高爐焦?fàn)t混合煤氣煅燒生產(chǎn)石灰

趙曉霞

（天津天鐵冶金集團(tuán)石灰石礦，河北涉縣056404）

高爐焦?fàn)t混合煤氣煅燒生產(chǎn)石灰

趙曉霞

（天津天鐵冶金集團(tuán)石灰石礦，河北涉縣056404）

為提高石灰豎窯的產(chǎn)量，將采用高爐煤氣煅燒生產(chǎn)石灰的豎窯改為采用煤氣熱值較高的高爐和焦?fàn)t混合煤氣煅燒生產(chǎn)石灰，，通過調(diào)整操作方法，在保證石灰質(zhì)量的同時，提高了石灰的產(chǎn)量，保證了生產(chǎn)需要。

石灰豎窯；高爐煤氣；焦?fàn)t煤氣

1 引言

天津天鐵冶金集團(tuán)石灰石礦有5座150 t/d豎窯，2座600 t/d回轉(zhuǎn)窯，2009年投入使用6座300 t/d煅燒石灰的豎窯，隨著集團(tuán)公司的不斷發(fā)展，新一燒的投入使用，燒結(jié)、煉鋼、熱軋等分廠對石灰的需求量日益增加，為滿足用灰需求，就必須在現(xiàn)已有基礎(chǔ)上對石灰豎窯的煅燒提出改進(jìn)，提高產(chǎn)量。

現(xiàn)有的豎窯所使用的燃料全是高爐煤氣，其熱值是800～1 000 kJ/m3，若在高爐不順、煤氣不穩(wěn)，波動頻繁時，300 t豎窯的日產(chǎn)量必會受到影響，不能滿足使用量，甚至在煤氣最低限度時還會影響石灰的品質(zhì)。經(jīng)理論分析，在此提出將石灰豎窯的煤氣燃料由純高爐煤氣煅燒改為高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混配在一起的混合煤氣（以下簡稱混合煤氣）用來煅燒石灰豎窯的建議。

2 豎窯的燃料種類和流程簡介

焙燒石灰用的燃料分為氣體燃料、液體燃料和固體燃料3種。其中氣體燃料包括：焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣及混合煤氣等。

2．1 豎窯的燃料種類

2．1．1 焦?fàn)t煤氣

它是在焦?fàn)t煤氣時煉焦過程中產(chǎn)生的，其主要成分是H2，約占50%～58%，次之是CH4，約占22%～25%，另外還含有少量的CO（5%～8%）、CO2（1．5%～3．0%）、N2（3%～7%）和O2（＜0．5%）等。

焦?fàn)t煤氣是無色有臭味的氣體，含氫較多，燃燒速度快，火焰較短，其中可燃成分較高（約90%左右），因含有CO和少量的H2S而有毒。其著火溫度為600～650℃，發(fā)熱值高16 720～18 810 kJ/m3。焦?fàn)t煤氣如果凈化不好，將含有較多的焦油和萘，就會堵塞管道和管件，不利于使用和操作。

2．1．2 高爐煤氣

高爐煤氣是在煉鐵過程中產(chǎn)生的，其主要成分是CO，高爐煤氣中含有CO為25%～30%、H2為2%～4%、N2為55%～58%、CO2為13%～16%以及少量的CH4等。

高爐煤氣是無色無味的有毒氣體，理論燃燒溫度為1 400～1 500℃，發(fā)熱值約為3 768～4 187 kJ/ m3。高爐煤氣多用于豎窯焙燒石灰，但是因為理論燃燒溫度較低，窯的利用系數(shù)也較低，有的豎窯用高爐煤氣和空氣雙預(yù)熱的方法來提高窯溫，進(jìn)而提高豎窯的利用效率，操作方便，效果較好。

2．1．3 轉(zhuǎn)爐煤氣

轉(zhuǎn)爐煤氣是再煉鋼過程中產(chǎn)生的，其主要成分CO約為45%～65%左右，其次是CO2和N2，CO2約為15%～25%，N2約為24%～38%，另外還有少量的H2＜2%、O2約為0．4%～0．8%等。發(fā)熱值約為6 280～7 536 kJ/m3，實際使用時操作相對復(fù)雜，要求比較高。

