利用共燃技術生產石灰達標排放與熱電聯產模型探討

卓鵬 陳肖妹 杜超陽

摘? 要：傳統工業生產石灰的主要方式采用回轉窯或立窯將石灰石煅燒而成，這兩種生產方式都存在能源利用率低，煙氣排放標準低等問題。本文探討的新型生產模型采用高效燃燒共燃技術，配高效換熱裝置，將燃燒產生的熱量用于發電，煙氣經過節流式濕式脫硫除塵裝置進行脫硫除塵，之后經過SCR脫硝裝置進行煙氣脫硝，經過多層處理后煙氣通過煙囪達標排放。

關鍵詞：石灰生產? 共燃技術? 高效換熱裝置? 節流式濕式除塵脫硫裝置? 脫硝裝置

中圖分類號：TK47? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（b）-0052-03

Abstract： The main way of lime production in traditional industry is to calcine limestone in rotary kiln or shaft kiln. Both of them have the problems of low energy utilization and low emission standard of flue gas. The new production model discussed in this paper adopts high-efficiency combustion CO combustion technology， equipped with high-efficiency heat exchange device， and the heat generated by combustion is used for power generation. Flue gas is desulfurized and dedusted by throttling wet desulfurization and dust removal device， and then flue gas is denitrated by SCR denitration device. After multi-layer treatment， flue gas is discharged through chimney.

Key Words： Lime production; CO combustion technology; High efficiency heat exchange device; Throttling wet dust removal and desulfurization device; Denitration device

石灰是一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機膠凝材料。工業生產過程一般使用石灰石、白云石等碳酸鈣含量高的原料，經900℃～1200℃煅燒而成。

在人類歷史上，石灰是最早應用的膠凝材料之一，我們所熟知的三合土，石灰就是其中最重要的組成成分。在當代石灰也是許多工業的重要原材料，適用于膨化食品，蘑菇、木耳等農作物生產，以及儀器儀表、醫藥、服裝、電子通信、皮革制造、紡織等行業中，特別在土木基建中應用范圍更廣，需求量更大。

現今工業領域內，石灰的生產方式主要以采用回轉窯或立窯將石灰石煅燒而成。在這兩種生產方式的對比上，回轉窯的優點是窯體結構簡單、氣流暢通，敞開式煅燒，物料在窯內可均勻滾動前進，受熱均勻，適應原料粒度范圍廣，適合燒小塊石灰石。其缺點為占地面積大，投資較高，熱量損失大，熱效率較低。立窯的優點是占地面積小，設備造價低、輔助設備少、投資少，熱效率高，透風率要求高，適合燒燒物料尺寸較大的石灰石。其缺點是窯體結構復雜，物料在爐窯內密閉式煅燒，受熱不均勻。但從燃燒尾氣污染物排放要求上，以上兩種傳統生產方式均無法有效解決生產過程中產生的污染物達標排放問題。特別是立窯，因其燃燒方式是從傳統層燃技術演化而來，燃燒不完全產生的大量可燃性顆粒物和揮發性有機物（VOCs），得不到有效解決。因此探索一種新型石灰生產系統模型，通過節能減排，使其生產過程中產生的熱量得以充分利用，同時實現尾氣達標排放，意義重大。

本文探討的新型石灰生產模型，如圖1所示。

生產過程流程：

按照一定比例與煤炭混合好的物料進入（1）共燃燃燒裝置，經過燃燒加熱煅燒一段時間后燃燒后產物經過（3）鏈條傳輸裝置輸送到（2）機械分揀裝置，將分揀的成品石灰存放到成品區。燃燒時產生的高溫煙氣進入（7）高效換熱裝置，將回收的熱量用于發電，之后煙氣進入（6）節流式濕式除塵脫硫裝置，除塵脫硫后煙氣進入（5）SCR脫硝裝置進行煙氣脫硝，最后煙氣通過（4）外排風機達標排放 。

1? 共燃燃燒裝置

高效燃燒共燃技術，將按比例混合好的煤炭與石灰石源源不斷地投入共燃燃燒爐中（見圖2），共燃技術基本原理是，混合物料在（2）備燃區被加熱至300℃左右，燃料揮發份有機物析出，由于煙囪拔力，揮發份有機物隨著氣流進入（3）共燃區，和燃燒的高溫碳基一起參與燃燒，燃燒中揮發份的主要成分H離子和氧原子反應釋放大量熱量，碳基中的C原子和O原子反應同樣釋放大量熱量，因此兩者互相加強燃燒，使燃燒區溫度達到1400℃以上。物料與燃料在共燃燃燒裝置內燃燒更加充分，可燃性污染物排放為零。

燃燒過程中，混合物料在燃燒爐經過備燃區、燃燒煅燒區、冷卻區，最后從爐體中排出煅燒好的石灰。讓物料和燃料混合均勻后在燃燒區可以實現穩定1200℃左右長時間煅燒，使物料受熱均勻。鏈條傳輸裝置可輔助實現循環加料、排料，物料活性高，自動化程度高，利于大規模工業生產。

2? 高效換熱裝置

高效換熱裝置采用水冷壁加管殼式換熱器，混合物料在共燃爐里燃燒后出口溫度高于900℃，經高效換熱后出口溫度可降低至270℃以下，最后降溫后煙氣經過再熱器、省煤器后經管道排到下一處理單元。

大量熱量從共燃爐中排出，后端連接的高效換熱器將大量熱量轉換成高溫高壓蒸汽，通過高溫高壓汽輪機進行發電，相較于傳統余熱鍋爐低溫低壓汽輪機發電，發電效率得到大幅度提高，實現能量高效利用。

3? 節流式濕式除塵脫硫裝置

隨著我國環境保護措施的不斷加強，國家對燃燒過程產生的SO2，氮氧化物（NOx），同時伴隨產生煙塵、細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）和揮發性有機物（VOCs）等污染物的排放要求提高。本系統模型通過共燃技術將可燃物完全燃燒，消除黑煙等可燃性顆粒物之后，煙氣進入節流式濕式除塵脫硫設備進行脫硫除塵（如圖3）。含塵煙氣經過（3）除塵器進風口進入除塵脫硫裝置，在（4）節流板處氣流通道變狹窄，氣流被壓縮，根據伯努利方程得到氣體速度增加，在氣液交界面形成劇烈沖擊，高速氣流和液體進行充分接觸，氣流中的顆粒物進入液體，實現煙氣除塵目的。同時在氣液交換過程中通過酸堿中和反應原理去除，煙氣中的SO2與加入節流式濕式除塵裝置的堿性吸收劑反應，生成硫酸鹽或者亞硫酸鹽，從而去除煙氣中的SO2。通過劇烈氣液交換過程，系統除塵效率可到99%以上，脫硫效率可達90%以上。

4? SCR脫硝裝置

脫硫除塵后的煙氣再進入脫銷裝置，本系統中氮氧化物（NOx）的去除采用選擇性催化還原法（SCR），其反應原理是通過還原劑（氫氣、尿素、氨及碳氫化合物等），在特定的溫度及催化劑的作用下選擇性的將NOx轉化成N2，最終實現尾氣的達標排放。SCR裝置應用較為廣泛，且從資金投入和實際脫硝效率，系統穩定性等方面對比其他脫硝裝置有一定優勢。

5? 結語

本文探討的石灰生產技術，將共燃燃燒、節流式濕式除塵脫硫、高效換熱發電以及SCR脫硝等技術應用到實際生產過程中，通過整合各個技術的優勢，全面提高生產石灰的能源利用效率，并且做到生產過程中尾氣清潔排放。

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