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中国石灰协会将于2024年12月11～13日在湖南省永州市举办“2024年中国石灰工业技术交流与合作大会”。届时将发布“2024年度TGS石灰窑技术发展报告”。
详细通知请点击：会议通知 || 关于召开“2024年中国石灰工业技术交流与合作大会”的通知
一
市场、政策变化与关联技术进展
2023年进入后疫情阶段，与石灰行业高度相关的房地产、钢铁等行业持续低迷不振，“双碳”、“极致能效”、“淘汰过剩产能”等政策进一步推进实施，给钢铁行业和石灰行业提出了更高的要求。
节能减排降碳成了决定企业生死存亡的头等大事，也大大提高了气烧石灰工艺和大比例球团高炉冶炼工艺（其中的气烧熔剂性球团工艺必须用高热值煤气）的市场空间，这些关键技术发展趋势将决定未来钢铁和石灰两大行业的发展潮流。
1、熔融还原非高炉炼铁技术
熔融还原非高炉炼铁技术是近几年钢铁行业正在发生着的革命性技术进步，这将对石灰行业的发展产生巨大的影响。其中山东墨龙公司的Hismelt、宝钢八一钢厂的欧冶炉(COREX)、韩国浦项的FINEX，这些工艺都相继取得了突破性的进展。另外，煤气循环高富氧高炉炼铁技术和富氢直接还原海绵铁技术（用焦炉煤气或天然气）也有望在近期迈上一个新的台阶。与高炉长流程炼铁工艺相比，这些技术已取得的成果是：用普通烟煤代替焦炭（也就取消或大幅减少了焦炉煤气量），普通污染物总产生量减少30%～90%、吨铁碳排放从增加8%到减少10%、吨铁生产成本从增加100元到减少50元人民币，并有望继续得到大幅度的改善。这些工艺的特点是煤气热值普遍与高炉煤气相当或更低，而煤气量却有所增加，其铁水含碳量多数有所下降，故其配套的转炉煤气热值和转炉煤气量也比目前有所降低。故此，扩大了低热值煤气气烧石灰窑的发展空间。
2、在焦炉内就把全部焦炉煤气和焦油燃烧掉的炼焦工艺技术
由于环保压力的持续增加，已有数家新建或改建的焦化厂采用了该技术，这就避开了焦油化工系统，特别是酚水的污染；另一个结果是进一步减少了国内高热值焦炉煤气的供应量。并且已有的焦炉煤气用于非高炉炼铁、熔剂性球团生产和高品种钢的生产，甚至钢化联产降碳，这将产生更大的经济效益和环保效益，这也是钢铁企业各种能源梯级匹配利用的最基本措施，将全面挤占用于石灰生产的焦炉煤气量，高热值煤气气烧石灰工艺将受到较大的限制。
3、熔剂性球团与大比例球团高炉炼铁技术
中国钢铁行业现在90%采用长流程高炉炼铁-转炉炼钢工艺。由于生产一吨球团所产生的各种污染物总量比生产一吨烧结矿减少30%～70%，节能50%左右，首钢京唐公司已长期生产熔剂性球团，并把球团比例提高到56%以上，取得了可喜的节能减排效果，而国外60年前已有多个高炉使用100%熔剂性球团生产，其生产指标、环保和碳排放指标一直保持着国际领先水平，各级政府近些年一直在大力推广带式焙烧机熔剂性球团生产和大比例球团高炉炼铁技术。这将对石灰行业产生两方面的影响，一是吨铁石灰用量将比目前下降5%～10%，二是生产熔剂性球团最好的工艺为带式焙烧机工艺，但它必须使用高热值煤气，最好是转炉煤气并要配加较多的焦炉煤气，或者用转炉煤气配加天然气，如果是高炉煤气配加天然气，其生产成本则会提升过大。由此，对于绝大多数钢铁企业，焦炉煤气和转炉煤气将出现较大的缺口，根本没有富余量来供应石灰焙烧，而可用高炉煤气的TGS石灰窑，不需配置脱硫脱硝设备，就可达到超低排放标准，由此得到了钢铁企业用户的进一步认可。高炉煤气TGS石灰窑及其生产熔剂性球团的技术也将为钢铁企业的节能减排降碳发挥更大的作用。
二
低热值煤气TGS石灰窑的进展
TGS石灰窑自1997年研发至今，已有27年研发和应用历史，目前第七代TGS石灰窑技术已有三年生产经验。
TGS石灰窑2003年和2015年取得专利权；
2006年与TCS圆环形球团竖炉一起被全国节能监测中心收录到“中国节能工程建设信息库”，被授予“节能产品（技术）”称号；
