豎窯采用褐煤（煙煤）生產(chǎn)活性石灰獲得重大技術(shù)突破
—介紹一種石灰成本低于百元、利潤超過百元的新型石灰豎爐
一、褐煤的基礎(chǔ)知識及資源分布
1.1世界褐煤資源
煤炭分為硬質(zhì)煤和軟質(zhì)煤，硬質(zhì)煤包括煙煤和無煙煤，約占世界煤炭總儲量的60%，軟質(zhì)煤即為褐煤，約占世界煤炭總儲量的40%。褐煤資源又分為硬褐煤和軟褐煤（俗稱土狀褐煤）兩大類。其中硬褐煤主要分布在歐洲地區(qū)，其次為亞洲和北美洲。美國、俄羅斯和中國三國硬褐煤儲量*多，俄羅斯的軟褐煤儲量*多，約占世界軟褐煤儲量的30%左右；其次為德國，約占20%以上；澳大利亞和美國的軟褐煤約占世界的10%左右；前南斯拉夫和波蘭各占5%左右。中國的軟褐煤主要分布賦存在云南省的晚第三紀(jì)地層中，其中昭通煤田的儲量*大，達(dá)80億噸以上。世界褐煤的可采儲量約為3283億噸，約占世界煤炭可采儲量10390萬億噸的31.6%。在世界6大洲中，褐煤資源主要分布在歐洲。
1.2我國的褐煤資源
我國已探明的褐煤保有儲量達(dá)1300億噸，占全國煤炭總儲量的13%。我國的褐煤資源主要分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)和云南省。和內(nèi)蒙古的褐煤相比，云南褐煤的煤化程度低，以晚第三紀(jì)為主，煤層埋藏淺，適合于露天開采，同時礦點分散較多，主要分布在昭通煤田、小龍?zhí)睹禾�、先鋒煤田和蒙自煤田，其中昭通煤田儲量較大。
昭通煤田位于云南省東北部的昭通市境內(nèi)，市區(qū)正位于煤田中部。昭通煤田為不規(guī)則的橢圓形含煤盆地，是我國南方已發(fā)現(xiàn)并探明的*大褐煤盆地，南北長約15公里，東西寬13公里，含煤面積142平方公里，煤層厚度一般為30～40米，*厚為193米。目前已探明儲量為80億噸以上，占云南省探明儲量的60%，大部分儲量可供露天開采。
1.3褐煤的綜合利用
幾種利用褐煤的方法，主要包括直接燃燒、低溫干餾、煉焦、氣化、加氫液化褐煤的物理化學(xué)性質(zhì)
1.4 褐煤的特性
褐煤屬于煤的一類，褐煤的煤化程度僅高于煤泥的精煤，是一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。
褐煤的物理化學(xué)性質(zhì)如下：褐煤富含揮發(fā)份，所以易于燃燒并冒煙。含有可溶于堿液內(nèi)的腐殖酸。含碳量60％-77％，密度約為1.1-1.2，揮發(fā)成分大于40％。無膠質(zhì)層厚度。熱值約為23.0-27.2兆焦/公斤（5500-6500千卡/公斤）。多呈褐色或褐黑色，相對密度1.2-1.45。
褐煤的特點
褐煤的質(zhì)量指標(biāo)隨井下采面條件而變化，存在一定的不確定性。褐煤具有“兩高三低”顯著特點：
1）水分高
一般含水量在32～42%之間，作為工業(yè)動力用煤，褐煤入爐后其高含水將使?fàn)t其本身原有的溫度降低，直接影響用戶的經(jīng)濟(jì)效益。所以，電力煤《合同》規(guī)定水分限在8%以下，每超過一個百分點，扣400元左右；因此必須使用褐煤烘干機(jī)對褐煤干燥提質(zhì)。
2）揮發(fā)份高
一般在40～50%之間，電力用煤規(guī)定不能超過40%，揮發(fā)份高易加大爐膛復(fù)額，產(chǎn)生爐膛爆炸。
3）發(fā)熱量低
一般平均熱值在3000大卡以下，工業(yè)動力用煤規(guī)定低于4600大卡為劣質(zhì)煤，并拒付款�？梢娫诩ち业氖袌龈偁幹刑岣吆置旱臒嶂涤卸嗝吹闹匾�
4）密度低：易風(fēng)化，遇水自然，銷售半徑限于400公里以內(nèi)；
5）灰熔點低：一般的灰熔點約為1150℃。
