无焰燃烧技术在阳煤电石环形套筒窑中的应用

梁启锐

(山西阳煤电石化工有限责任公司，山西 晋中 045300)

对无焰燃烧技术的原理进行了分析和阐述，并对阳煤套筒窑的产量、石灰质量和热耗进行了分析对比。结果表明，实现无焰燃烧技术后，热耗大大降低；实际热耗约为3 600.648 kJ/kg(860 kcal/kg)，比相似工况的环形套筒窑节约10%左右能量。

无焰燃烧；环形套筒窑；热耗

根据山西省煤化工产业调整和振兴规划，山西阳煤电石化工有限责任公司100万t/a电石项目(一期40万t/a)被作为山西省电石工业重新布局的启动项目。因此,本项目不仅担负着满足集团公司所属氯碱公司和三维集团等对电石需求的重要任务，而且承担着加快优化全省电石工业布局、调整区域产业结构的重要使命。项目严格按照发展循环经济、实现节能最大化和生产清洁化的总体方针，采用国内单台产能最大的40.5 MVA全密闭电石炉、干式净化除尘回收煤气系统、无焰燃烧新型环形套筒窑和计算机集中控制管理系统等国内先进的生产工艺，有效减少尾气排放，并对尾气回收再利用，节能降耗效果明显。

特别值得注意的是，山西阳煤电石化工有限责任公司与江苏中圣园科技股份有限公司合作，在国内外电石行业中率先建成了应用无焰燃烧技术的新型环形套筒窑。该窑型具有非常显著的技术优势：1) 可以回收电石炉气作为燃料。根据测算，正常工况下，每吨电石可回收约430 m3粗煤气(标准状态下，以下同)，每台电石炉产煤气量为3 000 m3/h～5 000 m3/h，每台电石炉可回收利用的煤气量约3 600 m3/h，6台电石炉可回收煤气总量约21 600 m3/h。电石炉年作业天数为330 d，则年回收煤气量为1.72亿m3，折合标煤60 000 t。正常工况下，5台电石炉的发生煤气即可供应环形套筒窑的燃料需求。2) 应用无焰燃烧技术。无焰燃烧在电石行业环形套筒窑上应用属国内外首创。根据测量，采用无焰燃烧技术后成品热耗约为3 600.648 kJ/kg(860 kcal/kg)，比相似工况的环形套筒窑节约10%左右能量，并且最大限度降低NOx排放。

1 无焰燃烧技术简介

无焰燃烧(flameless oxidation，FLOX)，又称高温低氧无焰燃烧，通常情况下需要将燃烧空气先预热到800 ℃，同时要保证燃烧区氧含量低于15%。与传统有焰燃烧相比，无焰燃烧可降低CO2排放量，而且不会造成局部高温的情况，炉内温度场分布均匀，很好地抑制了NOx的生成，被称为环境协调型燃烧技术。

2 环形套筒窑实现无焰燃烧的方式

2.1 环形套筒窑传统燃烧方式

传统套筒窑采用有焰燃烧方式，其弊端在于，1) 有明显的火焰，且火焰宽窄长度不均匀，容易造成局部高温区，严重的会损坏耐材；2) 石灰质量分布不均匀，温度高的区域容易出现过烧情况，温度低的区域容易出现生烧的情况。

2.2 环形套筒窑实现无焰燃烧方式的可能性

阳煤电石套筒石灰窑实现无焰燃烧的基本条件是，将环形套筒窑的喷射器进行了改进，将燃烧过的气体引入到下燃烧室内，稀释了下燃烧室的氧气浓度，同时燃烧室温度降低，避免产生高温的情况。

3 构建无焰燃烧工程技术平台

3.1 环形无焰燃烧石灰窑燃烧系统

环形套筒石灰窑温度场呈圆周均匀分布，分为上、下2个燃烧室，上燃烧室属于欠氧燃烧，下层燃烧室承担约70%热负荷。

3.2 高温废气余热利用

环形套筒窑窑顶废气的温度在600 ℃～700 ℃，通过换热器可将驱动空气预热到400 ℃～500 ℃。为了防止废气中的粉灰等杂质堵塞换热器，现采用带四点喷吹设备的新型列管式换热器。

3.3 高效喷射系统

为了在下燃烧室内实现高温低氧的环境，利用驱动空气引射下燃烧室燃烧产生的低氧废气二次进入燃烧室内进行循环利用，该循环利用通过环形套筒窑的高效喷射系统完成。

经过石灰窑换热器预热后的高温驱动空气，由来自下燃烧室燃烧产生的高温烟气与石灰冷却空气混合而成，两股流体混合后在进入喷射器之前的温度为800 ℃～900 ℃，与400 ℃～500 ℃的驱动风一起通过喷射器进入下燃烧室内，实现下燃烧室内高温低氧的燃烧环境。

3.4 技术优势

套筒窑的无焰燃烧技术，实现了燃烧温度场的均匀分布，避免了局部高温造成的石灰过烧现象，最高温度比有焰燃烧降低了100 ℃多，窑顶的废气也同时降低。

4 阳煤电石化工600TPD环形套筒窑煅烧质量与产品单耗

4.1 无焰燃烧煅烧质量

实现无焰燃烧后，环形套筒窑中，上燃烧室是欠氧燃烧，下燃烧室是充分燃烧。下燃烧室温度较低，在1 100 ℃。但是，整个温度场均匀分布，且没有火焰。

阳煤电石石灰窑投运生产以来，产品活性度高达410，生烧<2%，无过烧，属于特级石灰；并且在下一步生产环节中，生产相对平稳。电石炉使用环形套筒窑生产的石灰后，与原先使用外购石灰比较，每生产1 t电石节约用电约200 kW·h。

4.2 单位产品热耗

我们实时测试了570 t产量情况下的热工参数。实现无焰燃烧技术后，阳煤电石石灰窑的窑顶温度低，134 ℃；出灰温度低，116 ℃；窑系统热利用效率高，计算次工况下单位产品实际热耗约为3 600.648 kJ/kg(860 kcal/kg)，比相似工况的环形套筒窑节约10%左右的能量。

5 结论

1) 通过对环形套筒窑的技术改进，将无焰燃烧技术成功地应用到阳煤电石化工600TPD环形套筒窑上。目前，窑况稳定、产品热耗低、石灰活性度高，是国内首座成功应用无焰燃烧技术的600 t/d的套筒石灰窑。

2) 阳煤电石化工利用电石炉副产品作为套筒窑的燃料，套筒窑的产品——石灰作为电石炉的原料，自给自足，形成一套循环利用系统。通过无焰燃烧技术在环形套筒窑上的应用后，电石气的热能利用率大大提高，5座电石炉产生的电石气即可满足2座600 t/d套筒窑的生产。

3) 无焰燃烧技术的实现，不仅降低了产品热耗，节约能源，而且避免了燃烧室内出现高温区，减少了高温对燃烧室内耐火材料的损害，提高了耐材的使用寿命，从而延长了环形套筒窑的大修时间。

4) 无焰燃烧技术的实现，使得燃烧室内温度相对均匀一致，且燃烧室内平均温度与未实现无焰燃烧时相比要低，避开了热力型NOx大量生成的温度区，NOx生成量大大减少，减轻了环境污染。