电石炉荒煤气煅烧石灰与石灰窑尾气余热烘干兰炭
新技术新工艺
刘银江
南京苏冶钙业技术有限公司
摘要：介绍了以电石炉荒煤气为燃料生产活性石灰，以石灰窑尾气为干燥热源，采用立式烘干机烘干兰炭的生产工艺和设备。
关键词：电石炉荒煤气；石灰窑；余热，烘干；兰炭
1.项目提出
兰炭作为生产电石的原料之一，进入电石炉之前要进行干燥和筛分。目前，我国兰炭干燥大多采用回转筒式烘干机，兰炭在转动的卧式烘干机内不断的被扬料板带到一定高度而翻滚，与高温烟气换热后被干燥，对兰炭干燥后的含尘气体经除尘后排空。这样干燥方式有如下不足：兰炭易破碎，破损率高，利用率低，直接影响到电石生产成本；由于对兰炭干燥的空气中氧气含量较高，如果温度控制不当，兰炭容易发生自燃，影响到生产的正常运行，并存在一定的安全隐患。
石灰也是生产电石的原料之一。回转窑工艺生产石灰具有石灰质量好，生产能力大，操作控制自动化水平高，环保效果好等特点，已被越来越多有实力的电石生产企业所采用。但是回转窑的尾气排放温度比较高，一般经过预热器对石灰石进行热交换后，排放温度一般还达到300-400℃，甚至更高。不仅造成能源浪费，而且在进入除尘器前，还须经过冷却装置，或者在尾气中参入外界野风，达到除尘器的温度使用要求。这样不仅造成能源浪费，而且增加了工程投资和电力消耗。
电石炉荒煤气是电石过程中产生的一种尾气，由于电石炉尾气中的粉尘性质特殊，粉尘颗粒细，比表面积大，比重轻，有一定的粘性，含有较多的焦炭粉尘。如果不对这种电石炉尾气加以利用和处理，不仅造成能源极大的浪费，而且将对环境造成极大的污染。在通常，为了利用电石炉尾气或者达标排放，需要对电石炉尾气进行净化处理，设置煤气柜储存，但投资巨大，一般为数百万元或千万元，一般企业难于承受。
本文介绍研发设计的一种以电石炉荒煤气为燃料，采用立式预热器和立式冷却器的双燃料回转窑生产工艺生产活性石灰，再以石灰窑尾气为干燥热源，采用立式烘干机烘
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电石炉荒煤气煅烧石灰与石灰窑尾气余热烘干兰炭新技术新工艺
干兰炭。即电石炉荒煤气利用---石灰生产---兰炭烘干为一体的全新技术工艺，电石炉荒煤气可以直接利用，无需净化系统，也无需设立煤气柜，兰炭的破损率大大降低。
2.研发设计示例
结合我国电石产业发展和生产规模，拟选定研发设计8×3.3万KVA电石炉配套的电石炉气利用、石灰生产、兰炭烘干生产线。
2.1.项目建设规模：8座3.3万KVA电石炉配套60万吨/年活性石灰和35万吨/年兰炭 2.2.石灰和兰炭的生产项目：三条600吨/日回转窑活性石灰生产线和三条350吨/日兰炭烘干生产线
2.3.研发设计项目范围： 3×600t/d回转窑活性石灰生产线和3×350t/d兰炭烘干项目的生产技术工艺和主要设备选型。
3．研发设计结果与分析 3.1生产工艺
本项目主生产线分为：
l 煤粉制备与电石炉荒煤气输送燃烧系统； l 石灰生产系统； l 兰炭干燥系统 ； l 除尘系统
3.1.1煤粉制备与电石炉荒煤气输送燃烧系统
根据一般资料，电石炉尾气除尘净化前，气量约为420Nm3/吨电石，含尘量100-150g/Nm3，炉气温度为500℃左右，含有一定量焦油，炉气热值约为QD2300～2700×4.18KJ/Nm3，炉压-5 - 5毫米水柱。经计算，并参考电石生产厂家的相关经验，8台33MVA密闭电石炉年产尾气约20000万Nm³，考虑到电石炉尾气压力、流量、热值等波动比较大的特点，电石炉产生的荒煤气量提供的热能，不足以满足60万吨/年石灰生产和35万吨兰炭烘干的热能用量，必须补充其他燃料。
本设计方案采用1台∮2.2×4.4m风扫煤磨系统，向3台石灰回转窑供应煤粉。回转窑采用电石炉荒煤气和煤粉同时燃烧的双燃料燃烧器，以电石炉尾气为主要燃料，以煤粉为补充调节燃料。
高温电石炉尾气，经过热交换器冷却，再经煤气加压机加压到适当的压力，输送到
