石灰生产技术“爆品”再现！行业专家全方位精准解读！

                                                        石灰生产技术“爆品”再现！行业专家全方位精准解读！

                  一、编者导语

     让科研、生产两个“轮子”高频率同步转动，走科研融合生产，相互碰撞、互为作用的发展之路，这是唐山金泉公司近年来一直探寻的全新课题。唐山金泉公司以与“中国石灰产业学会”联合建立的企业研究院为依托，将科研与生产紧紧融合在一起，不断完善科研生产一体化的具体形式，加快推进石灰行业绿色低碳转型升级的实施，通过创新提高生产工艺和产品的品质，并加大绿色发展相关新技术的研发投入，不断提升市场竞争力，努力建设先进石灰生产领域国际一流科技型企业。

    “唐山金泉冶化科技产业集团”旗下“唐山市丰南区金泉冶金能源新技术开发有限公司”和“唐山金泉成套设备有限公司”始创于1989年，自1992年研发国内首座高炉煤气气烧石灰窑（正压）以来在探索创新之路上步履不停，在研发创新和绿色制造技术突破上取得一系列重大成果。

      2022年06月06日，迎来了唐山金泉公司集团化运营第15个年头，在相关纪念活动中再现石灰生产新技术“组合拳”，发布了多项石灰行业全新研发成果以及石灰行业全产业链发展的新思路、新方案。其中，以“第七代新型节能环保内置燃烧器型（TMS）石灰竖炉技术”为代表的新一代生产技术全方位诠释了新形势下的石灰生产发展方向。该项技术已经获得国家专利权益保护和行业推广证书，正式命名为TMS型石灰竖窑。

    据悉，中国石灰产业学会专委会副秘书长孙武生受邀全程参加了相关活动，并进行了为期十天的调研活动，全方位跟踪调研了唐山金泉公司“第七代新型节能环保内置燃烧器型（TMS）石灰竖炉技术”（以下简称：第七代技术）项目研发进展及示范项目建设情况。为此，编者同步与其连线交流，深度了解了该项技术的发展渊源和如何破解核心技术难题和进行关键产品技术攻关等实施进程情况，以及如何进行示范项目推进和产业优化布局等措施的推进。

 

 二、调研实录

   以下资料以编者与孙副秘书长问答的形式编辑，内容顺序有调整和重新修正编辑。

1、问：“第七代新型节能环保内置燃烧器型（TMS）石灰竖炉技术”的主要特征是哪些？

答：该项技术主要是根据在当前“双碳”和“禁煤”背景下石灰行业在石灰生产中如何使用传统能源与清洁新能源生产以及传统石灰窑石灰生产技术如何实现产品增产、提质、节能环保的重大技术提升和改进。该项技术主要实现了竖窑石灰生产的“燃料多结构、生产方式功能多样化”等特征，如：实现了气煤两用、高热值煤气与低热值煤气混用、天然气生产石灰大型化、低热值工业尾气高产能化、生物质气燃气与生物质颗粒应用、二氧化碳气体回收循环应用、二氧化碳回收工业化应用等关键技术。

2、问：这项技术是国外引进技术还是我们国内的创新技术？

答：从这个技术原理来看以及中国石灰产业学会存档的《中国石灰产业发展年鉴》记载，该项技术原理在五十年代苏联援建中国的技术中就有该类技术原型，只不过那时是天然气竖窑，而且是60吨以下的小型竖窑，而且当时我国天然气极度缺乏，该项技术没有得到推广应用，所以，该项技术的原型和气烧竖窑煅烧理念确实是国外*早出现的，这个是有记载的。

    但是，该项技术的发展和普及应用及低热值煤气的应用技术确实是咱们中国技术人员的创新，比如来自于河北省唐山市刘教授的TGS窑型就是这种这术创新发展的典型实例，也就是大家所熟知的“中心烧嘴窑”，该项技术主要是针对国内采用高炉煤气等低热值煤气生产的石灰竖窑窑型容积小、产量低（单窑日产80-120吨）等问题而设计的。该项技术在2005年就已经形成技术雏形和多座示范项目，发展至今已经超过15年了，国内主流技术已经发展至“第五代”，在国内的应用业绩应该超过了150座（包括其它公司类似窑型业绩，非完全统计）。

