密闭电石炉烧石灰的烧灰问题

密闭电石炉烧石灰的烧灰问题

电石是一个高产能源行业，能源消耗占总生产能力的相当大比例。近年来,国家相继出台了《电石行业准入条件》等政策,提高电石行业准入门槛,促使电石行业向着密闭化回收综合利用方向发展,已取得了较大的技术进步。但是,密闭电石炉回收的电石炉烧石灰存在生过烧率较大的问题,已成为电石行业高度关注的课题。中国平煤神马集团汝州电化有限公司45万t/a电石项目是国家十一五电石行业节能减排重点推广技术项目,2010年筹建8座30MVA密闭电石炉,配套的石灰窑为400t/d双梁式气烧窑,回收的用于烧石灰。由于石灰窑的设计、气源的稳定性及热值的分析判断等存在诸多问题,使石灰的生过烧率为20%~30%,严重时,高达40%以上,给电石炉安全稳定运行造成诸多不利,在生产系统中形成恶性循环。经过“产学研”联合采取有效的技术措施,取得了较大的技术进步。1石炉过烧率过大,单位电耗高汝州电化公司8座30MVA密闭电石炉,配套4座400t/d双梁式气烧石灰窑。项目自投产以来,石灰窑、电石炉一直没有达到设计指标,石灰窑生过烧率过大,时常发生闷窑、悬窑、结瘤等问题,造成电石炉操作困难,二次电流较大,功率因数较低,炉况不稳定,翻电石,大塌料,设备故障率较高及电石的质量(发气量)忽高忽低。单位电耗高达3500~3600kW·h/t,在生产系统形成恶性循环。表1为设计指标与生产指标的对比情况。1.1热区和煅烧区的温度影响双梁式气烧石灰窑自上而下分预热区,煅烧区,冷却区3个区。预热区在石灰窑的上部,从煅烧区上升的热烟气与加入的石灰石相遇,发生热交换,对石灰石进行预热,由于石灰石的分解温度为812℃,预热区和煅烧区的分界点温度约八百五十摄氏度);煅烧区在石灰窑的中部,是石灰石进行化学反应的主要区域,煅烧区的温度在1200℃,超过此温度,就容易造成石灰生过烧率较大。冷却区在石灰窑的下部,煅烧好的石灰进入冷却区后,与石灰窑下鼓风机送入的冷空气相遇,发生热交换,生石灰被冷却至100℃以下,自石灰窑下卸出。所谓的“闷窑”就是电炉气(成分为一氧化碳)气源不足,石灰窑被迫停止运行;“悬窑”是石灰石在煅烧过程中,石灰石中的二氧化碳在逸出时,引起石灰膨胀悬空,不能正常下沉卸料;“结瘤”是在悬窑时没有及时发现和处理,造成石灰石溶解结瘤。图1为石灰窑的3个热区原理图。1.1.1石灰原料的干燥煅烧后的石灰石进入石灰窑冷却区后,石灰的温度由800~1200℃逐步降温,较大粒度的石灰内部还没有完全被分解,二氧化碳还没有完全逸出,与石灰窑下的鼓风机送入的冷空气相遇,随着石灰自然下沉,温度降低至100℃后自出灰口卸出。石灰迅速被冷却是造成石灰生烧较大的主要因素。石灰石原料的标准粒度为40~70mm,煅烧后筛选50mm以上的石灰,化验生烧率占到30%~40%;50mm以下的石灰,化验生烧率占到1.2%~2.5%,过烧率占到1.5%~2.6%,说明石灰石粒度较大,生烧率则较大;石灰石粒度较小,生烧率虽然降低,但是,过烧率提高。图2为粒度不同的石灰石生烧断面图。