褐煤的用途和分布
褐煤主要用于發(fā)電廠的燃料，也可作化工原料、催化劑載體、吸附劑、凈化污水和回收金屬等。通常有兩種：（1）土狀褐煤，質(zhì)地疏松而較軟；（2）暗色褐煤，質(zhì)地致密而較硬。可直接用作家庭燃料、工業(yè)熱源燃料及發(fā)電的燃料，也可用作氣化、低溫干餾等的原料。焦化后的褐煤可制作為煤磚用于炊事和加熱；它也作為活性炭的來源，用于水處理、復(fù)原黃金和提取碘。
在世界上的某些地方，把褐煤用作熱源燃料和化學(xué)制品及氣體與液體燃料的原料。中國褐煤量只有2118億噸，與世界褐煤資源量約占世界煤炭資源總量的1/3相比，比例也很低，約占全國總資源量的1/20以下，主要分布在內(nèi)蒙古東部、云南東部、東北和華南也有少量。
在目前全球能源日趨緊張的形勢下，褐煤的經(jīng)濟(jì)價值被世界能源界所重視，工業(yè)中直接燃燒褐煤需要干燥提質(zhì)才能使用，但是褐煤干燥提質(zhì)技術(shù)目前需要烘干機(jī)等干燥設(shè)備，不但設(shè)備投資較大而且二次加工費用也較高，除大型工廠具備條件的可以考慮應(yīng)用外，絕大多數(shù)小型企業(yè)及民間用戶主把目光都放在了直接燃燒褐煤及氣化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用上。
二、一種生產(chǎn)成本低于百元、利潤超過百元的新型石灰豎爐研發(fā)成功
采用褐煤（煙煤）生產(chǎn)石灰是業(yè)界一直探索研究的課題，尤其采用豎窯生產(chǎn)石灰采用褐煤的技術(shù)在國內(nèi)還是空白，雖然有些企業(yè)一直在探索使用煙煤生產(chǎn)石灰，因為采用的石灰窯技術(shù)落后在生產(chǎn)中極難操控而且石灰質(zhì)量也極差，生產(chǎn)成本高、只能作為低級的修路石灰使用，同時也因其生產(chǎn)的石灰質(zhì)量差石灰售價較低，效益較差，目前國內(nèi)采用褐煤用豎窯生產(chǎn)石灰的先例還沒有，如何采用褐煤（煙煤）生產(chǎn)高質(zhì)量的石灰是唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司多年以來的重點研發(fā)方向，通過調(diào)取國內(nèi)及國外各地區(qū)褐煤及煙煤的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用熱重分析儀研究褐煤的燃燒特性及在石灰生產(chǎn)中的各種影響，通過近百次的實驗，掌握了褐煤及煙煤的燃燒著火及燃盡性能的燃燒特性指數(shù)S的數(shù)據(jù)及可燃性指數(shù)C和著火穩(wěn)燃特性綜合判別指標(biāo)Rw，研發(fā)成功了適用于褐煤和煙煤在石灰生產(chǎn)中的添加劑（催化劑），可有效的降低煤炭的著火溫度，改善了煤炭的著火特性，提高了煤炭的燃燒速率，并根據(jù)熱動力學(xué)方法通過計算機(jī)模擬在石灰豎爐中各過程的熱動力學(xué)參數(shù)設(shè)計了適合褐煤及煙煤煅燒石灰的新型窯型結(jié)構(gòu)，同時在實際生產(chǎn)摸索中逐步完善了各項生產(chǎn)操作方法。該項技術(shù)的催化劑配方及窯型已經(jīng)申請了專利并進(jìn)入推廣階段。
該項技術(shù)有如下特點：
