无烟煤烧石灰工艺的应用

无烟煤烧石灰工艺的应用

随着我国经济的快速发展，资源匮乏问题日益突出。焦油价格继续上涨，石灰产量显著提高。众多高能耗而又利薄的石灰生产厂家纷纷寻求廉价的新型碳素材料来代替昂贵的冶金焦,而出厂价格仅为冶金焦价格50%左右的无烟煤成为首选对象。1无烟煤代替金属焦的技术可行性1.1半无烟煤的特性无烟煤(英文名称anthracite),俗称白煤或红煤,是煤化程度最大的煤。以干燥无灰基为分析基,挥发分低于10%的煤称为无烟煤。有时把挥发物含量特大的称做半无烟煤;特小的称做高无烟煤。无烟煤固定碳含量高,挥发分比其他煤种低,密度大,硬度大,燃点高,燃烧时火焰短而少烟,不结焦;黑色坚硬,有金属光泽;以脂摩擦不致染污,断口成介壳状;一般碳质量分数在90%以上,挥发分在10%以下;无胶质层;热值约33.45～35.54MJ/kg。无烟煤作为石灰生产原料,与冶金焦比,存在燃点低、机械强度差、受热后易碎裂、挥发分高、吸水性强等缺点。无烟煤和常用冶金焦的组成与主要物理化学性质见表1。1.2竖式混烧石灰窑浙江巨化电石有限公司(下称巨化公司)的2号石灰窑为直径4m、有效高度22.5m、设计能力200t/d的竖式混烧石灰窑。竖式混烧石灰窑采用间接投料、间接卸灰的方式进行生产,在正常生产时分为预热区、煅烧区和冷却区三个热区。石灰石和燃料混合后从石灰窑的上部经装料孔装入窑内,随着成品石灰的取出,经过预热区、煅烧区、冷却区逐渐下降,燃料往下降落时燃烧,同时放出石灰石煅烧所必须的热。1.3投窑比或粒度大,影响无烟煤的利用石灰行业“无烟煤烧石灰”是石灰生产企业一直以来研究的课题。行业内的应用情况是:在无烟煤烧石灰工艺中,由于无烟煤粒度越小,燃烧越快,同时透气性差、通风不良;粒度过大,则无烟煤往往来不及燃烧完全,就同石灰一起卸出,造成物料冷却不下来、出灰温度高。为了确保石灰的生过烧率,一些厂家严格控制投窑无烟煤的粒度以适应石灰生产的工艺要求。这样,小颗粒及粉末无烟煤得不到利用,大大增加了生产成本。这样做的另外一个结果是,行业内目前在立窑上用无烟煤烧石灰所产出的石灰生过烧率(质量分数)基本只能维持在9%～12%之间。2无烟煤用于石灰生产的不利因素和庞大公司的技术措施2.1无烟煤粉碎量过集中不同粒度的无烟块煤在竖式混烧石灰窑中的燃烧时间不同,细粒无烟煤的比表面积大,燃烧较快。如无烟煤粒度比所需的小,则会从石灰石块之间的间隙落下,使煅烧区拉长,且入窑后过早燃烧,进入煅烧区的无烟煤量减少。另外,粒度小,减少了送风通道的面积,增加了窑内的阻力,不利于煅烧区的集中、稳定。相反,粒度比所需要的大时,则会由于来不及在煅烧区充分燃烧,被移到冷却区和石灰一起卸出,造成了浪费;并且,在窑内燃烧时间过长(即无烟煤在冷却区内还燃烧),会造成空气中的大量氧气在冷却区被消耗掉,使燃烧区的无烟煤不能进行充分燃烧,形不成煅烧石灰石所需的高温煅烧区。无烟煤粒度不均时,会使煅烧温度不集中,不利于提高石灰质量。在实际生产中应尽可能对部分偏碎的无烟煤进行筛分,使粒度比较均匀。无烟煤的粒度应和石灰石的块度相适应,巨化公司生产石灰的石灰石粒度为50～120mm。根据燃料和石灰石粒度的比值和实际使用状况,无烟煤选用粒度为20～40mm。由于无烟煤的机械强度相对差,合格粒度的无烟煤经过长途运输、多次倒运、输送,粉末量明显增加,到厂的无烟煤粉末质量分数经常达30%以上。如果筛除大量粉末,则生产成本明显增加,而且大量的筛下物也很难处理。巨化公司经过一个多月的试验,发现每天由中班、晚班两次进行仓内送料的操作方法造成早班无烟煤粉末量比较集中,经常达到50%以上,配焦比很难控制,生产波动大,直接影响了出窑的石灰质量。经过认真分析后,实行每天早班、中班、晚班三次进行仓内送料操作规程,避免了无烟煤粉末量过于集中,配焦比也相对稳定。同时,严格加强了石灰石进料的质量管理,要求石灰石块度尽量均匀、质量好,使其与无烟煤粒度匹配。2.2控制烟道气温度竖式混烧石灰窑生产过程中的热量损失主要包括:窑顶废气带走的热量、窑壁损失的热量、卸出石灰带走的热量、燃料燃烧不完全或没有燃烧而被卸出窑的燃料等。一般情况下,单窑窑体的热损失是相对稳定的,在操作中应严格控制石灰窑顶温度、出窑石灰温度,减小热损失。烟道气温度控制的高低,首先和料层深度有关。