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电石炉荒煤气和煤粉双燃料燃烧器。双燃料燃烧过程的控制系统，是通过压力、流量、温度、CO含量等检测数据，调节和控制煤粉的配入量和热交换器的风量。燃烧器及其控制系统采用我公司研制开发的双燃料四通道燃烧器，其功能是可以根据单独使用电石炉气，也可单独使用煤粉，还可以同时使用电石炉气和煤粉双燃料，并且可以以电石炉气为优先燃料。
为保障电石炉尾气的使用安全，管道系统安装了快速切断阀、闸阀、止回阀、盲板阀、放散阀，以及CO监测报警装置，PLC控制。
煤粉自煤粉仓卸出后，经转子秤计量，螺旋泵送至燃烧器。 3.1.2石灰生产系统
3.1.2.1石灰石储存与上料系统
块度为20-45mm石灰石，由汽车运进本生产线，直接卸入地坑受料斗，经筛分输送入储库。本生产线设石灰石备料储存堆场，在由于天气等原因汽车供应不上时，由装载机从备料场取料。 3.1.2.2预热系统
石灰石经计量由斗式提升机、皮带输送机送到立式预热器。本工艺采用先进的Suye型连续无推杆立式预热器，规格∮7.0×9.0m，生产能力：600吨/日石灰。
该立式预热器实际是石灰立窑的一种变形，预热的物料料柱高可达6米以上，并且料柱高度可机械调整。预热器内部采用了独特结构，窑尾热烟气进入后可以均匀分布在物料的空隙间，物料在筒体内连续运动，通风阻力小。预热后的物料通过高温喂料机可控制的定量均匀喂入窑内，没有液压推杆送料机构，因而故障大大减少。
无推杆立式预热器顶部排放废气的温度一般在180-240℃左右，无需设立多管冷却器对烟气冷却。
（1）窑与预热器衔接的烟道面积比液压推杆式立式预热器大一倍以上，烟气通过时更加畅通，压损低，因此同比窑型产量更高。
（2）石灰石在预热器内停留时间长，热交换充分，因此排放烟气温度比较低，省去了多管冷却器的投资；
（3）无推杆立式预热器中的物料始终都在往下运动当中，因而烟气在预热器内的阻力小，物料受热均匀，更加节能（液压推杆预热器仅在推杆动作时物料才运动）。
（4）因热交换器的结构独特，不会产生偏风偏料现象，物料下落均匀平稳，喂入窑内
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物料的流量可控性比较好。
（5）不需选用的高温引风机，引风机投资节省约一半。
（6）没有运行部件、运行可靠，故障率低、没有液压推杆、机械设备和耐火材料的使用寿命大大延长。主体部分的耐火材料保证10年无需更换。
（7）耐火材料品种规格少，方便砌筑和检修维护，在高温部位的结构部件采用了高档耐热钢材料。 3.1.2.3石灰烧成系统
物料从预热器卸出进入回转窑，由窑尾向窑头温度约900℃-1200-800℃，石灰石在窑内随窑筒体的旋转翻滚，达到均匀受热。回转窑内烧成带物料温度通常控制在1100～1200℃范围内，火焰温度最高1350℃。在这种条件下碳酸盐既能保证高分解速率，石灰又不至于被“烧老”，其化学活性必然很高。采用回转窑煅烧石灰，控制产品质量的手段比较灵活，可以通过调节火焰的长短，窑内的温度，窑转速的快慢、喂料量大小等操作方法来达到既定目标。 3.1.2.4冷却系统
出窑石灰一般温度为800-900℃，本方案采用一台竖式冷却机对石灰冷却，配置一台中压风机，出冷却器的石灰温度在80℃左右，热交换后的风作为二次风全部入窑助燃。 3.1.2.5石灰输送储存系统
从冷却器卸出的物料，再经筛分后入库备用。块状石灰供电石生产，筛下石灰可以考虑生产PCC。 3.1.3 兰炭烘干系统
外运来的潮湿兰炭直接卸入兰炭受料斗，经再由喂料机、大倾角皮带输送机送入库储存，本生产线设潮湿兰炭备料储存堆场，在天气原因或其他原因自卸汽车供应不上时，由装载机将备料场潮湿兰炭卸入地坑受料斗。
潮湿兰炭从园库卸出经电子皮带秤计量后，输送到立式兰炭烘干机，该兰炭立式烘干机物料和热烟气分别从顶部的加料管和烟气管进入，同向运动实现热交换。热交换后分别从下方的卸料管和烟气管排出，干兰炭送至电石炉，烟气进入除尘系统。烟气温度控制在露点之上，这样最大限度的利用了热能，既省去了建设独立的兰炭烘干系统的一系列问题，同时也省去了过去石灰窑窑尾烟气在进入除尘器前设立多管冷却器对烟气冷却的过程。
