2020年度新冠疫情给石灰行业带来的机遇大于挑战，首先钢铁行业的生产受疫情的影响较少，而且钢铁企业搬迁步伐进一步加快，在环保督查短暂让位于疫情防控后，又有加紧的势头。

一、2020年度低热值煤气气烧石灰窑的进展

近几年，各类气烧石灰窑普遍遇到了煤气热值下降的问题，使石灰窑生产稳定性及产量、质量等指标明显下降，设备耗损加剧，环保压力加大，能耗和生产成本升高，部分气烧窑使用高热值燃料时650 t/d的生产线，采用低热值燃料后，甚至降至300～400t/d，生产成本和能耗比用高热值燃料时增加20%～40%。

1、适合高热值燃料的窑型使用低热值煤气生产的典型案例

某厂设计的大于600 t/d的双C窑，由于还没有建设完焦炉，初期被迫采用全高炉煤气生产，高炉煤气热值（710～720）×4.1868kJ/m3 时，产量280～305t/d，灰热耗高达1020～1060×4.1868kJ/kg,生产成本相当高， 生过烧率在4%～5%，活性度稳定在320～340mL；后期使用转炉煤气，把热值提高到（1000～1300）×4.1868kJ/m3 后，产量才升至400～430t/d；直至配入焦炉煤气，把热值提高到1700×4.1868kJ/m3以上后才达产。这一生产过程历时近两年，反映了双膛窑原理的窑型与煤气热值的生产关系。

双膛窑、套筒窑、梁式窑等窑型均为国外引进，并经国内吸收转化的窑型，这些窑型研发和设计思想均采用高热值燃料（天然气、焦炉煤气、煤粉等），因此在高热值燃料条件下性能优势突出，但在低热值燃料（高炉煤气等）条件下性能处于劣势。国内已建成并投产的工程案例已经得到证实并被业界认可。

2、TGS中心烧嘴石灰窑[1] [2] [3] [15]（以下简称TGS石灰窑）的新进展

2020年度TGS石灰窑共新投产6座（500t/d的2座，600t/d的3座，680t/d的1座），正在建设中的第七代TGS830一座，燃料全部采用纯高炉煤气，特别是越南4座TGS600中的Z后一座，刚投产3天就经历了14级台风莫拉菲的考验，该窑位于台风的中心强风区域，阵风15级，4座TGS600台风过后毫发无损，再次验证了TGS石灰窑技术的安全可靠性。另外曹妃甸首钢京唐投产的3座TGS680，以纯高炉煤气为燃料，日产量已超过700t。

TGS石灰窑自1997年研发至今，已有24年研发和应用历史，且已发展到第七代，窑型产量系列为200t/d、300t/d、400t/d、500t/d、600t/d、680t/d、830 t/d七种型号，共计建成142座。

TGS680及以下型号的TGS石灰窑生产指标和设备特性在《2019年度TGS石灰窑技术发展报告》中已有较详细的介绍[3]，本文不再重述。

二、低热值煤气TGS石灰窑的理论体系

第七代TGS石灰窑吸收了前六代TGS石灰窑研发设计和生产操作经验，使TGS石灰窑的设计与生产操作理论有了进一步的发展。

1、TGS石灰窑的架桥理论

自1958年杜鹤桂先生提出高炉强化吹透（中心）理论至今[1] [4]，部分国内外学者和高炉操作技术人员[5]在研究高炉悬料和崩料等难行的原因时，发现了类似桥架的现象，并认为高炉悬料和崩料等难行应出自软融带的构造，物料粘结在一起，在炉内会形成内部的桥架。但仍然认为这仅仅是竖炉下料特殊的状况（即本理论中“亚稳态悬拱空穴的尺寸过大，且塌落周期过长”的一种状态），而对于竖炉正常下料状况的解释仍然沿用了有效重力或竖向力的理论，却没有提及桥架现象的规律及对竖炉正常下料规律的本质性影响作用。更重要的是近30年窑炉生产技术的突飞猛进，进一步验证了吹透中心大量喷煤、大幅度提高冶炼强度和利用系数，尽管炉内料柱气流压差△P比以前低冶炼强度和利用系数时增加较大，至少在目前所达到的先进的范围内，高炉不仅没有产生难行和悬料，反而对炉况顺行有明显的改善。这说明时至今日仍然在使用的传统的竖炉炉内下料和强化冶炼的理论——有效重下料理论[5] [6] [7] [8] [9]确有商榷的必要。

