郑勇（天津天铁冶金集团有限公司石灰石矿，河北省 涉县 056404）
摘要分析了气烧石灰竖窑燃料由高、焦炉混合煤气改为纯高炉煤气后其燃料热值降低的现状。通过对气烧竖窑的燃烧带烧嘴、预热器、除尘器等技术改造，克服了高炉煤气热值低，工艺设备条件不利的因素，使竖炉能耗降低，石灰产量、质量提高。
关键词 竖窑 石灰 煤气 预热器 烧嘴 除尘
1 前言
随着天津天铁集团有限公司热轧和铁前系统改造，对石灰的产量和质量有了更高的要求。石灰石矿结合回转窑投产后的现状，为满足和适应内部煤气平衡的需要，将气烧石灰竖窑煤气燃料由高、焦炉混合煤气（以下简称混合煤气）改为纯高炉煤气，导致燃料的热值降低。目前，天铁石灰石矿有5 座150 m3 气烧石灰竖窑，其中，2 座是2000 年底建成投产的，在8 年的运行中窑体煅烧系统老化，随着煤气热值降低，煅烧的石灰产量和产品的质量均出现了一定程度的滑坡，而产品的能耗却维持在以前的水平。为尽快扭转这一被动局面，达到提质、增产、节能、降耗的目的，同时，为了更好地符合国家环保的相关标准的要求，
2008 年7～8 月石灰石矿对1#、2#竖窑进行工艺、技术改造，通过一系列的措施，取得了令人满意的效果。
2 设备工艺的改造
2.1 烧嘴的改造
高炉煤气竖窑煅烧石灰，与混合煤气相比，其热工特点一是煅烧温度偏低，煅烧持续时间长；二是窑顶温度和废气温度偏高，除尘布袋寿命短，除尘效果差。这样导致石灰石煅烧分解的温度不够，石灰石酌减高，活性度降低。竖窑窑顶由于温度高，窑顶设施长期处于高温状态，造成窑顶损毁严重，直接导致窑顶密封不好，环保效果差，热量损失大。同时窑顶浇注料也由于温度高，导致部分烧毁、剥落，降低了窑炉的使用寿命，增加了检修频率。为了改变上述的不良影响，开始考虑对竖窑煅烧带烧嘴进行改造。
2.1.1 烧嘴喷头结构的改变
为了提高烧嘴处火焰长度，增强煤气煅烧的穿透性，通过改变烧嘴喷头结构，将喷头上原有的螺旋状去掉，改用直通型烧嘴，使烧嘴内壁光滑，增加了煤气量和煤气压力，减小了煤气进入窑体的阻力，延缓了煤气和空气的混合速度，增加煤气火焰长度，提高了烧嘴处煤气的燃烧性能和穿透力，缩短了煅烧石灰的时间，更有利于石灰的煅烧，优化石灰的质量和产量。
2.1.2 烧嘴位置的改变
为达到降低窑顶温度，提高煅烧温度，充分利用废气预热入窑石灰石，因此考虑对煅烧带烧嘴内径、布置位置和间距进行调整。见表1 所示。
表1 改造前后烧嘴的数据对比
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项目
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改造前
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改造后
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烧嘴数量
上下排烧嘴安装位置
上下排烧嘴距离/m
烧嘴内径/mm
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28
对称
2.5
18
|
26
错位
0.68
20
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通过烧嘴内径、布置位置和间距的优化，预热带变宽，石灰石预热的时间增长，废气的温度得到了更有效的控制，能源利用效率提高，石灰的预热效果更好。在烧嘴数量减少的情况下，通过烧嘴内径的增大，与改造前相比，煤气流量能够适当增加，保证了煅烧用煤气和助燃空气的供应。在下排烧嘴位置不变的情况下，缩短了两排烧嘴的间距，缩短了煅烧带的范围，烧嘴煤气的煅烧更加集中。改造前，烧嘴火焰平行煅烧，对同排两烧嘴中间位置煅烧较差，烧嘴错位后烧嘴处煅烧火焰交错煅烧，使煅烧面更均匀，有利于加快石灰石的煅烧分解速度，缩短了石灰分解的时间，达到提高质量、节能、降耗的目的，增加了产量。
2.2 供风系统工艺改造
