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        一、導(dǎo)語：

       在2021年01月18日召開的“中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會”年會上，由“中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會”主導(dǎo)研發(fā)的具有完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系的“新一代國產(chǎn)化雙膛石灰窯”系列技術(shù)授權(quán)“唐山金泉成套設(shè)備有限公司”獨(dú)家使用，享有獨(dú)立開發(fā)、應(yīng)用的權(quán)益。目前，雙方已經(jīng)正式簽訂獨(dú)家許可協(xié)議，相關(guān)技術(shù)文件、圖紙已經(jīng)達(dá)成交接工作。

       據(jù)此，編者對上述合作項(xiàng)目中的技術(shù)來源和合作模式及開發(fā)前景進(jìn)行了專訪，以便大家對這項(xiàng)技術(shù)有更進(jìn)一步的了解。

       二、雙膛豎窯的發(fā)展與目前應(yīng)用狀況

       雙膛石灰窯是由奧地利人發(fā)明的，我國雙膛豎窯技術(shù)原為引進(jìn)于瑞士麥爾茲歐芬堡公司，*早在20世紀(jì)80年代由冶金部引入中國，在國內(nèi)俗稱為“麥爾茲窯”。該石灰窯從生產(chǎn)效率、占地面積、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益等多方面都處于世界領(lǐng)先水平。 

       “并流”和“蓄熱”是其主要特點(diǎn)，并流蓄熱式雙膛石灰窯有兩個(gè)窯膛，兩個(gè)窯膛交替輪流煅燒和預(yù)熱礦石，在兩個(gè)窯膛的煅燒帶底部之間設(shè)有連接通道彼此連通，每隔一定時(shí)間換向一次以變換窯膛的工作狀態(tài)。在操作時(shí)，兩個(gè)窯膛交替裝入礦石，燃料分別由兩個(gè)窯膛的上部送入，通過設(shè)在預(yù)熱帶底部的多支噴槍使燃料均勻地分布在整個(gè)窯膛的斷面上，使原料礦石得到均勻的煅燒。燃料使用的是流體燃料，如煤氣、油、煤粉等均可。在原料應(yīng)用上，這種窯型擁有更寬的粒度選擇范圍，能夠煅燒30—100mm的粒度，這個(gè)特點(diǎn)在中國石灰石資源變得越來越少的情況下顯得更為重要。

       主要特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：

      1、氧化鈣品質(zhì)好，生過燒率低：

     由于采用雙膛窯體交替煅燒生產(chǎn)、使煅燒時(shí)間更長、產(chǎn)品均質(zhì)性更好，氧化鈣含量可控制在：88%～94%范圍，產(chǎn)品生過燒率可控制在：5%以下。

      2、 CO2殘留率低，產(chǎn)品活性度高

      由于采用燃料及助燃空氣從窯體上部送入，煅燒火焰流在煅燒帶與礦石并流。在所有豎窯中，雙膛窯的并流帶*長，由于長行程的并流煅燒，石灰質(zhì)量很好：殘余 CO2<1.5%，活性度可以保證在 370ml4NHCl， 10 分鐘（產(chǎn)品質(zhì)量主要取決于原料的情況）；

3、能耗低，運(yùn)行成本低：

     由于兩個(gè)窯身交替換向操作，廢氣直接預(yù)熱礦石，熱量得到充分利用，單位產(chǎn)品熱耗*低，熱回收率超過 83%；其熱損耗可以到800-890Kcal/kg(3350-3720kJ/kg)；*低的熱耗意味著*低的運(yùn)行成本，比如：采用煤粉生產(chǎn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)煤煤耗為每噸石灰產(chǎn)品 114kg－120kg 的煤，與傳統(tǒng)的老式豎窯相比，每噸石灰產(chǎn)品節(jié)約燃料能耗至少在20-40kg。

        國外引進(jìn)的并流蓄熱式雙膛石灰窯的缺點(diǎn)：

 雙膛窯為正壓窯，制約石灰窯產(chǎn)量的不僅有煅燒帶溫度，還有系統(tǒng)的壓力，在低熱值燃料的石灰窯中，系統(tǒng)壓力是制約產(chǎn)量的主要因素。

 雙膛窯有連接通道，通道的通透性是影響生產(chǎn)的重要因素。通道通透性的兩個(gè)重要因素為氣體流量和通道溫度。通道內(nèi)氣體流量越大，氣流速度越快，通道越容易堵塞。其機(jī)理在于：高流速、高流量的氣體會將大量粉塵帶入通道內(nèi)，并積留在通道角落里，時(shí)間一長，便會結(jié)塊堵死；通道溫度越高，會加速通道內(nèi)積留粉塵燒結(jié)在一起，通道越容易堵塞。