TGS石灰窑应用的竖炉炉内下料和强化冶炼的理论为架桥理论假说，已在多次中国石灰协会会议论文上进行了阐述，公开期刊上也发表了商榷意见[2] [3] [10]，限于篇幅本文不再多述。

架桥理论解决了TGS石灰窑的效率高和大型化问题，提高了TGS石灰窑的石灰质量、利用系数和能量利用率，并使TGS石灰窑抵抗爆裂性原料或粒度级配较差的原料的能力达到了未到达的程度，且大幅度降低了TGS石灰窑在较差生产条件下的结瘤风险。TGS石灰窑在石灰石爆裂率高达70%的情况下，维持了连续数月的设计产量（正常原料）70%状态下的稳定生产[2]；目前是在石灰石爆裂率高达32%的情况下，已维持了连续数年的设计产量95%状态下的稳定生产（仍达到了合同标准）。TGS石灰窑在多雨地区使用25～60mm原料（表面粘附有相当多的粉料），TGS600仍保持了月平均日产610t的好成绩，TGS石灰窑的冷却带以上的有效容积的利用系数仍达到1.3t/d·m3以上。

2、TGS石灰窑的三低焙烧理论[2] [3]

对于石灰窑的焙烧，目前石灰行业的普遍观点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。与此相对应的TGS石灰窑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。

1）使用低热值煤气的技术诀窍

第七代TGS石灰窑采用悬链线形预热器专利技术、低温（950～1120℃）、低空气过剩系数（1.1～1.6）、自动优化燃烧软件包、恒热量焙烧软件包，对炉型、国井式烧嘴和烧嘴布局也做了进一步的优化，以此构成了第七代TGS石灰窑使用低热值煤气的技术诀窍。迄今为止，TGS石灰窑持续使用过的实际煤气热值为610×4.1868kJ/m3 ，仍可保持较好的石灰质量和产量。

对于煤气热值，还存在着一个很多企业都忽略了的问题——煤气热值检测过程中的含水量等修正问题，特别是雨天煤气的含水量变化，如果这个问题解决不好，不仅造成了企业能源平衡、能耗考核和调度的较大误差，还会给石灰窑等各种窑炉的生产操作，特别是自动燃烧控制带来很大误差，严重威胁窑炉的产量和质量，甚至出现大面积结瘤或生烧。

我们以高炉煤气为例对这一问题加以论述，特别是沿海地区或雨天，高炉煤气的含水量更大，需要更加重视实际入炉煤气热值的修正问题。首先，通常的工业煤气流量计在不堵塞的前提下，显示的数值为经过了固定预设温度和固定预设压力校核后的实际含尘湿煤气标态流量（温度和压力校核已固化在流量计的软硬件中）。其次，为了保护化验设备，几乎所有的煤气热值化验设备都是先进行除尘和脱水，而后再化验煤气热值，因而其显示的化验结果是干而净的煤气的热值，而非实际入炉的含尘湿煤气的热值(只有古老的奥氏气体分析仪是可以测量对应室温饱和水蒸气含量的化验结果，其煤气中的水蒸气已有相当部分冷凝粘附到取样气囊内壁上了，其含水量也与实际入炉的含尘湿煤气有较大误差，但即使是用奥氏气体分析仪，一般也是报告干煤气的热值)，同时也没有考虑含尘量对煤气流量计显示数值的影响（与对煤气热值的影响是等价的）。这样，实际入炉煤气热值的修正还须考虑以下三个方面的修正系数：

实际入炉含尘湿煤气热值＝干煤气热值×K1×K2×K3

第 一个热值修正系数K1是由实际含尘湿煤气中气态水蒸气含量决定的，这个问题有很方便和准确的修正方法，只需观察到煤气管道上的水封排水器有液态水排出（这是常见的现象），就可以确定该处的实际含尘湿煤气处于水蒸气饱和状态（即露点），该处的煤气中饱和水蒸气含量与煤气温度和压力就存在着准确的对应关系，再测量到该处的煤气温度和压力，就可以从任何一本物理化学书的附表中查到该温度、压力准确对应的实际煤气的饱和气态水蒸气的含量[11]，以此就可以准确计算出由气态饱和水蒸气含量所决定的实际煤气热值的第 一个热值修正系数K1。

