石灰回转窑燃烧器的技术创新与发展
蔡长明 杨启星
襄阳中和机电技术有限公司，441000 湖北省襄阳市
摘要 本文结合典型工程案例，介绍了近年来随着石灰回转窑大型化、绿色化、智能化发展趋势，作为回转窑系统煅烧工艺设备的燃烧器的技术创新与发展。
活性石灰是常用的工业原料，在钢铁、电石、氧化铝、造纸、有色矿山等诸多行业中有着广泛的应用。在这些行业中，钢铁行业对活性石灰的需求占到约70%，电石行业占到约20%，因此，钢铁和电石这两大行业与活性石灰的关联度非常高，随着近年钢铁和电石行业的蓬勃发展，回转窑系统设备逐渐向大型化、绿色化、智能化方向发展。
石灰回转窑作为活性石灰生产的主要窑型，设备更容易实现大型化，同时回转窑适合煅烧小颗粒石灰石，有利于石灰石的充分利用；另外回转窑内石料来回翻滚，物料煅烧较为充分，煅烧的石灰质量较佳。目前，国内已投产的活性石灰回转窑最大为1200TPD，规格为φ5.1×72米。
活性石灰回转窑，在钢铁行业中以高炉煤气、转炉煤气作为一定的辅助燃料；在电石行业中以电石炉煤气、除尘灰、净化灰等作为其燃料；在金属镁行业中以兰炭气、兰炭粉作为其燃料。以往这些废气废渣排向大气、土地，现在代替部分燃料，既节省了燃料成本，又可以减少废气废渣对于环境的污染。
活性石灰回转窑系统在石灰煅烧工艺设备中又为复杂，预热、煅烧、冷却三大主机设备、工艺参数（温度、投料、出料速度）均可独立控制，具有灵活调节性，多年前已经应用电动执行器、变频器等远程控制，近年正开展应用生产线智能控制系统。
燃烧器作为回转窑煅烧工艺中的主要设备，随着活性石灰回转窑的大型化、绿色化、智能化而不断发展。
1、燃烧器的大型化
1.1 某条1200TPD活性石灰回转窑配套燃烧器
此条回转窑设计产量1200t/d，由我公司提供SR2燃烧器及附属设备，于2021年4月投入使用，采用电石炉煤气和除尘灰、净化灰作为燃料，点火初期用电石炉煤气点火烘窑，正常生产时转为电石炉煤气和除尘灰、净化灰两种燃料混合燃烧，燃烧器设计最大燃烧能力：电石炉煤气量12000Nm3/h、除尘灰、净化灰用量8～12t/h。经过近一个月的运行，产量已达到设计要求，石灰生烧率≦3%。
1.2 某条4×1000t/d活性石灰回转窑配套燃烧器
此4条回转窑由襄阳中和提供SR2燃烧器及附属设备，于2019年底逐条投入使用，采用预热后的高炉煤气和煤粉作为燃料，高炉煤气预热后温度250～300℃，热值917.55kCal/Nm3±5%。
表1 2020年7月某日生产统计数据
生产线序号 | 1# | 2# | 3# | 4# |
石灰产量（吨） | 1121 | 1120.6 | 1120.4 | 1121.2 |
煤耗（kg/吨石灰） | 83.07 | 88.64 | 81.35 | 93.44 |
煤气单耗（m/吨石灰） | 153 | 153 | 152.89 | 134.16 |
成品灰CaO含量 （%） | 平均 | 85.49 | 87.31 | 82.89 | 83.27 |
最高 | 87.71 | 88.83 | 85.29 | 86.1 |
最低 | 83.84 | 84.75 | 81.64 | 80.95 |
成品灰灼减 （%） | 平均 | 7.26 | 5.09 | 9.37 | 8.83 |
最高 | 9.26 | 7.11 | 11.85 | 11.39 |
最低 | 5.86 | 3.47 | 5.06 | 6.56 |
2、燃烧器的绿色化
2.1 活性石灰回转窑用燃烧器使用替代燃料
山东某电石厂共有7条活性石灰回转窑，生产的石灰全部用于电石的生产，生产1吨电石约产生400Nm3电石炉煤气、50～70kg的电石除尘灰以及45kg的电石净化灰（主要成分为CaC2和兰炭粉，还有～20%的灰分）。
表2 电石炉煤气组成分析数据表
体积分数 | CO2（%） | CO（%） | N2（%） | H2（%） | CH4（%） | O2（%） |
百分比 | 2.5～3.5 | 80～92 | 1～2 | 2.5～10 | 2～4 | 0.2～0.6 |
通过成分计算，电石炉煤气的低位发热值约为2400～2600kCal/Nm3，如此将电石所产生的电石炉煤气全部用于石灰煅烧，另外搭配少量的电石收尘灰和电石净化灰，完全可以满足电石所需要的活性石灰的热耗。
我公司2021年提供的1000TPD和1200TPD回转窑用燃烧器可以掺烧更大量的电石收尘灰和电石净化灰，在1200TPD回转窑上喷入4～6t/h，替代了大量的电石炉煤气，电石生产中收尘灰和净化灰就能全部消化，而电石炉煤气用于SCR和锅炉等工艺段，从而节省了大量的燃料成本。
2.2 活性石灰回转窑用燃烧器的低氮排放
辽宁某钢铁厂600TPD活性石灰回转窑，采用焦炉煤气和转炉煤气作为燃料，生产的石灰用于炼钢，要求CaO%≧85%，活性度≧330mL，近年来排放要求越来越严格，NOx排放要求≦200mg/Nm3（当地要求18%O2含量下不折算）。我公司提供的燃烧器精准化低氮燃烧设计，近期调试中NOx排放优于环保要求，稳定在140～170mg/Nm3。
3、燃烧器的智能化
回转窑用燃烧器已从单通道发展为双通道、三通道、四通道燃烧器，从不可调节发展到具有调节风阀、调节出口截面、调节出口角度等多种调节手段，从而火焰的长度直径形状控制优越、调整灵活。
我公司提供的部分燃烧器本体配有电动调节阀、电动补偿器调节装置及各种传感器，配合智能控制箱可在远程和就地调节，远端调节与监控接入中控DCS，从而提高了作业效率，减少了人员，提高了作业安全性。近两年随着物联网和云的发展，我公司提供了远程手机端APP，查看记录、操作都十分便利高效。
图1 远程操作监控设备示意图
远程手机端APP操作界面见图2、图3。
图2 远程操作监控界面 图3 历史数据查询界面
4、结束语
为应对气候变化，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的目标承诺，石灰行业是实现此承诺中的重要一环，活性石灰回转窑用燃烧器也必将迎来绿色化的变革与发展，并将随着石灰回转窑设备大型化、智能化发展，大大提高燃烧器的技术水平和生产效率。
