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 解密第三代具有國際領先水平的節(jié)能環(huán)保全自動機械化石灰豎爐關鍵技術(2015版)
作者：北方爐窯協(xié)會（網(wǎng)絡通聯(lián)部）  童海馨
技術名稱：“第三代具有國際先進水平的節(jié)能環(huán)保全自動機械化石灰豎爐”技術
          （專利技術：三段式多功能自控節(jié)能環(huán)保豎爐）
技術提供：唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司、唐山金泉爐窯裝備技術研究所
技術論述：劉玉泉   職務：總經(jīng)理  研究所所長
一、概 述
二、SDJHS型“第三代”石灰豎窯的工藝與裝備特點介紹
三、記者采訪綜述
           一、概  述     
1、生產(chǎn)“工業(yè)石灰”時與普通石灰豎窯的技術對比：
  “工業(yè)石灰”概念是近年來出現(xiàn)的，它是指用工業(yè)的方法生產(chǎn)、同時又作為工業(yè)原料的氧化鈣，它在冶金、化工、鋁業(yè)、造紙和食品等行業(yè)有著不可替代的地位。依照應用領域的不同，質(zhì)量控制指標略有差異，它的命名也有區(qū)別，當用于冶金行業(yè)時，被稱為“活性石灰”，而用在非冶金行業(yè)時，則在“石灰”前面冠以相應的行業(yè)，例如化工石灰、醫(yī)用石灰等等。用于建筑業(yè)的石灰稱為建筑石灰，建筑業(yè)對石灰的要求不高，目前國內(nèi)還沒有建筑石灰的國家標準，通常所說的工業(yè)石灰一般不包括建筑石灰。
在工業(yè)領域制造石灰有兩種方法，一種是豎窯（又稱豎爐或立窯）技術，另一種是回轉(zhuǎn)窯技術，回轉(zhuǎn)窯雖然煅燒的石灰活性度較高、石灰質(zhì)量較穩(wěn)定，但是投資大，單位日產(chǎn)石灰投資一般都800-1200元/噸（如日產(chǎn)600噸石灰工程投資在4500-6500萬元），令投資人望而卻步，一定程度上制約了行業(yè)發(fā)展，而且存在著能耗高（生產(chǎn)每噸石灰用煤量在200-300kg，用電在45-55度范圍）、碳酸鈣分解率低（23-28%）等問題，其生產(chǎn)成本一直與市場石灰銷售價格接近，利潤極低，個別的已經(jīng)沒有利潤可言，所以，如果民間個人投資回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)石灰用于市場銷售是沒有投資價值的，如果回轉(zhuǎn)窯在冶金行業(yè)利用剩余的高爐或焦爐煤氣生產(chǎn)石灰在企業(yè)內(nèi)自用是可行的，其石灰產(chǎn)品各項指標都可以滿足鋼鐵行業(yè)的需求。
   目前國內(nèi)80-90%的石灰產(chǎn)量都來自于豎窯，但是，普通豎窯生產(chǎn)存在很多缺點，如窯的利用系數(shù)低，在0.3-0.5以下；耗能高，每噸灰用煤量在180-220kg以上；石灰活性度極低，在200-250ml范圍內(nèi)；由于普通窯爐絕大多數(shù)為上部開口或半開口結(jié)構，所以很難進行進行除塵治理，環(huán)境污染嚴重，加料和出灰?guī)缀跞�靠人工直接操作，勞動強度大，嚴重損害了操作工的身體健康；產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生、過燒、結(jié)瘤一般在30%以上，而且不能及時控制和處理；國家已經(jīng)在2006年開始對此類窯型進行強制拆除。在“十二五”規(guī)劃中，國家已經(jīng)把“生產(chǎn)系數(shù)低于0.5，噸灰耗煤量高于150kg，無環(huán)保治理設施”等作為下一步淘汰普通高耗能石灰豎窯的硬性指標。
    根據(jù)中國國情，國內(nèi)唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司等單位在1998年就引進參考了日本河合株式會社、日本住友金屬、日本田邊化工、日本武合機器等多家的石灰豎窯新技術新裝備，在十幾年的發(fā)展中，遵照“吸收創(chuàng)新為主，引進學習為輔，以適應國情為宗旨，以用戶滿意為標準”的精神，在綜合了國內(nèi)多種窯型的基礎上，結(jié)合我國原料與燃料及產(chǎn)品要求的多樣化，唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司率先設計成功了SDHJS型“第三代節(jié)能環(huán)保全自動機械化石灰豎窯（三段式多功能自控節(jié)能環(huán)保豎窯）”，并形成多項具有自主知識產(chǎn)權的專利技術。以原日本技術為原型的國內(nèi)*代及第二代新型節(jié)能環(huán)保豎窯，在國內(nèi)已廣泛推廣，已經(jīng)建成達產(chǎn)近三百座。近幾年來以它節(jié)能顯著、環(huán)保達標、自動化程度高、成品質(zhì)量高、建造成本低、建成周期短等優(yōu)點深受到國營大中型、民營個體企業(yè)和國外許多國家的青睞。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的要求，在綜合了國內(nèi)石灰產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與需求的基礎上，自2010年開始，隨著唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司“第三代具有國際先進水平的節(jié)能環(huán)保全自動機械化石灰豎窯”技術的推出，標志著我國混燒石灰豎窯煅燒技術已經(jīng)在國內(nèi)外具有領先水平。
