中心烧嘴式石灰窑的制作方法

本发明涉及石灰生产，具体涉及一种中心烧嘴式石灰窑。

背景技术：

1、随着生态环境保护进入减污降碳协同治理的新阶段，采用煤炭等固体传统化石能源燃料的石灰窑已经逐步淘汰或严禁建设，而且石灰生产环节也已列为需要进行超低排放改造的重点领域。石灰行业在改进生产技术的同时，开发可替代的新型能源以减少一次化石燃料的消耗，是实现其低碳发展的必由之路。

2、在各种可替代的再生能源中，由于核能、大型水电具有潜在的生态环境风险，风能和地热等区域性资源制约，大力发展遭到限制和质疑，而生物质能却以遍在性、丰富性、可再生性等特点得到人们认可。生物质的独特性，不仅在于能贮存太阳能，还是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料，煤、石油、天然气等能源实质上也是由生物质能转变而来的。而且，生物质能作为一种清洁可再生能源，具有来源广泛、环境友好和碳中性等特点被列为“第四大能源”。据预测，到21世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。

3、天然生物质能挥发分含量高、易燃烧，而热解后的生物炭的理化性能与煤粉接近，将生物质能作为燃料用于石灰生产，可以有效发挥其节能减排作用。剧测算，按照年产10万吨的一座石灰竖窑产量计算，如果采用生物质燃料代替燃煤，每年可减少碳排放1万吨，减少二氧化碳排放3.6万吨，可见减排和节能潜力巨大。

4、生物质能现代利用可分为四种基本类型：直接燃烧、热解、气化和液化。

5、直接燃烧是生物质被应用的最简单方式，也是最早被使用的传统方式，但部分生物质作为一种低品位的燃料，燃烧效率极低，而且燃烧所能达到的温度较低，极大地影响了生物质能源的工业应用。

6、热解是一个把生物质转化为有用燃料的基本热化学过程。生物质在缺氧加热或部分氧存在时燃烧，可以产生碳氢化合物富集的气体混合物、油状的液体和富碳的固体残余。热解的优点是设备简单，可以生产炭和多种化工产品；缺点是利用率低，适用性小。

7、气化也是热解的一种，主要是把是物质转化为可燃气的技术，根据技术路线的不同，可以是低热值气，也可以是中热值气。它的主要优点是生物质转化为可燃气后，利用效率较高，而且用途广泛，如可以用作生活煤气，也可以用于锅炉用气或者直接发电；主要缺点是系统复杂，而且由于生成的燃气不便于储存和运输，必须有专门的用户或者配套的利用设施。

8、液化是在合适的催化剂的作用下，原材料大分子分解成小分子化合物，小分子化合物再聚合成具有适量分子量的油类化合物。液化的主要优点是可以把生物质制成油品燃烧，作为石油的替代品，应用范围和附加值大大提高；主要缺点是技术复杂，目前成本仍较高。

9、通过实践和研究我们得知，生物质气化和液化技术工艺复杂投资大，尽管也可以得到清洁高效的二次燃料，但收率不高，经济上还不够合理，近期内要产业化和进一步推广还比较困难。直接燃烧是最简单、也是最早被采用的生物质能利用方式，但在过去的传统燃烧方式中，生物质燃烧效率极低，能源和资源的浪费很大。因而，如果能研究开发一种方便、高效的生物质直接燃烧技术，必将具有很好的经济和社会效益。

10、目前，石灰生产方式主要为竖窑工艺，无论是单膛竖窑、双膛竖窑都采用单一的燃料结构方式生产：一是采用块状煤炭燃料与石料混合燃烧的混料式生产工艺，二是采用燃气及燃油等流体燃料进行生产。虽然业界也一直尝试采用生物质颗粒或压块等固体燃料直接与石料混合燃烧的生产方式，但由于生物质燃料具有热值低、挥发分高、灰分高、燃烧时间短等缺点，无法在常规的竖窑中使用生物质燃料。尤其是生物质的热值只有4000大卡左右，直接燃烧无法达到石灰生产的分解温度，而且挥发分高达70％以上，在竖窑生产中无法到达石灰竖窑的煅烧带参与燃烧就随着烟气排出窑外，致使热量损失较大，更加无法达到石灰生产的分解温度。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种中心烧嘴式石灰窑，通过新型的炉内中心烧嘴燃烧器与炉外周边燃烧室、蜂窝式余热燃料烘干装置、高温蓄热装置等关键装置的组合应用，解决了助燃空气与生物质粉稀相混合同步输送和燃烧以及生物质粉自燃点火的关键性技术难题，从而解决背景技术中提及的相应技术问题。

