生產(chǎn)高活性工業(yè)石灰燃料應(yīng)用的發(fā)展趨勢探討
2013-09-30 15:35:31 來源：
生產(chǎn)高活性工業(yè)石灰燃料應(yīng)用的發(fā)展趨勢
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的深化發(fā)展，工業(yè)用高活性石灰對(duì)石灰質(zhì)量要求越來越高，尤其鋼鐵企業(yè)對(duì)鋼鐵生產(chǎn)的要求，開始由“粗曠型”量的追求，逐漸向“成本精細(xì)化、質(zhì)量優(yōu)質(zhì)化”方向轉(zhuǎn)變，對(duì)包括冶金活性石灰等在內(nèi)的鋼鐵冶金輔料的質(zhì)量要求和市場需求，也隨之提高， 2011年鋼鐵工業(yè)石灰用量達(dá)到了6500萬噸，其中工業(yè)用高活性石灰約占80%左右。石灰工業(yè)屬于高能耗產(chǎn)業(yè)，其中燃料消耗在生產(chǎn)能耗中占有較高的比重，冶金活性石灰生產(chǎn)過程中，燃料的消耗約為140-180Kg/t石灰。目前，國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的冶金活性石灰煅燒，基本以煤（焦炭）燒和氣燒兩種方式為主，其中煤（焦炭）燒石灰窯主要以無煙煤、焦炭和粉煤為燃料，無煙煤和焦炭主要用于混燒豎窯，而粉煤在回轉(zhuǎn)窯和雙膛窯中應(yīng)用較為成功；氣燒石灰窯主要燃料為天然氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐煤氣、混合煤氣和發(fā)生爐煤氣等。
由于以煤（焦炭）為燃料煅燒冶金活性石灰，存在窯內(nèi)溫度均勻性難于控制、石灰活性度較差及環(huán)境污染等問題，該煅燒方式市場需求形勢呈下降趨勢；氣體燃料可在石灰窯的所有空隙中燃燒，無死角，氣燒火焰均勻而且同時(shí)放熱，可做到快速燃燒和快速冷卻，石灰活性較好。與煤（焦炭）煅燒相比，氣燒石灰窯爐具有窯內(nèi)氣流量大、石灰活性度高、窯內(nèi)溫度均勻、溫度易于控制、對(duì)燃?xì)膺x擇要求不高、環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)，屬于比較理想的煅燒方式。據(jù)對(duì)某些石灰窯制造企業(yè)的不完全統(tǒng)計(jì)，2008-2011年，氣燒石灰窯與煤（焦炭）燒石灰窯的銷售量比例約為7：3左右，氣燒石灰窯的市場占有率呈快速上升趨勢。
目前，氣燒石灰窯應(yīng)用較為廣泛的燃料為焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和混合煤氣，這主要是因?yàn)橐恍┹^具生產(chǎn)規(guī)模的冶金活性石灰煅燒企業(yè)多為大型鋼廠的下屬企業(yè)或關(guān)聯(lián)企業(yè)，而這些大型鋼廠擁有自己的高爐、轉(zhuǎn)爐或焦?fàn)t，這些石灰煅燒企業(yè)占據(jù)氣源選擇方面的地利和人和優(yōu)勢。但是，隨著各大鋼鐵企業(yè)自備電廠等的建設(shè)，煤氣供應(yīng)日趨緊張，而且為了降低石灰生產(chǎn)運(yùn)輸成本，有些鋼鐵企業(yè)的石灰生產(chǎn)廠選擇靠近礦山建設(shè)，從而遠(yuǎn)離了高爐、轉(zhuǎn)爐或焦?fàn)t等氣源，其原來具備的氣源優(yōu)勢日趨喪失，重新選擇燃料氣源也同樣成為這些企業(yè)面臨的首要問題。燃料氣源的選擇既要考慮技術(shù)可應(yīng)用性、成本優(yōu)勢性和供應(yīng)的穩(wěn)定可持續(xù)性，同時(shí)更要注重環(huán)境影響因素。
我國天然氣資源較為緊張，主要作為民用氣源供應(yīng)，大量的作為工業(yè)用氣，在供應(yīng)穩(wěn)定性的保障方面存在嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)，而且，隨著石油價(jià)格與國際接軌趨勢的發(fā)展，作為石油衍生品的天然氣勢必受到國際因素的影響，所以石灰煅燒目前很少采用天然氣作為燃料氣源，預(yù)計(jì)將來也不會(huì)成為煅燒石灰的優(yōu)選燃料氣源。
焦化廠焦?fàn)t煉焦的主產(chǎn)品焦炭主要供應(yīng)鋼鐵行業(yè)冶煉使用，焦炭與冶金活性石灰供應(yīng)的是同一個(gè)鋼鐵冶煉市場，具有市場周期同生性，而且隨著民用氣源領(lǐng)域的“天然氣進(jìn)、焦?fàn)t煤氣退”形勢的日益推進(jìn)，焦?fàn)t煤氣的工業(yè)供應(yīng)量日益充足，同時(shí)，由于焦?fàn)t煤氣只是焦?fàn)t煉焦的副產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本較低，供應(yīng)價(jià)格較為便宜，焦?fàn)t煤氣無疑是煅燒冶金活性石灰的優(yōu)選燃料。但是，焦?fàn)t煤氣的供應(yīng)受到輸送距離的影響，如果焦?fàn)t煤氣氣源距離石灰煅燒廠較遠(yuǎn)，投資經(jīng)濟(jì)性便值得進(jìn)一步論證。