2015年获准纳入中国石灰协会2016版石灰窑技术导向目录；
2018年经中国石灰协会专家组鉴定为国际领先水平，同时被中国石灰协会选拔为战略推广窑型；
2019年被生态环境部确定为环保A级企业适配工艺；
2021～2022年国家发改委节能中心通过两年考核在全国确定了16项重点节能技术应用典型案例，TGS石灰窑成功入选；
2022年底生态环境部、国家发改委、工信部发布的“国家清洁生产先进技术目录”共收录了20项技术，中心烧嘴节能环保气烧活性TGS石灰窑荣列其中；
中国节能协会2022年对TGS石灰窑授予了节能减排科技进步三等奖；
河北省发改委和工信厅编制的《河北省绿色节能低碳新技术（产品）及系统集成方案推荐目录（2022年度）》，共涉及28项技术（产品）、方案，TGS节能环保活性石灰窑也荣列其中。
2023年度TGS石灰窑一共新投产了8座（650t/d三座，300t/d一座，800t/d两座，850t/d两座），燃料全部采用高炉煤气。截止2023年底，总共有165座TGS石灰窑成功投产，已形成优质石灰产能超过1835万吨/年，在国内新建改建气烧石灰竖窑市场继续保有35%的份额。
这些TGS石灰窑中一座300t/d、两座800t/d、两座850t/d的投产，生产较为顺利，而三座650t/d的投产却遇到了一些挑战：
投产初期采购的海运石灰石，石灰窑中控室得到的原料成分报告似乎变化不大，也没有所用原料的船号和矿山信息，设计入炉原料为40～80mm,原料筛孔为30mm,由于筛下料数量巨大，被迫改为25×25mm的编织网格筛孔，≤25mm的筛下料仍然高达28.8%～32.6%，因此大幅度增加了原料采购成本，筛分效率还很低，大量0～25mm的粉料入炉，严重地影响了料柱透气性和生产状态，加剧了生产的波动，生烧-过烧“无原由的突然转换”，甚至出现了三次结瘤，为了避免过烧和结瘤，被迫提高灼减（平均10.32%，波动范围2.12%～18.48%），且使活性度处于较低状态（平均312mL，波动范围283～369mL），生产人员疲于奔命一月有余，后来才发现不同船的石灰石的热量消耗也存在较大差异，在甲方协调下，改为采购海运集装箱石灰石，并分船、分矿山堆放管理，生产才转入正常，但25×25mm的编织网格筛孔的筛分效率仍然较低，且有中度爆裂问题。
生产情况如下：
使用全高炉煤气，煤气围管压力35.6～41.7kPa, 石灰热耗（922～1093）×4.1868kJ/kg灰，但料柱透气性仍然较差，生产波动偏大，TGS650仍可保持炉况顺行，实践再次证明不同原料耗热量、粒度分布、爆裂程度对生产具有重大影响。
三
TGS石灰窑的理论体系
在总结TGS石灰窑以前研发设计、施工和生产操作经验的基础上，第七代TGS石灰窑进一步发展了设计与生产操作理论。
1、TGS石灰窑的架桥理论假说
直至目前，仍然在高炉炼铁的本科教材书中使用的传统竖炉炉内下料和强化冶炼的理论是有效重下料理论。
自杜鹤桂先生1958年提出高炉强化吹透（中心）理论至今，一些国内外学者和高炉操作技术人员在总结高炉悬料和崩料等难行的原因时，发现了类似桥架的现象，并提出高炉悬料和崩料等难行应出自软融带的构造，物料可能粘结在一起，在炉内料柱就会形成内部桥架。当时还认为这仅仅是竖炉下料极端特殊的一种现象（对应本理论中“亚稳态悬拱空穴的尺寸过大、且塌落周期过长”的一种现象），而对于竖炉正常下料状况的分析还是沿用了有效重（或竖向力）下料理论，仍没有提及桥架现象的产生机理和塌落规律，以及它对竖炉正常下料规律、料柱透气性和粘结结块等一系列物理化学变化的本质性作用。特别是近40年窑炉设计和生产技术的突飞猛进，更验证了在强化精料的基础上，吹透中心，高富氧、大喷煤量、大幅度提高利用系数时，即使炉内气流压差△P比以前低利用系数时增加较大，高炉不仅没有出现难行和悬料，炉况反而变得更加顺行，这说明有必要对有效重下料理论进行更深入的探讨和商榷。刘树钢先生发现并初步论证的架桥理论假说，已多次发表在中国石灰会议和公开期刊论文上，限于篇幅本文不再赘述。