2．1．4 混合煤氣

混合煤氣就是由兩種或者兩種以上的煤氣混配在一起而成的煤氣，它主要是為了滿足用戶對煤氣的特定熱值的需求而采用的高熱值煤氣與低熱值煤氣調(diào)配而成。

2．2 石灰豎窯的設(shè)備構(gòu)造和工藝流程

天津天鐵冶金集團(tuán)石灰石礦300 t豎窯的構(gòu)造主要是由原料稱量輸送設(shè)備（輸送皮帶、電振給料機(jī)和電子稱量斗）、加料設(shè)備（卷揚機(jī)和雙斗提升機(jī)）、窯體、出料設(shè)備（托板、上下閘板、電振出料機(jī)和成品輸送皮帶）、煤氣燃燒設(shè)備（煤氣燒嘴）、煤氣預(yù)熱設(shè)備（煤氣預(yù)熱器）、鼓風(fēng)設(shè)備（羅茨鼓風(fēng)機(jī)）、排煙及廢氣凈化設(shè)備（離心式引風(fēng)機(jī)和脈沖式布袋除塵器）、電氣、儀表控制裝置等組成。

石灰石礦300 t豎窯的工藝流程中包含上料系統(tǒng)、煅燒過程、出料系統(tǒng)。

上料系統(tǒng)是原料通過電動振篩進(jìn)行篩分，嚴(yán)格控制石灰石的粒度，將粒度為40～80 mm的石灰石經(jīng)原料皮帶送至6#～11#豎窯窯前料倉，經(jīng)過電子稱量斗進(jìn)入雙料提升機(jī)料車內(nèi)，送至豎窯頂部供料斗，石灰石通過料封管進(jìn)入窯內(nèi)，并使用超聲波料位探測器探測料位。

煅燒過程主要分為三帶：預(yù)熱帶、煅燒帶、冷卻帶。煅燒帶所用的高爐煤氣經(jīng)過煤氣加壓站加壓后送至窯前，由煅燒帶下半部的專用煤氣燒嘴送入窯內(nèi)。煅燒所用的空氣則通過2臺獨立設(shè)置的羅茨鼓風(fēng)機(jī)供給，其中燃燒所用的一次助燃空氣經(jīng)過燒嘴進(jìn)入窯內(nèi)，二次助燃空氣即冷卻空氣則從窯的底部供給。煤氣和空氣在豎窯內(nèi)混合燃燒，產(chǎn)生的熱量使物料充分分解，在引風(fēng)機(jī)的作用下，窯頂處于負(fù)壓狀態(tài)，廢氣上升將預(yù)熱帶的原料進(jìn)行預(yù)熱，然后通過預(yù)熱器預(yù)熱將空氣和煤氣預(yù)熱，熱交換后經(jīng)過帶有冷卻器的脈沖式布袋除塵器除塵后，最終由排煙機(jī)排至大氣中。在煅燒帶燒出的石灰隨著物料的下移，經(jīng)冷卻風(fēng)慢慢冷卻，使出灰溫度控制在100℃以下。在煅燒過程中，三個階段應(yīng)保持穩(wěn)定，以確保豎窯的順行。

出料系統(tǒng)是由豎窯底部的出料設(shè)備完成成品石灰輸出的。成品石灰通過液壓托板出料機(jī)卸入集料漏斗，在通過液壓卸料的上下閘板卸入卸料料斗，最后由電振卸料機(jī)連續(xù)卸到成品輸送皮帶上。成品經(jīng)過篩分后，篩上料進(jìn)入6#～7#塊灰倉，篩下料分別進(jìn)入1#～4#環(huán)錘破碎倉，經(jīng)環(huán)錘破碎成小于3 mm粉后經(jīng)過板鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)及刮板輸灰機(jī)進(jìn)入1#～5#粉灰倉儲存，如圖1所示。

3 理論分析混合煤氣煅燒豎窯

天津天鐵冶金集團(tuán)石灰石礦300 t石灰豎窯是適用于低熱值燃料的煅燒，因焦?fàn)t煤氣的熱值過高，如果摻入的焦?fàn)t煤氣比例過大，則不利用耐火材料的長期使用，窯壁效應(yīng)明顯，易損壞窯墻，故在此次高焦煤氣煅燒豎窯的理論分析過程中，假設(shè)焦?fàn)t煤氣的摻入量為5%，理論計算如下。

3.1 高爐煤氣與混合煤氣煅燒過程對比

假設(shè)純高爐煤氣和混合煤氣流量均為12 000 m3/h，其高爐煤氣熱值為850 kcal/m3，焦?fàn)t煤氣熱值為4 000 kcal/m3，空氣過剩系數(shù)為1．3，助燃風(fēng)與冷卻風(fēng)之比為2∶3，石灰石單位產(chǎn)品的熱耗為1 050 kcal/kg(高爐煤氣成分：CO占24%，CO2占10%，N2占66%；焦?fàn)t煤氣成分：CO占4%，CH4占27%，H2占56%，CO2占1%，N2占10%)。

