密閉電石爐燒石灰的燒灰問題

密閉電石爐燒石灰的燒灰問題

電石是一個高產(chǎn)能源行業(yè)，能源消耗占總生產(chǎn)能力的相當(dāng)大比例。近年來,國家相繼出臺了《電石行業(yè)準(zhǔn)入條件》等政策,提高電石行業(yè)準(zhǔn)入門檻,促使電石行業(yè)向著密閉化回收綜合利用方向發(fā)展,已取得了較大的技術(shù)進(jìn)步。但是,密閉電石爐回收的電石爐燒石灰存在生過燒率較大的問題,已成為電石行業(yè)高度關(guān)注的課題。中國平煤神馬集團(tuán)汝州電化有限公司45萬t/a電石項(xiàng)目是國家十一五電石行業(yè)節(jié)能減排重點(diǎn)推廣技術(shù)項(xiàng)目,2010年籌建8座30MVA密閉電石爐,配套的石灰窯為400t/d雙梁式氣燒窯,回收的用于燒石灰。由于石灰窯的設(shè)計、氣源的穩(wěn)定性及熱值的分析判斷等存在諸多問題,使石灰的生過燒率為20%~30%,嚴(yán)重時,高達(dá)40%以上,給電石爐安全穩(wěn)定運(yùn)行造成諸多不利,在生產(chǎn)系統(tǒng)中形成惡性循環(huán)。經(jīng)過“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)合采取有效的技術(shù)措施,取得了較大的技術(shù)進(jìn)步。1石爐過燒率過大,單位電耗高汝州電化公司8座30MVA密閉電石爐,配套4座400t/d雙梁式氣燒石灰窯。項(xiàng)目自投產(chǎn)以來,石灰窯、電石爐一直沒有達(dá)到設(shè)計指標(biāo),石灰窯生過燒率過大,時常發(fā)生悶窯、懸窯、結(jié)瘤等問題,造成電石爐操作困難,二次電流較大,功率因數(shù)較低,爐況不穩(wěn)定,翻電石,大塌料,設(shè)備故障率較高及電石的質(zhì)量(發(fā)氣量)忽高忽低。單位電耗高達(dá)3500~3600kW·h/t,在生產(chǎn)系統(tǒng)形成惡性循環(huán)。表1為設(shè)計指標(biāo)與生產(chǎn)指標(biāo)的對比情況。1.1熱區(qū)和煅燒區(qū)的溫度影響雙梁式氣燒石灰窯自上而下分預(yù)熱區(qū),煅燒區(qū),冷卻區(qū)3個區(qū)。預(yù)熱區(qū)在石灰窯的上部,從煅燒區(qū)上升的熱煙氣與加入的石灰石相遇,發(fā)生熱交換,對石灰石進(jìn)行預(yù)熱,由于石灰石的分解溫度為812℃,預(yù)熱區(qū)和煅燒區(qū)的分界點(diǎn)溫度約八百五十?dāng)z氏度);煅燒區(qū)在石灰窯的中部,是石灰石進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的主要區(qū)域,煅燒區(qū)的溫度在1200℃,超過此溫度,就容易造成石灰生過燒率較大。冷卻區(qū)在石灰窯的下部,煅燒好的石灰進(jìn)入冷卻區(qū)后,與石灰窯下鼓風(fēng)機(jī)送入的冷空氣相遇,發(fā)生熱交換,生石灰被冷卻至100℃以下,自石灰窯下卸出。所謂的“悶窯”就是電爐氣(成分為一氧化碳)氣源不足,石灰窯被迫停止運(yùn)行;“懸窯”是石灰石在煅燒過程中,石灰石中的二氧化碳在逸出時,引起石灰膨脹懸空,不能正常下沉卸料;“結(jié)瘤”是在懸窯時沒有及時發(fā)現(xiàn)和處理,造成石灰石溶解結(jié)瘤。圖1為石灰窯的3個熱區(qū)原理圖。1.1.1石灰原料的干燥煅燒后的石灰石進(jìn)入石灰窯冷卻區(qū)后,石灰的溫度由800~1200℃逐步降溫,較大粒度的石灰內(nèi)部還沒有完全被分解,二氧化碳還沒有完全逸出,與石灰窯下的鼓風(fēng)機(jī)送入的冷空氣相遇,隨著石灰自然下沉,溫度降低至100℃后自出灰口卸出。石灰迅速被冷卻是造成石灰生燒較大的主要因素。石灰石原料的標(biāo)準(zhǔn)粒度為40~70mm,煅燒后篩選50mm以上的石灰,化驗(yàn)生燒率占到30%~40%;50mm以下的石灰,化驗(yàn)生燒率占到1.2%~2.5%,過燒率占到1.5%~2.6%,說明石灰石粒度較大,生燒率則較大;石灰石粒度較小,生燒率雖然降低,但是,過燒率提高。圖2為粒度不同的石灰石生燒斷面圖。