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电石炉荒煤气煅烧石灰与石灰窑尾气余热烘干兰炭新技术新工艺
本工艺采用本公司研制开发的块状物料立式烘干机，规格∮4.0×6.0m，生产能力：400吨/日兰炭。
经计算，本设计方案，可以实现石灰生产和兰炭烘干的生产能力、热能供应的平衡。 3.1.4窑尾排风与除尘
回转窑燃料燃烧和石灰石分解产生的高温烟气，在预热器内与石灰石进行热交换和兰炭烘干热交换，经除尘后由排风机排入大气。
除尘灰由仓泵风送到粉状物料库储存，压制成球后用作电石生产原料。 本生产线各个扬尘点均采用了布袋除尘器，实现达标排放。 3．2主要技术经济指标
主要技术经济指标一览表
序 号 指 标 名 称 单 位
指 标 备 注
一 生产规模
1 活性石灰 万t /年 55.0
2 干燥兰炭 万t /年
36.8 终水份1-2%
二 原料
1 石灰石 万t /年 102.0
2 潮湿兰炭 万t /年
43.3 初水份15-18%，破碎率≤4% 三 燃料
1 电石炉尾气 万Nm³ /年 约20000 2 煤粉
万t /年
4.51
四 产品质量主要指标
1 活性石灰 YB/T042-2004,YB/T105-2005
活性度 ml ≥350
CaO % ≥92
石灰石CaO≥55%
灼减
%
≤4﹪
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2 五 六 七 八 九 1 2
烘干兰炭 终水份 破损率 能耗指标 石灰热耗 兰炭烘干热耗 电耗指标
石灰 兰炭 石灰石单耗 窑尾废气排放浓度 动力消耗 生产用水 净循环水
3
% %
4.18KJ /kg 4.18KJ /kg
Kwh/t t/t石灰
mg/Nm3 m/a m/a
3
1.0-2.0 ≤10﹪
1200 230 45 10 1.85 ≤30 66000 200000
4 5 6
压缩空气 氮气 总装机容量
万m/a m/a KW
3
3
1425 1200 约5000
4.结语
本文简要介绍了研发设计的采用电石炉尾气无需净化直接窑内燃烧技术；石灰生产线采用无推杆竖式预热器+双燃料回转窑+竖式冷却器组合的节能型活性石灰煅烧系统；采用石灰窑尾气余热烘干兰炭的工艺。
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电石炉荒煤气煅烧石灰与石灰窑尾气余热烘干兰炭新技术新工艺
通过研发设计，本技术方案具有如下特点：
（1）采用块状物料立式烘干机可以大大减少兰炭的破碎率。
（2）采用电石炉荒煤气直接利用技术，大大减少了电石炉气净化、储存的投资，同时使得电石炉尾气的显热和电石炉尾气中的残余炭得到充分利用。
（3）利用石灰窑预热器排放尾气的余热烘干兰炭，出兰炭立式烘干机的烟气排放温度低，节能效果显著。
（4）石灰回转窑采用无推杆立式预热器，不仅每套可节省100万元左右的投资，而且克服了传统预热器尾气排放的温度高、不能直接进入除尘器、漏风严重、阻力大、故障多、难维护、投资高等技术难题。
（5）环保除尘方面：本技术综合了电石炉尾气燃烧利用、石灰窑生产、兰炭烘干为一体，共同采用一套烟气除尘系统。不仅大大减少了工程投资，还去除了传统的兰炭烘干系统的烟尘排放点。
生产线采用负压操作和密闭操作，减少扬尘点、降低扬尘高度，各个扬尘点均采用了高效的袋式除尘器，实现达标排放。
（6）采用DCS中央控制系统，生产自动化程度高。DCS系统选用西门子元件，电气开关柜采用了施耐德元件，国际品牌，可靠性高。
（7）该技术的推广应用，符合政府倡导的“节能减排，循环经济，资源综合利用”和企业希望的“节省投资，降低成本，技术领先”的要求。
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