一、導語：

       在2021年01月18日召開的“中國石灰產業學會”年會上，由“中國石灰產業學會”主導研發的具有完整的自主知識產權體系的“新一代國產化雙膛石灰窯”系列技術授權“唐山金泉成套設備有限公司”獨家使用，享有獨立開發、應用的權益。目前，雙方已經正式簽訂獨家許可協議，相關技術文件、圖紙已經達成交接工作。

       據此，編者對上述合作項目中的技術來源和合作模式及開發前景進行了專訪，以便大家對這項技術有更進一步的了解。

       二、雙膛豎窯的發展與目前應用狀況

       雙膛石灰窯是由奧地利人發明的，我國雙膛豎窯技術原為引進于瑞士麥爾茲歐芬堡公司，*早在20世紀80年代由冶金部引入中國，在國內俗稱為“麥爾茲窯”。該石灰窯從生產效率、占地面積、節能環保、經濟效益等多方面都處于世界領先水平。 

       “并流”和“蓄熱”是其主要特點，并流蓄熱式雙膛石灰窯有兩個窯膛，兩個窯膛交替輪流煅燒和預熱礦石，在兩個窯膛的煅燒帶底部之間設有連接通道彼此連通，每隔一定時間換向一次以變換窯膛的工作狀態。在操作時，兩個窯膛交替裝入礦石，燃料分別由兩個窯膛的上部送入，通過設在預熱帶底部的多支噴槍使燃料均勻地分布在整個窯膛的斷面上，使原料礦石得到均勻的煅燒。燃料使用的是流體燃料，如煤氣、油、煤粉等均可。在原料應用上，這種窯型擁有更寬的粒度選擇范圍，能夠煅燒30—100mm的粒度，這個特點在中國石灰石資源變得越來越少的情況下顯得更為重要。

       主要特點及經濟指標：

      1、氧化鈣品質好，生過燒率低：

     由于采用雙膛窯體交替煅燒生產、使煅燒時間更長、產品均質性更好，氧化鈣含量可控制在：88%～94%范圍，產品生過燒率可控制在：5%以下。

      2、 CO2殘留率低，產品活性度高

      由于采用燃料及助燃空氣從窯體上部送入，煅燒火焰流在煅燒帶與礦石并流。在所有豎窯中，雙膛窯的并流帶*長，由于長行程的并流煅燒，石灰質量很好：殘余 CO2<1.5%，活性度可以保證在 370ml4NHCl， 10 分鐘（產品質量主要取決于原料的情況）；

3、能耗低，運行成本低：

     由于兩個窯身交替換向操作，廢氣直接預熱礦石，熱量得到充分利用，單位產品熱耗*低，熱回收率超過 83%；其熱損耗可以到800-890Kcal/kg(3350-3720kJ/kg)；*低的熱耗意味著*低的運行成本，比如：采用煤粉生產時標準煤煤耗為每噸石灰產品 114kg－120kg 的煤，與傳統的老式豎窯相比，每噸石灰產品節約燃料能耗至少在20-40kg。

        國外引進的并流蓄熱式雙膛石灰窯的缺點：

 雙膛窯為正壓窯，制約石灰窯產量的不僅有煅燒帶溫度，還有系統的壓力，在低熱值燃料的石灰窯中，系統壓力是制約產量的主要因素。

 雙膛窯有連接通道，通道的通透性是影響生產的重要因素。通道通透性的兩個重要因素為氣體流量和通道溫度。通道內氣體流量越大，氣流速度越快，通道越容易堵塞。其機理在于：高流速、高流量的氣體會將大量粉塵帶入通道內，并積留在通道角落里，時間一長，便會結塊堵死；通道溫度越高，會加速通道內積留粉塵燒結在一起，通道越容易堵塞。

       當生產中使用煤粉作為燃料時，不會對系統造成壓力、通道通透性方面的負面影響。氣體燃料中，當燃料熱值不低于2400kcal•Nm時，不會對系統造成壓力、通道通透性方面的負面影響。而當氣體燃料熱值低于2400kcal•Nm－3時，則會在一定程度上加速通道堵塞，提高系統的整體壓力，導致系統不容易控制。

