利用共燃技術(shù)生產(chǎn)石灰達標(biāo)排放與熱電聯(lián)產(chǎn)模型探討

卓鵬 陳肖妹 杜超陽

摘? 要：傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)石灰的主要方式采用回轉(zhuǎn)窯或立窯將石灰石煅燒而成，這兩種生產(chǎn)方式都存在能源利用率低，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)低等問題。本文探討的新型生產(chǎn)模型采用高效燃燒共燃技術(shù)，配高效換熱裝置，將燃燒產(chǎn)生的熱量用于發(fā)電，煙氣經(jīng)過節(jié)流式濕式脫硫除塵裝置進行脫硫除塵，之后經(jīng)過SCR脫硝裝置進行煙氣脫硝，經(jīng)過多層處理后煙氣通過煙囪達標(biāo)排放。

關(guān)鍵詞：石灰生產(chǎn)? 共燃技術(shù)? 高效換熱裝置? 節(jié)流式濕式除塵脫硫裝置? 脫硝裝置

中圖分類號：TK47? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（b）-0052-03

Abstract： The main way of lime production in traditional industry is to calcine limestone in rotary kiln or shaft kiln. Both of them have the problems of low energy utilization and low emission standard of flue gas. The new production model discussed in this paper adopts high-efficiency combustion CO combustion technology， equipped with high-efficiency heat exchange device， and the heat generated by combustion is used for power generation. Flue gas is desulfurized and dedusted by throttling wet desulfurization and dust removal device， and then flue gas is denitrated by SCR denitration device. After multi-layer treatment， flue gas is discharged through chimney.

Key Words： Lime production; CO combustion technology; High efficiency heat exchange device; Throttling wet dust removal and desulfurization device; Denitration device

石灰是一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機膠凝材料。工業(yè)生產(chǎn)過程一般使用石灰石、白云石等碳酸鈣含量高的原料，經(jīng)900℃～1200℃煅燒而成。

在人類歷史上，石灰是最早應(yīng)用的膠凝材料之一，我們所熟知的三合土，石灰就是其中最重要的組成成分。在當(dāng)代石灰也是許多工業(yè)的重要原材料，適用于膨化食品，蘑菇、木耳等農(nóng)作物生產(chǎn)，以及儀器儀表、醫(yī)藥、服裝、電子通信、皮革制造、紡織等行業(yè)中，特別在土木基建中應(yīng)用范圍更廣，需求量更大。

現(xiàn)今工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，石灰的生產(chǎn)方式主要以采用回轉(zhuǎn)窯或立窯將石灰石煅燒而成。在這兩種生產(chǎn)方式的對比上，回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)點是窯體結(jié)構(gòu)簡單、氣流暢通，敞開式煅燒，物料在窯內(nèi)可均勻滾動前進，受熱均勻，適應(yīng)原料粒度范圍廣，適合燒小塊石灰石。其缺點為占地面積大，投資較高，熱量損失大，熱效率較低。立窯的優(yōu)點是占地面積小，設(shè)備造價低、輔助設(shè)備少、投資少，熱效率高，透風(fēng)率要求高，適合燒燒物料尺寸較大的石灰石。其缺點是窯體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物料在爐窯內(nèi)密閉式煅燒，受熱不均勻。但從燃燒尾氣污染物排放要求上，以上兩種傳統(tǒng)生產(chǎn)方式均無法有效解決生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物達標(biāo)排放問題。特別是立窯，因其燃燒方式是從傳統(tǒng)層燃技術(shù)演化而來，燃燒不完全產(chǎn)生的大量可燃性顆粒物和揮發(fā)性有機物（VOCs），得不到有效解決。因此探索一種新型石灰生產(chǎn)系統(tǒng)模型，通過節(jié)能減排，使其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量得以充分利用，同時實現(xiàn)尾氣達標(biāo)排放，意義重大。

本文探討的新型石灰生產(chǎn)模型，如圖1所示。

生產(chǎn)過程流程：

按照一定比例與煤炭混合好的物料進入（1）共燃燃燒裝置，經(jīng)過燃燒加熱煅燒一段時間后燃燒后產(chǎn)物經(jīng)過（3）鏈條傳輸裝置輸送到（2）機械分揀裝置，將分揀的成品石灰存放到成品區(qū)。燃燒時產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M入（7）高效換熱裝置，將回收的熱量用于發(fā)電，之后煙氣進入（6）節(jié)流式濕式除塵脫硫裝置，除塵脫硫后煙氣進入（5）SCR脫硝裝置進行煙氣脫硝，最后煙氣通過（4）外排風(fēng)機達標(biāo)排放 。

