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        高爐煤氣在石灰回轉窯的節能應用機理初探

        2020-07-16

        鋼鐵工業在冶煉生產過程中,會產生富含熱值的焦爐煤氣,同時也會產生低熱值的高爐和轉爐煤氣。長久以來,高熱值的焦爐煤氣獲得了比較多的利用,但低熱值的高爐、轉爐煤氣卻大量直接的排放掉,能源利用效率不高,同時造成環境污染,對企業節能減排、降本增效和可持續發展都造成了極大影響。

        山東某鋼鐵企業在高爐生產過程中存在部分剩余煤氣,公司為實現廢氣零排放的環保目標,在分廠成立了回轉窯技術攻關小組,嘗試將回轉窯的燃料從單一煤粉變為高爐煤氣與煤粉混燒,并獲得初步成功,項目配套燃燒器的高爐煤氣使用流量達到最大值5000m3/h。為進一步增加高爐煤氣使用量,該企業積極與襄陽中和技術有限公司進行技術交流與合作,為回轉窯開發出高效節能新型燃燒器,安裝運行后使用效果良好。

        1 石灰煅燒工藝

        該企業年產26萬噸活性石灰回轉窯采用豎式預熱器—回轉窯—豎式冷卻機工藝。


        石灰從輸送機提升至豎式預熱器頂,經過預熱器由1050-1150℃的高溫煙氣預熱至約900℃之后,由推桿推入窯尾煙室逐漸滾動到窯頭,在回轉窯內逐漸升溫,經過分解、煅燒,煅燒溫度1250-1350℃,在窯口下料落入豎式冷卻器中,由冷卻空氣(二次風機)降溫至環境溫度約40℃,二次風經換熱后進入回轉窯時一般在600-700℃,窯內產生的高溫煙氣經過預熱器換熱后溫度降低至約170-190℃,隨后進入除塵器,由高溫風機排到煙囪。

        2 高爐煤氣的利用

        高爐煤氣因可燃成份CO、H2、烷烴之類總含量較少約25%,其熱值低,單位熱值生成的煙氣量大,煙氣溫度較低,如單純使用高爐煤氣很難達到回轉窯工藝要求,需要摻燒煤粉等其他好熱值燃料。粉由輸送空氣送入窯內,煤粉濃度一般控制在2-6kg/m3空氣,單位熱值約合10000-40000kCal/m3,同時煤粉細度控制在200目以下合格率≥92%,可燃氣體需要較長時間才能完全燃燒,煤粉在回轉窯內充分燃燒的情況下,煅燒溫度最高可達1600℃以上。因此,在回轉窯燃燒器的設計上考慮煤粉中摻燒若干量的高爐煤氣,以滿足活性石灰的煅燒要求。原來設計的燃燒器只能燃燒3000 - 5000 Nm3/h的高爐煤氣,并且火焰形狀短粗,窯內溫度很不均勻,混燒效果差,熱耗偏高。經過襄陽中和技術人員科研攻關,最終設計出摻燒大氣量高爐煤氣的多通道煤、氣混燒的SR2高效節能燃燒器。

        該企業于2019年10月開始使用SR2高效節能燃燒器,經過雙方技術人員協同調試,最終達到滿意效果,煤粉與高爐煤氣在窯內燃燒速度快、燃盡率高,火焰形狀好,長度適宜,高爐煤氣使用量提高至8000 - 11000 Nm3/h,相比于之前,單位綜合熱耗8%以上,單位煤粉使用量13%以上。具體數據見下表:

        回轉生產數據統計

        日期

        1—8月份

        平均數據

        12月份

        平均數據

        比例

        石灰產量

        /月

        18655.22

        17123.38

        91.79%

        用煤量

        /月

        3298.91

        2628.61

        79.68%

        煤耗

        噸/噸石灰

        0.1769

        0.1535

        86.79%

        煤氣用量

        m3/月

        2684271.50

        3589012.00

        133.71%

        煤氣單耗

        m3/噸石灰

        143.88

        209.60

        145.68%

        電耗

        kWh/噸石灰

        35.98

        35.30

        98.12%

         

        3 高爐煤氣節能應用機理分析

        高爐煤氣典型成份如下:

        高爐煤氣

        波動范圍 V%

        CO

        23.6-26.9

        H2

        3.2-4.3

        CO2

        21.3-22.8

        N2

        49.6-53.0

        O2

        0.0-0.3

        20℃及1個大氣壓下的層流火焰前沿移動的正常速度值如下:


        根據文獻1,CO 30.3%、H2 6.3%、CO2 19.2%、N2 44.2%的情況下和空氣混合物在20℃及1個大氣壓下測定其層流火焰最小傳播速度為(16.66±0.63)cm/s,最大傳播速度為(20.74±0.68)cm/s。

        根據文獻2,CO240%增加到60%再增加到80%時火焰傳播速度大幅降低,在O220%增加到30%再增加到40%時火焰傳播速度大幅提高。

        高爐煤氣的火焰傳播速度偏低,并且在窯內一定量空氣的情況下,從最初燃燒到燃盡過程中CO2濃度逐漸提高,而O2濃度逐漸降低,火焰傳播速度會受到一定的限制。

        同時,高爐煤氣作為氣體燃料,與煤粉固體燃料相比,空氣混合擴散速度提高了數十倍,因此石灰回轉窯采用高爐煤氣與煤粉混燒,與單純煤粉相比,燃燒器出口處燃燒迅速一些,冷卻帶偏短些;但后期燃燒緩慢,煅燒帶更長一些,預熱帶、窯尾溫度也進一步提高,石灰石在窯內煅燒時間加長,使預熱器中預熱溫度更高,從而可以在保證石灰活性度和成品率的情況下,降低窯內煅燒帶溫度。

        4 結束語

        通過將近兩個月的生產實踐證明,SR2高效節能燃燒器在活性石灰回轉窯上的應用是成功的。高爐煤氣雖然有低熱值、難燃燒、煙氣量大特性,但如果合理利用,可以取得優化燃燒、節能降耗的效果。


        關鍵詞  高爐煤氣 高效節能  石灰回轉窯系統

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