煤氣燃燒中的反應(yīng)式：

3．1．1 純高爐煤氣與混合煤氣發(fā)熱量對比

純高爐煤氣的發(fā)熱量：

混合煤氣的發(fā)熱量：

3．1．2 純高爐煤氣與混合煤氣風(fēng)氣配比、助燃和冷卻風(fēng)的調(diào)整

純高爐煤氣理論需要的空氣量：

則實際空氣量：

助燃風(fēng)、冷卻風(fēng)流量分別為：

混合煤氣理論需要的空氣量：

則實際空氣量：

助燃風(fēng)、冷卻風(fēng)流量分別為；

通過以上數(shù)據(jù)可以助燃風(fēng)流量增加了1 084 m3/h，冷卻風(fēng)增加了1 628 m3/h，根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)1 Hz風(fēng)量為333 m3/h來計算助燃風(fēng)提高3 Hz、冷卻風(fēng)提高5 Hz，才能滿足空氣量的需求。

3．1．3 純高爐煤氣與混合煤氣煅燒豎窯的產(chǎn)量對比

純高爐煤氣12 h理論的產(chǎn)量為：

混合煤氣12 h理論產(chǎn)量為：

圖1 300 t氣燒豎窯生產(chǎn)工藝流程圖

3．2 使用混合煤氣煅燒豎窯的優(yōu)勢之處

通過以上理論計算的數(shù)據(jù)可以看出，在高爐煤氣中摻入5%的焦?fàn)t煤氣，使用混合煤氣煅燒300 t豎窯的情況下，因焦?fàn)t煤氣的熱值高，使混合煤氣的發(fā)熱量增加1 890 000 kcal/h，在其它條件不變的情況下，一座石灰豎窯12 h產(chǎn)量增加了21 t，若混合煤氣穩(wěn)定，則一座石灰豎窯一月（按30天計算）可增加產(chǎn)量1 260 t。理論分析使用混合煤氣煅燒石灰豎窯是提高產(chǎn)量的可行性方法之一。

4 使用混合煤氣煅燒豎窯的操作方法

使用混合煤氣煅燒石灰豎窯時，要把石灰豎窯的煅燒帶適當(dāng)?shù)难娱L，使生石灰能夠得到充分的預(yù)熱，從而避免火焰集中燃燒造成結(jié)瘤。

由于煤氣熱值的提高，發(fā)熱量的增加，每班制定豎窯的計劃產(chǎn)量也應(yīng)隨之進(jìn)行調(diào)整，上料周期、出料系統(tǒng)的出料周期和出料次數(shù)也要改變，根據(jù)豎窯快速均勻連續(xù)出料的原則，使物料在窯內(nèi)得到充分的預(yù)熱、煅燒和冷卻，這樣才能保證爐況的穩(wěn)定。

在高爐煤氣中摻入5%的焦?fàn)t煤氣，使用混合煤氣煅燒石灰豎窯，通過上述理論計算，混合煤氣所需空氣量增加，煤氣的燃燒速度就會增加，窯壁效應(yīng)比使用純高爐煤氣的時候明顯，所以及時合理的調(diào)整風(fēng)氣配比才能減少對窯墻的損壞，延長窯的使用壽命。經(jīng)初步計算后，在操作中助燃風(fēng)應(yīng)提高3 Hz、冷卻風(fēng)提高5 Hz來滿足混合煤氣所需的空氣量。

時刻注意窯廢氣溫度的變化，避免出現(xiàn)廢氣溫度過高的情況，當(dāng)溫度過高時，應(yīng)打開摻冷閥，防止廢氣溫度過高，燒壞除塵布袋。

加強(qiáng)巡檢力度，尤其是對窯皮溫度的測量，一旦發(fā)現(xiàn)有局部溫度過高的情況應(yīng)及時進(jìn)行處理。

5 結(jié)束語

通過對用混合煤氣煅燒石灰豎窯的理論分析，不難看出豎窯的產(chǎn)量不但增加了，而且對天津天鐵冶金集團(tuán)的煤氣資源有了更合理的使用，在高爐煤氣不足的情況下也能保證足夠產(chǎn)量供應(yīng)，應(yīng)不斷總結(jié)、實踐、創(chuàng)新，完善豎窯石灰煅燒的技術(shù)，提高煅燒石灰的能力。

[1]初建民，高士林.冶金石灰生產(chǎn)技術(shù)手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2]韓景玉，孔祥新，馬金邦.煅燒冶金石灰活性度分析[J].天津冶金，2007（6）：9-12.

Production of Lime with Blast Furnace Gas and Coke Oven Gas Mixture

ZHAO Xiao-χia
(Limestone Mine of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

In order to increase the production of lime kiln,BF gas fired lime kiln was modified into one fired with blast furnace gas and high content coke oven gas mixture which was of higher calorific value．By the adjustment of operation method,lime production was increased while lime quality ensured．The production requirement was met．

lime kiln;blast furnace gas;coke oven gas

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．005

2015-01-10

2015-01-30

趙曉霞（1985—），女，本科，主要從事煅燒石灰豎窯方面的研究工作。