焦?fàn)t煤氣熱值較高，火焰短，煤氣出燒咀后很快燃燒，容易造成燒咀周圍溫度過高，使靠近燒咀附近的石灰過燒，甚至使?fàn)t襯結(jié)瘤，而窯爐中心部位的石灰則處于生燒狀態(tài)。解決這些問題，*為捷徑的辦法是混入惰性氣體或低熱值煤氣后，使煤氣熱值得以降低后應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用證明，煅燒石灰較理想的燃?xì)鉄嶂禐?/span>6270-7500 KJ/M3，燃?xì)饣鹧骈L度以2-4m較為適合。另外就是改變石灰窯爐的加熱方式，如唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司設(shè)計(jì)的矩形豎爐和新型國產(chǎn)化套筒石灰窯采用內(nèi)外燃燒室輻射加熱的方式，使火焰熱值和溫度通過燃燒室調(diào)整，達(dá)到了很好的煅燒效果。
相比而言，高爐煤氣的熱值較低，火焰偏軟，煅燒時(shí)間長。從長期的應(yīng)用實(shí)踐可知，氣燒石灰窯爐較為理想的氣燒燃料為焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣的混配煤氣，其混配比例一般在1:3-1:6左右較為適合。
企業(yè)自建煤氣站，自主供應(yīng)煤氣也是石灰煅燒企業(yè)的一種選擇。從目前石灰窯技術(shù)水平和生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)于回轉(zhuǎn)窯而言，宜采用較高熱值的煤氣，梁式窯、雙膛窯和套筒窯對(duì)煤氣熱值的要求應(yīng)不低于6700KJ/Nm3，而低熱值煤氣豎窯則可以采用熱值在3200-5800KJ/Nm3的煤氣。目前的一段爐和兩段爐煤氣站生產(chǎn)的煤氣熱值一般在5225-6500 KJ/Nm3左右，富氧煤氣的熱值一般在7524-8360 KJ/Nm3左右，完全滿足各種石灰窯爐的使用，而且，我國煤炭資源豐富，煤炭價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，從而使燃料供應(yīng)的穩(wěn)定可持續(xù)性得以有效保證。機(jī)械化采煤造成我國煤炭市場中粉煤供應(yīng)比例較大，考慮氣化煤炭供應(yīng)因素，建設(shè)粉煤富氧氣化或型煤富氧氣化煤氣站，有利于氣化用煤的選擇。
發(fā)生爐煤氣的燃燒溫度可達(dá)1200-1450℃左右，煤氣發(fā)生站配備煤氣穩(wěn)壓控制系統(tǒng)后，其燃燒溫度可穩(wěn)定控制在±5℃范圍內(nèi)，而煅燒石灰的燃燒溫度通常需要控制在1000-1150℃，燃用發(fā)生爐煤氣完全可以將石灰煅燒溫度穩(wěn)定地控制在要求范圍內(nèi)。發(fā)生爐煤氣火焰長度一般在以2-4m左右，從而可以保證窯內(nèi)石灰得以均勻受熱，有效避免石灰過燒或生燒現(xiàn)象。
從發(fā)生爐煤氣的成分、熱值和燃燒特性分析，其燃燒控制方法和煅燒工藝與焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣完全相同，從焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣在煅燒冶金活性石灰行業(yè)的成功應(yīng)用可見，利用發(fā)生爐煤氣煅燒冶金活性石灰在技術(shù)上是完全可行的。
隨著石灰產(chǎn)業(yè)的快速增長，環(huán)保問題日趨嚴(yán)重，目前石灰產(chǎn)業(yè)環(huán)保重點(diǎn)是降低SO2排放及生產(chǎn)運(yùn)輸過程中的粉塵排放，但預(yù)計(jì)在不久的將來，石灰產(chǎn)業(yè)勢必會(huì)成為溫室氣體CO2排放的重點(diǎn)控制對(duì)象。據(jù)估算，我國石灰生產(chǎn)年排放CO2量約為1.1-1.2億噸左右，約占全國CO2總排放量的1.7%左右，雖然所占排放比例不大，但石灰產(chǎn)業(yè)單位GDP的CO2排放強(qiáng)度非常之高，環(huán)境治理潛在壓力較大。當(dāng)前國際社會(huì)對(duì)全球氣候變化問題普遍關(guān)注，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，溫室氣體排放給我國帶來的國際壓力越來越大，節(jié)能減排的技術(shù)改造和升級(jí)勢在必行，居安思危，及早進(jìn)行行業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)研究和探討，是擺在我們每個(gè)企業(yè)面前嚴(yán)峻的課題。