烟道气温度控制过高,会使预热区缩短,热损失增大,造成燃料的浪费,并且会使煅烧区上移,也会对窑顶的设备造成损坏;烟道气温度控制过低,则会使煅烧区下移,窑底温度升高。控制好烟道气温度可使煅烧区处于最佳的位置,从而达到优质、低耗、高产的目的。无烟煤相对冶金焦来说,燃点低、易燃烧,使得部分小粒度的无烟煤在预热区就完全燃烧。根据多次观察、摸索后,将烟道控制温度由原来的380℃降到350℃,将预热区拉长(即提高料层),将料层位由原来的6.5m提高到6.0m,以进一步降低热量损失。2.3灰温上升的影响配焦比的确定是石灰窑操作中的关键环节,它直接影响着石灰窑各项指标的完成。配焦比过高会使煅烧区延长、煅烧温度过高,造成石灰过烧、结瘤等现象。配焦比过低,煅烧区热量不足,温度低,使石灰生烧,煅烧区下移,灰温高;而灰温的升高又增大了窑下部的阻力,使风压增高,进风量减少,进一步使煅烧区下移。这两种情况都会扰乱石灰窑的热工制度。因此,要想提高石灰质量,就必须对石灰石及无烟煤进行准确配比。无烟煤具有易吸湿性(在多雨的南方,无烟煤中的水分含量波动极大,一般水分(质量分数)达到15%,且粉末含量多,引起无烟煤的流动性比较差,经常引起仓口及皮带堵料。经过现场研究、分析,将无烟煤储仓下料孔由原来的300mm×300mm扩大到500mm×500mm。同时,为了防止大量无烟煤进入皮带,在离下料孔水平距离200mm和皮带垂直距离100mm处装一块挡板,使得进入皮带上的无烟煤尽量均匀平稳,确保了配焦比的相对稳定。2.4无烟煤的开度石灰石和无烟煤在上料过程中的混合及在窑内的分布,直接影响到石灰石有效分解率的高低。如果窑内石灰石和无烟煤分布不均,则会导致石灰窑发生偏窑而使石灰石生烧、过烧,增加石灰石和无烟煤的消耗。无烟煤在进入料斗与石灰石混合时,由于无烟煤的易吸湿、粉末含量多等原因,出现遇到无烟煤粉末多时下料速度慢、遇到粉末量少时下料速度快的情况,使得每斗无烟煤的覆盖量很难控制,影响了配料的均匀性。为此,根据皮带上无烟煤的粒度,及时通过调节配焦门的开度,来控制下料的速度。为了进一步确保覆盖,在投料量不变的情况下,由原来每车加料1000kg石灰石降低到900kg,通过增加投料的车数来提高覆盖率。3评估3.1石灰窑的应用通过2008年1月底到5月,4个多月的试验及3个多月的巩固,无烟煤在石灰窑的应用已比较成功。2月至8月的配焦比、生过烧率及石灰产品的氧化钙质量分数指标见表2。3.2生过烧率质量分数图1为巨化公司石灰窑2008年2—8月的配比、生过烧率、氧化钙质量分数及其对数趋势关系。由图1可知,随着试验期内操作工艺的不断优化,在6月、7月、8月三个月的巩固期内,石灰石与无烟煤的配比(质量分数)维持在12%左右,配比对数趋势曲线呈逐渐下降平稳趋势;石灰质量明显好转,石灰生过烧率(质量分数)下降4%以上,生过烧率对数趋势曲线呈逐渐下降平稳趋势;石灰的氧化钙(质量分数)上升3个百分点以上,石灰氧化钙质量分数对数趋势曲线呈逐渐平稳上升趋势。焦炭与无烟煤分别在该大型竖式混烧窑上生产石灰进行对比,即2007年全年使用小焦与2008年6月、7月和8月三个月使用无烟煤的巩固期比较,石灰生过烧率(质量分数)由试验前(2007年)的4.63%下降为试验后(2008年使用无烟煤巩固期)的4.61%;石灰CaO质量分数试验前(2007年)的93.40%上升为试验后(2008年使用无烟煤巩固期)的93.82%。3.3制造成本的计算原材料价格(来自公司2008年工业生产定期统计月(年)报表):焦炭1588元/t;无烟煤(块状)960元/t;石灰石35元/t;投料比约为1.78。按1t石灰需消耗石灰石约2.1t(其中含碎石部分)计算:(1)采用100%焦炭、配焦比100∶9.5,则石灰制造成本:1.78×0.095×1588元/t+35元/t×2.1=342.03元/t。(2)采用100%无烟煤、配焦比100∶12,则石灰制造成本:1.78×0.12×960元/t+35元/t×2.1=278.56元/t。3.4工业灰渣的净化无烟煤机械强度差、受热后易碎裂及投窑粉末含量多等原因,使得在加料期间,有部分粉末从窑顶烟道排出,既影响现场环境,也浪费资源,为此将窑气引入布袋除尘器净化后排空。总体而言,无烟煤用于大型竖式混烧窑生产石灰是可行的,但受无烟煤机械强度差、受热后易碎裂、挥发分高、吸水性强等固有特性的影响,采用老的工艺操作时