       三、國產化雙膛石灰窯的優化設計與創新

       由“中國石灰產業學會”主持開發并授權“唐山金泉冶化科技產業集團”旗下“唐山市豐南區金泉冶金能源新技術開發有限公司”和“唐山金泉成套設備有限公司”獨家開發的“新一代國產化雙膛豎窯技術”和“新一代煤電一體化雙膛豎窯技術”經過多年研究、改進、提升，綜合了國內多家雙膛豎窯的實際使用情況和建議，作出了大量的修改和創新，使之更適應國內的實際生產情況。目前該項技術已經開始正式推廣應用：

      該項技術在保持了原傳統雙膛豎窯的工藝結構和特征外，主要做了如下工藝改進及創新：

1、簡化原料上料系統：

簡化原料上料系統，采用窯前料倉直接上料，上料過程中實現石料篩分、清洗、石料分級入爐，可節約原料系統投資40%-50%。

2、優化煤粉噴吹和點火系統：

       1）噴煤管路壓力分配采用智能均壓分配，合理設計管路管徑，減少了氣流在管路中的波動，使氣流更加穩定，煤粉輸送和分配更加均勻，提高了窯膛內火焰分布效果，提高了產品質量。

       2）改變傳統的煤粉分配器機構，由盤式分配器改為空腔的立體空間噴吹結構，噴吹精度高，噴吹穩定，不會因物料特性的改變和窯內壓力的波動而受到影響；

       3）獨特的旋轉給料結構設計，保證了噴煤系統平滑無波動，確保了煤粉在管道內均勻穩定噴吹，不堵塞；

       4）選用獨特的具有自保護功能的噴槍，能夠自由調節噴頭伸入位置，降低故障率，提高噴槍的可控性能和使用壽命。解決了傳統噴槍噴頭持續裸露在窯體內噴頭持續經受氣流沖刷而造成噴頭磨損嚴重、壽命較短、噴頭堵塞等問題。

      5）選用新型煤粉直接點火技術，解決了傳統的雙膛窯點火燒嘴使用液體燃料，升溫慢、需要時間長，使用量大的問題，從而優化了點火和石灰窯開工操作，保證了工程質量，降低了勞動強度，縮短引燃固體燃料和石灰窯開工時間，節約點火成本。

3、設計應用新型爐頂加料裝置：

       現有傳統的雙膛石灰窯一般都采用爐頂入口旋轉料斗來進行加料，其設備整體結構較為復雜，投資成本較高，故障點多，加料過程中粉塵容易揚起，因此會污染到周圍的環境，環保不易治理。而且也導致爐頂壓力不穩定，因此難以滿足生產工藝要求。

      新型爐頂加料裝置采用分體段式密封加料方法，投資小，實用性高，完全密封，便于維護，滿足雙膛石灰窯加料及煅燒工藝需要。而且該裝置易于安裝，便于操作，適用性強，大大降低生產運行中產生的故障數量，在生產運行中處于完全密封狀態，因此完全杜絕揚塵，符合環保要求。

4、創新設計應用爐內支撐工藝：

       與傳統的石灰豎窯不同，雙膛豎窯窯體煅燒帶和預熱帶是不同直徑的筒體，所以煅燒帶與冷卻帶窯體的連接和支撐是*為關鍵的技術，也是與傳統混燒豎窯及其它直筒型石灰豎窯*大的區別。國外引進型雙膛窯的爐內支撐方式，主要以麥爾茲公司早期開發的牛腿支撐結構式和后期包括國內多家公司開發的懸掛缸式兩種結構。另外一種就是意大利西姆公司開發的角環無支撐結構方式。

      牛腿支撐的雙膛石灰，因通道阻力大，每周需停窯約2小時，用來清理中間煙氣通道，因而勞動強度大，對生產的穩定性不利。懸掛缸式結構較好地解決的環形煙氣通道堵塞的問題；但是中間通道仍需定期（15～20天）清理；而且懸掛缸設計結構復雜，制作工藝復雜施工難度大，價格昂貴；而且維修難度較大且事故發生的風險較大，嚴重者甚至會出現整體的坍倒現象。角環無支撐結構方式徹底解決了環形煙氣通道和中間通道堵塞的問題，環形通道和中間通道運行中無需清理，缺點是窯膛下部內徑增大一倍，鋼結構工程量和土建工程量增加較多；角環結構設計結構復雜，制造工藝復雜，價格昂貴，制造周期長；角環處特殊掛件和特殊耐材設計使用大量特異型磚，材質要求特殊，制造難度大，而且成本高，且不利于后續維修更換。

