降低石灰回转窑煅烧系统热耗的探讨.pdf

30Aug.2023Vol.48 No.4REFRACTORIES&LIME降低石灰回转窑煅烧系统热耗的探讨张平代伟林（中信重工工程技术有限责任公司，洛阳471039）摘要：石灰回转窑生产线具有产量大、产品质量均匀、活性度高、原料资源利用率高等优势，但与竖窑相比，生产热耗偏高。因此，在保持其诸多优点的同时进一步降低热耗是回转窑工艺及装备优化改进的重要方向。本文介绍了通过竖式预热器、回转窑、竖式冷却器煅烧工艺及结构的优化，以降低回转窑煅烧系统热耗的方法。关键词：活性石灰；回转窑；竖式预热器；竖式冷却器；热耗降低中图分类号：TQ175.653.6文献标识码：A文章编号：1673-7792（2023）04-0030-02Research on reducing the heat consumption of calcination systemin lime rotary kilnZhangPingDaiWeilin（CITICHICEngineering&TechnologyCo.，Ltd.，Luoyang471039，China）Abstract：Thelimerotarykilnproductionlinehastheadvantagesoflargeoutput，uniformproductquality，highactivityandhighutilizationrateofrawmaterialsHowever，comparedwithshaftkiln，theproductionheatconsumptionisonthehighsideTherefore，whilemaintainingitsmanyadvantages，furtherreducingtheheatconsumptionisanimportantdirectioninoptimizationandimprovementofrotarykilnlimetechnologyandequipmentThisarticleintroducesthemethodofheatconsumptionoflimecalcinationsysteminrotarykilnbyoptimizingthecalcinationtechnologyandstructureofverticalpreheater，rotarykilnandverticalcoolerKey words：Activelime；Rotarykiln；Verticalpreheater；Verticalcooler；Heatconsumptionreduction1前言随着我国经济的快速发展，石灰作为建材、冶金、电石、造纸、环保等工业的重要原材料，需用量逐年增加。尤其是钢铁企业，每年石灰用量约为11500万t，占石灰总产量的1/3左右。目前，生产石灰的主流窑型有回转窑、麦尔兹双膛竖窑、贝卡巴赫环形套筒窑、梁式气烧竖窑等。每种窑型的技术特点、产品指标、生产能耗各不相同。在诸多技术中回转窑石灰生产线的主要特点是产品活性度高、质量均匀、原料资源利用率高，但与竖窑相比，回转窑生产线热耗相对偏高。因此，如何在保持产品质量的同时进一步降低生产热耗，是回转窑工艺及装备优化改进的必然之路。2竖式预热器的优化传统的预热器由顶部料仓、下料管、预热仓、液压推杆装置、排烟管、导料槽等几个部分组成。顶部料仓只是作为锁风和缓存物料使用，来自回转窑的热烟气与物料的换热主要在预热仓内完成，换热后的烟气直接由预热仓顶部排烟管排出。早期建成运行的回转窑预热器出口烟气温度在220250，对没有安装SCR脱硝的生产线，可以通过加高预热仓、调节下料管、优化换热仓结构等技术将排烟温度降低，以达到降低热耗的目的。但是当烟气温度低于180时，SCR脱硝的成本会增加，脱硝效果收稿日期：2022-08-25作者简介：张平（1979-），男，高级工程师31耐火与石灰2023 年 8 月第 48 卷 第 4 期会变差。如果进一步降低烟气温度，就将无法满足脱硝要求。在目前的环保要求下，大多数新建石灰生产线都同步配置了SCR脱硝系统，因此预热器出口烟气温度大多设置在200左右，这样既能降低生产热耗又能满足脱硝要求。对于现有石灰生产线未来增设SCR脱硝系统也是必然的。不管是新建的还是现有的石灰生产线，预热器出口的烟气经过除尘、脱硝后最终外排的烟气温度基本都在160200之间。为了进一步提高窑尾烟气余热的利用，可对废气处理工艺及预热器结构进行改进，实现窑尾废气的二次循环。首先对预热器结构进行优化改进，将原预热器顶部料仓由锁风缓存储料仓改造成物料与烟气动态逆流热交换的预热仓，原独立分体式预热仓改为预分解仓。同时对窑尾烟气流程进行优化，改进后的流程为：来自回转窑的高温烟气首先在预分解仓内与石灰石进行换热，使石灰石部分分解；换热后预分解仓排出的烟气经初步除尘净化后，进入SCR脱硝系统进行脱硝；脱硝后的烟气再经循环风机送入竖式预热器顶部预热仓与石灰石换热，二次利用后烟气的温度可降至100以下；再经布袋除尘器除尘，除尘后的烟气经尾部排风机、烟囱排入大气。优化前、后石灰生产线的工艺流程分别示于图1和图2。以 目 前 最 先 进 的 1 2 0 0 t/d 石 灰 生 产 线 为例，通 过 优 化，烟 囱 排 烟 温 度 由 1 6 0 降低 至 1 0 0 。