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活性石灰窑的选型—回转窑与套筒窑的特点比较北京首钢耐材炉料有限公司2011年8月一、国内冶金石灰行业发展现状根据石灰协会相关资料，目前国内石灰行业，特别是冶金石灰行业广泛采用回转窑、弗卡斯窑、套筒窑、麦尔兹窑、气烧竖窑等先进窑型生产活性石灰。活性石灰套筒窑是目前国内较先进的石灰生产设施。它采用环形套筒窑并流煅烧，其烧成石灰活性高、能耗低于回转窑、弗卡斯窑等窑型；检修、维护方便、作业率高；同时，还具有负压操作利于环保、烧成石灰S含量低等优点。近年来逐渐得到了越来越多用户，尤其是国内大中型冶金企业的认可。二、活性石灰窑的选型原则石灰窑项目选型，要综合考虑原燃料资源利用、项目静态投资、产品质量、石灰窑运行成本等因素，同时还应结合自身原燃料条件，并考虑当地环保部门对低碳经济和可持续发展等要求。据了解，工业发达国家石灰生产设施主要是新型竖窑和回转窑。就国内而言，冶金企业新建石灰窑型，正形成回转窑和新型竖窑并驾齐驱的局面。活性石灰回转窑：2×1000tpd新型竖窑中，应用最为普遍的还属套筒窑和麦尔兹窑。套筒窑的技术优势：热效率高、原料入窑粒度范围大、占地面积小、全程负压操作、运行安全稳定等。为此，近年来国内大型钢铁企业广泛采用套筒窑：如首钢、马钢、宝钢集团上钢公司、济钢、邢钢、宝钢集团梅钢公司、宝钢八一钢厂、本钢等企业都选择套筒窑生产活性石灰，首钢集团现有10余座套筒窑在全国各地运行。活性石灰套筒窑：4×500tpd麦尔兹石灰窑三、套筒窑与回转窑的特点比较根据石灰协会报表数据，将几种石灰窑工序能耗对比如下：石灰窑型机械竖窑套筒窑回转窑麦尔兹窑弗卡斯窑气烧竖窑工序能耗(kg标煤/t石灰)130137149127160195不难看出，除机械化竖窑（不是活性石灰窑）和麦尔兹窑外，其它窑型的能耗都比套筒窑高，而回转窑又只适用于生产10-40mm小粒度石灰，因此综合对比套筒窑、麦尔兹窑、弗卡斯窑等先进竖窑，采用套筒窑生产石灰是最优的。分析对比如下：1、石灰窑一次投资比较根据目前国内价格水平，一座500t/d自动化套筒窑投资5000万元，一座600t/d弗卡斯窑的投资约4500－5000万元，一座600t/d麦尔兹投资约为7000万元，一座1000t/d引进回转窑投资约为1.2亿元。因此，套筒窑一次投资优势明显。出窑石灰的生产运行成本估算（以首钢内部原燃料价格为计算依据）项目回转窑套筒窑弗卡斯窑麦尔兹窑公称容量1000tpd500tpd600tpd600tpd作业率95%97%98%93%原料成本各窑烧石灰单耗值均采用1.80108108108108燃料成本焦转混气转炉煤气转炉煤气转炉煤气7349.24240窑本体电耗30kWh/t灰23kWh/t灰26kWh/t灰39kWh/t灰13.210.111.417.2水及压缩空气1113设备折旧37.728.223.334.3制造费用45655565小计277.9261.5240.7267.52、石灰窑运行成本比较单位：元/吨灰从上表可看出，除弗卡斯窑外，套筒窑生产活性石灰的成本是最低的。需要说明的是，以上数据是在使用钢厂内部的回收煤气时产品成本，如回转窑使用煤粉做燃料，每吨石灰成本要升高约100元。因此，炼钢厂使用套筒窑生产活性石灰的经济效益将更加显著。3、产品质量情况a.成品活性度高。先进窑型石灰活性度都可以达到350ml以上，均可满足炼钢生产的要求，但回转窑生产时小粒度石灰石容易生烧；麦尔兹和套筒窑都有并流燃烧带，质量比弗卡斯窑更好；目前国内套筒窑的生产质量普遍较好，首钢套筒窑平均活性度接近400ml；b.成品含硫量低。