K1＝含饱和水蒸气的煤气热值/干煤气热值

K1只与煤气温度和煤气压力有关，详见下表：

煤气压力（表压）6kPa、煤气温度35℃时K1＝含饱和水蒸气煤气热值/干煤气热值＝0.9477；而煤气压力6kPa、煤气温度45℃时K1＝0.9109。由此可见降低煤气温度就可以大幅度减少饱和水蒸气对煤气热值的危害。

实际煤气的第 二个热值修正系数K2是由实际煤气的含尘量所决定的，它主要与高炉煤气除尘净化系统的效率和运行状态有关，该系数K2一般在0.993～1，但是当高炉煤气的布袋除尘器或其它煤气净化工艺带病作业时，该修正系数会显著变小而偏离该范围。

实际煤气的第三个热值修正系数K3是由实际煤气所带入炉内的机械水含量所决定的，也就是已经冷凝粘附到粉尘颗粒上的液态小水珠，还没有来得及降落粘附到煤气管壁上的水雾(霾)，它主要与煤气流量计之前的煤气管路系统的煤气管道直径、煤气管道长度、煤气流速、煤气压力、煤气温度及其降温速度和水雾脱除条件（脱水器性能、煤气管道的弯头数量和排水器的布置及性能等）有关。对于高炉煤气采用干法除尘的企业，入炉焦炭或块矿等含水量和高炉是否有漏水等问题对此影响也很大。高炉煤气采用湿法除尘的企业，煤气温度和脱水器的性能影响更甚，为了降低机械水对煤气热值的不良影响，莱钢、济钢、北京钢铁设计研究总院[12] [13] [14]等对高炉煤气湿法除尘系统的脱水器进行了研究和很好的改进，改造前高炉煤气脱水器后的含水量在41.1～105.5g/m3, 所对应的煤气热值修正系数K3＝0.93～0.869, 改造后丝网脱水器后的含水量减到了4.3～20g/m3, 所对应的煤气热值修正系数K3＝ 0.994～0.975。可见尽量多地脱除机械水是十分有价值的工作。考虑到石灰窑一般处于企业的煤气管网末端，除了高炉煤气脱水器后煤气还含有的机械水外，还要再加上煤气沿程降温所新冷凝产生的机械水，再减去煤气沿程管道上沉降排出的液态水，才是用户的实际煤气中机械水含量。

由于现场工业条件的限制，上述后两个修正系数的影响因素复杂而难以准确测量和计算，根据多位多年现场煤气工作者对高炉煤气、转炉煤气的热值分析经验和自动燃烧软件运行经验，再考虑到目前大多数钢铁企业的煤气处理系统的装备已相当先进，当高炉煤气为干法除尘或高炉煤气湿法除尘的脱水器已比较先进（丝网等）时，对于石灰窑（一般在企业煤气管网末端）的煤气热值，建议该两项修正系数合并，合并后的系数（K2×K3）一般波动在0.93～0.99之间，当流量计之前的煤气排水器排出的水很少时,可取0.99。为方便大家现场应用，可以参照如下三个常见参数的例题进行估算：

1）当流量计处的煤气含尘量≤20mg/Nm3,煤气温度在35℃，高炉煤气的压力6kPa，还看到附近的煤气排水器有少量水流出时，则K1＝0.9477，K2×K3可取0.98，如果化验室给出的结果是干煤气热值740×4.1868KJ/m3（绝大多数分析仪的结果是干煤气的热值），就可计算出石灰窑实际使用的煤气热值为：

740×4.1868×0.9477×0.98＝687×4.1868 kJ/m3

2）当流量计处的煤气含尘量20～30mg/Nm3,煤气温度在45℃时，高炉煤气的压力6kPa，化验室给出的结果还是740×4.1868kJ/m3,还看到附近的煤气排水器有少量水流出时，则K1＝0.9109，K2×K3可取0.97，则石灰窑实际使用的煤气热值为：

740×4.1868×0.9109×0.97＝654×4.1868kJ/m3

3）当流量计处的煤气含尘量20～30mg/Nm3 ,煤气温度在45℃时，高炉煤气的压力6kPa，化验室给出的结果还是740×4.1868kJ/m3,如果看到附近的煤气排水器的排水量较大时，特别是排水器布置不合理或排水不畅时，则K1＝0.9109，K2×K3将变少到0.93，则石灰窑实际使用的煤气热值为：