2、該項技術的淵源于發(fā)展：
   該項技術原型引進與日本，而創(chuàng)新發(fā)展確是由中國多家公司不斷完善完成的，該項技術*代至第三代的發(fā)展具有如下特征：
（一）：“*代”技術的引進與應用：
在上個世紀60年代曾經(jīng)為我國石灰行業(yè)做出過重要貢獻的機械化石灰豎窯，隨著石灰產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，以及國外先進的石灰窯技術的引進，我國老式（花瓶式）機械化石灰窯技術裝備落后、石灰質(zhì)量低的劣勢突顯，昔日的風光一掃而進，甚至有人把其與土窯相提并論，被推到了淘汰的邊緣。
   馬鋼、安陽鋼鐵公司于1989年與日本河合公司聯(lián)合對老式機械化石灰豎窯進行了技術改造，根據(jù)石灰生產(chǎn)原理，從原料的篩分、混合、布料、窯溫的調(diào)整、供風布風、出灰、除塵等都進行了技術改造，并且重新修訂了生產(chǎn)工藝操作制度，與1990年5月投產(chǎn)后，效果非常明顯。該技術的引進與成功的改造應用標志著國內(nèi)*代新型節(jié)能環(huán)保石灰豎窯在國內(nèi)進入了試應用階段。
  近幾年，馬鋼通過對公司內(nèi)新引進的一批先進的石灰窯（套筒窯、佛卡斯窯、麥爾茲窯）技術進行消化吸收，吸取了一些先進技術，對公司內(nèi)三座250m³機械化石灰窯再次進行改造升級，實現(xiàn)了全自動化控制，三座窯只需2名操作工，單窯日產(chǎn)量從*次改造后的220噸提高到280噸，利用系數(shù)從0.88提高到1.12，每公斤灰熱耗能從1050kcal降低到960kcal以下，活性度從240ml提高到330ml，生過燒率從平均18降低到平均2.72，經(jīng)公司煉鋼測算，從原噸鋼用灰85kg降低到50kg以下。改造后的石灰窯所產(chǎn)石灰達到了一級冶金活性石灰的標準。
  業(yè)界曾經(jīng)認為我國機械化石灰豎窯是落后的、是不成功的，馬鋼的石灰窯改造成功案例證明，只要按照石灰煅燒工藝的要求進行改造或者建設新工程，就能變落后為先進，使我國機械化石灰豎窯與國外先進的窯型相媲美，再現(xiàn)昔日的輝煌。
（二）：“第二代”技術的開發(fā)與推廣：
    1990年4月20日點火投產(chǎn)、6月23日正式驗收通過的安陽鋼鐵公司170m³混燒焦炭石灰豎窯，標示著我國新型節(jié)能石灰豎窯在我國的正式推廣應用，該工程為安陽鋼鐵公司與日本住友金屬、日本河合石灰、田邊化工機等聯(lián)合設計、制造、建設的活性石灰豎爐。建成后形成了生產(chǎn)穩(wěn)定正常、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、能耗低、經(jīng)濟效益好、崗位環(huán)境好等特點的新一代活性節(jié)能豎爐。
   通過1990年至2010年20年的發(fā)展與應用，已經(jīng)形成了具有中國國內(nèi)應用特點的“現(xiàn)代”石灰豎爐，技術在不斷的進步與提高，材料與裝備的國產(chǎn)化已經(jīng)形成，各項技術指標在不斷突破，尤其在冶金行業(yè)應用發(fā)展較快，目前國內(nèi)建設的150-500m³新型混燒石灰豎窯已經(jīng)超過了300座。
    該技術的成功推廣應用，為我國機械化石灰窯建設與發(fā)展起到了示范作用，該窯型被業(yè)界稱作“具有國際先進水平的自動化節(jié)能環(huán)保石灰窯”是不為過的。
（三）：“第三代”技術的創(chuàng)新與推廣：
     唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司自2002年開始應用“*代”、“第二代”等先進理念后，不斷創(chuàng)新與改進，以節(jié)能為為宗旨、從技術應用的多元化與產(chǎn)品的多樣化為發(fā)展方向，經(jīng)過近10年的摸索與研究并對公司建設的近百座不同石灰窯窯型進行了“優(yōu)中選精、揚長避短”的再次創(chuàng)新研發(fā)，與2010年成功研制推出了“第三代具有國際領先水平的節(jié)能環(huán)保全自動機械化石灰豎窯”。
    從“第二代”技術的“具有國際先進水平”到“第三代”的“具有國際領先水平”，“從“先進”到“領先”雖然只有兩個字的區(qū)別，確區(qū)分了該項技術在新形勢下的發(fā)展方向與技術水平。
    首先，從燃料的應用范圍有了進步，原日本豎窯燃料選用較固定，要求只能使用“冶金二級以上焦炭、粒度在30-40mm”，“第三代”窯型使用的燃料非常廣泛，既可以使用焦炭同時也可以使用無煙煤、煙煤、焦丁(5-20mm)、蘭炭、壓塊型煤等多種燃料，而且對燃料的熱值也不做硬性要求。
   產(chǎn)品的“多樣化”生產(chǎn)是新窯型的主要特征之一：原日本豎窯及“*、二代”改進型豎窯，其生產(chǎn)原理及產(chǎn)品生產(chǎn)只是針對了冶金灰的生產(chǎn)，生產(chǎn)理念提倡“高產(chǎn)、高活性”，但是，我國的石灰應用行業(yè)非常廣泛，不僅在建筑業(yè)、冶金行業(yè)有較大需求，其他行業(yè)如：電石、電廠、碳酸鈣、造紙、制堿、氧化鋁等行業(yè)也是產(chǎn)品需求大戶，各行業(yè)所用的石灰產(chǎn)品質(zhì)量及要求是有很大區(qū)別的，“*、二代”窯型的單一化工藝設計是不能滿足各行業(yè)產(chǎn)品要求的。“第三代”技術提出的“三段式多功能自控節(jié)能環(huán)保豎窯”技術就是作為上述出發(fā)點來研制的。通過對“第三代”窯型的多次改進設計，該窯型已經(jīng)可以同時（需進行工藝調(diào)整）生產(chǎn)冶金灰、碳酸鈣用灰（輕鈣、重鈣、活性鈣、納米鈣等用灰）、電石用灰、電廠脫硫用灰、氧化鋁用灰、制堿用灰等及其它行業(yè)用灰，而且還可以回收“二氧化碳”氣體，做到了產(chǎn)品多樣化，使石灰生產(chǎn)建設單位的石灰產(chǎn)品銷售渠道更廣泛、更具有市場競爭力。