根据石灰协会报表数据分析，回转窑、弗卡斯窑和套筒窑生产石灰含硫量均在0.02%以下，麦尔兹窑含硫量普遍较高，其燃烧机理造成废气中含硫量低，因此根据物料平衡硫含量大多进入到了石灰中，即在蓄热的同时蓄硫，技术保证值难以达到小于0.02%；其生产的石灰质量难以满足现代炼钢冶炼“三脱”工艺要求；套筒窑生产活性石灰质量最优，具体对比如下：4、其它方面比较1、从原料使用情况看，套筒窑与回转窑互补，在石灰石矿山开采过程中，经破碎后的合格石灰石块里，粒度40－80mm的约占50％，20－40mm的约占20％，20－10mm的约占20％，10mm以下的约占10％。目前矿山资源越来越紧张，我们必须对石灰窑型进行合理搭配，才能提高石灰石资源的综合利用率，以充分延长矿山寿命。这样，一方面充分利用了石灰石资源，另一方面也降低了石灰石的采购成本。2、在燃料使用上，套筒窑和回转窑互有优点。套筒窑可直接使用炼钢生产的低热值燃料－转炉煤气。但是回转窑必须使用高热值燃料，如焦炉煤气、混合煤气或天然气等。回转窑的优势是可以直接使用煤粉做燃料，对燃料适应性更广泛。推荐采用套筒窑工艺综上，考虑到套筒窑的控制简单、维护方便、全负压操作和环境较好的特点，特别是套筒窑具有单独使用转炉煤气作燃料的特点，我们认为套筒窑是当前工艺技术最先进的石灰窑之一。套筒窑工艺流程介绍以日产500吨石灰套筒窑为例，其工艺流程如下：套筒窑有上、下两层烧嘴，每层均匀分布6个，两层烧嘴中心线相距3.9米、相差30度角。下层烧嘴将套筒窑分成两个煅烧带，即逆流煅烧带和顺流煅烧带，上部为逆流煅烧带，下部为顺流煅烧带,顺流煅烧从下燃烧室开始，到循环气体入口处为止。套筒窑的每一个燃烧室都有一个用耐火材料砌筑的从窑外壳到下内套筒的拱桥，煤气在燃烧室内燃烧后，产生的热气从拱桥下面的空间进入料床，并且均匀分布到整个料床。套筒窑三带的划分：预热带约9米，温度范围为顶温90--140℃至预热、煅烧交界处850--900℃；煅烧带约11米，温度范围为从预热、煅烧交界处850--900℃至煅烧、冷却交接处900--950℃；冷却带约7米，温度范围为900—950到80--130℃。在预热带内，石灰石被加热至其煅烧温度（850--900℃），如果使用低发热值气体燃料（如转炉煤气）或使用所含CaCO3成分高于90%的石灰石，则在预热区内总会出现余热，所以套筒窑在石灰预热区设计了上内套筒和换热器，预热区出现的余热通过上内套筒进入换热器用于加热驱动空气，以使热损失尽可能小，废气温度尽可能低。加热后的驱动空气通过上环管送到六个引射器。在煅烧带内，所有的煅烧过程在这里进行，其中70--80%的煅烧过程在逆流煅烧带内进行，其他20--30%的煅烧过程在顺流煅烧带进行。进入煅烧带的石灰石温度约850--900℃，在顺流煅烧带底部即进入冷却带的石灰温度大约为900--950℃。在冷却带内，热的石灰通过与窑底吸入的冷空气热交换，温度降低后排出窑体，温度大约为80--130℃。套筒窑工艺流程图循环气体是靠换热后热的驱动风驱动，由顺流煅烧带热气和窑下吸入的与热石灰换热后的石灰冷却气混合而成。循环气体通过循环气入口进入到下内套筒内部空间，然后由上部六个拱桥内Ф650mm的管路出来与驱动风混合后再次进入下燃烧室。下烧嘴的煤气通过配入二次风、驱动风、循环气体在下燃烧室内形成过氧燃烧，燃烧后产生的热空气进入窑内后被分成两部分，一部分因引射器的作用使部分气体进入顺流煅烧带，另一部分由废气风机产生的负压使部分气体抽到上面进入逆流煅烧带，对物料进行煅烧。进入顺流带的气体将热量传递给未被完全煅烧分解的物料，同时自身温度不断下降，并在顺流带末端与冷却石灰后的气体一起进入循环气通道。什么是循环气体？