       當(dāng)生產(chǎn)中使用煤粉作為燃料時(shí)，不會對系統(tǒng)造成壓力、通道通透性方面的負(fù)面影響。氣體燃料中，當(dāng)燃料熱值不低于2400kcal•Nm時(shí)，不會對系統(tǒng)造成壓力、通道通透性方面的負(fù)面影響。而當(dāng)氣體燃料熱值低于2400kcal•Nm－3時(shí)，則會在一定程度上加速通道堵塞，提高系統(tǒng)的整體壓力，導(dǎo)致系統(tǒng)不容易控制。

       三、國產(chǎn)化雙膛石灰窯的優(yōu)化設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

       由“中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會”主持開發(fā)并授權(quán)“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)”旗下“唐山市豐南區(qū)金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司”和“唐山金泉成套設(shè)備有限公司”獨(dú)家開發(fā)的“新一代國產(chǎn)化雙膛豎窯技術(shù)”和“新一代煤電一體化雙膛豎窯技術(shù)”經(jīng)過多年研究、改進(jìn)、提升，綜合了國內(nèi)多家雙膛豎窯的實(shí)際使用情況和建議，作出了大量的修改和創(chuàng)新，使之更適應(yīng)國內(nèi)的實(shí)際生產(chǎn)情況。目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)開始正式推廣應(yīng)用：

      該項(xiàng)技術(shù)在保持了原傳統(tǒng)雙膛豎窯的工藝結(jié)構(gòu)和特征外，主要做了如下工藝改進(jìn)及創(chuàng)新：

1、簡化原料上料系統(tǒng)：

簡化原料上料系統(tǒng)，采用窯前料倉直接上料，上料過程中實(shí)現(xiàn)石料篩分、清洗、石料分級入爐，可節(jié)約原料系統(tǒng)投資40%-50%。

2、優(yōu)化煤粉噴吹和點(diǎn)火系統(tǒng)：

       1）噴煤管路壓力分配采用智能均壓分配，合理設(shè)計(jì)管路管徑，減少了氣流在管路中的波動，使氣流更加穩(wěn)定，煤粉輸送和分配更加均勻，提高了窯膛內(nèi)火焰分布效果，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

       2）改變傳統(tǒng)的煤粉分配器機(jī)構(gòu)，由盤式分配器改為空腔的立體空間噴吹結(jié)構(gòu)，噴吹精度高，噴吹穩(wěn)定，不會因物料特性的改變和窯內(nèi)壓力的波動而受到影響；

       3）獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)給料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證了噴煤系統(tǒng)平滑無波動，確保了煤粉在管道內(nèi)均勻穩(wěn)定噴吹，不堵塞；

       4）選用獨(dú)特的具有自保護(hù)功能的噴槍，能夠自由調(diào)節(jié)噴頭伸入位置，降低故障率，提高噴槍的可控性能和使用壽命。解決了傳統(tǒng)噴槍噴頭持續(xù)裸露在窯體內(nèi)噴頭持續(xù)經(jīng)受氣流沖刷而造成噴頭磨損嚴(yán)重、壽命較短、噴頭堵塞等問題。

      5）選用新型煤粉直接點(diǎn)火技術(shù)，解決了傳統(tǒng)的雙膛窯點(diǎn)火燒嘴使用液體燃料，升溫慢、需要時(shí)間長，使用量大的問題，從而優(yōu)化了點(diǎn)火和石灰窯開工操作，保證了工程質(zhì)量，降低了勞動強(qiáng)度，縮短引燃固體燃料和石灰窯開工時(shí)間，節(jié)約點(diǎn)火成本。

3、設(shè)計(jì)應(yīng)用新型爐頂加料裝置：

       現(xiàn)有傳統(tǒng)的雙膛石灰窯一般都采用爐頂入口旋轉(zhuǎn)料斗來進(jìn)行加料，其設(shè)備整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，投資成本較高，故障點(diǎn)多，加料過程中粉塵容易揚(yáng)起，因此會污染到周圍的環(huán)境，環(huán)保不易治理。而且也導(dǎo)致爐頂壓力不穩(wěn)定，因此難以滿足生產(chǎn)工藝要求。