       創新應用的“環形導風墻支撐體結構”克服了上述現有技術的缺陷，設計了一種結構簡單、制造方便、便于現場施工的爐內支撐和導風煅燒設裝置，該項技術增加了導風墻裝置，改進了環形通道工藝降低了環形通道的阻力，提高了熱煙氣在中間通道處的流速，使中間通道不易產生積灰，解決了生產過程中會在窯內或中間通道積灰的問題，確保生產的連續性。而且，同時解決了內部支撐結構冷卻的問題；而且結構簡單、不易發生故障。同時，與國外引進技術的同等結構投資相比，投資有很大降低。

       該系列窯型主要產量為：日產400噸、500噸、日產600噸三種。

       四、多功能國產化雙膛石灰窯的優化設計與創新

       由“中國石灰產業學會”主持開發并授權“唐山金泉冶化科技產業集團”旗下“唐山市豐南區金泉冶金能源新技術開發有限公司”和“唐山金泉成套設備有限公司”獨家開發的“新一代煤電一體化雙膛豎窯技術”經過多年研究，在“新一代國產化雙膛豎窯技術”的基礎上的再次優化提升，實現了多種燃料在雙膛石灰窯上的應用，進一步延伸了用戶的經濟效益。

      1、 氣煤兩用型雙膛豎窯：

       現有的雙膛石灰窯，一般是采用單獨的煤氣或煤粉作為燃料介質來進行石灰的煅燒，對于單獨采用煤氣作為燃料介質的石灰窯來說，對低熱值煤氣的利用率較低，無法充分使用低熱值煤氣（如：高爐煤氣），而對于單獨采用煤粉作為燃料介質來的石灰窯來說，需耗費大量煤粉，生產成本較高。

      “新型氣煤兩用雙膛豎窯”設計了氣煤混燒功能，能夠有效實現煤氣和煤粉的雙燃料混合燃燒，實現石灰窯燃料介質的多樣性，利于提高石灰窯的使用率和適用范圍，提高低熱值煤氣的利用率，節約燃料的使用成本。

       該項技術主要是利用了二氧化碳氣體及氮氣等惰性氣體與通過煤粉噴槍與煤氣噴槍的設計組合，使煤氣和煤粉的雙燃料混合燃燒，實現了石灰窯燃料介質的多樣性，提高了石灰窯的使用率和適用范圍。該窯型也單獨可以使用單一的煤氣或煤粉時作介質進行生產。

        2、天然氣型雙膛豎窯：

       天然氣清潔高效且供應充足，是目前*合適的的雙膛窯替代燃料。天然氣雙膛豎窯與噴煤粉的雙膛豎窯工藝結構基本相同，只是燃燒系統（包括噴吹和燃料輸送）工藝不同。目前已得到應用的雙膛窯天然氣燃燒系統工藝是國外研發的，天然氣燃燒系統改造技術方案投資高而且技術壟斷。因此，開發我國自主的雙膛石灰窯的天然氣燃氣裝置是十分必要的。

       新設計的天然氣燃燒系統由天然氣燃氣輸送管路，供氣站、調壓裝置、流量調節裝置、安全保護裝置、燃氣環管、冷卻風管環管、高壓蒸汽管道、高壓惰性氣體管道、噴槍、點火裝置、燃燒調節裝置、噴槍支架、噴槍組成。爐內噴槍有多根噴管組合平行排列，多根噴管組成一個燃燒裝置，多根噴管在燃燒裝置內均布，燃氣裝置環管環繞在燃燒裝置體外圓周。

      該項裝置實用新型結構簡單，采用的設備數量較少，生產過程中故障率低，采用自動化控制，操作維護簡單便利，崗位工作人員需求少；而且整體施工周期短，投資費用相對降低很多。

