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合格的答卷——江西省首个“煤电一体化石灰窑”项目达产达标实践纪实
来源: 作者: 发布时间:2021-04-08  
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                  合格的答卷——江西省首个“煤电一体化石灰窑”项目达产达标实践纪实
     由“唐山金泉冶化科技产业集团”旗下“唐山金泉成套设备有限公司”和“唐山市丰南区金泉冶金能源新技术开发有限公司”设计承建的江西省抚州市年产20万吨“第四代煤电一体化石灰窑工程”一期年产10万吨工程是“中国石灰产业学会”重点推广的“省级示范工程”项目,其投产后能否尽快达产达标,备受业内外关注。项目建设单位干部职工攻坚克难,不辱使命,仅用一个月时间,多项关键指标就达到设计值,部分指标优于设计值,创出了工程建设后生产运行的又一个新水平,在国内同行业中开了一个好的先例。
    该项目是构建起循环经济产业链完整、装备技术水平高、自控水平高、环保标准高的石灰生产及石灰深加工的一体化项目,不仅技术上得到了提高,循环经济层次也得到了提升。项目全部建成后能够对自有矿山石灰石原料“吃干榨尽”,全部利用,在源头上实现了原料的分级利用;氧化钙产品也实现了钙材精细加工、氢氧化钙生产等深加工循环产业链,实现了“产品不落地”、“固废零排放”,有效地利用了资源,保护了环境。而且产品品质高,成本低,市场优势明显,符合国家环保产业政策,整个项目达到了国内领先水平。
    该项目一期工程1#炉于202131日点火,经过6天的烘炉后于37日正式上料生产,于202146日顺利完成30日(720h)的性能考核,并完成主要生产工艺指标达标工作。
    据悉:该项目是唐山金泉公司在国内首个为用户量身定做的“低品位石灰石煅烧高品质石灰”示范项目。目前,石灰行业生产高档工业石灰对石灰石的Cao含量平均指数为53.50%,而且不能低于52%,由于建设方自身矿山石灰石资源问题,大部分石料主要是用于水泥生产,其石料的Cao含量都在50%以下,显而易见的是这种石料不适用于生产高档工业石灰。如何解决这些问题,是对石灰生产工艺装备的考验,在项目设计承建方与项目建设方共同努力下,试生产取得了阶段性成绩,并从多方面进行了生产实践和摸索,为下一步生产打下良好基础。
一、互联网远程操控的应用实践:
该项目首次运用了唐山金泉公司自主研发的石灰窑互联网自主远程在线控制系统。该系统应用了互联网+技术,可以实现生产系统远程的软件修改、系统恢复等操作,还可以实现远程数据采集、数据传输、历史数据库以及对石灰窑运行的智能化分析,为企业动态掌握设备的运行情况,为工艺调整提供基础数据和指导。
据悉,传统的石灰窑在点火开炉时都需要施工单位安排人进行所谓的“保驾护航”,而此次点火投产期间现场没有安排任何施工单位人员,首次尝试了远程在线服务并达到了整个试生产期间设备运行良好状态。随着不断升级优化,该项技术的应用可以有效的协助现场人员解决问题,可以有效的减少非必要的人力和物力,是实现石灰窑工艺过程自动化的必由之路,也是有效改善现场石灰生产技术经济指标、优化生产操作控制的必要措施。
二、不同粒度石料的生产应用实践:
从石灰生产工艺角度讲,煅烧低品位石灰石时降低生过烧率是提高氧化钙含量的唯一途径,而摸索出适宜的石料粒度和煅烧方法更为关键,而该项工程中应用的“炉内复合筛分旋转布料器”就是关键设备。在试生产中,生产单位根据自身原料情况结合项目工艺设计特点,分别进行了20-40mm粒度、30-60mm粒度、40-80mm粒度、80-100 mm粒度、20-120mm粒度等不同粒径组合石料的生产,都取得了预期指标。常规生产条件下,石料粒度的选择一般都是直径比在1:2范围最为理想,此次试生产中采用的20-120mm粒度石料直径比达到了1:6,也能够达到顺产顺行,这个是很难得的宝贵经验。通过此次试产,有效的摸索出石料粒度分布与炉内气流走向的数据,为下一步煅烧10-30mm粒度石料实验做好准备,同时也为二期工程中应用唐山金泉最新设计的“炉内倾动旋转筛分布料器”打下基础。
