电石炉气烧石灰生过烧率较大的原因分析及对策

2014-09-28李广民麻林伟牛洪亚李福山王常杰

中国氯碱 2014年6期

李广民，麻林伟，牛洪亚，李福山，王常杰

（1.中国平煤神马集团汝州电化有限公司，河南平顶山 467500；2.郑州大学，河南郑州 450000）

电石属于高耗能用电行业，电能的消耗占综合生产成本相当大的比重。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30 MVA密闭电石炉，配套的石灰窑为400 t/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 石灰生过烧率较大的原因分析

汝州电化公司8座30 MVA密闭电石炉，配套4座400 t/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3 500～3 600 kW·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。

表1 设计指标与生产指标对比

1.1 双梁式气烧石灰窑设计问题分析[1]

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1 200℃，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。

图1 石灰窑的3个热区原理图

1.1.1 石灰窑冷却区不利因素分析

煅烧后的石灰石进入石灰窑冷却区后，石灰的温度由800～1 200℃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40～70 mm，煅烧后筛选50 mm以上的石灰，化验生烧率占到30%～40%；50 mm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。

图2 粒度不同的石灰石生烧断面图

1.1.2 冷却风的问题

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 电石炉热值的不稳定问题

电石炉气体的热值为 8 340～10 425 kJ/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1 250℃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 电石炉气的稳定性问题

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 解决石灰生过烧的措施[2]

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9.63 kW·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1.29 kg。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3 000 mm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1 200℃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”3～5 h；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8 340～10 425 kJ/Nm3，当电石炉气热值为8 340～9 174 kJ/Nm3时，一次空气比需要降低；当电石炉气热值为9 174～10 425 kJ/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。