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高炉煤气在石灰回转窑的节能应用机理初探

2020-07-16

钢铁工业在冶炼生产过程中,会产生富含热值的焦炉煤气,同时也会产生低热值的高炉和转炉煤气。长久以来,高热值的焦炉煤气获得了比较多的利用,但低热值的高炉、转炉煤气却大量直接的排放掉,能源利用效率不高,同时造成环境污染,对企业节能减排、降本增效和可持续发展都造成了极大影响。

山东某钢铁企业在高炉生产过程中存在部分剩余煤气,公司为实现废气零排放的环保目标,在分厂成立了回转窑技术攻关小组,尝试将回转窑的燃料从单一煤粉变为高炉煤气与煤粉混烧,并获得初步成功,项目配套燃烧器的高炉煤气使用流量达到最大值5000m³/h。为进一步增加高炉煤气使用量,该企业积极与襄阳中和技术有限公司进行技术交流与合作,为回转窑开发出高效节能新型燃烧器,安装运行后使用效果良好。

1 石灰煅烧工艺

该企业年产26万吨活性石灰回转窑采用竖式预热器—回转窑—竖式冷却机工艺。


石灰从输送机提升至竖式预热器顶,经过预热器由1050-1150℃的高温烟气预热至约900℃之后,由推杆推入窑尾烟室逐渐滚动到窑头,在回转窑内逐渐升温,经过分解、煅烧,煅烧温度1250-1350℃,在窑口下料落入竖式冷却器中,由冷却空气(二次风机)降温至环境温度约40℃,二次风经换热后进入回转窑时一般在600-700℃,窑内产生的高温烟气经过预热器换热后温度降低至约170-190℃,随后进入除尘器,由高温风机排到烟囱。

2 高炉煤气的利用

高炉煤气因可燃成份CO、H2、烷烃之类总含量较少约25%,其热值低,单位热值生成的烟气量大,烟气温度较低,如单纯使用高炉煤气很难达到回转窑工艺要求,需要掺烧煤粉等其他好热值燃料。粉由输送空气送入窑内,煤粉浓度一般控制在2-6kg/m3空气,单位热值约合10000-40000kCal/m3,同时煤粉细度控制在200目以下合格率≥92%,可燃气体需要较长时间才能完全燃烧,煤粉在回转窑内充分燃烧的情况下,煅烧温度最高可达1600℃以上。因此,在回转窑燃烧器的设计上考虑煤粉中掺烧若干量的高炉煤气,以满足活性石灰的煅烧要求。原来设计的燃烧器只能燃烧3000 - 5000 Nm3/h的高炉煤气,并且火焰形状短粗,窑内温度很不均匀,混烧效果差,热耗偏高。经过襄阳中和技术人员科研攻关,最终设计出掺烧大气量高炉煤气的多通道煤、气混烧的SR2高效节能燃烧器。

该企业于2019年10月开始使用SR2高效节能燃烧器,经过双方技术人员协同调试,最终达到满意效果,煤粉与高炉煤气在窑内燃烧速度快、燃尽率高,火焰形状好,长度适宜,高炉煤气使用量提高至8000 - 11000 Nm3/h,相比于之前,单位综合热耗8%以上,单位煤粉使用量13%以上具体数据见下表:

回转生产数据统计

日期

1—8月份

平均数据

12月份

平均数据

比例

石灰产量

/月

18655.22

17123.38

91.79%

用煤量

/月

3298.91

2628.61

79.68%

煤耗

吨/吨石灰

0.1769

0.1535

86.79%

煤气用量

/月

2684271.50

3589012.00

133.71%

煤气单耗

m³/吨石灰

143.88

209.60

145.68%

电耗

kWh/吨石灰

35.98

35.30

98.12%

 

3 高炉煤气节能应用机理分析

高炉煤气典型成份如下:

高炉煤气

波动范围 V%

CO

23.6-26.9

H2

3.2-4.3

CO2

21.3-22.8

N2

49.6-53.0

O2

0.0-0.3

20℃及1个大气压下的层流火焰前沿移动的正常速度值如下:


根据文献1CO 30.3%、H2 6.3%CO2 19.2%、N2 44.2%的情况下和空气混合物在20℃及1个大气压下测定其层流火焰最小传播速度为(16.66±0.63)cm/s,最大传播速度为(20.74±0.68)cm/s

根据文献2CO240%增加到60%再增加到80%时火焰传播速度大幅降低,在O220%增加到30%再增加到40%时火焰传播速度大幅提高。

高炉煤气的火焰传播速度偏低,并且在窑内一定量空气的情况下,从最初燃烧到燃尽过程中CO2浓度逐渐提高,而O2浓度逐渐降低,火焰传播速度会受到一定的限制。

同时,高炉煤气作为气体燃料,与煤粉固体燃料相比,空气混合扩散速度提高了数十倍,因此石灰回转窑采用高炉煤气与煤粉混烧,与单纯煤粉相比,燃烧器出口处燃烧迅速一些,冷却带偏短些;但后期燃烧缓慢,煅烧带更长一些,预热带、窑尾温度也进一步提高,石灰石在窑内煅烧时间加长,使预热器中预热温度更高,从而可以在保证石灰活性度和成品率的情况下,降低窑内煅烧带温度。

4 结束语

通过将近两个月的生产实践证明,SR2高效节能燃烧器在活性石灰回转窑上的应用是成功的。高炉煤气虽然有低热值、难燃烧、烟气量大特性,但如果合理利用,可以取得优化燃烧、节能降耗的效果


关键词  高炉煤气 高效节能  石灰回转窑系统

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