3、问：与国外技术相比该项技术在国内的创新点是哪些？

答：从目前国内的*新应用信息来看，该类技术的发展应用极具潜力，比如：典型的涟钢日产600吨活性石灰项目和近期首钢日产800吨活性石灰项目的相继投产和顺产、达产，充分彰显了该项技术的应用前景，尤其是首钢日产800吨项目成功实施，表示着该项技术已经达到国际领先水平。从某些方面已经超过了国外引进的双膛石灰窑技术。例如：双膛石灰窑如果从采用喷煤燃料生产角度来无论是产能和能耗等优势是其它窑型不可比拟的，*大产能也可以达到700-800吨范围。但是，从使用高炉煤气等低热值煤气等燃料生产情况来看，其日产量*高只有470吨。而且是两个窑膛的产量，按照单膛单位产能计算只有230吨。所以，从这方面来讲，双膛窑劣势凸显。所以说，我国的这项创新技术单膛窑的产量已经就超过了双膛窑的产量，而且石灰品质已经可以与其媲美，综合能耗也低于其指标，也大幅度降低了投资。

4、问：唐山金泉公司*新“第七代新型节能环保内置燃烧器型（TMS）石灰竖炉技术”具体的创新点是哪些？有何优势？

答：刚才我们主要谈了该项技术原型和该类技术的发展优势，但是大家可能忽略了其关键点是燃料结构，也就是说，无论其技术和指标多么先进，但是其重点是应用低热值煤气（高炉煤气，热值在750-800大卡范围）的前提下，或者说，该项技术只有在钢铁行业才*具发展潜力。我国80%左右的石灰生产企业是没有高炉煤气气源的，都还是采用煤炭等传统能源生产，所以，如何实现燃煤石灰生产技术的过渡和提升，如何突破石灰生产的能源结构才是当前行业发展迫切需要的。

   唐山金泉公司的这项新技术就是在上述技术原理上的再次突破和创新，把现有技术的特点与传统石灰生产技术有机结合，使传统意义上的“中心烧嘴石灰窑”技术应用范畴更广泛更加实用，更加有利于工业化普及应用。

   从专利资料和施工图纸及现场应用数据显示，从其创新点上来看主要有以下五方面特征：

（一）、实现低热值煤气生产石灰低耗高产的目的：

    通过发明创造的新型炉外周边燃烧装置、炉内中心喷吹装置、炉内中心燃烧装置、炉内空气预热装置、炉外三级预热技术、燃气两级预热技术、燃气压力调节装置等措施与碳循环工艺有机结合，能够很大的提高低热值燃气的燃烧值，使产能更容易提高和达到节能效果，尤其是节能效果更加，比传统周边式烧嘴的燃气能耗低40%以上。例如：当使用纯高炉煤气时石灰热耗：890～980kcal/kg灰；使用气煤混烧时石灰热耗830～950kcal/kg灰，此项指标已达到世界领先水平；使用中低热值燃料（如热值在1000～1200kcal/Nm3的转炉煤气、发生炉煤气、生物质燃气等）时石灰热耗：870～950kcal/kg灰；使用天然气等高热值燃料时：850～970kcal/kg灰；

（二）、实现了真正意义上的“气煤两用”石灰煅烧工艺：

    传统意义上的“中心烧嘴石灰窑”以燃气结构为主，当气源不足时可以少量配加一些燃煤进行热能补充，这只是一种燃料修正或补充的操作方式，不是真正采用了独立的燃气或燃煤进行生产。“第七代新技术”采用的是双燃料独立煅烧工艺，当气源短缺或停供时，可以独立使用煤炭生产，尤其是布料设备和出灰设备都是设计的双系统功能。特别是炉内中心燃烧装置有别于传统意义上的“中心烧嘴石灰窑”的固定式中心烧嘴，采用的是组合式可拆卸燃烧装置，当长期采用煤炭生产时可以拆掉该装置，既可以有效保护该装置也达到了燃煤石灰窑的炉内布风工艺要求。

