《清洁燃气与煤粉气化混烧生产石灰新技术》的应用前景及技术解析

—暨《唐山金泉公司清洁燃气与煤粉气化混烧生产石灰新技术通过专家论证并完成工业试验》专题调研报告
   一、导语

近日，由唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司送审的《清洁燃气与煤粉气化混烧生产石灰新技术》通过了“北方炉窑协会”及“中国石灰产业学会”专家组会审论证，专家组成员对该项新技术项目的实施方案、技术难点、科技创新点、绩效及应用前景等事项进行了认真、严谨、科学地论证，提出了科学可行的论证意见，同时对高质量完成相关工业试验提供了技术支撑。据此，笔者专门对该项技术进行了调研专访。

目前，国内生产石灰的燃料选用形式是“冰火两重天”，一边是钢铁企业积极进行气体燃料（高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气）改固体燃料（煤炭、焦炭）进行燃气发电以降低钢铁生产成本，另一边是国内部分地区因不再审批燃煤型石灰窑而积极探索可代替燃煤的其它燃料结构。

在2016年的“两会”政府工作报告上，对散煤的治理思路是：“着力抓好减少燃煤排放，加强煤炭清洁高效利用，减少散煤使用，推进以电代煤、以气代煤。

那么，在生产石灰过程中可能替代煤炭的能源有些什么？可实现的替换比例范围？占用煤量的百分之几？从技术上讲，寻找清洁的替代能源是散煤改造最直接的方式。

然而，根据调查测算，所有的燃料替换物都有着比煤炭高得多的价格。其中电价或油价是煤价的4～5倍。天然气的价格稍低于电力及燃油，但也是煤价的3倍左右?；ぱд咴岢隽肆硪恢钟锰烊黄婊幻禾康穆肪?mdash;—以煤炭、焦炉煤气为原料生产天然气。这原本是一种技术相当成熟的工艺，以此方式产出的天然气成本也大大降低，但由于近年钢铁工业发展减速，导致冶金焦市场萎缩，冶金焦产量降低，这种方案所需的焦炉煤气原料严重缺乏，无法量产。

“我们对生产石灰中洁清洁燃料应用不是技术问题，技术已经很成熟了，这是一个经济问题。”唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司总经理刘玉泉对编者说，“关键是价格和承受能力。”在一个已经步入后工业时代的社会，看起来有很多解决燃煤污染的替代技术手段，但最终都会在实体经济现状前遭遇挫败。无论用上述哪一种能源作为替代物，在产量和价格上都不可能在短期内替换掉煤炭。煤炭这种源自春秋战国时期的古老燃料，依然是未来支撑中国工业化列车滚滚向前的基础能源。

在有着冶金化工领域从业近30年经验的刘玉泉看来，生产石灰使用燃煤或燃气并没有绝对的好坏之分，更重要的是看对燃料的使用方式是否正确。

目前国内减少或禁止使用煤炭生产石灰的主要原因是煤炭污染的两大“公敌”，一是燃烧不充分出现的少量黑烟及粉尘，一是燃烧后产生的微量二氧化硫，从唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司多项技术成果来看都不难处理，通过添加添加剂和气煤混烧的方法已经解决上述问题。

二、清洁燃气的选择与成本分析

 国家发改委、国家能源局近日下发了《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》，在“煤炭清洁高效利用技术创新”章节中指出：要加强煤炭分级分质转化技术创新，重点研究先进煤气化、大型煤炭热解、焦油和半焦利用、气化热解一体化、气化燃烧一体化等技术。这个计划的推出，给石灰行业的能源利用方式及新技术创新应用带来了契机。