1.1.2空气比的控制措施石灰窑的助燃风(配风)在燃烧梁喷嘴进行,有利于调整石灰窑的一次空气比,正常时,一次空气比为0.50~0.60,确保石灰窑内电石炉气充分燃烧,严格控制一次空气比是石灰窑操作的关键技术;而石灰窑下的鼓风机吹进的冷却空气上升到煅烧区,造成石灰窑一次空气调整困难,从而是使电石炉气燃烧不充分,容易造成石灰窑的煅烧区火焰上移,不仅使煅烧区的热平衡结构打乱,出现石灰生过烧率波动较大,而且容易造成预热区局部超温而悬窑。1.2石灰窑烧除盐电石炉气体的热值为8340~10425kJ/Nm3,由于电石炉气采用的是负压运行,电石炉的不稳定运行和电石质量波动,会造成造成电石炉气浓度变化,没有监测电石炉气热值分析数据,石灰窑的一次空气比难以掌握,如果燃烧梁喷嘴附近的火焰温度超过1250℃以上时,就会造成喷嘴附近石灰石溶解,出现石灰过烧现象,当出现悬窑时,如巡检不及时及处理不当,就会出现结瘤,严重时,造成烧毁窑及设备燃烧。1.3石灰窑干气不足电石炉属于在恶劣环境下运行的机电设备,由于石灰的生烧率偏高,引起电石炉操作困难,翻电石,大塌料,造成设备故障率偏高,若热停炉检修,不仅炉内热能损失加重,而且引起石灰窑电石炉气不足,引起石灰窑闷窑问题,电石炉气源充足时再开窑,势必会出现生烧率过大问题。2技术改造措施根据上述原因的分析,为降低石灰的生过烧率,需确保电石炉稳定运行,电石炉气充足,最终降低电石的单位电耗。根据理论公式E=9.63X(式中,E为单位电耗,X为生过烧率),说明石灰的生过烧率每提高1%,每吨电石电耗提高9.63kW·h/t;根据理论公式C=1.29X(式中,C为炭量,X为生过烧率),说明石灰生过烧率每提高1%,每吨炭耗提高1.29kg。此外,生过烧率过高,还会造成炉况不稳定,最终影响气源的稳定性。采取了以下技改措施。(1)改造石灰窑。在石灰窑下部设置后置保温煅烧区,在石灰窑正3000mm位置,装设下吸气梁,石灰的冷却风经鼓风梁吹进,下吸气梁抽出,在下燃烧梁与下吸气梁之间温度基本保持平衡,在此,形成石灰后置煅烧带,图3为石灰窑改造后示意图。当煅烧后的石灰缓慢下降至后置保温煅烧区时,温度由1200℃逐步降至800℃,在此温度区间内,大粒度石灰内部的氧化钙均衡分解。在这个区域“行走”3~5h;没有完全分解的石灰石,在下落“行走”过程中仍可继续分解煅烧,粒度大的石灰内部的二氧化碳充分逸出,石灰的生烧率进一步降低,小粒度的石灰也不会出现过烧现象,而且石灰的活性得到极大的均化。(2)在电石炉气主要管道装设热值分析仪。由于电石炉微负压运行,多台电石炉并列运行送气,电石炉气中会渗入其他杂质,运行中,电石炉气热值较为波动,正常热值为8340~10425kJ/Nm3,当电石炉气热值为8340~9174kJ/Nm3时,一次空气比需要降低;当电石炉气热值为9174~10425kJ/Nm3时,适当增大一次空气比,这能有效防止石灰生过烧问题。(3)优化电炉检修计划。电石炉属于在恶劣工况下运行的机电设备,需加强检修。8座电石炉运行供4座石灰窑用电石炉气,需制定周、月机电设备及料面处理检修计划,检修计划结合石灰窑气量情况制定,改被动检修为计划检修。另外,增大石灰仓储存量,当石灰窑突发性故障时,2~5天内不影响电石炉用石灰量。确保石灰窑设备检修、维修时间,在生产各个环节形成良性循环。3水土保持经济效益表2为改造前后生产指标对比情况。