低热值煤气高产量对双膛竖窑炉窑结构影响

低热值煤气高产量对双膛竖窑炉窑结构影响

张博

石家庄新华能源环保科技股份有限公司，河北 石家庄 050000

摘要：国内随着减低碳排放和环保要求的进一步发展，在双膛竖窑上使用煤炭以外的燃料进行煅烧石灰的市场需求进一步扩展加大，这就需要对现有成熟的双膛竖窑结构进行进一步的改造和结构优化。本文通过改造和优化成熟双膛竖窑的结构，以满足低热值煤气高产量需求。对现有双膛竖窑的结构进行改变和优化使低热值高产量造成的不利影响消除。

关键字：低热值煤气高产量；双膛竖窑；双膛竖窑的结构

引言

双膛竖窑设计原型是以高热值煤气、煤粉为燃料，根据高热值燃料的火焰温度高，煅烧温度集中设计了并流蓄热结构。根据双膛竖窑并流蓄热煅烧原理，利用高热值燃料的燃烧特性实现了石灰的高产量、高品质和高效率。随着国内减低碳排放和环保要求的进一步发展，利用现有的双膛竖窑结构使用低热值煤气的需求是市场客观存在。并流蓄热煅烧设计双膛竖窑在使用低热值煤气作燃料时会产生很多问题，（指出带来哪些问题？？）。。本文通过对成熟的双膛竖窑的结构改造和优化来解决低热值煤气高产量问题，使低热值煤气高产量在双膛窑中可以实现。

双膛竖窑有两个窑身，窑身内装满石灰石，窑身下部有一个连接通道把两个窑身连接起来，工作时两个窑身是交替进行的，由于双膛石灰窑采用并流煅烧、交替点火等方式，工作过程中使石灰煅烧均匀、活性大、产量高，热量利用率高，具有并流和蓄热的特点。

双膛竖窑采用了先进的并流蓄热煅烧原理。并流是指助燃空气、燃料、物料三者均从煅烧带的上部向下流动，三者流向相同，物料实现梯度燃烧，从而避免过烧现象。蓄热是指煅烧产生的废气，通过烟道进入另一个窑膛中，对预热带的物料进行预热，使热量得以充分回收。并流煅烧和逆流蓄热的热工特性决定了双膛竖窑具有很高的热效率，其热能消耗在双梁式石灰窑、回转窑、套筒窑等所有类型石灰窑中最低。

冶金企业生产过程中，产生大量的转炉煤气。转炉煤气由于热值低，直接用于煅烧石灰石，使转炉煤气在煅烧石灰的过程中不能得到充分利用。

1.低热值煤气在双膛竖窑中存在的问题

1.1低热值煤气在同类型双膛竖窑中产量低

石灰石煅烧需要燃料在双膛竖窑的煅烧带燃烧，放出热量加热被煅烧物料。高热值煤气、煤粉为燃料在煅烧带燃烧后提供给石灰石热量高，煅烧带的平均温度高，加速了石灰石的分解。转炉煤气在煅烧带燃烧，由于转炉煤气热值比较低，提供给石灰石的热量少，煅烧带的总体平均温度比高热值燃料的平均温度低，石灰石的分解速率下将，导致石灰石在煅烧带的滞留时间加长，在固定窑型下石灰石产量下降。不同热值的燃料的产量见表1。

表1不同热值的燃料的在600t/d双膛竖窑的产量

1.2低热值煤气在同类型双膛竖窑中废气温度高

双膛竖窑配置两个窑膛，在煅烧膛煅烧后的废气与下部冷却石灰后的的空气在两个窑膛中间的连接通道汇合，进入另一窑膛与该窑膛冷却石灰后的空气一并向上运动，废气与逆流向下的石灰石进行热交换，将废气中的热量蓄热到石灰石中，使热量得以充分回收，同时降低废气的排放温度。在不同热值燃料的废气中石灰石进行蓄热，助燃空气通过另外一个窑膛的预热带将热量带走，如此的反复的切换，保证废气能够降低150℃以下。双膛竖窑预热窑膛通过对不同热值的燃料的废气在同种窑型的物料层一样的情况下，其燃料在煅烧膛利用率越高，其剩余的热量在预热膛越少，在预热膛回收利用的都热量越多，其废气的温度低。所以在高热值燃料的在煅烧石灰后出双膛窑的废气温度越低，反之低热值燃料在出双膛竖窑的废气温度高。