改善窯頂裝置，使生產(chǎn)更易操作：在生產(chǎn)操作中與無煙煤（焦炭）豎窯的生產(chǎn)操作方式基本一樣，無需增加其他操作設(shè)備，在原始的無煙煤豎窯使用褐煤及煙煤生產(chǎn)石灰時由于褐煤（煙煤）揮發(fā)分高、灰分高、水分高、燃點低、固定碳低、含硫高等原因，致使在豎窯生產(chǎn)中窯頂頂溫過高（350-500℃）、煤炭燃燒速度快、能耗高、生產(chǎn)不易操控、石灰品質(zhì)及品相差、石灰雜質(zhì)高需要人工挑揀、除塵不易治理等，該項技術(shù)設(shè)計的窯頂循環(huán)風(fēng)裝置及吸氣降溫裝置和閉路上料結(jié)構(gòu)完全的解決了上述問題，可以使窯頂溫度控制在150-180℃以下，窯頂頂溫的降低直接反映了能耗的降低水平。
采用煤粉生產(chǎn)，使石灰成品更潔凈：該項技術(shù)不采用原始的塊煤煅燒生產(chǎn)，采用價格更低廉的褐煤及煙煤煤粉生產(chǎn)，徹底解決了原始窯型使用煙煤塊煤生產(chǎn)石灰時產(chǎn)生的未燃盡的煤核、不可燃的煤炭雜質(zhì)以及因煤炭過燒造成的結(jié)焦、結(jié)瘤等雜質(zhì)，因采用煤粉生產(chǎn)，使燃料充分燃燒燃盡，生產(chǎn)的石灰基本無雜質(zhì)，石灰質(zhì)量及品相完全可與無煙煤及焦炭生產(chǎn)的石灰相媲美。
生產(chǎn)成本極低，使產(chǎn)品更具市場競爭力：在我國煙煤只有無煙煤價格的40-50%，褐煤價格只有無煙煤價格的20-30%，采用褐煤及煙煤生產(chǎn)石灰是降低石灰生產(chǎn)成本的關(guān)鍵措施，按照生產(chǎn)一噸石灰用190kg褐煤與130kg無煙煤成本對比可以降低燃料成本至少50元以上，效益非常可觀，按照每天日產(chǎn)200噸產(chǎn)量計算，每月可增加利潤30萬元，僅需半年不考慮石灰生產(chǎn)的直接利潤，僅考慮增加的利潤就可以收回石灰窯的投資。按照褐煤（煙煤）300元左右計算，及石料按照每噸15元計算，如果生產(chǎn)建筑灰直接的生產(chǎn)成本可以控制在100元以內(nèi)。目前按照唐山市建筑灰*低280元、冶金灰380元計算，每噸石灰利潤至少在150元左右（各地區(qū)物價不同，數(shù)據(jù)僅供參考）。
添加輔料易購，使生產(chǎn)組織更方便：應(yīng)用該項技術(shù)的添加劑（催化劑）可以自制，原料全國各地均有，成本極低，每噸石灰使用的添加劑成本僅為2-3元/噸灰。添加劑（催化劑）的作用主要是改變?nèi)剂系闹鹛匦�、燃燒特性、著火穩(wěn)燃特性以及活化能，在抑制揮發(fā)分燃燒時間的同時可以催化灰分參與燃燒，催化劑可有效增加煤粉表面的活性，促進(jìn)了脂肪烴類和芳烴烷基側(cè)鏈的斷裂和氣體產(chǎn)物的析出，催化劑在煤的燃燒中充當(dāng)了氧的活性載體，促進(jìn)氧氣從氣相向碳表面擴(kuò)散，從而降低了固定碳表面的著火溫度，而且在燃燒過程中達(dá)到了煙氣阻燃抑制了煤炭中硫的揮發(fā)，使窯頂煙氣中二氧化硫的排放量減少了80%左右，該項技術(shù)的“石灰豎窯專用褐煤（煙煤）粉煤成型及催化劑配方和生產(chǎn)技術(shù)”已經(jīng)申請了專利。
窯型結(jié)構(gòu)簡單，各類豎窯都可改造使用：傳統(tǒng)窯型的豎窯只要窯體有效煅燒高度達(dá)到技術(shù)數(shù)據(jù)要求，原則上一般都可以改造使用，一般使用無煙煤（焦炭）的豎窯僅改造窯頂部分煙氣循環(huán)及冷卻裝置以及窯底風(fēng)帽部分改造后就可以生產(chǎn)，而且不影響繼續(xù)使用無煙煤生產(chǎn)石灰。目前唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司新設(shè)計建造的的褐煤（煙煤）石灰窯既可以使用褐煤（煙煤）生產(chǎn)也可以使用無煙煤（焦炭）生產(chǎn)。
