一、專家鑒定行業(yè)認可 引來行業(yè)關(guān)注
2021年07月30日，由“中國石灰產(chǎn)業(yè)學會”組織的“2021年度石灰行業(yè)新技術(shù)新裝備評審會（第二季）”上，一項涉及雙膛石灰窯技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)順利通過了鑒定，被專家組評價為達到國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平、是石灰行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的又一次技術(shù)突破。
這項技術(shù)是由唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團旗下“唐山市豐南區(qū)金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司”和“唐山金泉成套設備有限公司”送選的“實現(xiàn)雙膛石灰窯并流逆流同步煅燒及爐內(nèi)脫硝技術(shù)”。該項技術(shù)通過采用煤電（汽電）一體化及煤電（汽電）互補的煅燒方式，能實現(xiàn)雙膛石灰窯并流及逆流同步煅燒及蓄熱，解決了目前傳統(tǒng)雙膛豎窯窯容積生產(chǎn)利用系數(shù)低的問題，同時也達到提高低熱值燃料燃燒溫度，解決低熱值燃料在雙膛石灰豎窯內(nèi)煅燒溫度不夠的問題，實現(xiàn)了低熱值燃料在雙膛石灰豎窯的有效利用，而且還實現(xiàn)了在爐內(nèi)進行脫硝治理的目的。同時，還實現(xiàn)了噴槍自由點火、安全可控的目的。
本次評價采用由“中國石灰產(chǎn)業(yè)學會”牽頭聯(lián)合國內(nèi)內(nèi)多家高校及科研院所設計的全新科技成果評價體系，該體系包含評價執(zhí)行規(guī)范、分類評價指標設計、評分方法、評價專家管理規(guī)范、技術(shù)檢索分析方法等。與會專家認為，這項技術(shù)是將“煤與電”、“氣與電”進行了耦合，而且改變了傳統(tǒng)雙膛石灰窯的煅燒與蓄熱的轉(zhuǎn)換生產(chǎn)方式，在不增加總能耗的情況下有效的達到了增產(chǎn)提質(zhì)和使用低熱值燃料的目的，而且還實現(xiàn)了使用潔凈能源和爐內(nèi)脫硝，達到了減碳和環(huán)保治理的目的。這種技術(shù)組合具有創(chuàng)新性及較好的實用性及操作性，而且投資和節(jié)能效果明顯，能使傳統(tǒng)的雙膛石灰窯生產(chǎn)技術(shù)再次得到提升。
二、找準了問題切入點 巧鋪探究之路
并流蓄熱式雙膛石灰窯因其獨特的節(jié)能優(yōu)勢而在全世界得到廣泛推廣，迄今為止，雙膛石灰豎窯已經(jīng)發(fā)展了60余年，我國自八十年代開始引進。并流蓄熱式雙膛石灰窯具有獨特的雙膛結(jié)構(gòu)，其兩個窯膛能交替實現(xiàn)煅燒、蓄熱功能，可以實現(xiàn)石灰活性度最高而燃料消耗最低，因此具有其它石灰窯無法比擬的工藝優(yōu)點。
從雙膛石灰窯技術(shù)發(fā)展過程看，其生產(chǎn)原理大都一樣：采用兩個豎式煅燒爐膛組成，兩個煅燒爐膛又相互聯(lián)通且交替進行石灰煅燒，兩個窯身都有換向系統(tǒng)，用于交替輪換使用兩個窯身，在窯身煅燒帶的下部設有彼此連通的通道，煤粉或燃氣噴槍安裝在預熱帶，采用插入式埋設在石灰石中。煅燒帶與冷卻帶之間加設環(huán)形通道和在兩豎窯的環(huán)形通道之間設置煙氣連接通道，實現(xiàn)并流式煅燒，提高石灰豎窯的效率，有利于降低石灰生產(chǎn)的能耗。
