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(山西陽煤電石化工有限責(zé)任公司，山西 晉中 045300)

對(duì)無焰燃燒技術(shù)的原理進(jìn)行了分析和闡述，并對(duì)陽煤套筒窯的產(chǎn)量、石灰質(zhì)量和熱耗進(jìn)行了分析對(duì)比。結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)無焰燃燒技術(shù)后，熱耗大大降低；實(shí)際熱耗約為3 600.648 kJ/kg(860 kcal/kg)，比相似工況的環(huán)形套筒窯節(jié)約10%左右能量。

無焰燃燒；環(huán)形套筒窯；熱耗

根據(jù)山西省煤化工產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃，山西陽煤電石化工有限責(zé)任公司100萬t/a電石項(xiàng)目(一期40萬t/a)被作為山西省電石工業(yè)重新布局的啟動(dòng)項(xiàng)目。因此,本項(xiàng)目不僅擔(dān)負(fù)著滿足集團(tuán)公司所屬氯堿公司和三維集團(tuán)等對(duì)電石需求的重要任務(wù)，而且承擔(dān)著加快優(yōu)化全省電石工業(yè)布局、調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要使命。項(xiàng)目嚴(yán)格按照發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能最大化和生產(chǎn)清潔化的總體方針，采用國(guó)內(nèi)單臺(tái)產(chǎn)能最大的40.5 MVA全密閉電石爐、干式凈化除塵回收煤氣系統(tǒng)、無焰燃燒新型環(huán)形套筒窯和計(jì)算機(jī)集中控制管理系統(tǒng)等國(guó)內(nèi)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，有效減少尾氣排放，并對(duì)尾氣回收再利用，節(jié)能降耗效果明顯。

特別值得注意的是，山西陽煤電石化工有限責(zé)任公司與江蘇中圣園科技股份有限公司合作，在國(guó)內(nèi)外電石行業(yè)中率先建成了應(yīng)用無焰燃燒技術(shù)的新型環(huán)形套筒窯。該窯型具有非常顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：1) 可以回收電石爐氣作為燃料。根據(jù)測(cè)算，正常工況下，每噸電石可回收約430 m3粗煤氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，以下同)，每臺(tái)電石爐產(chǎn)煤氣量為3 000 m3/h～5 000 m3/h，每臺(tái)電石爐可回收利用的煤氣量約3 600 m3/h，6臺(tái)電石爐可回收煤氣總量約21 600 m3/h。電石爐年作業(yè)天數(shù)為330 d，則年回收煤氣量為1.72億m3，折合標(biāo)煤60 000 t。正常工況下，5臺(tái)電石爐的發(fā)生煤氣即可供應(yīng)環(huán)形套筒窯的燃料需求。2) 應(yīng)用無焰燃燒技術(shù)。無焰燃燒在電石行業(yè)環(huán)形套筒窯上應(yīng)用屬國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。根據(jù)測(cè)量，采用無焰燃燒技術(shù)后成品熱耗約為3 600.648 kJ/kg(860 kcal/kg)，比相似工況的環(huán)形套筒窯節(jié)約10%左右能量，并且最大限度降低NOx排放。

1 無焰燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介

無焰燃燒(flameless oxidation，F(xiàn)LOX)，又稱高溫低氧無焰燃燒，通常情況下需要將燃燒空氣先預(yù)熱到800 ℃，同時(shí)要保證燃燒區(qū)氧含量低于15%。與傳統(tǒng)有焰燃燒相比，無焰燃燒可降低CO2排放量，而且不會(huì)造成局部高溫的情況，爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布均勻，很好地抑制了NOx的生成，被稱為環(huán)境協(xié)調(diào)型燃燒技術(shù)。

2 環(huán)形套筒窯實(shí)現(xiàn)無焰燃燒的方式

2.1 環(huán)形套筒窯傳統(tǒng)燃燒方式

傳統(tǒng)套筒窯采用有焰燃燒方式，其弊端在于，1) 有明顯的火焰，且火焰寬窄長(zhǎng)度不均勻，容易造成局部高溫區(qū)，嚴(yán)重的會(huì)損壞耐材；2) 石灰質(zhì)量分布不均勻，溫度高的區(qū)域容易出現(xiàn)過燒情況，溫度低的區(qū)域容易出現(xiàn)生燒的情況。

2.2 環(huán)形套筒窯實(shí)現(xiàn)無焰燃燒方式的可能性

陽煤電石套筒石灰窯實(shí)現(xiàn)無焰燃燒的基本條件是，將環(huán)形套筒窯的噴射器進(jìn)行了改進(jìn)，將燃燒過的氣體引入到下燃燒室內(nèi)，稀釋了下燃燒室的氧氣濃度，同時(shí)燃燒室溫度降低，避免產(chǎn)生高溫的情況。

3 構(gòu)建無焰燃燒工程技術(shù)平臺(tái)

3.1 環(huán)形無焰燃燒石灰窯燃燒系統(tǒng)