      新型爐頂加料裝置采用分體段式密封加料方法，投資小，實(shí)用性高，完全密封，便于維護(hù)，滿足雙膛石灰窯加料及煅燒工藝需要。而且該裝置易于安裝，便于操作，適用性強(qiáng)，大大降低生產(chǎn)運(yùn)行中產(chǎn)生的故障數(shù)量，在生產(chǎn)運(yùn)行中處于完全密封狀態(tài)，因此完全杜絕揚(yáng)塵，符合環(huán)保要求。

4、創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)用爐內(nèi)支撐工藝：

       與傳統(tǒng)的石灰豎窯不同，雙膛豎窯窯體煅燒帶和預(yù)熱帶是不同直徑的筒體，所以煅燒帶與冷卻帶窯體的連接和支撐是*為關(guān)鍵的技術(shù)，也是與傳統(tǒng)混燒豎窯及其它直筒型石灰豎窯*大的區(qū)別。國外引進(jìn)型雙膛窯的爐內(nèi)支撐方式，主要以麥爾茲公司早期開發(fā)的牛腿支撐結(jié)構(gòu)式和后期包括國內(nèi)多家公司開發(fā)的懸掛缸式兩種結(jié)構(gòu)。另外一種就是意大利西姆公司開發(fā)的角環(huán)無支撐結(jié)構(gòu)方式。

      牛腿支撐的雙膛石灰，因通道阻力大，每周需停窯約2小時(shí)，用來清理中間煙氣通道，因而勞動強(qiáng)度大，對生產(chǎn)的穩(wěn)定性不利。懸掛缸式結(jié)構(gòu)較好地解決的環(huán)形煙氣通道堵塞的問題；但是中間通道仍需定期（15～20天）清理；而且懸掛缸設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作工藝復(fù)雜施工難度大，價(jià)格昂貴；而且維修難度較大且事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)較大，嚴(yán)重者甚至?xí)�出現(xiàn)整體的坍倒現(xiàn)象。角環(huán)無支撐結(jié)構(gòu)方式徹底解決了環(huán)形煙氣通道和中間通道堵塞的問題，環(huán)形通道和中間通道運(yùn)行中無需清理，缺點(diǎn)是窯膛下部內(nèi)徑增大一倍，鋼結(jié)構(gòu)工程量和土建工程量增加較多；角環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，制造周期長；角環(huán)處特殊掛件和特殊耐材設(shè)計(jì)使用大量特異型磚，材質(zhì)要求特殊，制造難度大，而且成本高，且不利于后續(xù)維修更換。

       創(chuàng)新應(yīng)用的“環(huán)形導(dǎo)風(fēng)墻支撐體結(jié)構(gòu)”克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、便于現(xiàn)場施工的爐內(nèi)支撐和導(dǎo)風(fēng)煅燒設(shè)裝置，該項(xiàng)技術(shù)增加了導(dǎo)風(fēng)墻裝置，改進(jìn)了環(huán)形通道工藝降低了環(huán)形通道的阻力，提高了熱煙氣在中間通道處的流速，使中間通道不易產(chǎn)生積灰，解決了生產(chǎn)過程中會在窯內(nèi)或中間通道積灰的問題，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。而且，同時(shí)解決了內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)冷卻的問題；而且結(jié)構(gòu)簡單、不易發(fā)生故障。同時(shí)，與國外引進(jìn)技術(shù)的同等結(jié)構(gòu)投資相比，投資有很大降低。

       該系列窯型主要產(chǎn)量為：日產(chǎn)400噸、500噸、日產(chǎn)600噸三種。

       四、多功能國產(chǎn)化雙膛石灰窯的優(yōu)化設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

       由“中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會”主持開發(fā)并授權(quán)“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)”旗下“唐山市豐南區(qū)金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司”和“唐山金泉成套設(shè)備有限公司”獨(dú)家開發(fā)的“新一代煤電一體化雙膛豎窯技術(shù)”經(jīng)過多年研究，在“新一代國產(chǎn)化雙膛豎窯技術(shù)”的基礎(chǔ)上的再次優(yōu)化提升，實(shí)現(xiàn)了多種燃料在雙膛石灰窯上的應(yīng)用，進(jìn)一步延伸了用戶的經(jīng)濟(jì)效益。