（三）、实现高热值燃料竖窑大型化功能：

   比如，当采用天然气等高热值燃料生产石灰时，由于热值高、火焰短、不易操控等原因致使竖窑的内径不能扩大，致使产能较低，大部分天然气竖窑单窑日产能在60-100吨范围。采用了“第七代新技术”的内置燃烧器工艺后，可以达到扩大窑体内径的效应，而且在炉内设置二氧化碳气体回收装置进行二氧化碳气体循环利用，利用二氧化碳灭火阻燃原理达到当使用天然气等高热值燃料时降低其燃烧反应速度的目的，使燃烧系统操控更加方便，目前该项技术使用天然气生产单窑日产能已经达到300吨及以上产能。

（四）、实现不同热值燃料共用生产：

   能够实现在炉外燃烧装置使用高炉煤气和在炉内燃烧装置使用转炉煤气、焦炉煤气生产，以及在炉外燃烧装置使用天然气燃料和在炉内燃烧装置使用生物质气燃料生产，实现两种不同热值的燃料在不同装置中燃烧在同一区域内供热的混合燃烧供热方式，解决了高热值燃料和低热值燃料混合困难以及不能直接混合后燃烧的关键性问题。同时，还实现了炉内燃烧装置喷吹生物质粉燃料的功能，使煅烧石灰的燃料成本进一步降低，尤其是与天然气燃料组合应用更具降低燃料成本的优势。

（五）、环保方面的优势：

   在使用同等原燃料条件下，吨灰总废气量和废气含氧量大幅降低，炉顶废气含氧量仅为2%～5%，彻底避免了排放物含氧量折算的困扰。而且由于以含硫很低的工业尾气和清洁燃料为主，含硫量都极少，不需投资建设脱硫设备，就可达到超低排放标准，也节省了脱硫的运行费用。同时，由于煅烧带极限炉温≤1250℃，且高温带较短、氧气浓度低，而且窑顶废气多级循环余热利用，有效的消除了产生热力型硝（NOX）的热力学条件，因此不需投资建设脱硝设备，就可达到超低排放标准，也节省了脱硝的运行费用。

5、问：从技术角度讲，“第七代”技术都采用了哪些先进工艺技术和装备？

   严格意义上讲，“第七代”技术与前六代技术相比，主要关键设备都全部进行了改进和提升，包括窑型结构等都做了重大改进，可以从以下几个方面体现：

（一）、窑型结构：

    窑型内腔采用了“AHA仿形”结构，有效延长了预热和冷却时间，适应了石灰导热系数低和燃料燃烧的特点，减少了预热带和冷却带的气流阻力。窑体结构采用多椎体圆台与直线型结构组合应用，通过中心燃烧装置与窑璧的形状组合，改变了燃烧气流直线走向，气流向中心区域辐射，使流向煅烧带中心的气流（火焰）流量增加了30%以上，使窑中心部位热能更加充裕，同时减少了煅烧带窑壁周边同等流量的风量。有效的降低了“窑壁效应”和煅烧带“棚料”、“悬料”等效应。

（二）、布料系统：

    由于“第七代”技术重点技术方向是气煤两用和高热值燃气的应用，所以设计应用了“新一代多级复合筛分倾动旋转布料器”成套装置，能够实现炉内物料筛分、旋转、提升、倾动、布料等“五项合一”的功能。可以把不同粒度的石料通过多级复合旋转筛分体和倾动布料装置在炉内进行复合分级筛分及定点布料，可以把石料按照不同粒径根据炉体圆周半径进行差别化布料。布料方法创新采用了两级反向“三环布料法”，在使用煤炭燃料时实现石料块度大小从里向外有序布置，达到增加窑中心风量和减少窑壁效应的目的。在使用燃气燃料时实现石料块度大小从外向里有序布置，以增加周边烧嘴的火焰穿透力的目的以及达到窑内中心小颗粒石料煅烧时间短的目的，使炉内通风阻力更均衡、热量分配更均匀，石料煅烧时间更趋一致。