雙膛豎窯中的所謂并流是指煤粉或煤氣燃燒煅燒石灰石時，燃燒產(chǎn)物和石灰一起同向并列向下流動。所謂蓄熱是指燃燒產(chǎn)的高溫廢氣通過兩窯膛下部的環(huán)形通道從一個窯膛進入另一窯膛并向上流動，即所謂“逆流”，將處于窯上部預熱帶內(nèi)的石灰石預熱到較高溫度，把熱量積蓄起來。此時高溫廢氣溫度下降到一個很低值后排出窯膛。
從上述生產(chǎn)原理不難看出，現(xiàn)在的并流蓄熱式雙膛石灰窯的優(yōu)點是充分利用高溫廢氣，節(jié)能環(huán)保。但是其不足之處也是很明顯：由于是兩個窯膛交換煅燒，在一個爐膛并流煅燒時另一個爐膛需要同等時間停止煅燒進行逆流蓄熱（一般都采用每15分鐘兩個窯膛換向操作），這就造成了每個窯膛實際煅燒時間只有50%，這也是目前造成雙膛石灰豎窯與其它窯型相比容積利用系數(shù)不高、噸產(chǎn)品投資高的重要原因。如何實現(xiàn)并流及逆流全程煅燒，提高窯容積利用系數(shù)是提升雙膛石灰窯整體經(jīng)濟效益的關(guān)鍵。
同時，雙膛豎窯對燃料選擇的局限性也很突出，采用高熱值煤炭燃料噴煤生產(chǎn)時各項指標最優(yōu)，而當使用低熱值燃料時各項指標明顯下降。尤其是當采用氣體生產(chǎn)時燃氣熱值要求熱值大于1500kcal/m3以上的高熱值煤氣才能正常生產(chǎn)，而冶金行業(yè)用于生產(chǎn)石灰的工業(yè)尾氣最普遍和容易獲得的就是高爐煤氣，其熱值只有750kcal/m3左右，造成產(chǎn)量系數(shù)更低，在同等窯容積下，與采用噴煤燃料生產(chǎn)相比，只能達到其生產(chǎn)系數(shù)的60%左右。而且，目前可用于石灰窯的高熱值燃氣越來越少，為謀求石灰窯的生產(chǎn)，必須考慮低熱值燃氣用于冶金石灰生產(chǎn)。為此，有必要研制一種提升雙膛石灰豎窯采用低熱值燃氣及低熱值固體燃料的方法及裝置，使其適用于雙膛石灰豎窯。
同時，傳統(tǒng)雙膛石灰窯還存在噴槍點火困難及不易操作的缺點，當窯膛內(nèi)達不到著火點溫度時噴槍需要進行人工點火，但是由于噴槍是埋設在窯內(nèi)煅燒帶部位（窯體中間部位），而且爐體煅燒帶也無法安裝人孔等設施，致使噴槍點火極難操作，需要降低爐內(nèi)一半以上料位露出噴槍噴口后才能用人工明火點火，極大的影響生產(chǎn)操作和安全。雖然目前有的改為在爐體外部煅燒帶噴槍位置安裝多組點火裝置，但是因為需要用天然氣等氣體作為點火燃料，也存在著安全隱患及操作困難問題。所以，如何解決噴槍點火也是很重要說的。
而且，傳統(tǒng)的雙膛窯沒有設計應用脫硝裝置，而且由于其爐頂外排煙氣溫度低于140℃，進行脫硝治理時必須把煙氣進行二次加溫至700-1000℃范圍才能有效脫硝，致使必須增加爐外脫硝設施。目前，煙氣脫硝技術(shù)主要有兩種：選擇性催化還原 (SCR) 技術(shù)和選擇性非催化還原脫硝 (SNCR)技術(shù)。SCR技術(shù)起源、成熟于電力行業(yè)，是目前較為成熟的高效脫硝技術(shù)。但是，目前該項技術(shù)還無法真正應用到石灰行業(yè)，主要原因是生產(chǎn)工藝不適用、運行成本過高、占地多，投資過高等原因。所以，有必要研究一種投資低，而且能夠在石灰窯上能夠?qū)崿F(xiàn)低成本運行和超低排放的脫銷技術(shù)。
三、理念超前課題嚴謹 解決傳統(tǒng)難題
從此次評價資料中顯示：
1、改進的技術(shù)關(guān)鍵點：