      1、 氣煤兩用型雙膛豎窯：

       現(xiàn)有的雙膛石灰窯，一般是采用單獨(dú)的煤氣或煤粉作為燃料介質(zhì)來進(jìn)行石灰的煅燒，對于單獨(dú)采用煤氣作為燃料介質(zhì)的石灰窯來說，對低熱值煤氣的利用率較低，無法充分使用低熱值煤氣（如：高爐煤氣），而對于單獨(dú)采用煤粉作為燃料介質(zhì)來的石灰窯來說，需耗費(fèi)大量煤粉，生產(chǎn)成本較高。

      “新型氣煤兩用雙膛豎窯”設(shè)計(jì)了氣煤混燒功能，能夠有效實(shí)現(xiàn)煤氣和煤粉的雙燃料混合燃燒，實(shí)現(xiàn)石灰窯燃料介質(zhì)的多樣性，利于提高石灰窯的使用率和適用范圍，提高低熱值煤氣的利用率，節(jié)約燃料的使用成本。

       該項(xiàng)技術(shù)主要是利用了二氧化碳?xì)怏w及氮?dú)獾榷栊詺怏w與通過煤粉噴槍與煤氣噴槍的設(shè)計(jì)組合，使煤氣和煤粉的雙燃料混合燃燒，實(shí)現(xiàn)了石灰窯燃料介質(zhì)的多樣性，提高了石灰窯的使用率和適用范圍。該窯型也單獨(dú)可以使用單一的煤氣或煤粉時(shí)作介質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn)。

        2、天然氣型雙膛豎窯：

       天然氣清潔高效且供應(yīng)充足，是目前*合適的的雙膛窯替代燃料。天然氣雙膛豎窯與噴煤粉的雙膛豎窯工藝結(jié)構(gòu)基本相同，只是燃燒系統(tǒng)（包括噴吹和燃料輸送）工藝不同。目前已得到應(yīng)用的雙膛窯天然氣燃燒系統(tǒng)工藝是國外研發(fā)的，天然氣燃燒系統(tǒng)改造技術(shù)方案投資高而且技術(shù)壟斷。因此，開發(fā)我國自主的雙膛石灰窯的天然氣燃?xì)庋b置是十分必要的。

       新設(shè)計(jì)的天然氣燃燒系統(tǒng)由天然氣燃?xì)廨斔凸苈罚�供氣��、調(diào)壓裝置、流量調(diào)節(jié)裝置、安全保護(hù)裝置、燃?xì)猸h(huán)管、冷卻風(fēng)管環(huán)管、高壓蒸汽管道、高壓惰性氣體管道、噴槍、點(diǎn)火裝置、燃燒調(diào)節(jié)裝置、噴槍支架、噴槍組成。爐內(nèi)噴槍有多根噴管組合平行排列，多根噴管組成一個(gè)燃燒裝置，多根噴管在燃燒裝置內(nèi)均布，燃?xì)庋b置環(huán)管環(huán)繞在燃燒裝置體外圓周。

      該項(xiàng)裝置實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，采用的設(shè)備數(shù)量較少，生產(chǎn)過程中故障率低，采用自動化控制，操作維護(hù)簡單便利，崗位工作人員需求少；而且整體施工周期短，投資費(fèi)用相對降低很多。

       該系列窯型主要產(chǎn)量為：日產(chǎn)400噸、500噸、日產(chǎn)600噸三種。

       3、混料式豎窯改造為雙膛豎窯：

       目前，由于我國燃料結(jié)構(gòu)特征所限，豎窯的主要生產(chǎn)窯型還是以固體燃料為主的混燒石灰豎窯為主，貢獻(xiàn)了超過70%的產(chǎn)量。但是，由于我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的步伐加快，部分普通混料式豎窯生產(chǎn)工藝及裝備的生產(chǎn)能力、節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)和自動化控制等方面已經(jīng)不符合國家對石灰行業(yè)綠色發(fā)展的要求，技術(shù)進(jìn)步及結(jié)構(gòu)調(diào)整和淘汰落后豎窯窯型的步伐已經(jīng)明顯加快，普通混料式豎窯窯型及裝備技術(shù)升級、更新?lián)Q代的時(shí)刻已經(jīng)來臨。

      但是如果將此類普通豎窯拆除替換全部拆除，則會浪費(fèi)大量的資源或者耗費(fèi)大量資金，甚至有可能使一些石灰企業(yè)受到到重創(chuàng)，非常不利于石灰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如何充分利用現(xiàn)有混料式普通豎窯的工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造和利用成為目前行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