    此次试生产中,石灰成品生过烧率指标与国内其它传统混料式石灰窑窑型相比,达到了新的行业指标:
序号
石灰石粒度
本项目指标(生过烧率%
国内其它同类传统窑型(生过烧率%
1
20-40mm粒度
3-7%
13-18%
2
30-60mm粒度
3-7%
12-15%
3
40-80mm粒度
4-8%
10-15%
4
80-100 mm粒度
7-10%
15-20%
5
20-120mm粒度
10-15%
20-30%
    从上述数据可以看出,本项目生产的石灰成品生过烧率与国内其它同类传统窑型的产品相比降低了50%以上,综合生过烧率平均降低了9%以上。
三、氧化钙有效钙含量的提高实践:
通过有效的控制石灰成品生过烧率,可以达到提高石灰成品有效氧化钙的含量,此次试生产中的石灰经不同批次的石灰化验结果看,成品石灰有效钙平均值都超过了86%,可以完全满足《冶金石灰行业标准YB/T042-2014》中二级冶金石灰标准(Cao85%)的标准。如果折算成标准的高钙石53.5%含量计算,石灰有效钙可达90%以上,达到了《冶金石灰行业标准YB/T042-2014》中一级冶金石灰标准(Cao90%)的标准。从经济角度分析,目前普通混料式机械竖窑采用50%Cao含量的石料生产石灰,成品石灰的有效钙(Cao)含量大都在80-85%范围,都是三级冶金石灰的标准范围。但是,如果采用同样的石料生产出二级冶金石灰其经济价值将有极大提高。目前,二级冶金石灰产品售价至少高于三级冶金石灰60/吨灰以上,按照一座竖窑年产10万吨石灰计算,每年就可以增加经济效益600万元。通过对比,我们可以看到石灰生过烧率在生产中的重要性和经济价值。
 
注:关于石灰生过烧率的生成和检测文章见本期文章副刊《氧化钙中有效钙和全钙的生成机理和理化检测方法》及《石灰石与冶金石灰行业标准》。
四、活性度的提高:
常规生产条件下,Cao含量在50%以下石料生产的石灰活性度都在180-260ml范围,很难达到300ml及以上。该项目试生产中对开炉初期5-10天和10-20天的不同时期生产中石灰活性度的变化进行了观察和分析,石灰活性度基本都在300ml以上。该项工程竖炉炉体设计安装了高活性石灰汽化装置,由于前期石灰销售用户不是活性石灰的用户,在试生产期间暂没有考虑生产高活性石灰事项,根据试生产期间的石灰活性测算,如果采用汽化生产装置生产活性石灰可以稳定在300-360ml范围。根据国家相关行业标准,石灰活性度达到260ml以上,就达到了《冶金石灰行业标准YB/T042-2014》中二级级冶金石灰标准,如果石灰活性度达到320ml以上,就达到了《冶金石灰行业标准YB/T042-2014》中一级级冶金石灰标准,目前国内有些地区一级冶金石灰价格在900-1000元,可见高活性石灰与普通石灰相比其经济价值可以高出几倍,高活性石灰竖窑极具开发潜力。(气化法生产高活性石灰文章点击进入查看:重磅 |“让水与火相容”—全新高活性石灰生产工艺通过行业鉴定
五、产品多元化生产实践:
为了满足不同用户需求,也为了摸索最终产品定位,此次生产实践中分别进行了建筑石灰、脱硫剂石灰、钢厂用灰、加气砖用灰等不同产品的生产实践,都取得了不错的生产指标。传统石灰窑生产石灰大部分都是单一品种生产,改变产品品种时也需要较长时间的调整,而这次试生产在一个月内就进行了多次产品变更,而且都实现了顺行、达产、达标,由此可见“第四代石灰窑”的“可调、可控”功能是可靠的、可行的,而且也与石灰生产操作人员高超的操作水平分不开的。
六、平稳开炉顺产实践:
从石灰生产的经验看,传统的混料式竖窑开炉点火试生产期间都会产生或多或少的废品和不合格石灰产品,多的达到几百吨废弃石灰在现场堆放,而且有的长时间炉况无法顺行、不定期的产生废弃石灰,即无法销售产生经济效益也破坏现场环境。该项工程从开炉点火到第一批石灰出炉没有一吨废石灰落地,全部直接销售给用户,受到了用户的赞誉。可见此次开炉点火及试生产是非常顺利的,也彰显了该项工程各项工艺装备的成熟度以及生产操作人员的操作水平和建设单位的管理水平。