架桥理论打开了竖炉高效率和大型化的大门，提高了高炉煤气TGS石灰窑的石灰质量、利用系数和能量利用率，还使TGS石灰窑煅烧爆裂性原料或粒度级配较差原料的能力提升到了前所未有的程度，且大幅度降低了TGS石灰窑在较差生产条件下的结瘤风险，对于其它竖炉的设计和生产也有较大的参考价值。
2、TGS石灰窑的三低焙烧理论
石灰行业现在的石灰焙烧理论普遍还是用高热值煤气高温快烧，才可以取得高产、低耗、高质量的石灰焙烧效果。而TGS石灰窑所用的焙烧理论为三低焙烧理论，即低热值煤气、低温、低空气过剩系数石灰焙烧理论。
TGS石灰窑用过的最低实际煤气热值为610×4.1868kJ/m3，仍可维持较好的石灰质量和产量；第七代TGS石灰窑的焙烧温度以950～1120℃为主，1120～1200℃的区域很小，且高温区的氧含量很低，彻底破坏了热力型硝（NOX）的生成热力学条件；第七代TGS石灰窑的空气过剩系数降低到了1.1～1.6，使吨灰废气量、废气含氧量（2%～5%）和炉顶温度进一步降低，从而提高了热量利用率，降低了能耗。
四
第七代TGS石灰窑：五低一高的环保效果
1、吨灰废气量低
第七代TGS石灰窑炉底的上道液压密封阀改为座钟式液压密封阀，炉顶采用微负压操作，且有多管布料器良好的料封作用，各扬尘点也采用了密闭隔尘装置。并且依据三低焙烧理论，与其它低热值煤气石灰窑或工艺相比，降低了吨灰标态废气量，还开发了高效悬链线形预热器专利技术，又增加了调温换热器，还可以外供蒸汽，由此降低了废气温度和工况废气量，节省了布袋面积，还延长了布袋除尘器的寿命。
2、粉尘排放低
脉冲引射反吹布袋除尘器专利技术，利用压缩风引射自身的干净废气掺入反吹，反吹压缩风量可节省30%～70%，布袋寿命长，维护、检修和更换方便，更容易达到超低排放标准，并降低了运行成本。已在承钢、首钢、燕钢等十几个厂家得到应用，大部分粉尘排放浓度在3～7mg/m3，与高效悬链线形预热器专利技术配合，可满足低于5mg/m3排放要求。
3、炉顶废气含氧量低，CO2浓度高
三低焙烧理论可使TGS石灰窑炉顶废气含氧量降至2%～5%，即使在一些环境扬尘点，也会避免污染物排放的含氧量折算问题。在使用转炉煤气和气煤混烧时，炉体废气CO2可高达35%以上，降低了CO2回收和轻质碳酸钙的生产成本，我们正配合首钢京唐公司进行CO2回收利用工作。
4、SO2排放低
TGS石灰窑可使用高炉煤气、转炉煤气或发生炉煤气等低热值煤气，其含硫量都较低，石灰石含硫量一般也很低，而气煤混烧时只配加少量的无烟煤或兰炭，其硫负荷也较低，这样不仅减少了成品石灰的S和SiO2含量，提高了石灰质量，有利于降低吨钢灰耗，还不需建设脱硫设施，就可达到超低排放标准，避免了脱硫产物二次污染问题，也节省了投资和日常运行成本。笔者十分赞同高炉煤气集中脱硫技术的推广政策，由此可生产超低硫石灰，明显降低吨钢灰耗和炼钢成本，在经济上也是合适的。
5、NOX排放低
得益于三低焙烧理论和十段哑铃形炉型，第七代TGS石灰窑的实际炉温以950～1120℃为主，还把900～950℃的废气热量较多地用于了碳酸盐分解，1120～1200℃的区域更小，该处氧气分压也很低，由此消除了热力型硝（NOX）生成的热力学条件，从源头降低了污染物总量，不需建设脱硝设施，就可达到超低排放标准，避免了脱硝产物二次污染问题，符合国际先进的环保理念，节省了投资和日常运行成本。
五
第七代TGS石灰窑单炉产量大、质量好，可进一步降低吨钢灰耗
投产近9个月的850t/d第七代TGS石灰窑，生产情况如下：
单炉日产量840～939t，满负荷生产时TGS石灰窑冷却带以上有效容积的利用系数达1.3t/d·m3以上。