       針對上述問題，*新開發(fā)出了用于“混料式豎窯改造為雙膛豎窯技術(shù)”，設(shè)計(jì)了多種普通豎窯改造為并流煅燒和逆流蓄熱的豎窯裝置及其改造方法，采用合并兩座單筒豎窯爐體結(jié)構(gòu)，增加高溫?zé)煔饬魍ㄑb置、燃料輸送裝置、爐外操控裝置、爐內(nèi)燃燒裝置、雙向氣流流通裝置、高壓清掃裝置等，從而改變以往的生產(chǎn)工藝，保證產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保；并且不需要拆除原有的普通石灰豎窯，很大程度的降低了投資。該項(xiàng)裝置可使用煤粉噴吹和使用燃?xì)馍�產(chǎn)。

      目前，唐山金泉公司從2019年開始推廣應(yīng)用的“第四代煤電一體化石灰豎窯工程”全部預(yù)留了用于改造為“雙膛豎窯”部分工藝接口，其中*重要的窯型結(jié)構(gòu)部分、包括爐底雙向供風(fēng)裝置及窯體土建基礎(chǔ)等都已經(jīng)按照“雙膛豎窯”的工藝需求設(shè)計(jì)建造，極具改造利用價(jià)值。

      值得說明的是，除唐山金泉公司“第四代AHA復(fù)合窯型”及部分金泉公司“第三代窯型”可以改造外，由于改造工藝所限，目前其它可以改造的窯型主要為“直筒型”結(jié)構(gòu)豎窯，“花瓶型”豎窯不可以改造。而且需要具備兩座窯為同軸線連體結(jié)構(gòu)或者兩座窯中心距在可連接范圍之內(nèi)等條件才能夠?qū)嵤└脑臁?/p>

       該系列改造窯型主要產(chǎn)量為：日產(chǎn)300噸、日產(chǎn)400噸兩種。

      4、煤電一體化雙膛豎窯的開發(fā)應(yīng)用：

      該項(xiàng)技術(shù)是*新國內(nèi)自主研發(fā)的新一代煅燒石灰技術(shù)，重點(diǎn)研發(fā)的方向是針對現(xiàn)有技術(shù)的空白，利用石灰生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行發(fā)電及利用電能煅燒石灰，把石灰生產(chǎn)中的二氧化碳?xì)怏w全部收集并循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放”，該技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是解決目前煅燒石灰普遍采用燃煤為燃料的狀況，符合國家節(jié)能環(huán)保要求及“碳中和”和國家新能源利用的發(fā)展方向。

      該項(xiàng)生產(chǎn)石灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)為“雙膛”或“多膛”，其中除具備傳統(tǒng)“雙膛窯”的“并流”和“蓄熱”功能外，重點(diǎn)增設(shè)了“電能轉(zhuǎn)換蓄熱膛”，采用電加熱產(chǎn)生熱風(fēng)高溫空氣來煅燒石灰，包括“電燒蓄熱膛、“高溫?zé)o焰燃燒裝置”等。發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)是把上述“雙膛豎窯”不同功能的工藝裝置設(shè)置在一個(gè)組合體內(nèi)，形成一個(gè)完整的加熱、并流、蓄熱、煅燒一體化的新型多功能爐體。該項(xiàng)發(fā)明解決了采用電能生產(chǎn)石灰時(shí)電能所轉(zhuǎn)換的熱能無法直接加熱被加熱體，而且無法把熱能儲存及無法精確控制熱負(fù)荷和熱風(fēng)溫度的問題，將各個(gè)不同功能的生產(chǎn)單元體依據(jù)具體的需求進(jìn)行組合，其不僅可以通過把電能轉(zhuǎn)化的熱能用蓄熱方式進(jìn)行能量儲存和熱量收回再利用，還可以在爐內(nèi)向燃燒室直接提供高溫空氣，實(shí)現(xiàn)高溫空氣燃燒。

       該項(xiàng)發(fā)明為上述“雙膛豎窯技術(shù)”的進(jìn)一步延伸和深化，以便實(shí)現(xiàn)更多電燒石灰的方法。目前，“唐山金泉公司”已經(jīng)完成多項(xiàng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)并完成了多項(xiàng)專利申請工作，隨著技術(shù)的不斷完善和成熟，該項(xiàng)技術(shù)將逐步應(yīng)用到“燃煤雙膛豎窯”上面，在以燃煤或燃?xì)獾纳�產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上增加電電燒功能，*終目標(biāo)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立電燒”的功能。

           資料編輯：

    中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會

            孫  菲

         2021.01.20