電石爐氣燒石灰生過燒率較大的原因分析及對策

李廣民 ，麻林偉 ，牛洪亞 ，李福山 ，王常杰

（1.中國平煤神馬集團(tuán)汝州電化有限公司，河南 平頂山 467500；2.鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450000）

電石屬于高耗能用電行業(yè)，電能的消耗占綜合生產(chǎn)成本相當(dāng)大的比重。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電石項目是國家十一五電石行業(yè)節(jié)能減排重點推廣技術(shù)項目，2010年籌建8座30 MVA密閉電石爐，配套的石灰窯為400 t/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 石灰生過燒率較大的原因分析

汝州電化公司8座30 MVA密閉電石爐，配套4座400 t/d雙梁式氣燒石灰窯。項目自投產(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)3 500～3 600 kW·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。

表1 設(shè)計指標(biāo)與生產(chǎn)指標(biāo)對比

1.1 雙梁式氣燒石灰窯設(shè)計問題分析[1]

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1 200℃，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。

圖1 石灰窯的3個熱區(qū)原理圖

1.1.1 石灰窯冷卻區(qū)不利因素分析

煅燒后的石灰石進(jìn)入石灰窯冷卻區(qū)后，石灰的溫度由800～1 200℃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40～70 mm，煅燒后篩選50 mm以上的石灰，化驗生燒率占到30%～40%；50 mm以下的石灰，化驗生燒率占到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。

圖2 粒度不同的石灰石生燒斷面圖

1.1.2 冷卻風(fēng)的問題

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 電石爐熱值的不穩(wěn)定問題

電石爐氣體的熱值為 8 340～10 425 kJ/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1 250℃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 電石爐氣的穩(wěn)定性問題

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 解決石灰生過燒的措施[2]

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9.63 kW·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1.29 kg。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3 000 mm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1 200℃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”3～5 h；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8 340～10 425 kJ/Nm3，當(dāng)電石爐氣熱值為8 340～9 174 kJ/Nm3時，一次空氣比需要降低；當(dāng)電石爐氣熱值為9 174～10 425 kJ/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)。

圖3 石灰窯改造后示意圖

3 改造效果

表2為改造前后生產(chǎn)指標(biāo)對比情況。

表2 改造前后的生產(chǎn)指標(biāo)

從表中可以看出，改造后各項生產(chǎn)指標(biāo)大幅度改善。石灰的生過燒率由20%～30%降至8%～12%，并且，有效地防止了石灰窯悶窯、懸窯、結(jié)瘤等問題，電石爐安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，噸電石節(jié)約電能400 kW·h，同時，石灰、電石的產(chǎn)量、質(zhì)量同步得到提高，在生產(chǎn)系統(tǒng)形成良性循環(huán)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］熊謨遠(yuǎn).電石生產(chǎn)及其深加工產(chǎn)品.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，（6）：137－138.

［2］王 剛.淺析石灰生燒對電石生產(chǎn)的影響.遼寧化工，1996，（1）：21－23.