1? 共燃燃燒裝置

高效燃燒共燃技術(shù)，將按比例混合好的煤炭與石灰石源源不斷地投入共燃燃燒爐中（見圖2），共燃技術(shù)基本原理是，混合物料在（2）備燃區(qū)被加熱至300℃左右，燃料揮發(fā)份有機物析出，由于煙囪拔力，揮發(fā)份有機物隨著氣流進入（3）共燃區(qū)，和燃燒的高溫碳基一起參與燃燒，燃燒中揮發(fā)份的主要成分H離子和氧原子反應(yīng)釋放大量熱量，碳基中的C原子和O原子反應(yīng)同樣釋放大量熱量，因此兩者互相加強燃燒，使燃燒區(qū)溫度達到1400℃以上。物料與燃料在共燃燃燒裝置內(nèi)燃燒更加充分，可燃性污染物排放為零。

燃燒過程中，混合物料在燃燒爐經(jīng)過備燃區(qū)、燃燒煅燒區(qū)、冷卻區(qū)，最后從爐體中排出煅燒好的石灰。讓物料和燃料混合均勻后在燃燒區(qū)可以實現(xiàn)穩(wěn)定1200℃左右長時間煅燒，使物料受熱均勻。鏈條傳輸裝置可輔助實現(xiàn)循環(huán)加料、排料，物料活性高，自動化程度高，利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

2? 高效換熱裝置

高效換熱裝置采用水冷壁加管殼式換熱器，混合物料在共燃爐里燃燒后出口溫度高于900℃，經(jīng)高效換熱后出口溫度可降低至270℃以下，最后降溫后煙氣經(jīng)過再熱器、省煤器后經(jīng)管道排到下一處理單元。

大量熱量從共燃爐中排出，后端連接的高效換熱器將大量熱量轉(zhuǎn)換成高溫高壓蒸汽，通過高溫高壓汽輪機進行發(fā)電，相較于傳統(tǒng)余熱鍋爐低溫低壓汽輪機發(fā)電，發(fā)電效率得到大幅度提高，實現(xiàn)能量高效利用。

3? 節(jié)流式濕式除塵脫硫裝置

隨著我國環(huán)境保護措施的不斷加強，國家對燃燒過程產(chǎn)生的SO2，氮氧化物（NOx），同時伴隨產(chǎn)生煙塵、細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）和揮發(fā)性有機物（VOCs）等污染物的排放要求提高。本系統(tǒng)模型通過共燃技術(shù)將可燃物完全燃燒，消除黑煙等可燃性顆粒物之后，煙氣進入節(jié)流式濕式除塵脫硫設(shè)備進行脫硫除塵（如圖3）。含塵煙氣經(jīng)過（3）除塵器進風(fēng)口進入除塵脫硫裝置，在（4）節(jié)流板處氣流通道變狹窄，氣流被壓縮，根據(jù)伯努利方程得到氣體速度增加，在氣液交界面形成劇烈沖擊，高速氣流和液體進行充分接觸，氣流中的顆粒物進入液體，實現(xiàn)煙氣除塵目的。同時在氣液交換過程中通過酸堿中和反應(yīng)原理去除，煙氣中的SO2與加入節(jié)流式濕式除塵裝置的堿性吸收劑反應(yīng)，生成硫酸鹽或者亞硫酸鹽，從而去除煙氣中的SO2。通過劇烈氣液交換過程，系統(tǒng)除塵效率可到99%以上，脫硫效率可達90%以上。

4? SCR脫硝裝置

脫硫除塵后的煙氣再進入脫銷裝置，本系統(tǒng)中氮氧化物（NOx）的去除采用選擇性催化還原法（SCR），其反應(yīng)原理是通過還原劑（氫氣、尿素、氨及碳氫化合物等），在特定的溫度及催化劑的作用下選擇性的將NOx轉(zhuǎn)化成N2，最終實現(xiàn)尾氣的達標(biāo)排放。SCR裝置應(yīng)用較為廣泛，且從資金投入和實際脫硝效率，系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面對比其他脫硝裝置有一定優(yōu)勢。

5? 結(jié)語

本文探討的石灰生產(chǎn)技術(shù)，將共燃燃燒、節(jié)流式濕式除塵脫硫、高效換熱發(fā)電以及SCR脫硝等技術(shù)應(yīng)用到實際生產(chǎn)過程中，通過整合各個技術(shù)的優(yōu)勢，全面提高生產(chǎn)石灰的能源利用效率，并且做到生產(chǎn)過程中尾氣清潔排放。

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