環(huán)形套筒石灰窯溫度場(chǎng)呈圓周均勻分布，分為上、下2個(gè)燃燒室，上燃燒室屬于欠氧燃燒，下層燃燒室承擔(dān)約70%熱負(fù)荷。

3.2 高溫廢氣余熱利用

環(huán)形套筒窯窯頂廢氣的溫度在600 ℃～700 ℃，通過換熱器可將驅(qū)動(dòng)空氣預(yù)熱到400 ℃～500 ℃。為了防止廢氣中的粉灰等雜質(zhì)堵塞換熱器，現(xiàn)采用帶四點(diǎn)噴吹設(shè)備的新型列管式換熱器。

3.3 高效噴射系統(tǒng)

為了在下燃燒室內(nèi)實(shí)現(xiàn)高溫低氧的環(huán)境，利用驅(qū)動(dòng)空氣引射下燃燒室燃燒產(chǎn)生的低氧廢氣二次進(jìn)入燃燒室內(nèi)進(jìn)行循環(huán)利用，該循環(huán)利用通過環(huán)形套筒窯的高效噴射系統(tǒng)完成。

經(jīng)過石灰窯換熱器預(yù)熱后的高溫驅(qū)動(dòng)空氣，由來自下燃燒室燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c石灰冷卻空氣混合而成，兩股流體混合后在進(jìn)入噴射器之前的溫度為800 ℃～900 ℃，與400 ℃～500 ℃的驅(qū)動(dòng)風(fēng)一起通過噴射器進(jìn)入下燃燒室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)下燃燒室內(nèi)高溫低氧的燃燒環(huán)境。

3.4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

套筒窯的無焰燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了燃燒溫度場(chǎng)的均勻分布，避免了局部高溫造成的石灰過燒現(xiàn)象，最高溫度比有焰燃燒降低了100 ℃多，窯頂?shù)膹U氣也同時(shí)降低。

4 陽煤電石化工600TPD環(huán)形套筒窯煅燒質(zhì)量與產(chǎn)品單耗

4.1 無焰燃燒煅燒質(zhì)量

實(shí)現(xiàn)無焰燃燒后，環(huán)形套筒窯中，上燃燒室是欠氧燃燒，下燃燒室是充分燃燒。下燃燒室溫度較低，在1 100 ℃。但是，整個(gè)溫度場(chǎng)均勻分布，且沒有火焰。

陽煤電石石灰窯投運(yùn)生產(chǎn)以來，產(chǎn)品活性度高達(dá)410，生燒<2%，無過燒，屬于特級(jí)石灰；并且在下一步生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，生產(chǎn)相對(duì)平穩(wěn)。電石爐使用環(huán)形套筒窯生產(chǎn)的石灰后，與原先使用外購石灰比較，每生產(chǎn)1 t電石節(jié)約用電約200 kW·h。

4.2 單位產(chǎn)品熱耗

我們實(shí)時(shí)測(cè)試了570 t產(chǎn)量情況下的熱工參數(shù)。實(shí)現(xiàn)無焰燃燒技術(shù)后，陽煤電石石灰窯的窯頂溫度低，134 ℃；出灰溫度低，116 ℃；窯系統(tǒng)熱利用效率高，計(jì)算次工況下單位產(chǎn)品實(shí)際熱耗約為3 600.648 kJ/kg(860 kcal/kg)，比相似工況的環(huán)形套筒窯節(jié)約10%左右的能量。

5 結(jié)論

1) 通過對(duì)環(huán)形套筒窯的技術(shù)改進(jìn)，將無焰燃燒技術(shù)成功地應(yīng)用到陽煤電石化工600TPD環(huán)形套筒窯上。目前，窯況穩(wěn)定、產(chǎn)品熱耗低、石灰活性度高，是國(guó)內(nèi)首座成功應(yīng)用無焰燃燒技術(shù)的600 t/d的套筒石灰窯。

2) 陽煤電石化工利用電石爐副產(chǎn)品作為套筒窯的燃料，套筒窯的產(chǎn)品——石灰作為電石爐的原料，自給自足，形成一套循環(huán)利用系統(tǒng)。通過無焰燃燒技術(shù)在環(huán)形套筒窯上的應(yīng)用后，電石氣的熱能利用率大大提高，5座電石爐產(chǎn)生的電石氣即可滿足2座600 t/d套筒窯的生產(chǎn)。

3) 無焰燃燒技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，不僅降低了產(chǎn)品熱耗，節(jié)約能源，而且避免了燃燒室內(nèi)出現(xiàn)高溫區(qū)，減少了高溫對(duì)燃燒室內(nèi)耐火材料的損害，提高了耐材的使用壽命，從而延長(zhǎng)了環(huán)形套筒窯的大修時(shí)間。

4) 無焰燃燒技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使得燃燒室內(nèi)溫度相對(duì)均勻一致，且燃燒室內(nèi)平均溫度與未實(shí)現(xiàn)無焰燃燒時(shí)相比要低，避開了熱力型NOx大量生成的溫度區(qū)，NOx生成量大大減少，減輕了環(huán)境污染。