（三）、新型燃烧系统的应用：

   炉体煅烧带燃烧系统采用炉外周边烧嘴与炉内中心燃烧装置组合应用的方式。炉外周边烧嘴燃烧稳定可靠，寿命长不回火，火焰穿透能力强。采用多级复合组合方式，通过高速、亚高速、常压等压力和流量的控制，实现燃烧器火焰在不同区域达到长焰、短焰互补燃烧，使炉内燃烧气氛更加充分。

    新型炉内中心燃烧装置燃烧功率达15～28GJ/h。为焙烧带中心提供了强大的中心火焰，使炉内中心热能供应更加均衡，解决了传统周边式烧嘴式燃气竖窑因窑体内径过大时热能无法达到炉中心而造成的产量低、石灰生烧率高的问题。与传统周边烧嘴石灰窑内径不能大于3m相比，中心烧嘴石灰窑内径目前已经可以超过6m，可见，中心烧嘴技术的提高是该项技术中*关键的地方。

（四）、出灰系统：

    由于中心烧嘴石灰窑的煅烧方式和结构特点，如何实现炉内料面均匀下料具有关键意义，而传统意义上的螺锥出灰机、圆盘出灰机、行星出灰机、振动出灰机等都无法应用。

    新设计应用的“减量称量式多通道旋转出灰机”成套装置，可实现多通道多点平稳下料，可单点或多点调控炉内料面的下降速度和下料量，实现分级多点卸料，快速有效解决下料不均及偏料现象，可定点、多点排料快速解决窑内的偏烧、偏料现象，而且出料时料柱阻力均匀、排料顺畅。其关键点是实现了精准称量下料，使每个下料通道都有独立的称量下料装置来获得每个下料批次的下料量，通过每个石灰卸料通道的下料量和料温等数据判断炉内料面的下降情况，当出现异常时，通过采用减量法控制单个或多个卸料通道的下料量来调整局部或整个料面。该装置设计了自动控制仪系统，可自动根据每个批次的石料上料量综合煅烧温度和时间，自动保持固定的下料量，有效的提高了卸料精度。该项功能是实现气煤两用煅烧石灰时处理由于不同燃烧温度产生的单位时间内不同下料量的关键功能。
 

6、问：如果从经济效益角度来看，“第七代”技术有哪些特点？

答：无论是前六代技术还是“第七代”技术，都是以提高产品品质和增加经济效益为*终出发点的。其经济效益一方面体现在石灰生产用户生产成本上，另一方面体现在石灰用户方面。从石灰生产用户方面讲，传统周边烧嘴竖窑每吨石灰高炉煤气用量在1800-2200m³范围，而中心烧嘴石灰窑每吨石灰高炉煤气用量仅在1250m³以下，吨灰可以节省500m³以上，按照煤气发电成本计算至少可以增加效益80元以上。从石灰用户方面讲，传统的中心烧嘴石灰窑主要应用于钢铁行业，尤其是当生产优质炼钢石灰时其经济效益是显而易见的。通过行业数据显示：石灰质量稳定性、活性度高低、钙含量高低（生过烧率越低钙点越高）、石灰粒度均匀性和强度等因素与吨钢灰耗的关联度很大。目前有的钢铁企业采用中心烧嘴石灰生产的石灰全年总平均吨钢灰耗仅26.3kg/t钢，而全国平均吨钢灰耗在43.8kg/t钢，也就说可吨钢降低了石灰用量17kg以上，按照石灰价格600元计算就是10.2元，按照百万吨级炼钢产能计算，一年就可以节省1000万元，其经济价值非常显著。所以说，有的钢铁企业已经充分认识到，只要能实现将吨钢灰耗降低15kg/t钢的目标，钢铁企业将石灰目前的价格再提高200～400元/t灰，在经济效益上也是合算的。