优 化 前 烟 气 带 走 的 热 量 为：1.7791601.303/4.18=884.1868kJ/kg石灰，优化后烟气带走的热量为：1.7791001.300/4.18=554.1868kJ/kg石灰。由此可降低热耗334.1868kJ/kg石灰。3回转窑的优化在常规的回转窑煅烧石灰石中，入窑物料的分解率约为25%，通过上述对窑尾烟气流程和竖式预热器的优化，不仅可以提高窑尾烟气的余热利用率，还可以将入窑物料的分解率提高至40%。随着入窑物料分解率的提高，回转窑的预热带长度相应缩短，在其他条件保持不变的情况下，回转窑整体长度可缩短20%，以5.1m72m回转窑为例，在相同产量的情况下，可减少窑皮辐射散热204.1868kJ/kg石灰。同时，通过优化耐材设计和选用预制块、复合砖、新型耐火材料等，可以将回转窑表面平均温度由220降低至200。以1200t/d石灰生产线为例，优化前回转窑表面散热约1404.1868kJ/kg石灰，优化后表面散热约1234.1868kJ/kg石灰，由此可降低热耗174.1868kJ/kg石灰。4竖式冷却器的优化外部空气在竖式冷却器内与出窑物料完成换热，然后作为二次风进入回转窑用于燃料助燃。一般情况下，竖式冷却器的冷却风量大于窑内燃料燃烧所需，这不仅影响入窑二次风温度，同时过量的烟气还会影响窑尾除尘器、风机等的选型。如果要提高竖式冷却器的冷却效率，降低冷却用风量，使之与窑内燃料燃烧用风量匹配，并且还要减小该部分的热损失以及选用合适的设备，可以采取以下措施：（1）将竖式冷却器有效截面积加大20%，减小料层厚度，降低冷却用风量；（2）对冷却器的风塔结构进行优化，在降低冷却用风量的同时又可提高热交换效率；（3）对物料排出口进行优化，在冷却器物料排出口增加一个电液动鄂式锁风装置，优化后的锁风由原来的单纯电液动图优化前石灰生产线工艺流程示意图喂料排烟管收尘器下料管预热仓顶部料仓尾排风机脱硝塔回转窑图优化后石灰生产线工艺流程示意图喂料排烟管预热仓下料管排烟管预分解仓循环风管循环风机尾排风机脱硝搭回转窑预除尘收尘器（下转第 40 页）40Aug.2023Vol.48 No.4REFRACTORIES&LIME该内腔型预热仓具有以下特点：结构简单，设计合理新颖，制造成本低，易于安装，维护方便；通过设置多个环状通气环和通气内壳体，改变了热交换气体介质的流动方向，解决了传统的竖向气流在通过较厚料层时的各类弊端，有效提高了物料换热的均匀性和热交换效率，增加了热交换时间；高温烟气通过环向风管由均匀分布的进风口横向进入外壳体、内壳体内，气流横向穿过颗粒状物料层，提高换热效率；物料靠自重向下移动，内部不需额外增设耗电设备，耗电量低；结构稳固，且内部无运动部件，可靠性高，大大降低设备故障率；通过控制进、出物料的量，能够控制和调节原料预热时间，不易形成气体短路，料层高度不受限制。该预热仓还可以根据生产线规模的不同，通过改变外壳体和内壳体的尺寸来改变料层厚度和高度，以满足不同产量之需求。生产过程始终保持负压环境，操作简便，可控性强。5工程设计及实例如图5所示，将开发出的石灰石原料预热仓和预热工艺应用于辽宁凌源的实际工程项目中。整个生产线的工艺布置力求紧凑、简洁，在保证生产工艺合理流畅的基础上，充分考虑到其他生产系统的布置情况，尽量减少占地面积，并且对相应的热风管道进行外保温，后期也可以根据实际使用情况来决定是否对预热仓进行外保温，以求最大限度地避免热损失。6结语爆裂特性石灰石原料具有成品粉化率高这一特点，给回转窑煅烧活性石灰的生产操作带来困难，出窑成品含粉量大，在冷却器内的透气性不好，不易冷却。回转窑内通气性不好，燃烧环境差，燃料经常不能完全燃烧。这些不利因素都直接或间接地影响到整个生产线的正常操作，同时成品的质量和产量也都难以达到要求。通过采用原料预热仓和预热工艺，有效地缓解和遏制了成品中的粉灰量，成品的质量和产量均得到一定的提升。但是，引起石灰石原料煅烧时爆裂现象产生的原因可能有多种，还需进一步深入研究，开发出各种不同的生产设备和相关工艺。参考文献董武斌，赵国成，张春荣.奥陶系马家沟组石灰石煅烧爆裂特性的研究J.耐火与石灰，2019，44（02）：12-14.2 HUN，SCARONIW.Fragmentationofcalciunrbasedsorbentsunderhighheatingrate，shortresidencetimeconditionsJ.Fuel，1995，74（3）：374-382.3 董武斌，赵国成，张春荣.太钢鑫磊马家沟组多层状石灰石煅烧爆裂特性的研究与实践C/第二十四届鲁冀晋粤川辽陕京八省（市）金属学会矿业学术交流会论文集，济南，2017：62-66.王晓阳编辑图 5工程实际布置图来料皮带阀门预热仓旋风除尘器窑尾除尘器高温风机振动给料机板链输送机插板阀升级为电液动插板、料封、鄂式锁风阀多重锁风；（4）对窑头罩人孔门、燃烧器入口进行密封以减少冷空气漏入。竖式冷却器优化后，可将入窑二次风温由650提高到750，从而减少热耗504.1868kJ/kg石灰。5优化效果通过对窑尾烟气流程的改进和对竖式预热器、回转窑、竖式冷却器结构的优化，既可以提高窑尾烟气的余热利用率，减小设备表面辐射热损失，又可以提高竖式冷却器的热交换效率。在保持相同产量、质量的前提下，可以降低石灰回转窑生产热耗10%以上。李连洲编辑（上接第 31 页）