2、本发明突破传统的生物质利用方式，提出将生物质制成粉体加以利用，获取足够能量，对于能源的可持续利用和环境保护具有重要意义。

3、本发明从生物质燃料对活性石灰生产中的生产方式、工艺参数、物理机理及化学动力学等深入研究，发现了在石灰竖窑中使生物质粉高温裂解为热解气体和热解炭黑直接燃烧煅烧石灰的方法以及生产过程控制等要点，从一个全新的生产工艺与理念解开了竖窑采用生物质固体粉体燃料煅烧活性石灰的共性问题，尤其是实现了直接在炉内设置中心烧嘴喷吹固体生物质粉燃料生产活性石灰的目的，同时还实现了“气粉双燃”和“氢氧燃烧法”生产石灰。实现了生物质直接燃烧和热裂解耦合式燃烧的典型特征，提供了一种煅烧时间短、耗能低、生产出的石灰活性度高且c、s元素含量低的活性石灰生产工艺及装置。

4、本发明可促进生产石灰的燃料选择的转型换代，对实现石灰产业的绿色、降碳升级，解决行业共性瓶颈，具有关键意义。

5、本发明通过对向双螺旋定量给料装置、燃料稀相多孔式空气分配器、炉内中心烧嘴喷吹器、炉外周边燃烧室、蜂窝式余热燃料烘干装置、高温蓄热装置等的组合使用，不但达到了独立直接喷吹生物质粉生产高活性石灰的目的，还具有使助燃空气与生物质粉稀相混合同步输送的功能，解决了生物质粉自燃点火的关键性技术难题。

6、本发明还具有独立使用高炉煤气及发生炉煤气等低热值气体燃料生产的功能，可以根据生产工况自行调配切换，采用全自动化dcs控制自由调配，能够达到理想的着火温度、着火浓度极限、火焰传播速度、燃烧反应速度等工艺特性要求。该项技术结构简单实用、紧凑，生产效率高，产量高、经济性好。对生物质燃料的深层次利用，减少矿物燃料的使用给环境带来的严重污染，对提高整体石灰生产工艺水平、降低生产成本、提高产品品质，以及在减污降碳、改善生态环境、保障能源安全等方面具有重要意义。

7、采用如下一个或多个关键工艺措施：

8、(1)、利用炉内中心烧嘴燃烧器与处于炉内预热带的高强蓄热装置的余热交换功能充分进行助燃空气的加热，使助燃空气达到生物质粉自燃点火燃烧的功能。

9、(2)、通过在石灰竖炉中吹入生物质粉，使生物质粉高温裂解为热解气体和热解炭黑。热解气体主要为h2、co，热解的炭黑与石灰竖炉煅烧带中的氧发生反应生成一氧化碳并参与燃烧，通过控制生物质粉的喷吹量能够有效提高生物质粉的单位发热值和燃烧温度，当生物质粉喷吹量较高时，还能够与二氧化碳反应生成一氧化碳。

10、(3)、采用了生物质粉与富氢燃气耦合燃烧的技术，通过利用生物质粉中含有10-30％范围的水分特性，在燃烧过程中，当水蒸汽处在1200℃以上的环境中时，分解为氢气与氧气参与燃烧，从而使氢气充分燃烧释放更多的热量，实现了以部分水作为燃料燃烧生热的目的，也达到助燃及提高燃烧温度的目的，

11、(4)、生物质粉在炉内高温带燃烧时生成的热解气体h2含量可达14％以上，co含量可达20％以上，ch4含量可达5％以上，这些可燃气体在燃烧过程中都转化为热能，提高了燃烧温度，达到了石灰石的分解温度。

12、采用如下一个或多个关键装备和措施：

13、(1)、通过固体生物质粉料燃料对向双螺旋定量给料装置、助燃风机(高压风机)、多孔式空气分配器和输送管道的组合应用，实现生物质燃料粉料输送时所需要的压力及气力稀相物料输送，达到助燃风与生物质燃料同步输送燃烧的目的。

14、(2)、设置蜂窝式余热燃料烘干装置，利用炉顶烟气余热对生物质粉进行预热、烘干，将生物质粉通过气相变压闪蒸工艺原理进行部分脱水，制成热值高、含氧高的生物质富氢微粉，同时使之达到理想的输送性能和理想的着火点。