为适应煤气烧嘴结构的调整，对煅烧工艺中的煤气、一次助燃风、二次冷却风的配比调整，降低了一次助燃风的流量，增加了二次冷却风的流量。具体改变为：一次助燃风的风量减少1 000 m3/h，二次冷却风的风量增加1 000 m3/h，有助于一次助燃风和煤气在烧嘴处充分混合燃烧。同时，通过操作工艺控制好出料时间及关键点温度：出口废气温度、出灰温度，适当延长出灰时间间隔，最大限度降低出灰温度、出口废气温度，在保证冶金石灰质量的前提下，将煤气热能最大程度的用于灰石的预热和煅烧，降低石灰的单位能源消耗。
2.3 预热器的改造
为减少废气在预热器前的热量损失，进一步提高一次助燃风、煤气的预热器出口温度、废气热量的利用率，进而提高烧嘴前煤气、一次助燃风的温度，也为了保证职工进行预热器清理时的安全，因此考虑将预热器从主煤气管道所在的6.6 m 平台移至竖窑窑顶。预热器与窑体的位置改造前、后对比见图1、图2。
从图1、图2 可以看出，通过预热器的改造，减小了废气从窑体到预热器的距离，减少了废气的散热损失，同时缩短了预热后助燃空气、煤气与烧嘴的距离，减少了一次助燃风、煤气在预热后进入窑体烧嘴前的热量散失，提高了废气、助燃空气、煤气的热量利用，降低了石灰煅烧的单位能源消耗。同时，改造前预热器清理必须停窑，并且需要职工进入预热器内，才能进行清理工作，使冶金石灰质量出现波动，使其稳定性受到影响。由于改造前预热器内废气中未燃烧尽的煤气及燃烧后废气形成的作业环境，职工在操作时可能发生煤气中毒、窒息安全事故，所以要求职工进入预热器前必须佩戴空气呼吸器，不利于预热器的清理。通过此次改造，清理预热器时，不需要停窑，只需调整引风机的阀位和控制窑体出料后，职工不必佩戴空气呼吸器，只需携带便携式一氧化碳报警器，就能在预热器外进行清理，降低了预热器清理时的安全风险，减少了预热器清理给石灰质量带来的影响。
2.4 工艺除尘器的改造
目前采用的脉冲袋式除尘器大部分以空压气体为动力喷吹滤袋。空压气体带入的水分与黏附在滤袋上的石灰粉尘生成氢氧化钙，其反应方程式为：
CaO+H2O=Ca（OH）2
它不但腐蚀滤袋，而且又与空压气体中的二氧化碳气体生成碳酸钙硬质层，其反应方程式为：
Ca（OH） 2+CO2=CaCO3
使石灰再硬化，直接导致除尘器内及滤袋的阻力增大，降低除尘效率。
一方面，在预热器改至窑顶的基础上，延长了废气从窑顶预热器至除尘器的距离，降低了除尘器入口的废气温度，尽量减少碳酸钙的形成温度；另一方面，在空压气体管道上增加了干燥器、过滤器，反吹风直接使用净化后的气体，降低除尘用空压气体中的水分含量，减少水分与石灰粉尘反应生成氢氧化钙的现象，提高了除尘布袋的使用寿命。
为了减少生产工艺中废气粉尘量及对环境的污染，考虑扩大除尘器的过滤面积，从原有的4 个箱体增加至6 个箱体，布袋从原来的336 个增加至504个，过滤面积由原来的820 m2增加到1 230 m2，增加了废气与除尘布袋的接触面积，提高了除尘效率。
3 应用效果
通过对煤气烧嘴、预热器、供风系统、除尘器的改造以及工艺参数的调整后，竖窑利用系数稳步提高，截止到目前，窑炉的利用系数平均达到了1.22t/m3·d，具体见表2。
从表2 中可以看出，利用系数比采用改造前提高了0.39，产量增加了59 t，质量指标也满足了设计要求，同时单位热耗大幅降低，这与国家及公司倡导的节能降耗思想相符合。
4 结束语
通过一系列设备、工艺的改造和供风系统的改进，克服了煤气平衡后高炉煤气热值低，工艺设备条件制约的不利因素，使150 m3 气烧石灰竖窑产量、质量提高，能耗下降，除尘效果有了显著提高，表明这些措施符合实际生产的需要，节约了生产成本，经济效
益显著。
参考文献
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[2] 韩泰伦.最新石灰生产工艺技术、管理及防污染措施操作实务全书[M].长春:吉林电子出版社,2004.15-52.
[3] 胡满银，赵毅，刘忠. 除尘技术[M]. 北京：化学工业出版社,2006.156~183.
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