一、專家鑒定行業(yè)認(rèn)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(xué)會(huì)”組織的“2021年度石灰行業(yè)新技術(shù)新裝備評(píng)審會(huì)（第二季）”上，一項(xiàng)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(píng)價(jià)為達(dá)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(xiàng)技術(shù)是由唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)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(shè)備有限公司”送選的“實(shí)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(xiàng)技術(shù)通過采用煤電（汽電）一體化及煤電（汽電）互補(bǔ)的煅燒方式，能實(shí)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(shí)也達(dá)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(shí)現(xiàn)了低熱值燃料在雙膛石灰豎窯的有效利用，而且還實(shí)現(xiàn)了在爐內(nèi)進(jìn)行脫硝治理的目的。同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了噴槍自由點(diǎn)火、安全可控的目的。
本次評(píng)價(jià)采用由“中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會(huì)”牽頭聯(lián)合國內(nèi)內(nèi)多家高校及科研院所設(shè)計(jì)的全新科技成果評(píng)價(jià)體系，該體系包含評(píng)價(jià)執(zhí)行規(guī)范、分類評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)、評(píng)分方法、評(píng)價(jià)專家管理規(guī)范、技術(shù)檢索分析方法等。與會(huì)專家認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)是將“煤與電”、“氣與電”進(jìn)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(dá)到了增產(chǎn)提質(zhì)和使用低熱值燃料的目的，而且還實(shí)現(xiàn)了使用潔凈能源和爐內(nèi)脫硝，達(dá)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(shí)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(zhǔn)了問題切入點(diǎn) 巧鋪探究之路
并流蓄熱式雙膛石灰窯因其獨(dú)特的節(jié)能優(yōu)勢(shì)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(jìn)。并流蓄熱式雙膛石灰窯具有獨(dú)特的雙膛結(jié)構(gòu)，其兩個(gè)窯膛能交替實(shí)現(xiàn)煅燒、蓄熱功能，可以實(shí)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(diǎn)。
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(gè)豎式煅燒爐膛組成，兩個(gè)煅燒爐膛又相互聯(lián)通且交替進(jìn)行石灰煅燒，兩個(gè)窯身都有換向系統(tǒng)，用于交替輪換使用兩個(gè)窯身，在窯身煅燒帶的下部設(shè)有彼此連通的通道，煤粉或燃?xì)鈬姌尠惭b在預(yù)熱帶，采用插入式埋設(shè)在石灰石中。煅燒帶與冷卻帶之間加設(shè)環(huán)形通道和在兩豎窯的環(huán)形通道之間設(shè)置煙氣連接通道，實(shí)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(shí)，燃燒產(chǎn)物和石灰一起同向并列向下流動(dòng)。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(gè)窯膛進(jìn)入另一窯膛并向上流動(dòng)，即所謂“逆流”，將處于窯上部預(yù)熱帶內(nèi)的石灰石預(yù)熱到較高溫度，把熱量積蓄起來。此時(shí)高溫廢氣溫度下降到一個(gè)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(diǎn)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(gè)窯膛交換煅燒，在一個(gè)爐膛并流煅燒時(shí)另一個(gè)爐膛需要同等時(shí)間停止煅燒進(jìn)行逆流蓄熱（一般都采用每15分鐘兩個(gè)窯膛換向操作），這就造成了每個(gè)窯膛實(shí)際煅燒時(shí)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(shí)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(jì)效益的關(guān)鍵。
同時(shí)，雙膛豎窯對(duì)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(shí)各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)，而當(dāng)使用低熱值燃料時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)明顯下降。尤其是當(dāng)采用氣體生產(chǎn)時(shí)燃?xì)鉄嶂狄鬅嶂荡笥?500kcal/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(dá)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?xì)庠絹碓缴伲瑸橹\求石灰窯的生產(chǎn)，必須考慮低熱值燃?xì)庥糜谝苯鹗疑a(chǎn)。為此，有必要研制一種提升雙膛石灰豎窯采用低熱值燃?xì)饧暗蜔嶂倒腆w燃料的方法及裝置，使其適用于雙膛石灰豎窯。