15、(3)、预热、烘干后的生物质粉进行稀相输送，通过在多孔式空气分配器出口设置独立的分支管道与石灰竖炉炉体焙烧系统设置的炉外周边燃烧器独立对接，达到每个单独的燃烧器都有一根独立的燃料输送管道。

16、(4)、在石灰竖炉炉体内部设置炉内中心烧嘴燃烧器，向炉内中心部位喷吹生物质粉燃料，在炉外周边燃烧器火焰无法到达炉体中心部位时，有效对该部位进行热能补充(生物质粉燃烧提供热能)。

17、(5)、在炉内中心烧嘴燃烧器中设置助燃空气预热功能，对炉内中心烧嘴燃烧器和炉外周边燃烧器的助燃空气进行预热，达到节能和提高燃烧效率的目的。

18、(6)、利用炉内中心烧嘴燃烧器对炉内喷吹生物质粉料燃料，达到直接燃烧生物质粉料的目的。

19、(7)、在炉体预热带设置多个高温蓄热装置，利用炉体预热带的高温废气温度，把来自于炉内中心烧嘴燃烧器的一次预热的助燃空气进行二次高温蓄热，使助燃空气温度提升至350℃以上，达到生物质粉燃点，实现自燃点火燃烧。

20、(8)、在石灰竖炉炉体布料系统设置多功能的提升式旋转布料器，通过该装置的提升、倾动、旋转等功能，把石料中的不同粒径的石料进行分级布料，把大粒径石料均匀的布置道窑壁周边，减少炉外周边燃烧器火焰的燃烧穿透阻力。

21、(9)、在出灰系统设置多点旋转计量出灰装置(活动式料流控制装置、可升降式料流控制装置、单向旋转出灰装置、两级密封排料器)，可通过精准控制出灰量的方式来控制和调整炉况。

22、(10)、在石灰竖炉炉体的供风系统中设置高压助燃冷却型多功能风帽，达到助燃风和冷却中心炉内燃烧装置的目的。

23、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

24、一种中心烧嘴式石灰窑，包括竖炉炉体、炉内中心烧嘴燃烧器、对向双螺旋定量给料装置、多孔式空气分配器和蜂窝式余热燃料烘干装置，所述竖炉炉体的燃烧带设有炉外周边燃烧室，所述炉内中心烧嘴燃烧器设置在所述竖炉炉体内的轴线上并位于所述炉外周边燃烧室的下方，所述对向双螺旋定量给料装置与多孔式空气分配器工序连接，所述多孔式空气分配器与所述蜂窝式余热燃料烘干装置的物料进口连接，所述蜂窝式余热燃料烘干装置的烟气进口通过管道与所述竖炉炉体的顶部连接，所述蜂窝式余热燃料烘干装置的物料出口与所述炉外周边燃烧室及炉内中心烧嘴燃烧器连接。

25、进一步地，所述蜂窝式余热燃料烘干装置为蜂窝式多段式烘干装置，包括炉内供料段和炉外供料段，所述炉内供料段和炉外供料段内均设有多管式通道，所述多孔式空气分配器通过两条管道与所述炉内供料段和炉外供料段的物料进口连接，所述炉内供料段的物料出口通过多个独立管道与所述炉内中心烧嘴燃烧器的多层喷吹室一一对应地连接，所述炉外供料段的物料出口通过多个独立管道与所述炉外周边燃烧室一一对应地连接。

26、进一步地，所述蜂窝式余热燃料烘干装置还包括以及多段助燃气加热段，多段所述助燃气加热段相串联；所述石灰窑还包括第一助燃风机，所述第一助燃风机通过管道与所述多孔式空气分配器连接，所述第一助燃风机通过另一管道与相串联所述助燃气加热段的段首处的空气进口连接，相串联所述助燃气加热段的段尾处的助燃气出口通过管道与所述炉外周边燃烧室连接。

27、进一步地，所述炉外周边燃烧室包括至少一个炉外周边短焰燃烧室和至少一个炉外周边平向长焰燃烧室，所述炉外周边短焰燃烧室位于所述炉外周边平向长焰燃烧室的上方。

28、进一步地，所述炉外周边燃烧室还包括炉外周边斜向长焰燃烧室，所述炉外周边斜向长焰燃烧室位于所述炉外周边平向长焰燃烧室的下方，且所述炉外周边斜向长焰燃烧室位于所述炉内中心烧嘴燃烧器的上方，所述炉外周边斜向长焰燃烧室可朝向所述炉内中心烧嘴燃烧器喷出斜向下的助燃气。