   新窯型的“多功能”也是主要特征之一：該窯型在工藝設計、裝備選型上充分的彰顯了其“多功能性”，在裝備配置設計中，該窯型在燃煤混燒的基礎上可以同時用高爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣、煤氣發(fā)生爐煤氣氣體及煤粉噴吹等方式煅燒石灰，該窯型在生產(chǎn)高品質(zhì)石灰的同時也可以作為“鐵礦石磁化焙燒”、“高嶺土焙燒”、“鋁礬土焙燒”、“石煤提釩焙燒”等多品種的產(chǎn)品生產(chǎn)選擇，該技術的推出，對我國豎窯在多領域應用于開發(fā)上起到了示范作用，極具推廣價值。
   新窯型的“產(chǎn)量彈性調(diào)節(jié)”功能也是創(chuàng)新應用技術：一般的豎窯工藝設計中只能考慮把產(chǎn)量*大化，所以在生產(chǎn)中如果根據(jù)下游產(chǎn)品使用量調(diào)整生產(chǎn)操作很難實現(xiàn)，新窯型在設計中采用新型專利配風專利技術通過對供風方式調(diào)整、配風調(diào)整和對配料調(diào)整、煅燒料位調(diào)整等方式，可以在30-100%范圍調(diào)整產(chǎn)品產(chǎn)量。
   采用煙煤（褐煤）生產(chǎn)活性石灰是該項技術的核心內(nèi)容，在我國無煙煤的價格至少是煙煤的2倍以上，采用煙煤生產(chǎn)石灰是降低石灰生產(chǎn)成本的關鍵措施，以往在我國采用煙煤用豎窯法生產(chǎn)石灰只有極少量土窯結(jié)構的改造窯型生產(chǎn)一些普通的建筑灰，因石灰質(zhì)量差、成品率低無推廣價值，用煙煤采用豎窯生產(chǎn)活性石灰是沒有先例的，主要是因為煙煤（褐煤）揮發(fā)分高、灰分高、水分高、燃點低、固定碳低、含硫高等原因，致使在豎窯生產(chǎn)中窯頂頂溫過高、能耗高、生產(chǎn)不易操控、石灰品質(zhì)及品相差、石灰雜質(zhì)高需要人工挑揀、除塵不易治理等，“新型第三代技術”采用了唐山金泉公司*新專利技術“煙煤煤粉成型技術豎窯煅燒活性石灰”，該項技術采用煙煤及褐煤的煤粉生產(chǎn)活性石灰，不采用塊煤，只使用煤礦篩分后的粒度面煤及粉煤，通過技術手段重新混配使煙煤（褐煤）在豎窯煅燒石灰的過程中降低了著火溫度、提高了燃燒速率及燃燒效率，達到了煤粉自身燃燒性能的目的，在生產(chǎn)中與無煙煤燃燒效果基本相同，所生產(chǎn)的活性石灰完全可以與無煙煤生產(chǎn)的石灰媲美，尤其是采用粉煤煅燒，完全解決了采用塊煤煙煤及無煙煤塊煤生產(chǎn)的石灰煤核雜質(zhì)多、石灰品質(zhì)及品相差等問題。該項技術可以在原無煙煤（焦炭）豎窯的結(jié)構上僅改造窯頂部分結(jié)構及供風結(jié)構既可以采用煙煤（褐煤）生產(chǎn)活性石灰。目前該項技術已經(jīng)在蒙古國、印尼等國家推廣應用，在國內(nèi)也開始推廣應用。劇測算，采用煙煤煤粉生產(chǎn)石灰比采用無煙煤塊煤生產(chǎn)石灰時的燃料成本可以節(jié)約50%以上，該項技術的“石灰豎窯專用煙煤粉煤成型配方及生產(chǎn)技術”已經(jīng)申請了專利。
     該窯型工藝技術及裝備制造技術已經(jīng)申請專利，被“北方爐窯協(xié)會”在2010、2011年度唯一重點推薦推廣技術，并獲得了“2010年度石灰行業(yè)節(jié)能標兵”稱號、被確定為“石灰窯設計建造示范單位”、獲得了“2010年度石灰行業(yè)新技術貢獻獎”特等獎、獲得了“2012年度石灰行業(yè)新裝備創(chuàng)新獎”一等獎、獲得了“2012年度石灰行業(yè)資助示范工作模范獎”稱號、5項研制的新技術作為“北方爐窯協(xié)會”專利技術申請重點推薦項目。在2014年被“中國石灰行業(yè)學會”評為“2014年度石灰行業(yè)發(fā)明創(chuàng)新貢獻獎”及獎勵基金和“2014年度石灰行業(yè)節(jié)能環(huán)保示范教育基地（單位）”。
3、“第三代具有國際領先水平的節(jié)能環(huán)保全自動機械化石灰豎窯”主要技術特點：
主要綜合特性：三高、兩多、一低、零排放
  三高：產(chǎn)量高、活性度高、經(jīng)濟效益高
  兩多：產(chǎn)品品種多、窯型功能多
  一低：綜合耗能低（煤耗、電耗、水等）
  零排放：二氧化碳零排放（碳酸鈣生產(chǎn)）
主要綜合技術經(jīng)濟指標
1、爐子有效容積             100-600（m3）
2、產(chǎn)量                 85-500（t/d）
3、熱耗            ＜960×4.1868（KJ/Kg·石灰）
4、標煤用量          120（Kg/ Kg·石灰）（115-125kg范圍內(nèi)）
5、利用系數(shù)           ﹥0.85（t/d·m3）*高可達1.15
6、活性度            ≥320（ml）（300-350范圍內(nèi)）
7、生石灰含鈣量               ≥90 CaO（%）
8、生石灰的生過燒率            ﹤5-7（%）
9、石灰石消耗               1.7- 1.8（t/t·灰）
10、煙氣中CO2的濃度            38-43（%）
11、煙塵排放指標              ﹤50（mg/m3） 
二、SDJHS型“第三代”石灰豎窯的工藝與裝備介紹:（三段式多功能自控節(jié)能環(huán)保豎窯）
1、采用第三代*新節(jié)能的煅燒方式：
（1）通過先進的煅燒機理節(jié)能，充分的利用余熱熱能：