740×4.1868×0.9109×0.93＝627×4.1868 kJ/m3

由此可见，即使是同一个干煤气成分，在不同状态下其实际煤气热值的差异以及对燃烧温度的影响是巨大的，与干煤气热值的差异更大。其它状态的实际煤气热值的修正系数可据此原理酌情增减，就不会给自动燃烧控制软件的运行带来较大的误差或问题，当然，有条件测量并计算出这三个热值修正系数，结果将更为准确。

对于钢铁企业，尽量降低煤气温度，并尽量多地分离出机械水（合理布置高性能排水器），在石灰窑车间增设高性能煤气脱水器，可以显著提高煤气热值。当适合高热值煤气的双膛窑、套筒窑、回转窑、梁式窑使用低热值煤气时，该技术措施的效果更大。

（2）低温石灰焙烧工艺理论

在TGS石灰窑焙烧带中上部，石灰石中MgCO3开始分解温度为585～595℃，MgCO3沸腾分解温度为650～660℃；CaCO3开始分解温度为835～845℃，CaCO3沸腾分解温度约为900～910℃，而新生成的石灰层的导热系数很低，即便提高焙烧温度，总传热量也不会有大的提高，增产效果微乎其微，特别在焙烧带中下部，还会造成过烧甚至结块，因此其它石灰焙烧工艺所倡导的高温石灰焙烧（特别是1200℃以上）是不必要的。第七代TGS石灰窑的焙烧温度以950～1120℃为主，该处的氧含量很低，破坏了热力型硝（NOX）的生成热力学条件。第七代TGS石灰窑还对自动优化燃烧软件包、恒热量焙烧软件包、操作制度、炉型、国井式烧嘴和烧嘴布局做了进一步的优化，实现了900～950℃的废气热量尽量多地用于碳酸盐分解，降低了炉顶温度，提高了能量利用率，避免了其它一些低热值煤气气烧石灰窑把这部分热量用于石灰石升温（预热时间短）所造成的浪费。

（3）低空气过剩系数石灰焙烧理论

石灰焙烧的另一个问题是900℃以下废气热量过剩，使用低热值煤气后，这个问题更加严重。第七代TGS石灰窑对大型中心风冷复合式烧嘴和日本国井式侧向烧嘴的结构和布局，2020年度继续进行了优化，空气过剩系数降低到了1.1～1.6，由此降低了吨灰废气量和废气含氧量（2%～5%），降低了炉顶温度，提高了热量利用率，节省了能耗。

三、第七代TGS石灰窑设计思想：五低一高的环保效果

1、吨灰废气量低

第七代TGS石灰窑的炉底下液压密封阀仍然使用类似高炉炉顶的盘式液压密封阀，而上液压密封阀改为类似高炉重力除尘器煤气截断阀的座钟式液压密封阀，炉顶沿用料封，并采用微负压操作。其它扬尘点也采用了良好的密封减尘措施。再加上TGS石灰窑的三低焙烧理论，取得了降低炉体吨灰废气量的效果。为适应低于5mg/m3的排放要求，开发了悬链线形预热器专利技术，通过悬链线形换热管布局，改进了换热器内的气流分布，提高了换热效果，增大了防止堵塞的能力，并在空气、煤气双预热的下方，又增加了调温换热器，还可以再加热水用于洗浴和采暖，进一步提高了能量利用率，降低了废气温度，减少了工况废气量，既节省了布袋面积，又保护了布袋除尘器。

2、采用脉冲引射反吹布袋除尘器，更有利于达到超低排放标准

脉冲引射反吹布袋除尘器是一种专利新技术，利用压缩气体的压力能，引射自身的干净废气参入反吹，其特点为：运行费用低（同等废气量下，反吹压缩气体可节省30%～70%），布袋寿命长，维护、检修和更换方便，更有利于达到超低排放标准。已在承钢、首钢、燕钢、鑫达、天茂、纵横等十几个厂家获得应用。该技术的粉尘排放很容易达到10mg/m3以下，多数在3～7mg/m3，与悬链线形预热器专利技术配合，可低于5mg/m3。如果再投资配备智能粉尘回收混匀系统设施，可达到未到达过的环保水平，建立成分稳定的高质量低成本烧结灰生产系统。