当前可以生产石灰的清洁型气体燃料除工业尾气外主要有：天然气、煤气发生炉煤气、合成天然气(简称煤制气)、生物质气、沼气等气源，其中煤气发生炉煤气因实际成本高于煤炭以及存在着污水净化治理排放问题在不同地区应用态度不一，部分地区政府也在逐渐限制应用。唐山金泉公司的生物质气、沼气等气源生产石灰虽然已经成熟，但是气源一般都因不能量产化只能用于小产量生产使用。合成天然气(简称煤制气)在国内发展较快，但是也存在价格较高问题，目前根据国内典型的经济规模的煤制气装置在不考虑管输费用时的生产成本约为1.0-1.5元/立方米，对外售价各地区不同区别较大。与国内自产常规天然气比较：2010年《国家发改委关于提高国产陆上天然气出厂基价的通知》将西气东输的城市燃气(工业)出厂价定位1.19元/立方米，煤制气在煤炭成本150元/吨时生产成本约1.25元，若再考虑煤制气企业的利润，目前的煤制气较国产天然气的经济优势并不明显。与进口气比较：2014年我国进口管道气到岸均价2.44元/立方米，进口LNG到岸均价2.52元/立方米。因此，只要国内煤价高于450元/吨以上，煤制气与进口气相比就没有竞争力。

从以上分析中看，煤制气是煤炭清洁利用的一大发展方向，但是因其需要规?；蹲试谖夜鞯厍τ梅植蓟购苌伲τ媒衔苯雍捅憷幕故翘烊黄?。天然气是一种公认的清洁、高效、优质能源，在化工、电力、城市燃气等工业和民用领域正得到广泛的应用。随着西气东输全面实施，我国的天然气工业将进入一个快速发展阶段。

天然气作为未来的主要能源，具有许多其他能源所不具备的优势：

1 ．天然气是最清洁的燃料。天然气燃烧后生成二氧化碳和水，与煤炭和重油比较，燃烧天然气产生的有害物质大幅度减少，如以天然气代替燃煤，可减少氮氧化物排放量 80 — 90 ％，一氧化碳排放量可减少 52 ％，并基本杜绝二氧化硫的排放和城市酸雨的产生。

2 ．天然气更经济实惠，比液化石油气便宜约 50 ％左右。

3 ．天然气热效高，在同样压力下，天然气在燃烧时较相同体积的大部分其他矿物燃料释放出更高的热值。

4 ．天然气还具有安全的特点，燃烧时不会产生一氧化碳等有毒气体，不会危害人体健康，密度比空气轻，即使泄泄露，也是往上空飘散，不易形成爆炸源。                

然而我国国内天然气价格民用的一般在2元/m³以上，工业用天然气一般都在2.5-3元/m³范围，有的地区可能更高，按照煅烧一吨成品石灰需要120m³天然气计算，吨灰燃料成本至少300元以上，这个成本与直接燃煤成本吨灰50-80元相比高出很多，显然不可能用来煅烧石灰。那么是否可以在应用天然气的基础上采用其它方式来降低生产成本同时还要达到国家环保要求？《洁净燃气与煤粉气化喷吹混烧生产石灰新技术》的成功运用可以给你带来全新的石灰煅烧理念。

三、清洁燃气与煤粉气化混烧生产石灰新技术的应用

 国家一直致力于推广清洁型燃料的应用，尤其是采用天然气煅烧石灰，但是实际生产中国内极少有采用天然气煅烧石灰的，主要原因还是“成本问题”，实际上国家推广使用天然气主要是环保治理的原因，笔者认为只要达到了国家环保要求，在使用天然气生产石灰时完全可以采用“气煤合成气”的方式达到目的，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司推出的专利技术《清洁燃气与煤粉气化喷吹混烧生产石灰新技术》可以有效的达到既降低了天然气使用成本同时又达到了环保治理目的。

 唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司自2009年在乌兹别克斯坦成功设计建造了该国国内第一座天然气石灰窑后，一直对天然气生产石灰的技术不断研发升级，适时推出了一系列的新技术及新装备。

《清洁燃气与煤粉气化混烧生产石灰新技术》采用天然气为助燃气同时配加用煤粉气化后的煤气混合可燃气体。该项技术从利用煤粉气化煤气出发，实现了在石灰窑竖窑中采用煤粉气化喷吹干煤气和天然气的混合燃气作为燃料的目的。