為了有效的利用能源，爐窯上部和下部采用新的熱交換的方式，*限度的減少了熱量從上部和下部的散失。從窯體下部鼓入助燃風，通過和窯內(nèi)下部燒成的成品灰進行充分的熱交換變成熱風，物料靠自重克服煤氣氣流的浮力而緩慢向下運動，相繼通過預熱帶、煅燒帶、冷卻帶。爐料在下降過程中，與熾熱的煤氣進行著復雜的熱交換，并伴隨著石灰石的分解和生石灰的晶粒的發(fā)育成長過程，當全過程完成時，窯上部排出的煙氣溫度在140℃以下，成品石灰也被助燃空氣冷卻降溫至40—60℃，余熱充分利用后成品石灰通過密封卸料裝置排出。
助燃空氣由風機從爐體下部風道進入，通過集風裝置與布風裝置“計算機概率風帽裝置”進行均壓、均量后進入爐內(nèi)，克服料粒阻力從下部上升至爐頂，在除塵引風機的吸引下，煙氣通過管道輸送到除塵器進行除塵。由于引風機的作用，使窯內(nèi)料面上方形成微負壓區(qū)。這個微負壓保證了爐內(nèi)氣流順暢，非常有利于煅燒帶石灰石進行分解。
（2）煅燒采用三段定位方式操作，爐況調(diào)控手段先進，調(diào)偏方式簡單實用。
   煅燒方式采用“三段定位”方式進行操作，通過在窯體上的調(diào)控裝置可以把“預熱帶、焙燒帶、冷卻帶”三帶固定在可控區(qū)域，解決了了老式石灰窯無法調(diào)控煅燒帶“上移”、“下降”的問題，使煅燒帶溫度的調(diào)整簡單易行，同時窯體上部及下部設有料面溫度調(diào)偏裝置。當上部及下部出現(xiàn)爐況偏燒時，操作上下調(diào)控裝置，即可調(diào)整上部偏燒和下部偏燒的爐況，輕微偏燒狀況一般15-30分鐘即可調(diào)整正常，出現(xiàn)偏燒嚴重的爐況，一般僅用1-3小時，即可調(diào)整過來。
 在產(chǎn)量調(diào)整時，通過窯體上的調(diào)控裝置可以把“三帶”位置調(diào)整，通過供風方式調(diào)整、配風調(diào)整、配料調(diào)整、煅燒料位調(diào)整、溫度調(diào)整等方式進行產(chǎn)品產(chǎn)量在30-100%范圍調(diào)整。
（3） 爐體設計采用全密封煅燒機理：
窯頂布料及窯底出灰裝置全部采用了全密封煅燒機理，這樣即保證了爐內(nèi)氣流分布穩(wěn)定，又保證了煅燒帶的溫度連續(xù)，使得燒成的石灰有了高品質(zhì)和高產(chǎn)量。
窯內(nèi)耐火保溫層采用高鋁磚+輕質(zhì)保溫磚+隔熱纖維+鋼質(zhì)爐殼共四層可達800-1000mm厚度。外層爐殼采用鋼殼結(jié)構，抗震性好、輕度好，爐內(nèi)耐火保溫層設計壽命都在5年以上，經(jīng)現(xiàn)場實測，燃料熱值利用率達85％以上（一般窯爐在40-60％以下）。
2、采用第三代*新配料、混料、布料方式：
（1）通過新型石灰石和煤炭配料設備，使混配料更精確、更方便。
混配系統(tǒng)的稱量裝置采用具有全自動控制能力的自動稱量裝置。精度<3‰。在稱量時，由變頻控制的振動給料機分二次給料，通過調(diào)控裝置，可以達到石灰石誤差在2Kg以內(nèi)，焦炭（煤）誤差在0.20Kg內(nèi)，并且，上次的稱量誤差，下次能夠自動補償。通過二者流量大小調(diào)節(jié)手段，使整個稱量、混勻過程都實現(xiàn)自動控制，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)、自動補給。
（2）布料設備結(jié)構奇特，具有多級篩分功能，使窯內(nèi)布量混勻到*。
窯頂設計有具有二次混料功能的過渡倉，爐頂分料裝置（二氧化碳回收時使用段式分料裝置）均勻地將爐料送至一邊布料、一邊旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)式布料器中，布料器可連續(xù)旋轉(zhuǎn)布料也可以單點定點布料以調(diào)節(jié)布料的精確度。
新型布料器在爐內(nèi)設計有機械手撒料裝置，可實現(xiàn)加料混料布料功能，可保證料面均勻平整，旋轉(zhuǎn)布料器可以將原料燃料均勻散落在料面上，布料的料面面積及形狀可調(diào)，布料速度可自動調(diào)節(jié)，使得布料準確、可靠。布料器中關鍵結(jié)構均用耐高溫、耐腐蝕材料制作，傳動部分用及密封部分采用特制耐高材料，使得設備運行可靠，能在惡劣的環(huán)境中長期連續(xù)無故障運行，為石灰石的高質(zhì)量煅燒提供了很好的工藝條件。
該布料器的特殊機械手結(jié)構能將石灰石和煤均勻混合后撒落到料面，可以實現(xiàn)在煅燒帶使煤各處燃燒發(fā)熱均勻，避免了由于布料不均勻?qū)е旅憾嗟牡胤綔囟雀弋a(chǎn)生而過燒和結(jié)瘤，溫度低的地方產(chǎn)生生燒，大大減少了由于布料不均勻而造成爐內(nèi)偏料、結(jié)瘤嚴重，浪費燃料的情況，經(jīng)過國內(nèi)外用戶的應用實測新型布料器相對于老式固定式布料器、沖擊式旋轉(zhuǎn)布料器、蝸殼式旋轉(zhuǎn)布料器等生產(chǎn)每噸灰可節(jié)約焦炭（或煤）在20Kg以上。
第三代多功能旋轉(zhuǎn)布料器與第二代旋轉(zhuǎn)布料器及原日本同類型旋轉(zhuǎn)布料器相比典型突出的新功能為具有多級篩分功能，可以把石料及燃料中的大塊料直接布到爐窯中心，把小塊料逐級布料到窯壁*外圍，使窯內(nèi)上火風壓一致，有效地解決了“窯壁效應”及“中心下料漏斗效應”，而解決“窯壁效應” 及“中心下料漏斗效應”是降低石灰生過燒率的主要手段和必要手段。
  該設備重量及價格只有老式“蝸殼式旋轉(zhuǎn)布料器”等設備的30-40%。
3、采用第三代*新供風、布風、富氧助燃技術：
石灰的煅燒是一種激烈的氧化反應，是燃料中的可燃成分與空氣的氧氣進行氧化反應，合理供風、加大供氧是節(jié)能石灰窯重要措施，節(jié)能窯所以節(jié)能供風供氧非常重要，而且有利于提高石灰活性度，傳統(tǒng)的土窯采用的“悶燒”方式及傳統(tǒng)豎窯采取的“層燒”方式是不可能生產(chǎn)出高活性、高產(chǎn)能的石灰的。