七、快速达产的实践:
传统新建设的混料式竖窑在开炉试生产计算试产时间时一般都是“30天达标(各项生产指标)、3个月达产(设计产能)”,此次试生产中,通过合理的生产操作和调配,生产指标得以快速提高,仅用一个月就达到了设计产能范围,原设计生产指标为日产250吨±10%,最高日产为300吨。也就是说达到了225-275吨范围就达到了设计产能,截止发稿日期,目前日产能已经达到了230吨,达到了设计产能范围,而且这个数据是生产加气砖用石灰的数据,众所周知,加气砖用石灰比建筑石灰、钢厂用灰相比要煅烧的“老”一些,就是要过烧一些,所以加气砖石灰的重量比其他石灰重量要轻很多,从这个角度计算,实际产能已经达到设计产能。同时,根据目前所使用风量、风压、炉温、煅烧强度等数据分析,如果按照3个月的试生产周期计算实际产能将超过设计产能。
八、生产工艺控制的实践:
通过生产实践证明,高效稳定的操作工艺技术是发挥生产工艺装备优势的关键,无论多么先进的装备如果没有相应的检测和调控手段是无法实现其功能的。如果想实现“高效、稳定、均衡”的生产必须在选用先进的装备同时还要应用和选择先进的操控装置和高效的操作技术方法。混烧石灰竖窑在生产过程中最难解决的问题就是炉况不稳定,也是能耗过高和石灰产品质量不容易把控的重要因素,此次工程设计中重点对工艺控制装置进行了多项改革和技术提升:
(一)、煅烧工艺控制:
煅烧工艺控制是石灰生产的关键,该项工程“第四代煤电一体化竖窑”设计用于生产工业石灰及轻烧石灰,除与石灰石品质和粒度有关,还与窑内 CO2 分压、炉内气流走向、煅烧温度和煅烧时间有关,所以,合理的煅烧工艺是烧制高质量石灰的关键。石灰石的分解温度取决于二氧化碳的分压。在一个标准大气压的纯 CO2 气相中,CaCO3 分解温度为 898 910℃,实际生产时 CO2 气相分压力远低于一个标准大气压,石灰表面在 810 850就开始分解。除此之外,其分解温度还与石灰石晶粒大小有关,细晶粒分解温度低于粗晶粒。因此,选择合适的煅烧温度和煅烧时间将决定石灰的微观结构,从而直接影响石灰品质和活性度,这是生产中的关键环节。该项工程应用的“炉内二氧化碳集气回收装置”和“炉外三段操控装置”可以实现炉体“煅烧带、预热带”两带负压生产,CO2 气体实现循环入炉使用,即增加了余热利用又实现了CO2 气体浓度提高的目的,为回收CO2 气体打下良好基础。
(二)、出灰操控系统的改进提升:
通过此次生产实践看,设计应用的“新型多通道旋心出灰机”可以达到炉内圆周均匀出灰、改变中心单点卸料及侧面单点卸料的方式、采用周边多通道均衡下料与中心复合旋转卸料的方式,形成料面在360度范围内料流可调是其技术关键点,具有出灰机动灵活,出灰准确,出灰效率高、成品灰不破碎、炉内料位下降平整的特点。保证了竖炉横截面均匀出料、调节焙烧带形状、稳定窑内气流走向、破碎黏结物料,是决定生产能力(产量)、影响产品质量的关键设备。是目前国内唯一的实现了真正意义上的多通道多点同步出灰功能的新一代石灰竖炉专用出灰设备,这套装置的应用将彻底淘汰插板出灰机、振动出灰机、圆盘式出灰机、螺锥出灰机等设备。
(三)、新一代窑型及燃烧方式的创新应用:
利用和控制“窑壁效应”是此次工程设计中的主要原则,采用变径内胆结构,改变空气流动方向和均压布风,配合料面形状调节及差热布煤方法是竖窑控制和降低“窑壁效应”的基本思路。此次工程中采用了第四代“窑体仿形内胆窑型”结构,彻底淘汰了传统混料式竖窑的“花瓶型竖窑”、“直筒型竖窑”等窑型的生产方式,窑型内腔采用了“AHA仿形”结构,采用多椎体圆台与直线型结构组合应用,改变了窑体上下椎体收口的模式,通过新型风帽与窑体冷却带炉璧的形状组合,改变了冷却带的气流直线走向,与“炉内二氧化碳集气回收装置”形成三维湍流气流,气流向煅烧带中心区域辐射,使流向煅烧带中心的气流流量增加了30%以上,同时减少了煅烧带窑壁周边同等流量的风量。煅烧带流向预热带的气流也变为折线流向,使高温热气流逐渐向预热带中心增加流量,使预热带的中心通风效果更加强化,该项技术实现了石灰竖窑“三段富氧动态煅烧”方式,有效的降低了“窑壁效应”。而降低“窑壁效应”是降低石灰生过烧率和提高石灰品质的重要手段。