窯型功能多樣，可以燃?xì)馊济簝捎蒙a(chǎn)：氣、煤兩用是該項技術(shù)的絕對優(yōu)勢，按照國家環(huán)保政策要求，使用煤炭直接燃燒生產(chǎn)石灰越來越難以獲得批準(zhǔn)，尤其河北省的北京周邊各縣區(qū)已經(jīng)不再批準(zhǔn)燃煤石灰窯建設(shè)，采用氣燒石灰是大勢所趨，尤其是采用煤氣發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)石灰是國家鼓勵推廣的新技術(shù)，唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司新設(shè)計的“第三代氣煤兩用多功能石灰豎爐”技術(shù)可以實現(xiàn)燃?xì)狻⑷济簝捎蒙a(chǎn)，既可以單獨使用煤氣發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)石灰也可以單獨使用煤炭生產(chǎn)，而且可以在使用燃?xì)馍a(chǎn)時配加煤炭混燒以增加產(chǎn)量降低成本，尤其是褐煤和煙煤是煤氣發(fā)生爐的好燃料，可以把顆粒煤炭用于煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)煤氣，把煤粉通過該項新技術(shù)用于石灰生產(chǎn)，從而實現(xiàn)購買的混煤煤炭資源全部利用，還可以省去了部分顆粒煤炭需要粉碎的相關(guān)費用。鑒于燃?xì)馊济簝捎檬腋G的燃燒特性，目前單窯產(chǎn)量只能日產(chǎn)80-170噸的石灰。使用煤氣發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)石灰相對于煤炭直接燃燒生產(chǎn)成本約高20-30元/噸灰，如果煤氣發(fā)生爐回收煤焦油外售約40左右/噸灰，生產(chǎn)成本基本可以與煤炭直燃成本持平或低于其成本10-15元/噸灰，如果采用燃?xì)馍a(chǎn)并配加煤炭進(jìn)行混燒其生產(chǎn)成本是*低的，約低于其他兩個方法20-30元/噸灰。
除塵脫硫一體化，使環(huán)保治理優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)：新的除塵技術(shù)選擇機(jī)械分離法和高壓電捕吸附法、噴淋與鼓泡法相結(jié)合的方案而達(dá)到治理效果。該項技術(shù)為唐山金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司*新專利技術(shù)，它由除塵塔、洗滌塔、噴淋塔、脫硫塔和石灰水箱組成；根據(jù)部分生產(chǎn)單位實測：在燒山陰縣當(dāng)?shù)責(zé)熋旱那闆r下達(dá)到了國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB16297-1996，GB9078-1996的要求，使窯尾煙氣排放中粉塵、瀝青油煙達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，即粉塵濃度≤50mg/NM³，二氧化硫濃度≤200mg/NM³，瀝青油煙濃度≤50mg/NM³，實現(xiàn)長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。
該項技術(shù)經(jīng)過2010年-2012年多次實驗性生產(chǎn)獲得了成功，已經(jīng)在印尼、蒙古國等地進(jìn)行了多座使用褐煤（煙煤）為燃料的石灰豎窯的建設(shè)，同時也在我國山西、新疆等地進(jìn)行了試生產(chǎn)及改造工程，取得了可喜成績并積累了寶貴的*手生產(chǎn)資料，目前該項技術(shù)已經(jīng)開始在國內(nèi)全面推廣。