在架桥理论和三低焙烧理论指导下，第七代TGS石灰窑持续优化升级了布料、出料、燃烧等设备和工艺，在炉内料柱中可维持更多的亚稳态悬拱空穴（气泡），提高了料柱孔隙率和透气性，在使用中度爆裂原料条件下，可轻松突破日产900吨的大关，同时提高了TGS石灰窑的产品质量，有利于降低吨钢灰耗，全部使用TGS石灰窑技术的钢铁企业吨钢灰耗最低的为年平均25.6kg。
六
第七代TGS石灰窑智能化程度高，安全可靠，节省人力
1、生产操作专家软件包
升级后的生产操作专家软件包包括自动优化燃烧软件包、恒热量焙烧软件包和炉况分析专家软件包，还增加了智能化回收粉尘的软件包，软件功能进一步提高，还具有智能学习和提示炉内下料是否偏行、气流分布是否均匀和每次操作的效果是否到位的初步智能专家功能，且简单易学。
2、智能安保软件包
上料系统、排料系统、燃烧系统等均采用了智能安保软件包，无论什么原因，任何一台关键设备出现故障（偷停或停电故障等），均不需要人工操作，智能安保软件包即可通过多参数双向联锁判断，做到安全停炉，保障了人员和设备的安全。
3、互联网远程在线技术支持
可安装互联网数据传输系统，通过国际互联网可为国内外用户提供在线远程技术支持与服务，为生产保驾护航，用户也可以在手机上得到实时石灰窑生产操作状态，提高了生产管理的效果。
七
TGS石灰窑生产成本低
1、燃料费低
首先是提高了热能利用率，这是架桥理论、三低焙烧理论和十段哑铃形炉型的主要作用之一，第七代TGS石灰窑设计能耗为：原料CaO含量在47.2%～49.6%，使用全高炉煤气时热耗为（862～941）×4.1868kJ/kg灰；原料CaO含量在53.2%～54.95%，使用全高炉煤气时热耗为（901～1087）×4.1868kJ/kg灰；原料CaO含量在47.5%～49.3%，使用高炉煤气进行气煤混烧时热耗为（831～902）×4.1868kJ/kg灰；原料CaO含量在53.35%～54.88%，使用高炉煤气进行气煤混烧时热耗为（866～1018）×4.1868kJ/kg灰。
其次TGS石灰窑可用多种燃料，特别是适用便宜的低热值煤气，降低了燃料成本，而煤气中所含的饱和蒸汽和机械水，对于各种石灰窑的设计、生产操作和软件运行影响巨大，一定要重视和处理好 。
2、原料费低
第七代TGS石灰窑随着对布料、出料和燃烧设备的进一步优化，在炉内料柱中可以保持更多的亚稳态悬拱空穴（气泡），还可以根据炉况和原料的变化，将它们的塌落周期（等于粘结发育的时间）控制在更合理的范围内，既有利于消除粘结块和结瘤，又提高了料柱孔隙率和透气性，还提高了TGS石灰窑对高爆裂性原料或粒度级配差原料的抵抗能力。涟钢TGS600石灰窑和同车间的麦尔兹窑生产中，我们采用分级入炉技术，也取得了良好的效果，把分级后的60～100mm石灰石供应麦尔兹窑后，不仅取消了麦尔兹窑的水洗工艺（经常因污泥和水污染被罚款），还使麦尔兹窑的单炉日产量提高了50t，再继续分级，其中一座TGS600石灰窑使用小粒度25～32mm石灰石，即使在梅雨季节，小粒度石灰石表面上粘附了较多的粉尘，甚至泥土粘结堵塞振动筛，每小时都需要人工风镐清理才能过料，筛分效率极低，如此困难的条件下，该座TGS600石灰窑仍保持了月平均单炉日产量大于610t的好成绩，并使一级品率得到较大提高；而另一座TGS600石灰窑使用中粒度32～60mm石灰石，其月平均单炉日产量达到了660～680t，既显示了分级入炉技术的效果，又体现了涟钢公司操作人员的能力，原料利用率得到大幅度提高，降低了原料成本，还节省了水洗费用。
3、吨灰电耗低
与其它低热值煤气石灰窑相比，TGS石灰窑产量大、节能，特别是在架桥理论假说和三低焙烧理论指导下，降低了煤气、助燃风量和吨灰总废气量，因而节省了电力消耗，包括石灰窑燃烧系统及窑顶废气除尘系统，吨灰电耗在34.41～44.23kWh之间。
4、维修成本低
TGS石灰窑的炉体设备寿命长，大修周期＞10年，中心烧嘴寿命＞5年，岗位工和维修工可自行完成日常维护维修和小修工作，多数TGS石灰窑的年作业率高达97%以上，节省了备件费、日常维修费和大、中修费用，含大修、中修和备件的全部维修费为7～8.5元/吨石灰，其中大、中修全部费用仅为2.5元/吨石灰左右。