同時(shí)，傳統(tǒng)雙膛石灰窯還存在噴槍點(diǎn)火困難及不易操作的缺點(diǎn)，當(dāng)窯膛內(nèi)達(dá)不到著火點(diǎn)溫度時(shí)噴槍需要進(jìn)行人工點(diǎn)火，但是由于噴槍是埋設(shè)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(shè)施，致使噴槍點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)火裝置，但是因?yàn)樾枰锰烊粴獾葰怏w作為點(diǎn)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(diǎn)火也是很重要說的。
而且，傳統(tǒng)的雙膛窯沒有設(shè)計(jì)應(yīng)用脫硝裝置，而且由于其爐頂外排煙氣溫度低于140℃，進(jìn)行脫硝治理時(shí)必須把煙氣進(jìn)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(shè)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(xiàng)技術(shù)還無法真正應(yīng)用到石灰行業(yè)，主要原因是生產(chǎn)工藝不適用、運(yùn)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(yùn)行和超低排放的脫銷技術(shù)。
三、理念超前課題嚴(yán)謹(jǐn) 解決傳統(tǒng)難題
從此次評(píng)價(jià)資料中顯示：
1、改進(jìn)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)：
傳統(tǒng)雙膛豎窯都是兩個(gè)窯膛定時(shí)轉(zhuǎn)換進(jìn)行單獨(dú)煅燒，該項(xiàng)技術(shù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)窯膛同時(shí)煅燒，其關(guān)鍵點(diǎn)就是利用了電能轉(zhuǎn)換熱能時(shí)不需要氧氣的特性，因?yàn)樵谛顭崽磐Ｖ轨褵笫菦]有助燃風(fēng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)，這是其它加熱方式不可比擬的。尤其是該項(xiàng)技術(shù)中的“復(fù)合式耐高溫多功能噴槍”是實(shí)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(jìn)行二次隔熱層設(shè)計(jì)，使其更加沖刷和耐高溫。在隔熱層外部適當(dāng)位置設(shè)計(jì)應(yīng)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(gè)噴槍裝置達(dá)到了多功能和多用途。在使用過程中可以單獨(dú)噴吹燃料燃燒也可單獨(dú)電能轉(zhuǎn)換煅燒。
同時(shí)，實(shí)現(xiàn)兩段式燃燒也是其關(guān)鍵：與傳統(tǒng)雙膛石灰窯單獨(dú)在煅燒帶進(jìn)行放熱煅燒不同，該項(xiàng)技術(shù)充分利用了兩個(gè)窯體的環(huán)形通道及聯(lián)結(jié)通道，在通道內(nèi)設(shè)置了電能轉(zhuǎn)換加熱裝置和高壓噴吹裝置，當(dāng)其中一個(gè)窯體的廢氣與下部冷卻風(fēng)混合后轉(zhuǎn)換至另一個(gè)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(jìn)入另一個(gè)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?，兩個(gè)窯膛長期保持在合理的、固定的煅燒溫度，也就是說當(dāng)一個(gè)窯膛并流煅燒時(shí)另一個(gè)窯膛是逆流煅燒的，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)窯膛同步煅燒與蓄熱。
該項(xiàng)技術(shù)中的爐內(nèi)脫硝的反應(yīng)原理為：根據(jù)布朗運(yùn)動(dòng)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(xué)鍵非常不牢固，與碳反應(yīng)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(gè)化學(xué)反應(yīng)：CO+2NO＝CO2+N2和2H2+2NO＝2H2O+N2；部分氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)生成的還原氣體與一氧化氮反應(yīng)還原成氮?dú)猓篘2+3H2＝2NH3和6NO+4NH3＝5N2+6H2O，因此使得氮氧化物被完全還原，達(dá)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(shí)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(fù)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(yīng)用，以石灰窯生產(chǎn)中原動(dòng)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(xué)反應(yīng)，還原成N2和H2O。治理過程采用梯級(jí)治理方法，利用爐內(nèi)燃料噴槍冷卻期間進(jìn)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(dá)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(shí)與氣流逆交換產(chǎn)生的充足的氣流停留時(shí)間進(jìn)行NOx 還原反應(yīng)，可以在NOx產(chǎn)生源頭上進(jìn)行燃燒過程控制以降低NOx含量，而且溫度選擇性也較強(qiáng)，使操作更簡單。
該項(xiàng)技術(shù)可以使?fàn)t內(nèi)還原氣氛均勻、壓力穩(wěn)定、阻力小，而且脫硝還原帶設(shè)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(shí)，該項(xiàng)技術(shù)無需增加脫硝塔、反應(yīng)器等大型爐外投資設(shè)備，實(shí)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(fèi)用。
