利用共燃技术生产石灰达标排放与热电联产模型探讨

卓鹏 陈肖妹 杜超阳

摘  要：传统工业生产石灰的主要方式采用回转窑或立窑将石灰石煅烧而成，这两种生产方式都存在能源利用率低，烟气排放标准低等问题。本文探讨的新型生产模型采用高效燃烧共燃技术，配高效换热装置，将燃烧产生的热量用于发电，烟气经过节流式湿式脱硫除尘装置进行脱硫除尘，之后经过SCR脱硝装置进行烟气脱硝，经过多层处理后烟气通过烟囱达标排放。

关键词：石灰生产  共燃技术  高效换热装置  节流式湿式除尘脱硫装置  脱硝装置

中图分类号：TK47                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）10（b）-0052-03

Abstract： The main way of lime production in traditional industry is to calcine limestone in rotary kiln or shaft kiln. Both of them have the problems of low energy utilization and low emission standard of flue gas. The new production model discussed in this paper adopts high-efficiency combustion CO combustion technology， equipped with high-efficiency heat exchange device， and the heat generated by combustion is used for power generation. Flue gas is desulfurized and dedusted by throttling wet desulfurization and dust removal device， and then flue gas is denitrated by SCR denitration device. After multi-layer treatment， flue gas is discharged through chimney.

Key Words： Lime production; CO combustion technology; High efficiency heat exchange device; Throttling wet dust removal and desulfurization device; Denitration device

石灰是一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。工业生产过程一般使用石灰石、白云石等碳酸钙含量高的原料，经900℃～1200℃煅烧而成。

在人类历史上，石灰是最早应用的胶凝材料之一，我们所熟知的三合土，石灰就是其中最重要的组成成分。在当代石灰也是许多工业的重要原材料，适用于膨化食品，蘑菇、木耳等农作物生产，以及仪器仪表、医药、服装、电子通信、皮革制造、纺织等行业中，特别在土木基建中应用范围更广，需求量更大。

现今工业领域内，石灰的生产方式主要以采用回转窑或立窑将石灰石煅烧而成。在这两种生产方式的对比上，回转窑的优点是窑体结构简单、气流畅通，敞开式煅烧，物料在窑内可均匀滚动前进，受热均匀，适应原料粒度范围广，适合烧小块石灰石。其缺点为占地面积大，投资较高，热量损失大，热效率较低。立窑的优点是占地面积小，设备造价低、辅助设备少、投資少，热效率高，透风率要求高，适合烧烧物料尺寸较大的石灰石。其缺点是窑体结构复杂，物料在炉窑内密闭式煅烧，受热不均匀。但从燃烧尾气污染物排放要求上，以上两种传统生产方式均无法有效解决生产过程中产生的污染物达标排放问题。特别是立窑，因其燃烧方式是从传统层燃技术演化而来，燃烧不完全产生的大量可燃性颗粒物和挥发性有机物（VOCs），得不到有效解决。因此探索一种新型石灰生产系统模型，通过节能减排，使其生产过程中产生的热量得以充分利用，同时实现尾气达标排放，意义重大。

本文探讨的新型石灰生产模型，如图1所示。

生产过程流程：

按照一定比例与煤炭混合好的物料进入（1）共燃燃烧装置，经过燃烧加热煅烧一段时间后燃烧后产物经过（3）链条传输装置输送到（2）机械分拣装置，将分拣的成品石灰存放到成品区。燃烧时产生的高温烟气进入（7）高效换热装置，将回收的热量用于发电，之后烟气进入（6）节流式湿式除尘脱硫装置，除尘脱硫后烟气进入（5）SCR脱硝装置进行烟气脱硝，最后烟气通过（4）外排风机达标排放 。

1  共燃燃烧装置

高效燃烧共燃技术，将按比例混合好的煤炭与石灰石源源不断地投入共燃燃烧炉中（见图2），共燃技术基本原理是，混合物料在（2）备燃区被加热至300℃左右，燃料挥发份有机物析出，由于烟囱拔力，挥发份有机物随着气流进入（3）共燃区，和燃烧的高温碳基一起参与燃烧，燃烧中挥发份的主要成分H离子和氧原子反应释放大量热量，碳基中的C原子和O原子反应同样释放大量热量，因此两者互相加强燃烧，使燃烧区温度达到1400℃以上。物料与燃料在共燃燃烧装置内燃烧更加充分，可燃性污染物排放为零。

燃烧过程中，混合物料在燃烧炉经过备燃区、燃烧煅烧区、冷却区，最后从炉体中排出煅烧好的石灰。让物料和燃料混合均匀后在燃烧区可以实现稳定1200℃左右长时间煅烧，使物料受热均匀。链条传输装置可辅助实现循环加料、排料，物料活性高，自动化程度高，利于大规模工业生产。

2  高效换热装置

高效换热装置采用水冷壁加管壳式换热器，混合物料在共燃炉里燃烧后出口温度高于900℃，经高效换热后出口温度可降低至270℃以下，最后降温后烟气经过再热器、省煤器后经管道排到下一处理单元。

大量热量从共燃炉中排出，后端连接的高效换热器将大量热量转换成高温高压蒸汽，通过高温高压汽轮机进行发电，相较于传统余热锅炉低温低压汽轮机发电，发电效率得到大幅度提高，实现能量高效利用。

3  节流式湿式除尘脱硫装置

随着我国环境保护措施的不断加强，国家对燃烧过程产生的SO2，氮氧化物（NOx），同时伴随产生烟尘、细颗粒物（PM2.5）、可吸入颗粒物（PM10）和挥发性有机物（VOCs）等污染物的排放要求提高。本系统模型通过共燃技术将可燃物完全燃烧，消除黑烟等可燃性颗粒物之后，烟气进入节流式湿式除尘脱硫设备进行脱硫除尘（如图3）。含尘烟气经过（3）除尘器进风口进入除尘脱硫装置，在（4）节流板处气流通道变狭窄，气流被压缩，根据伯努利方程得到气体速度增加，在气液交界面形成剧烈冲击，高速气流和液体进行充分接触，气流中的颗粒物进入液体，实现烟气除尘目的。同时在气液交换过程中通过酸碱中和反应原理去除，烟气中的SO2与加入节流式湿式除尘装置的碱性吸收剂反应，生成硫酸盐或者亚硫酸盐，从而去除烟气中的SO2。通过剧烈气液交换过程，系统除尘效率可到99%以上，脱硫效率可达90%以上。

4  SCR脱硝装置

脱硫除尘后的烟气再进入脱销装置，本系统中氮氧化物（NOx）的去除采用选择性催化还原法（SCR），其反应原理是通过还原剂（氢气、尿素、氨及碳氢化合物等），在特定的温度及催化剂的作用下选择性的将NOx转化成N2，最终实现尾气的达标排放。SCR装置应用较为广泛，且从资金投入和实际脱硝效率，系统稳定性等方面对比其他脱硝装置有一定优势。

5  结语

本文探讨的石灰生产技术，将共燃燃烧、节流式湿式除尘脱硫、高效换热發电以及SCR脱硝等技术应用到实际生产过程中，通过整合各个技术的优势，全面提高生产石灰的能源利用效率，并且做到生产过程中尾气清洁排放。

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