九、生产操作水平提高的实践:
通过实践我们应该深刻认识到,无论多么先进的理念和装备,没有先进的操作技术和人才是无法实现理想生产结果的。我国大部分石灰操作人员都是从传统的“土窑生产方式”转变而来的,而且对新技术、新事物也不容易接受,从思想上也很难转变。所以,多了解现代窑炉的新技术和原理,正确看待不同的新思想和新思维,努力提高综合生产操作水平是很重要的。唐山金泉公司从开始推出“第四代技术”时候就已经看到和重视了这个问题,率先推出了“研发、设计、制造、建安、培训、服务”的“六位一体模式”,与中国石灰产业学会专家组共同合作先后制定、完善了第四代石灰窑的《生产作业指导书》,包括《生产工艺操作规程》、《检修维护作业操作规程》、《安全操作规程》等专业性制度规程。特别是实行了《职业技能培训、鉴定》制度,实行“理论知识、岗前培训、在岗培训”三级培训制度,该项制度的完善和推行有力的支持和推行了石灰行业生产操作水平的提高,也为建设单位带来了实实在在管理效益和经济效益。
从本次工程的生产实践中我们也不难发现,同样的原料,采用不同的生产方式和方法其产品结果是不一样的,在不同的生产时间段内所遇到了生产情况是不一样的。虽然本次工程工艺装备设计理念是“可调、可控”,但是,无论是“调”还是“控”都是由“人为”的,“人”才是生产第一要素。所以,从总的来说,该项工程能够顺利实现生产达标,与建设单位人员的生产组织能力和交流学习的能力是分不开的。同时,聘请的生产技术人员精湛的生产操作技术经验为石灰生产带来的贡献是积极地、也是不可缺少的,也会给下一步的生产实践带来积极效应。
十、前沿科技应用的实践:
1、本次工程设计应用了“煤电一体化”应用工艺,在炉内设计应用了采用“电烧”石灰时的基本工艺装置,包括炉内复合风座、炉内中心蓄热装置支撑体基础、炉内二氧化碳集气回收装置、炉外二氧化碳循环利用装置等,为下一步改造为“电烧”石灰工艺打下良好基础。
2、本次工程设计应用了“嵌入式炉内脱硝工艺”前期炉体共用装置,可进一步安装脱硝装置。
3、本次工程设计应用了“新型炉外干法脱硫”前置装置。将进一步安装干法脱硫装置。
  语:
“十四五”序幕已经拉开,在新发展形势下,传统石灰窑炉如何科学、健康发展,如何在窑型、工艺配置、环保配套、生产操作、质量管理、节能降耗等方面持续进行科学创新,如何把握投资机遇,如何避免投资失误,正在为石灰上下游行业所重视与关注。
俗话说:“不看广告、看疗效,不看过程、看结果”,唐山金泉人用实实在在的数据和结果实现了对用户的承诺,他们通过努力为行业、为用户、为自己交出了一份满意的答卷。也让我们认识到,科技上的一个理论或一个创新,真正的意义在于能否有效解决现实工作或生产一线的实际困难,在于是否能够给用户带来实实在在经济效益,而且先进的科技产品必须依赖科学技术的不断实践。唐山金泉公司“第四代技术”的多项技术改进和提升,必将推动传统石灰产业向智能化和效益化改造提升的进程,也必将加快传统石灰产业更新换代的步伐,新涌现出的新技术也必将呈现出前所未有的活力与潜力。
据悉,唐山金泉公司在青海省、湖南省等地的“省级示范工程”也将在近期点火生产。第二批“省级示范工程”将陆续在黑龙江、内蒙古、广西、安徽、山东、陕西、甘肃、新疆等地展开,届时,我们将进一步跟踪调研项目进展情况和技术实施情况。
 
 
资料编辑:
中国石灰产业学会
        
20210408
 

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工程现场部分掠影:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
相关链接:
唐山金泉冶化科技产业集团.
唐山金泉成套设备有限公司.
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