傳統(tǒng)雙膛豎窯都是兩個窯膛定時轉(zhuǎn)換進行單獨煅燒，該項技術(shù)技術(shù)實現(xiàn)了兩個窯膛同時煅燒，其關(guān)鍵點就是利用了電能轉(zhuǎn)換熱能時不需要氧氣的特性，因為在蓄熱膛停止煅燒后是沒有助燃風進入的，而且廢氣是逆流上升狀態(tài)的，這種環(huán)境下任何燃料都是無法燃燒的，只有電能的熱轉(zhuǎn)換方式才可以實現(xiàn)，這是其它加熱方式不可比擬的。尤其是該項技術(shù)中的“復合式耐高溫多功能噴槍”是實現(xiàn)上述功能的關(guān)鍵，其充分的利用了傳統(tǒng)雙膛石灰窯噴槍的特性，在保留其噴吹固體燃料和氣體燃料的功能結(jié)構(gòu)原理上，巧妙地利用噴槍本體作為結(jié)構(gòu)骨架，在噴槍外部增加耐高溫材料進行二次隔熱層設計，使其更加沖刷和耐高溫。在隔熱層外部適當位置設計應用電加熱材料，電加熱材料外部安裝耐高溫材料和耐沖刷材料。而且噴槍外部的耐熱材料和電加熱材料是分段可拆裝的組合體材料，使整個噴槍裝置達到了多功能和多用途。在使用過程中可以單獨噴吹燃料燃燒也可單獨電能轉(zhuǎn)換煅燒。
同時，實現(xiàn)兩段式燃燒也是其關(guān)鍵：與傳統(tǒng)雙膛石灰窯單獨在煅燒帶進行放熱煅燒不同，該項技術(shù)充分利用了兩個窯體的環(huán)形通道及聯(lián)結(jié)通道，在通道內(nèi)設置了電能轉(zhuǎn)換加熱裝置和高壓噴吹裝置，當其中一個窯體的廢氣與下部冷卻風混合后轉(zhuǎn)換至另一個窯體的過程中，把已經(jīng)從1100℃左右溫度下降至600℃以溫度下的混合廢氣再次加熱提升至900℃以上，使進入另一個窯膛蓄熱的廢氣轉(zhuǎn)變?yōu)殪褵母邷貧怏w，使蓄熱膛變?yōu)殪褵牛瑑蓚€窯膛長期保持在合理的、固定的煅燒溫度，也就是說當一個窯膛并流煅燒時另一個窯膛是逆流煅燒的，實現(xiàn)兩個窯膛同步煅燒與蓄熱。
該項技術(shù)中的爐內(nèi)脫硝的反應原理為：根據(jù)布朗運動和分子間作用力原理，由于還原劑的介入使得高溫高壓水蒸氣分子化學鍵非常不牢固，與碳反應生成一氧化碳和氫氣：C+H2O＝CO+H2；一氧化碳和氫氣分別參與兩個化學反應：CO+2NO＝CO2+N2和2H2+2NO＝2H2O+N2；部分氫氣與氮氣反應生成的還原氣體與一氧化氮反應還原成氮氣：N2+3H2＝2NH3和6NO+4NH3＝5N2+6H2O，因此使得氮氧化物被完全還原，達到低成本脫硝目的。該工藝中的還原劑成分至關(guān)重要，選擇合理的還原劑品種及適宜的用量和適宜的還原溫度和還原時間才是其關(guān)鍵。
還原劑不采用傳統(tǒng)脫硝工藝中所用的“氨水”等材料，采用新型復合材料為還原劑，脫硝效果更佳、沒有“水”和“氣”的二次排放污染也無固體廢棄物產(chǎn)生。操作方法采用氣相法和液相法綜合應用，以石灰窯生產(chǎn)中原動力系統(tǒng)輸送介質(zhì)至爐內(nèi)，在爐內(nèi)活化和汽化，瞬間與NOx發(fā)生化學反應，還原成N2和H2O。治理過程采用梯級治理方法，利用爐內(nèi)燃料噴槍冷卻期間進行噴吹還原劑，而且由于噴槍上面的電能轉(zhuǎn)換加熱裝置溫控可調(diào)更加容易達到理想脫硝適宜溫度，而且巧妙的利用了石灰窯蓄熱膛在蓄熱過程中石料下降時與氣流逆交換產(chǎn)生的充足的氣流停留時間進行NOx 還原反應，可以在NOx產(chǎn)生源頭上進行燃燒過程控制以降低NOx含量，而且溫度選擇性也較強，使操作更簡單。
該項技術(shù)可以使爐內(nèi)還原氣氛均勻、壓力穩(wěn)定、阻力小，而且脫硝還原帶設置在貧氧而富燃料的區(qū)域，有助于減少燃料中的氮形成NOx(即燃料型NOx)。同時，該項技術(shù)無需增加脫硝塔、反應器等大型爐外投資設備，實現(xiàn)石灰窯爐內(nèi)直接脫硝，而且充分利用了石灰窯生產(chǎn)中的余熱，不需要外部增溫增加的能耗費用。