29、进一步地，所述石灰窑还包括第二助燃风机、高温蓄热装置和炉外热风围管，所述炉内中心烧嘴燃烧器内设有冷却通道，所述第二助燃风机通过管道与所述炉内中心烧嘴燃烧器内的冷却通道相连，所述高温蓄热装置设置在所述竖炉炉体的顶部，所述炉内中心烧嘴燃烧器内的冷却通道的出口通过管道与高温蓄热装置连接，所述高温蓄热装置通过下降管道与所述炉外热风围管相连，所述蜂窝式余热燃料烘干装置的炉外供料段的物料出口与所述炉外周边燃烧室通过相应管道及所述炉外热风围管连接。

30、进一步地，所述石灰窑还包括助燃风风帽，所述助燃风风帽设置在所述竖炉炉体的底部中心处，且所述竖炉炉体位于所述炉内中心烧嘴燃烧器的下方。

31、进一步地，所述石灰窑还包括依次工序衔接的石料称量装置、上料小车和提升式旋转布料器，所述石料称量装置、上料小车均设置在所述竖炉炉体的外部，所述提升式旋转布料器设置在所述竖炉炉体的顶部。

32、进一步地，所述石灰窑还包括周边卸料仓、周边下料管、活动式料流控制装置、中心卸料仓、可升降式料流控制装置、单向旋转出灰装置、计量装置、卸料控制器、排灰料仓和两级密封排料器，所述周边卸料仓和中心卸料仓设置在所述竖炉炉体的底部，所述周边卸料仓在所述中心卸料仓的周侧均匀分布，所述单向旋转出灰装置设置在所述中心卸料仓的下方，所述周边卸料仓通过所述周边下料管与所述单向旋转出灰装置连接，活动式料流控制装置设置在所述周边下料管内，所述中心卸料仓的底部设有所述可升降式料流控制装置，所述单向旋转出灰装置与所述计量装置连接，所述计量装置与所述排灰料仓，所述计量装置设有卸料控制器，所述排灰料仓与所述两级密封排料器连接。

33、本发明具有如下一个或多个优点：

34、(1)、以木材、木屑和秸秆代替煤炭、煤气、天然气等燃料来煅烧石灰，既降低了燃料成本，同时也保护了环境。

35、(2)、仅用一个对向双螺旋定量给料装置进行生物质粉料的输送，可以在几乎不增加成本的情况下完成燃料的给料、切换。

36、(3)、能够最大限度的降低生物质粉料因物理特性造成的供热不均匀问题，使每一个烧嘴和燃烧室都能得到相应的燃料量。

37、(4)、通过对生物质粉体的粒径、粉体流量、一次进风量、二次进风量、粉体在空气中的最佳浓度为等关键工艺节点的控制、实现了理想的燃烧效果。

38、(5)、能够单独全部使用燃气燃料生产；或单独全部使用生物质粉体燃料生产；或能够实现燃气和生物质粉体燃料混合燃烧生产。

39、(6)、由于设置了炉内中心烧嘴燃烧器，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，使传统单膛竖炉的产量成倍增长，产量和生产利用系数已经高于目前的双膛石灰窑。

40、(7)、系统结构简单紧凑，便于操作。

41、(8)、不改变传统燃煤石灰竖炉及燃气石灰竖炉主要工艺结构特征，使大部分石灰竖炉都可以应用本发明的技术方案，利于工业化推广。

42、(9)、实现二氧化碳减排：生物质燃料的主要成分是碳水化合物，在燃烧过程中放出的二氧化碳相当于在光合作用中吸收的二氧化碳，形成一个自然界的碳平衡，科学上这种碳平衡称为零排放。

43、(10)、二氧化硫低排放：生物质燃料含硫量低，二氧化硫排放小于1mg/m3，远远低于烧燃煤、燃油的二氧化碳排放量，不需要安装脱硫装置就可以实现二氧化硫减排。

44、(11)、生物质燃料资源丰富，可再生循环生长，取之不尽。

45、(12)、投资低，延续了传统石灰竖炉投资回报率和投资性价比高的特征；与传统单膛混料式燃煤石灰竖炉投资相比，除去增加的燃烧系统装置投资外，整个生产系统的投资没有增加；与双膛石灰窑投资相比，同等产量下投资只有双膛石灰窑的三分之一左右。