新技术采用了新型纳米干煤气发生器（专利技术）能把固态煤瞬间研磨气化为一种接近纳米炭粒的煤气混合可燃气体“干煤气”，有很小的明火即可点燃，火势凶猛，能产生1600~2000℃的高温，燃烧充分，绝无黑烟排放。新型干煤气是一种超微细纳米级的碳微颗?；旌掀?，能在炉内快速充分燃烧，是一种全新的燃烧煅烧方式。“干煤气”在制作中把煤块煤粉等颗粒燃料研磨成纳米（几乎单个碳分子）和氧亲密接触，一旦具备燃点，它会瞬间爆燃产生巨大能量（高温热能），这样的燃烧既充分、高温，又环保、节能。

该项技术的“核心技术”是控制燃烧后产生的高温气体在炉内滞留的时间长短与天然气火焰混合燃烧，把热能释放到化，提高热效率。研究表明，干煤气只要达到“气化燃烧效果”就能达到清洁环保要求，在正常的燃烧条件下排放的NOX、CO以及SO2全部符合国家排放标准，达到了真正的节能与环保目的。

干煤气达到气化后与天然气容易混合调配，通过对混合燃气中天然气和干煤气配比下石灰窑单位热耗和热效率的理论计算与分析，只要采取合理的体积配比模式就可以达到理想燃烧效果，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司在工业试验的石灰窑中做了多项测试研究。对气煤混合燃气烧制的石灰进行分析，衡量石灰质量的质量分数、活性度和灼减率三个指标都满足要求，石灰质量得到了保证?；旌先计罩瞥龅氖业闹柿坑胧褂么刻烊黄被鞠嗟薄Ｍü匝槎匀忌栈旌先计笔乙さ娜刃屎腿群牡纫步辛思扑阌敕治?，测算了经济效益。石灰窑燃烧混合燃气的实践表明，该混烧工艺既达到了使用天然气的要求又有利于煤粉的综合利用，又降低了生产石灰的天然气用气成本，具有良好的经济效益、节能降耗效益、环保效益。

该项技术有如下特性：

①   天然气和干煤气可以混合使用也可以单独使用天然气和干煤气燃烧。天然气既可以作为“主燃燃料”也可以作为“助燃燃料”使用。

②   干煤气和天然气的混合比例可以自行调节，天然气的用量可以根据排烟系统的烟气排放指标情况及数据进行调整用量。

③   经过净化处理的烟气含尘量、含硫量、氮氧化物含量等指标完全可以达到新环保法的治理要求。

④   干煤气和天燃气和空气在着火前预先按化学当量比混合均匀，炉内设置专门的火道，使燃烧区内保持稳定的高温。并且能在很小的过?？掌凳麓锏酵耆忌眨虼巳忌瘴露冉细?。

⑤   设计选用专用燃烧器且干煤气与天然气燃烧器为不同结构燃烧结构单独操控，在燃烧时燃烧稳定，不会回火，运行可靠；结构简单，制造方便；操作简单，容易点火；可利用低压燃气，燃气压力较低时仍能正常工作。

⑥   石灰窑单独使用天然气和使用混合燃气后其燃烧器和排烟系统等可以保持不变。

⑦   干煤气燃料替代天然气时配比大小可以保持前后炉温基本不变，以满足原来的单独使用天然气的生产工艺要求。

⑧   干煤气燃料替代天然气后热负荷可以保持不变，以满足产量要求。

⑨   干煤气可以替代天燃气正常的燃烧工况，两种燃料单独或共同燃烧时对燃料混合系统、送风系统和排烟系统等都有较强的适应性。

⑩   该技术在气源中断或不需气化时可以直接喷吹煤粉生产。

该项技术可以达到的节能效果与质量指标：

  测算成本依据：天然气按照2.5元/m³计算，煤炭（烟煤及气煤煤粉）按照350元/吨计算。测算成本仅为燃料成本不含其它成本。

表1 不同配比混合燃气烧制的石灰质量及燃料成本比较

石灰参数	样品1(纯天然气烧制)	样品2(混合燃气1:1烧制)	样品3(混合燃气1：2烧制)	样品4(混合燃气1：3烧制)	样品5(纯干煤气烧制)
质量分数/%	96.58	94.50	93.10	92.95	92.65
灼减率(质量分数)/%	2.97	3.28	3.55	3.67	3.89
残留CO2质量分数/%	0.56	0.58	0.62	0.64	0.66
活性度/mL	348.00	342.70	338.20	336.70	335.00
生过烧率≤ %	5	5	5	5	5
生产成本（测算）（元）	300	172.5	123.5	105.50	45.5
环保测评（测算）	达标	达标	达标	达标	达标