5、人工费低
TGS石灰窑智能化和机械化程度高，操作简单可靠，且有专家软件包提示，两座TGS石灰窑的岗位工每班配置仅7～9人，不需高薪聘请技术专家，经过两个月生产培训，以前没有接触过石灰生产的初、高中毕业生即可担任技术副厂长以下的所有工艺技术岗位。
6、投资折旧费低
TGS石灰窑产量大（最大型号900t/d以上），除去外部因素，年设备作业率高达97%～98.5%，炉体寿命最长的已达13年，每次中修都可以进行技术升级和增产，同等石灰总需求量下，用大型TGS石灰窑可比其他窑型的总数量减少一至两座，且结构简单可靠，占地面积小，节省了财务费用和折旧费。
7、环保运行成本低
与其它低热值煤气石灰窑相比，TGS石灰窑吨灰总废气量低，专利布袋运行成本低，且不需要建设脱硫脱硝设备，节省了环保运行成本。
综上所述，在同等条件下，TGS石灰窑的吨灰生产成本比其他窑型可节约20～70元。
八
结论
（1）未来伴随熔融还原非高炉炼铁技术逐步取代高炉长流程工艺，焦化厂也将面临逐步退出的态势：焦化厂和焦炉煤气供应量越来越少；转炉煤气的热值和数量也将逐渐变少；熔融还原工艺的煤气热值普遍与高炉煤气相当或更低，而煤气量却有所增加。在未来几年内钢铁企业石灰工艺的煤气供应态势，将产生根本性的变化。
（2）在焦炉内就把全部焦炉煤气和焦油燃烧掉的炼焦工艺技术已被数家新建企业所采用，并有进一步发展的趋势，它避开了焦油化工系统，特别是酚水的污染，全国焦炉煤气的供应量将进一步缩减。
（3）目前各级政府一直在大力推广带式焙烧机熔剂性球团生产和大比例球团高炉炼铁技术。这将对石灰行业形成两方面的影响，一是吨铁石灰用量将比目前下降5%～10% ，二是生产熔剂性球团最好的工艺为带式焙烧机工艺，但它必须使用配加较多焦炉煤气的转炉煤气。由此，绝大多数钢铁企业焦炉煤气和转炉煤气将出现较大的缺口，甚至需要外购大量天然气，根本没有富余的转炉煤气和焦炉煤气来供应石灰焙烧。可使用高炉煤气的TGS石灰窑，不需配置脱硫脱硝设备，就可达到超低排放标准，因此得到了钢铁企业用户的进一步认可。
（4）TGS石灰窑经过27年发展，第七代技术已有三年的生产经验，得到了市场的青睐。也得到了国家发改委、生态环境部、工信部、中国石灰协会、中国节能协会、河北省发改委和工信厅以及诸多学者、专家的高度肯定。
（5）2023年度TGS石灰窑一共新投产了8座，燃料全部采用全高炉煤气，其中两座TGS850满负荷生产时，在中度爆裂原料条件下，单炉日产量已超过900t。截止2023年底共建成165座TGS石灰窑，所形成的优质石灰产能超过1835万吨/年，在国内新建改建气烧石灰竖窑市场继续保有了35%的份额。
（6）通过分析三座TGS650 石灰窑投产初期遇到的问题和解决方案，证明不同原料耗热量、粒度分布、爆裂程度对生产具有重大影响。
（7）TGS石灰窑的架桥理论和三低焙烧理论，对其它类型石灰窑的设计和操作也具有参考价值。高炉和各种竖炉的生产实践和技术进步反复验证了该理论体系的正确性，同时也持续丰富和充实了该理论体系，这也是国家三部委对气烧中心烧嘴TGS石灰窑高度肯定的根本原因之一，这些理论和TGS石灰窑生产实践成果，引领了国际低热值煤气石灰窑的发展前沿，并在如下方面取得了重大突破：
吨灰废气量低、粉尘排放低、炉顶废气含氧量低、SO2排放低、NOX排放低、CO2浓度高。
单炉产量大、质量好，可进一步降低吨钢灰耗，日产量已突破 900t大关。
智能化程度高，安全可靠，节省人力。
燃料费低、原料费低、吨灰电耗低、维修成本低、人工费低、投资折旧费低、环保运行成本低。
最后衷心感谢为石灰行业发展添砖加瓦的石灰人，特别是对为中国原创的中心烧嘴TGS石灰窑的发展付出了巨大心血和汗水的石灰人，致以崇高的敬意！返回搜狐，查看更多
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