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石灰回转窑燃烧器的技术创新与发展

2021-06-04

石灰回转窑燃烧器的技术创新与发展

蔡长明  杨启星

襄阳中和机电技术有限公司,441000  湖北省襄阳市

 

     本文结合典型工程案例,介绍了近年来随着石灰回转窑大型化、绿色化、智能化发展趋势,作为回转窑系统煅烧工艺设备的燃烧器的技术创新与发展。

 

活性石灰是常用的工业原料,在钢铁、电石、氧化铝、造纸、有色矿山等诸多行业中有着广泛的应用。在这些行业中,钢铁行业对活性石灰的需求占到约70%,电石行业占到约20%,因此,钢铁和电石这两大行业与活性石灰的关联度非常高,随着近年钢铁和电石行业的蓬勃发展,回转窑系统设备逐渐向大型化、绿色化、智能化方向发展。

石灰回转窑作为活性石灰生产的主要窑型,设备更容易实现大型化,同时回转窑适合煅烧小颗粒石灰石,有利于石灰石的充分利用;另外回转窑内石料来回翻滚,物料煅烧较为充分,煅烧的石灰质量较佳。目前,国内已投产的活性石灰回转窑最大为1200TPD,规格为φ5.1×72米。

活性石灰回转窑,在钢铁行业中以高炉煤气、转炉煤气作为一定的辅助燃料;在电石行业中以电石炉煤气、除尘灰、净化灰等作为其燃料;在金属镁行业中以兰炭气、兰炭粉作为其燃料。以往这些废气废渣排向大气、土地,现在代替部分燃料,既节省了燃料成本,又可以减少废气废渣对于环境的污染。

活性石灰回转窑系统在石灰煅烧工艺设备中又为复杂,预热、煅烧、冷却三大主机设备、工艺参数(温度、投料、出料速度)均可独立控制,具有灵活调节性,多年前已经应用电动执行器、变频器等远程控制,近年正开展应用生产线智能控制系统。

燃烧器作为回转窑煅烧工艺中的主要设备,随着活性石灰回转窑的大型化、绿色化、智能化而不断发展。

1、燃烧器的大型化

1.1 某条1200TPD活性石灰回转窑配套燃烧器

此条回转窑设计产量1200t/d,由我公司提供SR2燃烧器及附属设备,于2021年4月投入使用,采用电石炉煤气和除尘灰、净化灰作为燃料,点火初期用电石炉煤气点火烘窑,正常生产时转为电石炉煤气和除尘灰、净化灰两种燃料混合燃烧,燃烧器设计最大燃烧能力:电石炉煤气量12000Nm3/h、除尘灰、净化灰用量8~12t/h。经过近一个月的运行,产量已达到设计要求,石灰生烧率3%。

1.2 某条4×1000t/d活性石灰回转窑配套燃烧器

4条回转窑由襄阳中和提供SR2燃烧器及附属设备,于2019年底逐条投入使用,采用预热后的高炉煤气和煤粉作为燃料,高炉煤气预热后温度250~300℃,热值917.55kCal/Nm3±5%。

 

1  2020年7月某日生产统计数据

生产线序号

1#

2#

3#

4#

石灰产量(吨)

1121

1120.6

1120.4

1121.2

煤耗(kg/吨石灰)

83.07

88.64

81.35

93.44

煤气单耗(m/吨石灰) 

153

153

152.89

134.16

成品灰CaO含量

(%)

平均

85.49

87.31

82.89

83.27

最高

87.71

88.83

85.29

86.1

最低

83.84

84.75

81.64

80.95

成品灰灼减

(%)

平均

7.26

5.09

9.37

8.83

最高

9.26

7.11

11.85

11.39

最低

5.86

3.47

5.06

6.56

 

2、燃烧器的绿色化

2.1  活性石灰回转窑用燃烧器使用替代燃料

山东某电石厂共有7条活性石灰回转窑,生产的石灰全部用于电石的生产,生产1吨电石约产生400Nm3电石炉煤气、50~70kg的电石除尘灰以及45kg的电石净化灰(主要成分为CaC2和兰炭粉,还有~20%的灰分)。

 

2  电石炉煤气组成分析数据表

体积分数

CO2(%)

CO(%)

N2(%)

H2(%)

CH4(%)

O2(%)

百分比

2.5~3.5

80~92

1~2

2.5~10

2~4

0.2~0.6

通过成分计算,电石炉煤气的低位发热值约为2400~2600kCal/Nm3,如此将电石所产生的电石炉煤气全部用于石灰煅烧,另外搭配少量的电石收尘灰和电石净化灰,完全可以满足电石所需要的活性石灰的热耗。

我公司2021年提供的1000TPD和1200TPD回转窑用燃烧器可以掺烧更大量的电石收尘灰和电石净化灰,在1200TPD回转窑上喷入4~6t/h,替代了大量的电石炉煤气,电石生产中收尘灰和净化灰就能全部消化,而电石炉煤气用于SCR和锅炉等工艺段,从而节省了大量的燃料成本。

2.2  活性石灰回转窑用燃烧器的低氮排放

辽宁某钢铁厂600TPD活性石灰回转窑,采用焦炉煤气和转炉煤气作为燃料,生产的石灰用于炼钢,要求CaO%85%,活性度330mL,近年来排放要求越来越严格,NOx排放要求200mg/Nm3(当地要求18%O2含量下不折算)。我公司提供的燃烧器精准化低氮燃烧设计,近期调试中NOx排放优于环保要求,稳定在140~170mg/Nm3

3、燃烧器的智能化

回转窑用燃烧器已从单通道发展为双通道、三通道、四通道燃烧器,从不可调节发展到具有调节风阀、调节出口截面、调节出口角度等多种调节手段,从而火焰的长度直径形状控制优越、调整灵活。

我公司提供的部分燃烧器本体配有电动调节阀、电动补偿器调节装置及各种传感器,配合智能控制箱可在远程和就地调节,远端调节与监控接入中控DCS,从而提高了作业效率,减少了人员,提高了作业安全性。近两年随着物联网和云的发展,我公司提供了远程手机端APP,查看记录、操作都十分便利高效。





1 远程操作监控设备示意图

 

远程手机端APP操作界面见图2、图3。

    

2 远程操作监控界面     图3 历史数据查询界面

 

4、结束语

为应对气候变化,我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的目标承诺,石灰行业是实现此承诺中的重要一环,活性石灰回转窑用燃烧器也必将迎来绿色化的变革与发展,并将随着石灰回转窑设备大型化、智能化发展,大大提高燃烧器的技术水平和生产效率。


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