注：燃料配比中1为天然气。

生产干煤气适用的煤炭及基本要求：

1、以烟煤、气煤为最好，也可使用无烟煤。

2、煤炭粒度：煤粉及颗粒煤。

3、燃用煤热值:4500-6000千卡/公斤,一般5000千卡/公斤较合适挥发分V≥25%.

4、煤质:烟煤中的不结焦面煤,最好采用长焰煤或不粘煤,煤中胶质层,Y值应小于10mm.

5、煤中内含水分:3-5%最适合燃烧,凡有外掺雨,雪水的燃煤应经晾晒后或烘干后方可使用。

可以应用该项技术的主要窑型：

1、普通圆形或矩形石灰窑竖窑的改造应用，适用于日产60-120吨产量。

2、唐山金泉公司开发的环形套筒石灰窑，适用于日产150-400吨产量。

3、唐山金泉公司开发的“新一代节能外置循环负压喷煤石灰竖炉”，适用于日产150-500吨产量。

4、唐山金泉公司最新开发的新型煤粉气化并流蓄热石灰窑（单膛竖窑+预热器），适用于日产150-500吨产量。

5、其它通过改造可以利用的石灰窑竖窑窑型。

6、也可应用于回转窑窑型，适用于日产350-600吨产量。

7、其它还原炉、加热炉、烘干炉、退火炉等类似炉型。

该项技术可以与干煤气同时使用的其它燃料：

1、工业尾气：高炉煤气、转炉煤气、兰炭尾气、矿热炉尾气等。

2、生物质气及沼气等。

3、其它可利用的工业尾气。

              四、专家评审论述

“中国石灰产业学会”及“北方炉窑协会”专家组成员在审核、论证、调研该项技术后指出：

我国经济快速增长,各项建设取得巨大成就,但也付出了巨大的资源和环境代价,经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐,环境污染问题反应强烈，节能减排势在必行。建设节约型和环境友好型社会的主体,应从多方面着手,积极主动开展工作,全面完成各项节能减排任务,促进能源与环保协调发展,走可持续发展的新型工业化道路。

 煤炭气化喷吹与天然气混合燃烧技术的应用，可以使两种燃料实现完全燃烧，对改善燃烧过程、提高煅烧温度、促进完全燃烧、抑制有毒有害物质的形成等方面具有极为重要的作用，该项技术意义之大，在未来的洁净型燃料发展应用中，它具有举足轻重的地位，对节能降耗，合理利用资源和保护环境上都具有重要的推动作用。该项燃烧技术不仅可以提高了煤炭的燃烧率而且找到了煤炭在煅烧石灰产业中的有效利用途径，同时也符合目前产业立项标准，而且也合理节约了天然气资源，同时可以有望从根本上改善煤炭燃烧的污染物排放问题。因此，大力推进该项燃烧技术的研究工作，积极术的应用，对社会的发展和环境的?；ぞ哂猩羁袒挠跋臁?/span>

 

技术论述：唐山金泉冶化科技产业集团.唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司总经理、研究所所长  刘玉泉

文稿编辑：北方炉窑协会网络通联部  童海鑫

编者友情提示：

1、欢迎转载转发交流。

2、文稿版权著作权归原作者。

3、该文不得私自修改文中内容、作者署名、单位名称等进行商业使用，作者有权追究责任。

4、编者向文中参考使用的其他著作文献内容作者一并致谢。

             2016/4/26

咨询热线：13292421759    15176576718     qq:809053528

                   电邮：ok-198@163.com

更多相关技术查询网址：www.tsjinquan.com

                  手机直接登录：m.tsjinquan.com