我公司从事套筒窑设计、试生产的经验自从2001年12月28日首钢1#套筒窑投产以来，首钢耐材炉料有限公司先后成功地建成运营了10余座石灰套筒窑（其中包括1座600t/d套筒窑），平均不到一年就有1座套筒窑投入生产。首钢现已完成套筒窑国产化设计，并获得了国家科技进步三等奖和多项设计发明专利。我公司活性石灰套筒窑国家专利我公司取得的国家冶金科技进步奖我公司进行套筒窑设计开发的优势2、强化设计工作，避免“先天不足”与传统的工程公司总包或设计院总包模式不同，我公司既从事套筒窑生产，又从事工程设计。熟悉套筒窑各工艺参数及设备参数，从设计阶段就避免了传统的画图模式或生搬硬套、或对外方图纸的简单直译，其工作性质不仅仅是简单的画图员或者翻译师。而且，由于传统的工程公司或设计院不熟悉生产实际，因此无法从生产中提炼出隐性知识，也无法站在业主的立场上来考虑问题。更不敢对技术资料和外方图纸进行修改、转化，一切“按图施工”，以至于最终将难题转移给业主，被迫在生产阶段解决；又由于很多难题是先天造成的，导致窑体最后只能带病作业。这种合作模式是很有风险的。1、独特、可靠的物料平衡和热平衡根据套筒窑“五进二出”（入窑有四种风和一种物料，出窑一种风和一种物料）的工艺流程，结合大量生产一线数据，我公司对套筒窑物料平衡、热平衡等进行了详细计算。针对相关瓶颈，我们这些年对工艺设备、设施能力进行了开发，对耐材进行了优化，并对部分工艺流程进行了适当改进。基于多年来设计、施工、烘开窑和生产实践经验，我公司取得了多项创新突破。首钢套筒窑成功运行至今，国内其它套筒窑发生的设备、耐材问题均未出现，彻底打消了国内同行对套筒窑的疑虑。国内同行先后到首钢耐材炉料公司参观，并将其作为操作工培训基地，还有一些公司邀请我们协助进行烘开窑等技术服务。经多年实践积累，我公司逐步具备了承揽套筒窑工程各项业务的能力。我公司既从事工程设计，又具备试生产、烘开窑技术服务和生产操作的经验我公司在国内首创了“两步烘窑法”，即先进行空烘窑，随后进行带料烘窑。空烘窑在耐材砌筑完并通过整体验收后进行。空烘窑的优点在于：预先烘窑，可将砌体物理水大量排出，使砌体达到一定的烘后强度以抵抗装料时的冲击；可以进窑对烘后耐材进行检查，为下一步带料烘窑创造良好的条件。第二步“带料烘窑”在空烘窑验收合格后进行。带料烘窑主要目的是排出不定形耐材中的大量结晶水，进一步增加砌体强度。同样，需要对烘窑必备的各种前提条件进行确认，并制定严密的烘窑方案和烘窑曲线，组织专家会审，经有关专家批复后进行。目前首钢已投产9座套筒窑都采用“两步烘窑”，实践证明使用寿命都在5年以上。首钢1#套筒窑寿命达到7年，首钢2#套筒窑已连续运行逾5年，首秦套筒窑现已连续运行6.5年。我公司套筒窑技术优势明显首秦套筒窑迁钢1、2#套筒窑京唐公司套筒窑宽敞、明亮的原料厂房我公司的资质我公司典型业绩—首钢京唐4×500tpd套筒窑工程套筒窑的发展前景展望21世纪开始世界经济已步入知识经济时代，企业发展已开始由传统的劳动密集型向知识密集型转变。从2001年至今，首钢套筒窑事业转眼已走过10个年头，北京首钢耐材炉料有限公司先后承担起首钢集团所有10余座套筒窑的工程建设、烘窑试生产和生产运营。十余年来，我公司与国内同行一起努力，使冶金企业对石灰套筒窑从“认识”变为“认可”，采用套筒窑生产活性石灰已成为趋势。首钢套筒窑事业的发展同时也见证了北京首钢耐材炉料有限公司的发展，特别是首钢京唐公司4座日产500吨自动化套筒窑全面建设和投产，更是首钢石灰窑事业的一个飞跃。这让我们有理由相信：在科学发展观的指引下，以首钢搬迁调整为契机，凭着丰富的套筒窑技术优势和建设经验，北京首钢耐材炉料有限公司一定能与国内同行一起，去迎接更加美好的明天。谢谢大家！