表2不同热值燃料在600t/d双膛竖窑的废气参数

2.改进措施及建议

2.1优化双膛竖窑的窑径。

双膛竖窑的石灰石在煅烧带交替煅烧，在煅烧带的上部刚进入煅烧带时，石灰石达到分解温度为900℃以上。根据石灰石的分解特性，所处的温度越高，分解速率越高。刚进入煅烧带时，石灰石从表面开始分解，石灰石的接触表面积越大，吸收热量的速率越高，石灰石分解越快。在煅烧过程中石灰石表面形成石灰壳时，石灰传热速率低于石灰石产热速率，石灰石表面形成石灰壳后随着石灰壳的厚度加厚吸收热量的速率降低，所需要的热量降低。双膛竖窑并流煅烧石灰，在石灰石开始分解初期提供高热量，温度越高越有利于石灰石的分解。并流燃烧随着并流的梯度燃烧热量和温度越来越低，是适合整体的煅烧原理。

双膛竖窑并流煅烧石灰石分解成石灰，高热值燃料在石灰石开始分解初期提供高的热量和温度较高，加速了石灰石的分解，提高了热量的利用率，使石灰石总体煅烧的时间变短，产量更高。在石灰石开始分解初期，低热值燃料提供的热量和温度显著低于高热值燃料的，导致热量利用率减低，石灰石总体煅烧的时间增加，同窑型下石灰的产量也有所下降。

为了使低热值燃料同样产出高热值燃料的产量，那么要增加石灰石的煅烧时间，对现有的双膛窑的窑膛直径做出调整，双膛窑在石灰窑煅烧带长度不增加的同时，加大了窑膛直径。

例如转炉煤气（热值1400 kcal /m3）在600 t/d产量窑型的基础参数下对双膛竖窑的窑膛直径进行优化来实现提高产量，窑膛直径从4.3 m调整为4.6m，双膛竖窑的产量从500 t/d增加到了580 t/d。另外，转炉煤气（热值1200 kcal /m3）在600 t/d产量基础参数下对双膛竖窑的窑膛直径进行优化来实现提高产量，窑膛直径从4.3 m调整为4.8m，双膛竖窑的产量从400 t/d增加到了500 t/d。

表3不同热值燃料在在600t/d双膛竖窑优化结构后的参数

2.2优化双膛竖窑的窑高。

根据2.1中分析，限制低热值高产量的主要因素是石灰石在煅烧带煅烧温度下将后，石灰石的煅烧时间不够，造成分解时间加长，导致产量下降。因此，加长石灰石煅烧时长来弥补煅烧强度下将导致的分解速率下降，维持双膛竖窑高产量。但是双膛竖窑的窑径不能无限增加，因为窑径的增加后产生窑壁效应增强和煅烧喷枪数量增加，进而会产生其它影响双膛竖窑工艺的问题。因此，同时增加窑径和窑高是解决双膛竖窑产量的另一方式，增加双膛竖窑窑高后，石灰石在煅烧带的煅烧时间增加，也同样实现增产量目的。双膛竖窑增加高度还提高了窑内物料的储量，双膛竖窑的预热膛中物料储量增加更利于物料进行预热，使废气中的热量得以更充分回收，从而降低出窑废气温度提高了热量的利用效率。

例如转炉煤气（热值1400 kcal /m3）在600 t/d产量窑型的基础参数下对双膛竖窑的窑膛直径和高度进行优化来实现提高产量，窑膛直径从4.3 m调整为4.6m，窑体高度增加0.8 m；双膛竖窑的产量从500 t/d增加到了600 t/d，废气温度从初始的200℃下降到140℃。另外，转炉煤气（热值1200 kcal /m3）在600 t/d产量基础参数下对双膛竖窑的窑膛直径和高度进行优化来实现提高产量，窑膛直径从4.3 m调整为4.8m，窑体高度增加2 m；双膛竖窑的产量从400 t/d增加到了600 t/d，废气温度从初始的180℃下降到150℃。

表4不同热值燃料在在600t/d双膛竖窑优化结构后的参数

3.结论

增加双膛竖窑的窑体直径和高度，可提高窑内石灰煅烧时间和物料储量，提高窑内的热量利用效率，实现低热值煤气在双膛竖窑高产量的目的。低热值煤气高产量不仅充分回收利用低热值煤气，而且还减低了石灰竖窑的数量，节约了投入成本，提高土地利用率。

[参考文献]

[1] 王秉铨.工业炉设计手册.[M].北京.机械工业出版社.2010.