應(yīng)用唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司的JQMQH煤氣化技術(shù)生產(chǎn)煤氣為石灰煅燒提供燃料，是石灰煅燒企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑，目前應(yīng)用該技術(shù)配套設(shè)計(jì)新型的燃?xì)馐腋G可以達(dá)到日產(chǎn)100-600噸的生產(chǎn)規(guī)模，主要窯型采用普通圓形豎爐、矩形豎爐、梁式豎爐、套筒豎爐及回轉(zhuǎn)窯等，也可以把燃煤石灰窯改造成燃?xì)庑褪腋G，經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)測算生產(chǎn)一噸高活性石灰僅用煤炭150-180kg,僅比燃煤石灰窯高30-50 kg，但是由于燃煤混燒窯只能采用無煙煤和焦炭才能生產(chǎn)出合格石灰，使用煙煤時(shí)石灰質(zhì)量很難控制，采用煤氣發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)石灰可以使用煙煤生產(chǎn)，因煙煤價(jià)格較低實(shí)際生產(chǎn)成本與混燒石灰窯生產(chǎn)相比基本相同，而且生產(chǎn)的石灰活性度在330-370ml，至少比煤炭混燒窯生產(chǎn)的石灰活性度高40ml以上，而且生過燒率很低，生產(chǎn)的石灰也很潔凈無雜質(zhì)，其售價(jià)每噸石灰至少高于煤炭混燒石灰窯石灰50元以上。
JQMQH 煤氣化，是一種以“富氧空氣—CO2煙氣—水蒸氣”為氣化劑的煤氣化技術(shù)，其中CO2煙氣來源于窯爐反應(yīng)廢氣中的部分煙氣，該煙氣中的CO2參與煤氣化過程中的還原反應(yīng)，與煤中的碳反應(yīng)生產(chǎn)CO可燃?xì)怏w，該技術(shù)在減少廢氣排放的同時(shí)，降低煤炭氣化所需的煤炭量，從而實(shí)現(xiàn)燃耗工礦企業(yè)的節(jié)能減排。唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司的煤氣化技術(shù)，通過增加氣化劑中CO2的含量，有效增加了氣化反應(yīng)物中CO2濃度，提高了CO還原反應(yīng)的速度，使煤氣生產(chǎn)效率得以提高。通過增加氣化劑中CO2和O2的含量，降低其中N2的含量，減少氣化反應(yīng)中N2攜出的熱量，使煤氣化裝置的熱效率得以有效提高。同時(shí)，石灰窯爐出廢氣溫度一般在150-200℃左右，將其中一部分引出，與富氧空氣混合作為氣化劑，提高了氣化劑的溫度，使石灰生產(chǎn)系統(tǒng)的熱效率得以提高。
就煤氣發(fā)生爐的發(fā)展而言，煤氣生產(chǎn)和凈化工藝的發(fā)展一直在緊跟環(huán)保要求的步伐，二十世紀(jì)90年代初，出于對(duì)較高熱值煤氣的追求和環(huán)境保護(hù)的考慮，唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司與協(xié)作單位共同進(jìn)行了多年的研發(fā)試驗(yàn)，通過引進(jìn)設(shè)備、消化吸收，自主研發(fā)出一系列兩段式煤氣發(fā)生站的工藝及設(shè)備，并得到了廣泛的成功應(yīng)用。該煤氣發(fā)生站與一段式煤氣發(fā)生站相比，無論在節(jié)能還是環(huán)保方面都有了長足的進(jìn)步。
發(fā)生爐煤氣以煤炭為主要原料，而我國已探明煤炭儲(chǔ)量約7241億噸，是世界第三大煤炭國，我國一次性能源中，煤炭約占73%，而天然氣、液化石油氣等燃料相對(duì)比例較小，隨著國際原油價(jià)格的不斷攀升，作為石油衍生產(chǎn)品的天然氣和液化石油氣等燃料價(jià)格波動(dòng)較大，且其供應(yīng)量穩(wěn)定性較差。與相比而言，煤炭價(jià)格波動(dòng)較小，而且供應(yīng)量比較穩(wěn)定，從而有效保證了發(fā)生爐煤氣的低位成本和穩(wěn)定生產(chǎn)。
就煅燒冶金活性石灰而言，無論從技術(shù)應(yīng)用角度、投資運(yùn)行成本分析、環(huán)保節(jié)能達(dá)標(biāo)程度還是在燃料可持續(xù)應(yīng)用方面，發(fā)生爐煤氣作為燃料都是非�？尚械摹６遗c其它氣體燃料相比，發(fā)生爐煤氣在技術(shù)應(yīng)用、燃料運(yùn)行成本和可持續(xù)應(yīng)用方面具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。綜合考慮，發(fā)生爐煤氣在煅燒冶金活性石灰行業(yè)具有很高的推廣價(jià)值。
企業(yè)結(jié)合自身狀況和我國國情，選擇適合生產(chǎn)要求、成本要求特別是符合環(huán)境要求的煤制氣體燃料，作為煅燒冶金活性石灰的燃料氣源，是高活性工業(yè)石灰生產(chǎn)企業(yè)燃料選擇的總體方向。
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