1.1.2空氣比的控制措施石灰窯的助燃風(fēng)(配風(fēng))在燃燒梁噴嘴進(jìn)行,有利于調(diào)整石灰窯的一次空氣比,正常時,一次空氣比為0.50~0.60,確保石灰窯內(nèi)電石爐氣充分燃燒,嚴(yán)格控制一次空氣比是石灰窯操作的關(guān)鍵技術(shù);而石灰窯下的鼓風(fēng)機(jī)吹進(jìn)的冷卻空氣上升到煅燒區(qū),造成石灰窯一次空氣調(diào)整困難,從而是使電石爐氣燃燒不充分,容易造成石灰窯的煅燒區(qū)火焰上移,不僅使煅燒區(qū)的熱平衡結(jié)構(gòu)打亂,出現(xiàn)石灰生過燒率波動較大,而且容易造成預(yù)熱區(qū)局部超溫而懸窯。1.2石灰窯燒除鹽電石爐氣體的熱值為8340~10425kJ/Nm3,由于電石爐氣采用的是負(fù)壓運(yùn)行,電石爐的不穩(wěn)定運(yùn)行和電石質(zhì)量波動,會造成造成電石爐氣濃度變化,沒有監(jiān)測電石爐氣熱值分析數(shù)據(jù),石灰窯的一次空氣比難以掌握,如果燃燒梁噴嘴附近的火焰溫度超過1250℃以上時,就會造成噴嘴附近石灰石溶解,出現(xiàn)石灰過燒現(xiàn)象,當(dāng)出現(xiàn)懸窯時,如巡檢不及時及處理不當(dāng),就會出現(xiàn)結(jié)瘤,嚴(yán)重時,造成燒毀窯及設(shè)備燃燒。1.3石灰窯干氣不足電石爐屬于在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備,由于石灰的生燒率偏高,引起電石爐操作困難,翻電石,大塌料,造成設(shè)備故障率偏高,若熱停爐檢修,不僅爐內(nèi)熱能損失加重,而且引起石灰窯電石爐氣不足,引起石灰窯悶窯問題,電石爐氣源充足時再開窯,勢必會出現(xiàn)生燒率過大問題。2技術(shù)改造措施根據(jù)上述原因的分析,為降低石灰的生過燒率,需確保電石爐穩(wěn)定運(yùn)行,電石爐氣充足,最終降低電石的單位電耗。根據(jù)理論公式E=9.63X(式中,E為單位電耗,X為生過燒率),說明石灰的生過燒率每提高1%,每噸電石電耗提高9.63kW·h/t;根據(jù)理論公式C=1.29X(式中,C為炭量,X為生過燒率),說明石灰生過燒率每提高1%,每噸炭耗提高1.29kg。此外,生過燒率過高,還會造成爐況不穩(wěn)定,最終影響氣源的穩(wěn)定性。采取了以下技改措施。(1)改造石灰窯。在石灰窯下部設(shè)置后置保溫煅燒區(qū),在石灰窯正3000mm位置,裝設(shè)下吸氣梁,石灰的冷卻風(fēng)經(jīng)鼓風(fēng)梁吹進(jìn),下吸氣梁抽出,在下燃燒梁與下吸氣梁之間溫度基本保持平衡,在此,形成石灰后置煅燒帶,圖3為石灰窯改造后示意圖。當(dāng)煅燒后的石灰緩慢下降至后置保溫煅燒區(qū)時,溫度由1200℃逐步降至800℃,在此溫度區(qū)間內(nèi),大粒度石灰內(nèi)部的氧化鈣均衡分解。在這個區(qū)域“行走”3~5h;沒有完全分解的石灰石,在下落“行走”過程中仍可繼續(xù)分解煅燒,粒度大的石灰內(nèi)部的二氧化碳充分逸出,石灰的生燒率進(jìn)一步降低,小粒度的石灰也不會出現(xiàn)過燒現(xiàn)象,而且石灰的活性得到極大的均化。(2)在電石爐氣主要管道裝設(shè)熱值分析儀。由于電石爐微負(fù)壓運(yùn)行,多臺電石爐并列運(yùn)行送氣,電石爐氣中會滲入其他雜質(zhì),運(yùn)行中,電石爐氣熱值較為波動,正常熱值為8340~10425kJ/Nm3,當(dāng)電石爐氣熱值為8340~9174kJ/Nm3時,一次空氣比需要降低;當(dāng)電石爐氣熱值為9174~10425kJ/Nm3時,適當(dāng)增大一次空氣比,這能有效防止石灰生過燒問題。(3)優(yōu)化電爐檢修計劃。電石爐屬于在惡劣工況下運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備,需加強(qiáng)檢修。8座電石爐運(yùn)行供4座石灰窯用電石爐氣,需制定周、月機(jī)電設(shè)備及料面處理檢修計劃,檢修計劃結(jié)合石灰窯氣量情況制定,改被動檢修為計劃檢修。另外,增大石灰倉儲存量,當(dāng)石灰窯突發(fā)性故障時,2~5天內(nèi)不影響電石爐用石灰量。確保石灰窯設(shè)備檢修、維修時間,在生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)形成良性循環(huán)。3水土保持經(jīng)濟(jì)效益表2為改造前后生產(chǎn)指標(biāo)對比情況。