    同时，我们从另外一个角度也可以看出该项技术的经济性，比如：虽然国家推广使用天然气等清洁燃料生产石灰，但是，以目前的天然气价格国内平均价格3.5元计算，吨灰天然气成本接近400元，显然大部分用户还很难接受。但是，剧测算，按照目前国内部分地区的木材下脚料价格计算，生产一吨石灰所需的生物质燃料制气成本仅在150-200元范围，如果采用生物质气+天然气的方式就可以把燃气生产成本降低至吨灰成本250元左右。如果单独使用生物质气生产与目前采用煤炭（无烟煤出厂价格1500元左右）生产石灰相比，至少也可以降低80元以上。

   综上所述，在同等生产条件下，中心烧嘴窑的吨灰生产成本至少可比其他窑型节约40～90元/吨灰是可以实现的。

7、问：“中心烧嘴石灰窑”是不是与传统的“对烧套筒窑”原理一样？有哪些区别？

答：从煅烧原理上来看，有一些接近的原理存在，但是，从本质上也有很大区别，比如：对烧套筒窑占地面积大，窑内套筒内部设备安装、检修非常困难。而且，由于窑内部套筒占用了大量的预热带和煅烧带的面积，使石料预热温度低、无法充分利用烟气余热能耗，造成煅烧时间长、能耗偏高。其产能也一直无法提高，实际投入使用的只有日产170吨的烧嘴式对烧窑，日产300吨的内外燃烧室型对烧石灰窑由于燃烧室的结构无法达到正常石灰煅烧温度的工艺要求，燃烧室耐材一般在1.5年就需要大修，而且大修周期很长，同时综合能耗也偏高。而且，国内应用的所谓“对烧套筒窑”在实际生产中很难做到“对烧”，尤其是窑内套筒的烧嘴或燃烧室因窑内环境恶劣无法实现正常人为操作，尤其是有煤气泄露时存在重大安全隐患，这种窑型应用较少没有推广普及，而且已经逐步退出市场。

    所以，“中心烧嘴石灰窑”就是改变和提升了此类对烧窑的工艺缺陷，仅一个单膛窑体就实现了高产化生产，而且在窑体外部就实现了窑内和窑外的燃烧系统操作，内部燃烧装置简单、实用、易维护、拆装方便，而且投资低，性价比高。

8、问：传统的“中心烧嘴石灰窑”与“第七代技术”相比哪个更好？

答：无论第几代技术都有它的使命和技术特征，虽然是不断的在技术进步和改进提高，任何技术没有“*好”只有“更好”，也就是说，适用就是*好的。比如：“前六代”技术从应用高炉煤气等低热值燃料的特点来说，更具优势，从其生产应用结果证明：不仅技术理论可行，而且在市场上、经济上具有很强的竞争力。

   而“第七代技术”是从多燃料结构、气煤两用等特色工艺为出发点，力争为国内传统燃煤石灰竖窑找到一个改进和提升的突破口，实现转型升级，所以，从这个角度来讲“第七代技术”应用前景更广更阔。

9、问：“中心烧嘴式石灰窑”是否比双膛石灰窑更先进？

答：这个没有直接的对比性，这两种技术各有特点，也是两个不同的石灰生产方式，比如：双膛竖窑的节能原理是“蓄热”，也就是利用两个窑膛转换蓄热，其蓄热原理是采用物料为蓄热体进行的，也就是说采用延长物料在炉内的停留时间进行蓄热达到节能效果。“中心烧嘴式石灰窑”是通过烟气余热把助燃空气和煤气加热温适宜的煅烧温度，达到提高低热值燃料热值和燃烧温度及缩短物料煅烧时间的目的。比如，可以把助燃空气加热至500℃左右，把煤气加热至300℃左右，这个是双膛石灰窑无法做到的，这也是重要的蓄热原理区别。从这个原理上讲“中心烧嘴式石灰窑”更具优势，毕竟一个窑膛就可以达到节能和高产的目的，双膛窑需要两个窑膛才能达到蓄热节能的目的，无形中增加了一倍的投资。