傳統(tǒng)機械化石灰窯鼓風系統(tǒng)由高壓離心風機和圓柱形或一級、三級簡易塔形風帽組成，因無布風專用風道氣流在窯內(nèi)的分布趨向于四周爐壁，中間單位面積流量小，加劇了窯壁效應，易發(fā)生粘瘤，而且布風風壓及風量不均，使石灰生過燒率居高不下。新型供風布風裝置，通過窯內(nèi)氣流分布研究和優(yōu)化設計，通對供風系統(tǒng)的優(yōu)化設計，利用計算機概率供風原理模擬實驗創(chuàng)新研制“均壓概率風帽”裝置，實現(xiàn)定量送風，使窯體統(tǒng)一截面上氣流分布趨于一致，有效解決了窯壁效應及料柱抽芯問題，同時石灰生過燒率也可以降低5-8個百分點。
活性石灰豎窯在煅燒過程中，供風的大小和布風均勻程度，對石灰的活性度和燒結(jié)的生熟均勻度至關重要，如供風不均勻就會出現(xiàn)偏燒，以至使過燒和生燒現(xiàn)象發(fā)生，大大影響了活性石灰的質(zhì)量。供風，風為火源，風大火大，風均火就勻。“第三代” 風帽在設計中的供風方針是：“穩(wěn)風壓、均風量、低功率、大效果”，在設計中計算機仿真風帽吸取了國外的經(jīng)驗，結(jié)合我國原料（石灰和焦炭、煤炭）的質(zhì)量和塊度的大小，用計算機仿真模擬供風設計風帽，使助燃風可以科學的分層分布到所需要的窯內(nèi)爐料斷面上，使窯內(nèi)氣流均勻火焰燃燒強度一致窯內(nèi)熱氣流由中向邊由邊向中流動，氣流、氣壓分布科學合理。
 “第三代計算機仿真風帽”裝置分為一體式和分體式結(jié)構，可實現(xiàn)同窯爐煅燒不同原料生產(chǎn)應用及不同產(chǎn)量的生產(chǎn)需求。該設備裝備制造技術已經(jīng)申請發(fā)明專利，該技術的名稱為“段式控能概率供風裝置”。
“第三代”技術通過對石灰窯熱量平衡的研究，將富氧助燃技術應用在了石灰生產(chǎn)的裝置中，在保持石灰質(zhì)量相對穩(wěn)定的前提下，達到了節(jié)能降耗的目的，用專用裝置與“第三代計算機仿真風帽”裝置調(diào)配可實現(xiàn)石灰窯增氧中氧壓的分配，實現(xiàn)富氧助燃的應用，據(jù)實測，富氧量達到23%時，可降低煤炭配比10%，可以達到節(jié)能的目的。
4、采用第三代*新排料、除瘤技術：
新型出灰機采用圓盤旋轉(zhuǎn)結(jié)構，設計有6-9個排料刮刀，在排灰過程中，不擠壓和損壞塊狀石灰，使出灰過程中產(chǎn)生的粉灰量大大減少，該設備在排灰過程中可以使整個爐內(nèi)料面下降平穩(wěn)，保持了料面平整，在排灰過程中可以實現(xiàn)自動正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)，使得上面的石灰塊間的氣流隙保持不變，從而保持氣流順暢，而不像其它排灰設備容易使爐內(nèi)空隙變小氣流紊亂，圓盤出灰機的六點卸料原理是與窯頂六點布料器配套同時應用可以可有效防止爐料“中心下料漏斗效應”也就是“抽芯”現(xiàn)象的發(fā)生。
新型出灰機出灰量的大小自動控制調(diào)整，可根據(jù)產(chǎn)量需要能很方便調(diào)整出灰量，正常生產(chǎn)排料時為6點卸料，在生產(chǎn)中工藝人員根據(jù)原料和燃料的質(zhì)量及外界因素的變化，根據(jù)需要調(diào)整爐況時它可調(diào)成單邊出灰，單點出灰、本設備配合調(diào)整爐況方便準確、得心應手。
該設備的研制成功，徹底解決了老式石灰窯選用的“螺椎出灰機”設備跑偏磨損嚴重事故率高、下料口堵料嚴重、不能調(diào)節(jié)料面偏料、石灰破損率高、設備造價高等問題，該設備價格只有同等石灰產(chǎn)量“螺椎出灰機”設備價格的20-30%。
在出灰機上部設計有除瘤裝置、當遇到爐況不正常產(chǎn)生大塊結(jié)瘤物料時可以及時進行處理，使結(jié)瘤物料破碎能夠正常下降排除爐外，當遇到大量、大塊結(jié)瘤物料時可以開啟排料通道進行快速排料處理。當遇到出灰機故障停機時可快速移除設備直接排料。
為保證成品石灰的質(zhì)量和產(chǎn)量，必須做到不停助燃風連續(xù)生產(chǎn)，新型的段式密封閥出灰機也是高效自動化出灰生產(chǎn)中的關鍵設備，該設備可以把排灰筒中連續(xù)落下的石灰不斷排到爐外，排灰過程中由于段式密封裝置的密封作用，使助燃風能連續(xù)供風而不致從下面泄漏。不停風生產(chǎn)相對于老式石灰窯每小時至少停風停產(chǎn)出灰15分鐘計算可以提高產(chǎn)量25%以上。
段式密封閥出灰機設備配合盤式出灰機使用，在連續(xù)排灰中使爐內(nèi)密封良好，不影響助燃風連續(xù)送風，排灰過程中不擠壓和損壞石灰塊，可把600mm以下粒度物料直接快速排出爐外，該設備運行簡單可靠，免經(jīng)常維護，故障率極低。
“第三代”技術在窯體三代位置設計有探瘤、除瘤裝置，該裝置可以把窯壁上初期生成的結(jié)瘤及時發(fā)現(xiàn)并進行處理，使結(jié)瘤物料消除在萌芽狀態(tài)。
5、采用第三代高活性劑、脫瘤、除硫技術：
    “工業(yè)灰”很多用戶對石灰的活性度提出了更高的要求，如冶金行業(yè)煉鋼用灰、電廠脫硫灰、電石灰等，活性度的高決定了上述用戶對石灰產(chǎn)品的價格高低，所以，提高活性度是煅燒冶金工業(yè)用灰的*高追求指標。
  在燃煤混燒豎爐生產(chǎn)中，普通豎爐生產(chǎn)的石灰活性度一般在240-280 ml，“第三代”技術正常生產(chǎn)的石灰一般在300-330ml，而燃氣石灰窯生產(chǎn)的石灰活性度一般都在340-370 ml，這是燃氣窯與燃煤混燒窯石灰產(chǎn)品的一個顯著區(qū)別。
  唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司在2003年就研制了“混燒窯專用活性添加劑”并一直在進一步研發(fā)提高活性劑的應用技術，在2009年開始推出了“新型石灰活性添加劑”技術與產(chǎn)品，該項技術可以使混燒窯的石灰活性度增加30-40 ml，該活性劑同時也可以應用于燃氣石灰窯的生產(chǎn)。該“活性劑”在生產(chǎn)中每噸石灰只增加生產(chǎn)成本2元左右，而生產(chǎn)的石灰因提高了活性度銷售價格至少可以提高30-50元，應用“活性劑”后，其產(chǎn)品活性度已經(jīng)接近或達到普通燃氣石灰窯的活性度了，其價值是顯而易見的。
    該“活性劑”的另一特性是在煅燒過程中因可以產(chǎn)生汽溶和加熱介質(zhì)的作用，可以快速沖刷窯壁產(chǎn)生的“結(jié)瘤”，一般的“結(jié)瘤”在生產(chǎn)中會很快粉化脫落。
  新研制的“第三代活性劑”技術增加了“脫硫”功能，由于“活性劑”在煅燒過程中對CaCO3和MgCO3分解的結(jié)晶起到強烈的催化作用、使CaO晶格急劇快速長大，生成了疏松的、多孔的結(jié)晶體，使石灰氣孔率較高、表面積加大，所以石灰表面存在的SO2全部脫落于石灰粉塵中，而石灰80%的SO2存在于石灰表面中，煤炭中的SO2經(jīng)過燃燒后也都變?yōu)榧毿》蹓m存在于石灰粉塵中，所以“活性劑”的應用可以除掉原存在于原料和燃料中的絕大部分硫化物。
6、除塵系統(tǒng)創(chuàng)新設計，煙氣達標、二氧化碳零排放。
使用布袋除塵器是國家環(huán)保部門一直推廣使用的除塵設施，布袋除塵器的除塵效果優(yōu)于其他如：多管除塵器、重力除塵器、水除塵器等除塵設備。
但是，布袋除塵器在使用過程中由于石灰窯窯頂煙氣在生產(chǎn)失常時煙氣溫度過高，使布袋除塵器的布袋過早燒毀，使用戶造成損失同時也影響除塵效果。而且由于混燒石灰窯生產(chǎn)中燃煤在燃燒過程中產(chǎn)生一定量的焦油，往往容易堵塞除塵器濾袋孔隙的，也降低了除塵效果與除塵器濾袋的使用周期。
“第三代”技術通過優(yōu)化設計，在煙氣進入除塵器前進行了空氣流量與粉塵的重新混配，解決了煙氣除塵溫度高損壞布袋問題，同時也把黏稠的焦油變成容易濾除的顆粒微塵，對于含SO2量高的煙塵，由于在除塵前的混配，粉塵中的CaO遇煙氣中的水分發(fā)生潮解，與SO2反應生成CaSO4微塵，混合后進入除塵器，通過除塵達標排放。設計的除塵排放量為<50mg/m3，在生產(chǎn)中，經(jīng)過實測在30-40mg/m3之間，經(jīng)過除塵后，排放量極少，實現(xiàn)了綜合除塵治理效果。
根據(jù)各地區(qū)環(huán)保治理要求不同及新的環(huán)保法推行，該項技術*新研發(fā)設計了“新型濕式煙氣除塵脫硫一體機”，該項技術可以把煙氣除塵及二氧化硫排放達到30mg以下，尤其適用于采用煙煤生產(chǎn)石灰時的應用，該項技術是2015年“中國石灰行業(yè)學會”重點推廣技術。
7、采用變頻調(diào)速等手段，使設備節(jié)能運行。
該爐窯生產(chǎn)中所用的動力：助燃風系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、出灰系統(tǒng)、布料系統(tǒng)、混配系統(tǒng)等多處需要調(diào)節(jié)運行的動力都采用了變頻器控制和運行，避免了大馬拉小車和無負荷空載運行的現(xiàn)象，卷揚上料系統(tǒng)設計應用了“平衡重力”裝置，節(jié)約電能平均在40％以上。
8、自動化生產(chǎn)水平進一步提高，單人操作即可正常生產(chǎn)。
從原料斗上料—電子稱稱重—混配料—爐頂上料—布料—排灰—成品進料倉及風量調(diào)控—煙氣調(diào)控—溫度調(diào)控等全部實現(xiàn)自動化，需要調(diào)整爐況參數(shù)時，只在工控室中微機上操作即可。
 “第三代”技術實現(xiàn)了石灰生產(chǎn)從投入到產(chǎn)出全過程自動化作業(yè)，不但提高了產(chǎn)量和質(zhì)量，而且降低了工人的勞動強度，改善了工作環(huán)境。經(jīng)過近十幾年的使用表明，它不但穩(wěn)定可靠、故障率低、抗干擾能力強，而且稱量系統(tǒng)精度高、功能齊全、操作簡便，深受操作工人的歡迎，是石灰爐中比較理想的控制系統(tǒng)。
9、工程投資低，建設周期短、生產(chǎn)成本低、投資回報率高。
   “第三代”技術把工程投資進一步降低是該技術的主要特征，按照日產(chǎn)200噸活性石灰的一座258m³豎窯計算，*代原日本技術在我國的工程投資在450-500萬元，第二代技術工程投資在350-400萬元，而第三代技術經(jīng)過再次優(yōu)化設計，把工程投資控制在了250-300萬元范圍內(nèi)，簡易的也可以控制在200-250萬元范圍，而產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量又有了很大提高，經(jīng)測算，目前豎窯工程投資在同等產(chǎn)量下只有回轉(zhuǎn)窯工程投資的20%，而且工程建設周期只有3-4個月。
  按照唐山地區(qū)2012年上半年當?shù)貎r格計算：“第三代”豎窯每生產(chǎn)一噸石灰生產(chǎn)成本在220-260元（不含運費），而石灰的售價在480元-530元/噸，利潤是非常可觀的。經(jīng)實測，應用第三代技術日產(chǎn)200噸石灰的豎窯，按照每噸*低80元利潤計算可在5-6個月收回工程投資。
 “第三代石灰窯”技術與傳統(tǒng)老式石灰窯相比從投資角度對比有以下優(yōu)勢：