       該系列窯型主要產量為：日產400噸、500噸、日產600噸三種。

       3、混料式豎窯改造為雙膛豎窯：

       目前，由于我國燃料結構特征所限，豎窯的主要生產窯型還是以固體燃料為主的混燒石灰豎窯為主，貢獻了超過70%的產量。但是，由于我國經濟轉型發展和生態文明建設的步伐加快，部分普通混料式豎窯生產工藝及裝備的生產能力、節能降耗、環境保護和自動化控制等方面已經不符合國家對石灰行業綠色發展的要求，技術進步及結構調整和淘汰落后豎窯窯型的步伐已經明顯加快，普通混料式豎窯窯型及裝備技術升級、更新換代的時刻已經來臨。

      但是如果將此類普通豎窯拆除替換全部拆除，則會浪費大量的資源或者耗費大量資金，甚至有可能使一些石灰企業受到到重創，非常不利于石灰產業的發展。如何充分利用現有混料式普通豎窯的工藝結構進行改造和利用成為目前行業關注的焦點。

       針對上述問題，*新開發出了用于“混料式豎窯改造為雙膛豎窯技術”，設計了多種普通豎窯改造為并流煅燒和逆流蓄熱的豎窯裝置及其改造方法，采用合并兩座單筒豎窯爐體結構，增加高溫煙氣流通裝置、燃料輸送裝置、爐外操控裝置、爐內燃燒裝置、雙向氣流流通裝置、高壓清掃裝置等，從而改變以往的生產工藝，保證產能和產品質量的同時，實現節能環保；并且不需要拆除原有的普通石灰豎窯，很大程度的降低了投資。該項裝置可使用煤粉噴吹和使用燃氣生產。

      目前，唐山金泉公司從2019年開始推廣應用的“第四代煤電一體化石灰豎窯工程”全部預留了用于改造為“雙膛豎窯”部分工藝接口，其中*重要的窯型結構部分、包括爐底雙向供風裝置及窯體土建基礎等都已經按照“雙膛豎窯”的工藝需求設計建造，極具改造利用價值。

      值得說明的是，除唐山金泉公司“第四代AHA復合窯型”及部分金泉公司“第三代窯型”可以改造外，由于改造工藝所限，目前其它可以改造的窯型主要為“直筒型”結構豎窯，“花瓶型”豎窯不可以改造。而且需要具備兩座窯為同軸線連體結構或者兩座窯中心距在可連接范圍之內等條件才能夠實施改造。

       該系列改造窯型主要產量為：日產300噸、日產400噸兩種。

      4、煤電一體化雙膛豎窯的開發應用：

      該項技術是*新國內自主研發的新一代煅燒石灰技術，重點研發的方向是針對現有技術的空白，利用石灰生產中產生的二氧化碳氣體進行發電及利用電能煅燒石灰，把石灰生產中的二氧化碳氣體全部收集并循環利用，實現二氧化碳“零排放”，該技術關鍵點是解決目前煅燒石灰普遍采用燃煤為燃料的狀況，符合國家節能環保要求及“碳中和”和國家新能源利用的發展方向。

      該項生產石灰系統設計為“雙膛”或“多膛”，其中除具備傳統“雙膛窯”的“并流”和“蓄熱”功能外，重點增設了“電能轉換蓄熱膛”，采用電加熱產生熱風高溫空氣來煅燒石灰，包括“電燒蓄熱膛、“高溫無焰燃燒裝置”等。發明的關鍵點是把上述“雙膛豎窯”不同功能的工藝裝置設置在一個組合體內，形成一個完整的加熱、并流、蓄熱、煅燒一體化的新型多功能爐體。該項發明解決了采用電能生產石灰時電能所轉換的熱能無法直接加熱被加熱體，而且無法把熱能儲存及無法精確控制熱負荷和熱風溫度的問題，將各個不同功能的生產單元體依據具體的需求進行組合，其不僅可以通過把電能轉化的熱能用蓄熱方式進行能量儲存和熱量收回再利用，還可以在爐內向燃燒室直接提供高溫空氣，實現高溫空氣燃燒。

       該項發明為上述“雙膛豎窯技術”的進一步延伸和深化，以便實現更多電燒石灰的方法。目前，“唐山金泉公司”已經完成多項工業實驗并完成了多項專利申請工作，隨著技術的不斷完善和成熟，該項技術將逐步應用到“燃煤雙膛豎窯”上面，在以燃煤或燃氣的生產工藝基礎上增加電電燒功能，*終目標實現獨立電燒”的功能。

           資料編輯：

    中國石灰產業學會

            孫  菲

         2021.01.20