    从燃料应用结构看，双膛窑只是采用喷煤时各项指标*优，采用低热值燃气燃料时节能效果和产能很差，也是其主要缺点。而且，从目前国家产业政策来看，采用煤炭生产已经严控和逐步缩减和淘汰，无论哪种窑型只要是采用煤炭为燃料都没有发展前景，这个是必然。目前有很多钢铁企业采用喷煤的双膛窑已经被政府要求停产改为燃气生产。唐山金泉公司在去年推出的“煤电一体化双膛窑”系列专利技术就是着重解决双膛竖窑燃料结构缺陷的问题，该项技术的推出将逐步化解和完善这些缺陷。

10、问：“中心烧嘴式石灰窑”是否也可以喷煤？

答：从唐山金泉公司“第七代技术”技术原理来看，其关键核心技术也是“窑内中心燃烧装置”，但是在这里需要强调的是，虽然名称是“燃烧装置”，实际上该装置并不是直接燃烧，而是补充窑内中心部位的燃料及改变燃料燃烧气流的走向，达到炉内热能更加均衡，这也是该项装置能够喷吹生物质粉的原因。从这个原理上来看也应该可以达到喷煤功能，但是我们在调研过程中没有发现应用喷煤的案例，所以这里不做重点评价。同时，从另一方面来说，“第七代技术”重点是以解决不用煤炭燃料为发展方向，所以是否有喷煤的功能意义不大。

11、问：“第七代技术”是否有二氧化碳回收工艺？

答：石灰窑二氧化碳回收及工业化应用是近年新增的国家产业政策，国内部分地区已经是新建项目的必上配套项目。这个技术是“中国石灰产业学会”与唐山金泉公司合作开发的重点科研项目，唐山金泉公司是国内首创石灰窑二氧化碳回收发电电烧石灰系列技术的始创公司。本年度重点推广应用“第七代技术”也是和这项技术有关，所有推出的“第七代技术”窑型均保留了回收二氧化碳工艺接口和装置。尤其是“第七代技术”采用的是负压操作方式，更加适合二氧化碳气体回收应用，这个是其它有些窑型不可比拟的，比如：双膛石灰窑生产中的几十千帕的“正高压”生产工艺是很难达到二氧化碳回收工艺要求的。

12、问：目前“第七代技术”的应用情况和在建项目都有哪些？

答：通过实地跟踪调研，该项技术在今年首推后，就受到了市场非常高的关注，各地新建项目陆续开工建设，截止目前，已经设计规划的省级示范项目有11个，已经开工建设的项目有8座石灰窑，主要分布在陕西省、山西省、甘肃省、辽宁省、黑龙江省以及新疆、宁夏等地区。这些已经开工项目将在本年度11月底前全部完工投产。具体项目信息大家可以联系唐山金泉公司进一步了解详情。
 

三、编者后语

    长久以来，国内先进的石灰生产技术被少数几个国外公司掌握在手中，并且，它们还对外拉开了一条严密的技术封锁线。所以，不管任何行业，真正的核心技术是“买不来、要不来、求不来”的。虽然彼时我国石灰产业生产技术比较落后，好在，中国石灰行业从业人并没有放弃，在多年的不断努力之下，我国终于在这一领域实现了突破。其中，唐山金泉公司是这场攻坚战的排头兵之一。在其推动下，石灰生产技术实现了从落后到领先的逆袭。“第七代技术”的推出，为传统石灰生产工艺实现绿色转型和技术升级提供了有力的保障。同时，这也体现出我国高附加值石灰产业的进步，是我国石灰产业转型的又一个优秀成果。

    今年是唐山金泉公司的“第七代技术”的应用元年，我们可以看到，在目前疫情及经济环境严峻形势下，该项技术仅仅推出不足半年时间，就在国内六个省市建立了示范工程项目，可见，该项技术受到了市场广泛认可，投资热情再次涌现。我们从一个行业角度来讲，把该项技术称为“爆款产品”是不为过的。

   在接下来，我们有理由相信，中国石灰产业将继续向高端迈进，产品的附加值和竞争力必将进一步提高。我们也期待，中国石灰产业能有更多好消息传来。

   后续相关调研结果将陆续发布。。。

资料编辑：

中国石灰产业学会

孙菲

2022年06月17日

现场调研掠影：