衬寿命较短外，其产品质量是石灰窑中最好的，可适用

14、煤粉、高热值煤气、煤粉+燃煤混烧。尤其是可采用10-35mm的小颗粒原料，是回转窑最大的优势。目前回转窑的技术进展，在于通过余热利用、富氧等技术，尽可能降低能耗，或者能够使用低热值的燃料，进而降低生产成本。4 套筒窑技术进展套筒窑最初由德国贝肯巴赫公司引进，也称“环形套筒窑”，随后意大利弗卡斯公司在此技术上开发出“梁式桥”套筒窑，目前套筒窑国产化已经比较成熟，但常规套筒窑对燃料要求，仍必须是热值在1800kcal/Nm3以上的气体燃料，而不能像回转窑、双膛窑一样能够直接采用煤粉作为燃料，其适用性收到限制。目前国产套筒窑已出现采用煤粉的类型，但采用低热值燃料仍在开发中。套筒窑的局限在于耐材结构复

15、杂、砌筑和维护困难，虽然其耐材寿命和双膛窑一样，均能够达到6年，远大于回转窑的2年，但其采用的耐材重量仍是3种窑型中最多的。5 双膛窑技术进展双膛窑也称并流蓄热式石灰竖窑，最初由瑞士麦尔兹公司引进，后被德国伯利休斯公司收购；另外意大利西姆公司也开发类似结构的双膛窑。引进双膛窑截面有圆形、D型、方形几种，但相对成熟稳定的600t/d窑型，仍只有圆形截面窑型。传统双膛窑可采用煤粉、煤气、气煤混烧等燃料，但仍要求混合燃气热值在1800kcal/Nm3以上。目前国内已出现采用低热值燃料（800kcal/m3高炉煤气）的双膛窑，但单窑产量只有400-450t/d。双膛窑有细粒窑和普通窑型，细粒窑通过分级

16、布料，能够使用25-40mm的原料，生产出的产品质量和回转窑相当，能耗远低于回转窑，但目前单窑产量最大只有400t/d。普通窑型的双膛窑，使用40-80mm的原料，目前单窑产量最大800t/d。就耐材而言，双膛窑是3种先进窑型中，耐材砌筑最简单、用量最少的窑型。双膛窑是公认能耗最低的先进窑型，但过去由于国产化率低、专利保护等因素，造成投资较高。国内为回避专利保护，也出现过变形的椭圆形双通道截面、C型截面（环形）等窑型，但实际使用中，传统的圆形单通道截面窑型仍是投资最低、耐材最简单的窑型。目前随着国产化水平的提高，国外相关专利保护的过期失效，全国产化自主知识产权的双膛窑开始推广，大大降低了双膛窑

17、的造价，并出现了更多创新。如我公司总包并投产的广西8座600t双膛石灰窑，采用自主专利，能够直接使用热值850Kcal/m3的高炉煤气，对燃料的合理利用意义重大。6 结论 通过国内石灰技术人员的努力，在回转窑、套筒窑、双膛窑这3种行业鼓励的先进高活性石灰窑上，都取得了一定的创新和应用。相信随着国家节能环保政策的提高，先进高活性石灰窑技术定能取得更多的创新和推广。南京净环热冶金工程有限公司简介公司是一家提供节能减排技术和工程实施服务的工程公司，具有工程设计、设备制造、技术研发、工程总承包能力。市场涵盖冶金、机械、有色、环境保护、煤炭气化等行业。典型工程技术案例ü 双膛石灰窑（麦尔兹窑），高炉煤气/煤粉/高热值燃气均可使用。适用原料20-40mm（330t/d细粒窑）；40-90mm（400t/d，600t/d标准窑）。广西建成近10座。ü 燃煤锅炉超低排放技术（粉尘<5mg/m3，SO2<35mg/m3，NOx<50mg/m3，Hg0.03<mg/m3）。完成国电多个深度净化工程，脱硝+脱硫+湿式电除尘。参与中铝