石灰窯項目投資在技術的對比時還要考慮項目投資高低來確定經(jīng)濟性，也就是通常所說的投資性價比，在比較時應先確定單窯的日產(chǎn)量后再選擇窯型對比：
如日產(chǎn)200噸的混燒石灰窯窯型投資對比：
（1）、傳統(tǒng)窯型（主要為鋼結(jié)構窯體，窯型為花瓶型的窯型）：因生產(chǎn)利用系數(shù)低（生產(chǎn)利用系數(shù)0.4-0.45），日產(chǎn)200噸石灰需要窯容積約520m³，因窯體容積較大，需要鋼材和耐火材料數(shù)量較多，投資一般在380-450萬元（從原料倉至窯底出灰止），主要投資構成為：
   鋼材：225噸X3800元=85.50萬元（含窯體195噸，料倉30噸）
   耐火材料：920噸X950元=87.40萬元
   設備投資：55萬元     土建：35萬元         電氣：30萬元
    除塵：40萬元        施工費：60萬元
合計：392.90萬元
（2）、第三代新型節(jié)能環(huán)保高活性石灰豎窯：
以唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司第三代新型節(jié)能高活性混燒石灰豎窯數(shù)據(jù)為參考：
   該窯型因生產(chǎn)利用系數(shù)高（生產(chǎn)利用系數(shù)0.8-1.12，平均0.85），日產(chǎn)200噸石灰需要窯容積僅為250m³，因窯體容積較小，需要鋼材和耐火材料數(shù)量較少，投資一般在250-300萬元（簡易的200-250萬元），主要投資構成為：
   鋼材：132噸X3000元=39.60（爐體110噸，料倉22噸）  
耐火材料：430噸X950元=40.85萬元
   設備投資：50萬元     土建：25萬元      電氣：25萬元
   除塵：20萬元         施工費：40萬元
    合計：240.45
 對比結(jié)果：在同等產(chǎn)量要求下，第三代石灰窯比傳統(tǒng)石灰窯投資*少低140萬元以上。
“第三代石灰窯”技術與傳統(tǒng)老式石灰窯相比從節(jié)能角度對比有以下優(yōu)勢：
第三代燃煤混燒石灰豎窯（豎爐）超高利潤構成解析：
從上述生產(chǎn)成本構成看，石灰生產(chǎn)主要成本還是燃料，所以控制燃料消耗高低是石灰生產(chǎn)高效益高利潤的主要手段，如：唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司第三代新型節(jié)能高活性混燒石灰豎窯與傳統(tǒng)石灰窯相比煅燒一噸石灰*低可節(jié)約煤炭40kg以上（傳統(tǒng)窯爐160-190kg,金泉爐窯125kg），按照燃料無煙煤每噸1200元計算可降低48元，按照日產(chǎn)200噸計算每天就可以節(jié)約（增效）9600元，每年可增效300萬元以上，也就是說一年節(jié)約的燃料費用就可以收回投資，如果采用煙煤粉煤生產(chǎn)石灰相對于用無煙煤生產(chǎn)可以節(jié)約至少60元以上，按照日產(chǎn)200噸計算每天就可以節(jié)約（增效）12000元，每年可增效400萬元以上，也就是說7-8個月節(jié)約的燃料費用就可以收回投資，這是一個被人忽略的細節(jié)，但卻是石灰生產(chǎn)超高利潤構成主要原因，也是這個行業(yè)投資火熱的行業(yè)秘密。
同理推算：
  石灰活性度對產(chǎn)品售價及利潤的影響：
高檔高活性石灰比普通石灰及普通工業(yè)石灰活性度一般高30-70ml，石灰售價每高10ml活性度一般售價可高10-20元，如果按照唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司第三代新型節(jié)能高活性混燒石灰豎窯與傳統(tǒng)石灰窯生產(chǎn)的石灰活性度相比至少高了50ml活性度，按照平均至少高30ml石灰售價每噸高35元計算，每年可增效250萬元以上，也就是說每噸石灰增加的石灰活性度增加的效益一年就可以收回投資。
石灰生過燒率產(chǎn)品售價及利潤的影響：
石灰成品的生過燒率高低也是影響石灰產(chǎn)品利潤的重要因素，傳統(tǒng)石灰窯生產(chǎn)的石灰成品生過燒率一般在20-25%（土窯在30-40%），唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司第三代新型節(jié)能高活性混燒石灰豎窯石灰成品生過燒率可控制在7%以下，部分窯型可控制在4%以下。按照傳統(tǒng)石灰窯生過燒率*低15%與唐山金泉公司*高7%對比至少也有8%的差距，按照日產(chǎn)200噸石灰計算，8%的生過燒率就等于在同等的人力、原料、電力、耗能情況下減少16噸產(chǎn)量，每天至少也少收入7000元以上。也就是說僅降低的生過燒率這一項增加的效益就可以不到一年收回投資。
超高利潤構成綜述：
綜上所述，以上三項方面只要做到一點就可以快速收回投資，所以投資一個石灰窯工程，項目技術的先進性、節(jié)能效果是至關重要的，市場瞬息萬變，作為投資者只有在*短的時間內(nèi)收回投資才是*穩(wěn)妥的、*明智的選擇。在采訪過程中，唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司劉玉泉總經(jīng)理表示：“讓石灰窯投資用戶在6個月收回投資”是我們堅守的承諾，也是檢驗我們技術高低的唯一標準也是用戶在對市場上眾多窯型驗證選擇項目效益高低和驗證指標高低時的標準。
三、  記者采訪綜述
記者在采訪中了解到，唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司研制建造的石灰豎窯已經(jīng)超過200座，其中燃氣窯80余座，*代及第二代混燒燃煤豎窯設計及建造（含改造）的數(shù)量也有近100座，第三代豎窯2011年開始至2014年6月設計建造的也有近60座。
