石灰窑环保和节能减碳技术探索

近年来，钢铁行业在大力推行超低排放改造及碳减排技术，严格落实环保节能、减碳要求，加速淘汰落后产能的背景下，逐步用先进石灰窑取代落后的石灰窑，并配套采用了碳减排相关技术，加速推动钢铁行业石灰工序的环保治理和节能降碳改造技术的应用。值得关注的是，在钢铁行业各生产工序中，石灰工序是减碳的重要环节，其对炼钢、炼铁工序减碳均具有十分重要的作用，且具有一定的独特性。本文针对国内钢铁长流程企业主要采用的先进窑型（即套筒窑、双膛窑、回转窑）的环保措施和节能减碳技术进行对比分析，提出了应考虑的问题。即今后在新窑设计时或对现有窑体改造时适当增加预热段长度或增加回转窑冷却段长度，以起到节能环保的作用；应积极推进石灰窑CO2捕集、封存及利用等减碳技术的应用，并针对如何提高成品石灰活性度予以更多的关注和探讨、研究。

自从碳达峰方案出台以后，政策推动双膛立窑技术的发展，相信在以后的实际那里，双膛立窑会成为石灰窑行业的主要窑炉类型，因为这种窑炉，采用的并流储热技术，煅烧石灰的成本低，发展前景好。

双膛窑工艺流程 双膛窑配置煅烧膛、蓄热膛两个窑膛，中间设有烟气通道，互通彼此相连。该窑型兼具并流和蓄热的煅烧方式。双膛窑采取的煅烧工艺是一个往复循环、交替运行的过程，其中一个窑体在煅烧石灰石时产生的高温烟气，为另一窑膛提供热量蓄热石灰石，二者之间经每12～15分钟功能相互交替转换一次。 供给双膛窑的助燃风从其中一个窑膛顶部进入，石灰石升温预热后其产物同石灰石一并从煅烧带自上而下流动，即采用并流煅烧的方式，被烧过程中物料充分燃烧，有利于生产出高质量活性石灰。煅烧窑膛产生的高温烟气，经中间烟气通道至另一窑膛，高温烟气上升至预热段，对石灰石进行预热，充分利用高温烟气余热。双膛窑特殊的工艺结构，使双膛窑具备热效率高、能耗低、石灰活性度高等特点。

回转窑工艺流程 相对于套筒窑和双膛窑的装置，回转窑装置简易。原料由窑尾筒体喂入，燃料和助燃气体从窑头喷入，由于筒体倾斜转动，物料向窑头流动，高温烟气向反向流动，在此过程中物料与高温烟气逆流煅烧，石灰成品在窑头冷却段冷却后出料，主要过程为上料—烘干—预热—焙烧—冷却—卸料—筛分—入仓及工艺除尘和环境除尘。回转窑具有较简单合理的物流气流设计，一般产量较高。

石灰窑烟气颗粒物治理多数采用袋式除尘器，除尘设备实际运行过程中普遍存在除尘布袋、除尘管道易结垢、布袋使用寿命短等问题。由于石灰粉粉尘粒径较小、同时具有亲水性，同焙烧烟气裹挟一同进入袋式除尘器时，极易吸收烟气中的水分，发生化合反应生成氢氧化钙，其与CO2反应后生成的CaCO3，附着在除尘布袋表面，使布袋板结，影响除尘器过滤面积、过滤风速，导致过滤效率降低、过滤后烟气排入大气的颗粒物浓度超标。 针对石灰窑除尘设施结垢问题，诸多研究结果均取得了明显的成效。

有分析指出，通过在引风机外壳底安装冷凝水外排控制阀、在进气弯头下方安装集水槽，定期外排收集的冷凝水，定期人工维检，定期对除尘管道清灰，并在集尘罩管道增设气体折流板，同时选用防水材质的滤料或多材质混合滤料[1]，十分有利于缓解石灰窑除尘管道的水汽含量较高、结垢现象。祁东彬指出，采用脉冲式布袋除尘器，定期反吹清灰，并在清灰时采用自动化控制阀门间开、关切换时间，可以大幅提高除尘气清灰效果[2-3]；优化滤袋设置结构，合理调配反吹气反吹压力、时间等，均有利于除尘器除稳定运行、达到预期除尘效果，有利于提高石灰窑废气除尘效果[1]。 

回转窑石灰窑还普遍存在漏风率、窑顶温度、成品出料温度偏高等问题，有研究指出，改造传统的直筒型窑体为窑尾锥形窑体，加强窑本体密封，有利于降低漏风率；对预热段内衬进行改造，采用隔热材料预制块替代传统的耐材内衬，并对窑体燃烧段至窑头部分采用复合砖+隔热材料修筑方式，可大幅减低窑顶温度、提高耐材使用寿命；采用竖式冷却+耐热袋式成品输送机的形式有利于降低成品温度，很大程度上减少了石灰窑热耗[4]。此外，由于国内钢铁行业引入回转窑的时间相较于其他两种主流窑型早，在超低排放改造时，有部分企业由于产量、场地等因素限制，无法新建、更换原有回转窑窑型，为达到超低排放要求，只能在原有基础上进行改造。所以，应给予回转窑环保治理及改造技术一定的关注。 

目前，回转窑普遍存在窑尾烟气偏高问题，即便采用耐高温材质滤料，长时间高温环境下运行也易损坏除尘布袋，缩短布袋使用寿命，出现袋式除尘效果降低、颗粒物排放浓度超标、后期维检费用高等问题。 有研究指出，通过改造回转窑预热系统，采用竖式预热器替代链篦式，投运后既可保证产量和质量，又可将废气温度降低至200℃以下，延长了布袋的使用寿命。同时，该项技术改造将回转窑窑尾正压操作环境转变为负压操作，废气颗粒物外排浓度也相应的降低。该项技术的应用不仅可以满足环保要求，还提升了热效率，减少了热耗及燃料消耗，实现了节能降耗的目的[4]。通过采用烟气预热回收技术，将160℃～300℃的高温烟气引入气-水换热器，通过热交换使高温烟气的转化成270kg/t石灰的低压蒸汽，产生的低压蒸汽并入公司管网，根据实际需求用于生产或供生活采暖使用。既可降低烟温保证袋式除尘器稳定、安全运行，使烟气达标排放，又能实现节能降耗的效果。