通過對“第三代具有國際領先水平的節(jié)能環(huán)保全自動機械化石灰豎窯”技術的以上了解分析，經(jīng)對該技術進行全面的考察、研究、論證我們認為：
石灰因其原料（石灰石）來源的廣泛而廉價，儲存時間短（易受潮）、銷售半徑小，長期以來國內(nèi)普遍的石灰企業(yè)以規(guī)模小、質(zhì)量差、工藝落后、犧牲環(huán)境、浪費礦產(chǎn)資源的形式存在。國民經(jīng)濟經(jīng)濟的強盛發(fā)展，國家對環(huán)境保護的愈發(fā)重視和資源日益枯竭的嚴重形勢下，落后的生產(chǎn)工藝、犧牲環(huán)境資源換發(fā)展的形式必將迅速被限制和淘汰。同時，激烈的市場競爭使得石灰需求行業(yè)的企業(yè)，將不斷重視和追求石灰的高質(zhì)量，而落后的石灰生產(chǎn)企業(yè)的逐步關停淘汰，二者因素勢必推動石灰市場價格的穩(wěn)步走高。
節(jié)能是我國長期的戰(zhàn)略任務，而工業(yè)節(jié)能特別是窯爐節(jié)能更是我國工業(yè)節(jié)能的重要組成部分，在“十一五”期間是*受重視的節(jié)能領域。我國窯爐的節(jié)能任務非常繁重，它不僅表現(xiàn)在技術工藝的復雜上，而且表現(xiàn)在生產(chǎn)廠家對窯爐投資的要求上，因此工業(yè)窯爐建設不僅要表現(xiàn)在高效的節(jié)能技術上，而且要表現(xiàn)在優(yōu)越的環(huán)保效應上，更要表現(xiàn)在適合我國國情的產(chǎn)品銷售價格上，只有這樣，才可能為我國工業(yè)窯爐的改造奠定良好的基礎。
唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司“第三代”技術的研發(fā)成功，使工業(yè)節(jié)能型窯爐成套設備的出臺就是上述功能的集中體現(xiàn)。該產(chǎn)品可替代國家嚴令禁止的高耗能石灰窯，而且節(jié)能環(huán)保，對于淘汰落后的工業(yè)窯爐奠定了堅實的物質(zhì)和技術基礎。該項目技術研制成功，不僅有助于我國石灰產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整，而且為我國節(jié)能技術適合我國國情的發(fā)展提供了良好的示范效應。
“第三代具有國際領先水平的節(jié)能環(huán)保全自動機械化石灰豎窯”技術的推廣，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和節(jié)能環(huán)保的總體戰(zhàn)略。項目產(chǎn)品不僅是節(jié)能產(chǎn)品，而且是環(huán)保產(chǎn)品，價廉物美，非常適合我國石灰工業(yè)和其它工業(yè)窯爐使用，有利于對總體生態(tài)環(huán)境的保護。
該項目加工過程及工藝技術成熟，規(guī)模適當，產(chǎn)品市場前景廣闊。項目本具有較強的盈利能力和抗風險能力，經(jīng)濟、社會效益顯著，建議由條件的地區(qū)及時進行項目建設，使這一技術得以推廣應用，同時也用戶帶來可觀的經(jīng)濟效益。
       作者：北方爐窯協(xié)會（網(wǎng)絡通聯(lián)部）  童海馨
                                                        原版 2012-6-16
                                      新編版：2015/1/22
參考文獻：
1、  唐山金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司《第三代“三段式多功能自控節(jié)能環(huán)保豎窯”工藝技術操作指南》
2、  《淺談石灰豎窯技術改造》  作者：秦福禮   （馬鋼股份公司第三鋼軋總廠）
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高耗能、高污染，低品質(zhì)、低利潤，石灰行業(yè)期待變革！
科技引領產(chǎn)業(yè)  理念創(chuàng)造財富
一種真正意義上的節(jié)能環(huán)保爐窯
一種徹底顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的爐窯
一種僅6個月就可以收回投資的爐窯
一種幾乎免人工，徹底解放勞動力的爐窯
一種跨行業(yè)多功能多用途產(chǎn)品多元化的爐窯
一種產(chǎn)量同等條件下比土窯投資還要低的爐窯
一種集22年生產(chǎn)建設經(jīng)驗逐步完善升級的爐窯
一種容納吸收了國內(nèi)外同行業(yè)前沿科技精華的爐窯
一種帶有頂尖制造業(yè)血統(tǒng)并具有9項專利技術的爐窯
一種與傳統(tǒng)窯爐相比投資相同產(chǎn)量與效益提升一倍的爐窯
一種與傳統(tǒng)窯爐相比一年的節(jié)能效益就可以收回投資的爐窯
一種與傳統(tǒng)窯爐相比提高的活性度效益一年可以收回投資的爐窯
一種與傳統(tǒng)窯爐相比降低的生過燒率效益一年可以收回投資的爐窯
唐山金泉爐窯
●一個高端節(jié)能環(huán)保爐窯的制造者
●一個努力打造精品工程的行業(yè)先鋒
●一個把普通石頭升值百倍的技術團隊

單位：唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團.
      唐山金泉成套設備有限公司. 
             唐山市豐南區(qū)金泉冶金能源新技術開發(fā)有限公司
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