3、废气中含氧量低，CO2浓度高

TGS石灰窑的三低焙烧理论，使废气含氧量得到大幅度降低，炉顶废气含氧量仅为2%～5%，避免了排放物含氧量折算的问题，甚至还允许抽入少量其它扬尘点的环保风，进行废气温度的调节。在使用转炉煤气和气煤混烧时，炉体废气的CO2浓度可高达35%以上，为CO2的回收和轻质碳酸钙的生产打下了基础。

4、SO2排放低

TGS石灰窑可以使用高炉煤气、转炉煤气或发生炉煤气等低热值煤气，其含硫量都很少，石灰石含硫一般也很低，而采用气煤混烧时需用的无烟煤或焦丁也较少，由此带入炉内的硫也较少。这不仅减少了石灰的S和SiO2的含量，提高了石灰质量，为降低吨钢灰耗打下了坚实的基础，还不需建设脱硫设施，就可达到超低排放标准，也节省了脱硫设施的投资和日常运行费用。

对于政府所要求的采用高炉煤气集中脱硫技术，从源头解决了脱硫问题，运行成本也比各用气单位的废气（SO2）分散脱硫低，笔者十分赞同，这样就可以生产超低硫石灰，由此将会进一步降低吨钢灰耗，明显降低炼钢成本。

5、NOX排放低

根据TGS石灰窑的三低焙烧理论，第七代TGS石灰窑实际的炉温度以950～1120℃为主，并把900～950℃的废气热量尽量多地用于了碳酸盐分解，1120～1250℃的高温区域更小，其氧含量也很低，这就从源头消除了热力型硝（NOX）的生成热力学条件，且所用煤气中本就很少有燃料型硝，而采用气煤混烧时所用的无烟煤或焦丁或兰炭也很少，由此带入炉内的燃料型硝也较少，因此不需建设脱硝设施，就可达到超低排放标准，节省了脱硝设施的投资和日常运行费用。

四、第七代TGS石灰窑单炉产量大、产品质量好，有利于降低吨钢灰耗

首钢京唐第六代TGS680石灰窑投产已一年有余，两船原料的吨灰热耗相差30% ，在2～3天就变化一次原料的条件下（多个供应商供应原料），单炉日产量已超过700t，石灰活性度330～390mL，TGS石灰窑的冷却带以上的有效容积的利用系数达1.3t/d·m3以上，保证了碱性球团溶剂的充足稳定供应。

在架桥理论和三低焙烧理论指导下，第七代TGS石灰窑对布料、排料设备和燃烧设备又进行了如前所述的优化，在料柱内可以保持更多的亚稳态悬拱空穴（气泡），并对它们的塌落周期（等于粘结发育的时间）控制到了更合理的范围内，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，解决了低热值煤气石灰窑大型化和效率高的难题。第七代TGS830石灰窑设计单炉日产量为830 t以上，活性度350mL以上，同时TGS石灰窑采用的是各种煤气，减少了喷煤石灰生产工艺的煤中硫和灰分对石灰质量的影响（生产实践统计结果表明，当活性度大于280mL之后，这两项的影响大于活性度的作用，这是喷煤石灰和气烧石灰的本质区别），有利于钢铁企业降低吨钢灰耗，全部使用TGS石灰窑技术的钢铁企业吨钢灰耗为年平均25.6kg。

五、第七代TGS石灰窑自动化机械化程度高，安全程度高

1、生产操作专家软件包

第七代TGS石灰窑升级了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，整个操作控制系统简单易学。还具有检测炉内下料是否偏行、气流分布是否均匀的功能以及提示每次操作的效果是否到位的初步专家系统功能。

2、自动保安软件包

上料系统、排料系统、燃烧系统等均采用了多参数双向联锁停机自动安保软件包，在任何情况下，任何一台关键设备出现故障（偷停或停电故障等），均不需要人来操作，自动保安软件包即可做到安全停炉,充分保障人员及设备的安全。

3、全天远程在线技术支持

安装互联网数据传输系统后，可通过国际互联网，为国内外用户的生产操作提供全天远程技术支持与服务，为生产保驾护航。业主方各级领导可在手机上获知实时石灰窑生产操作状态，大大提高了生产管理的效果。

六、TGS石灰窑生产成本低

1、燃料费低

首先是节能，在架桥理论和三低焙烧理论指导下，很好地解决了低热值煤气废气量大，炉顶温度高的问题，提高了热能利用率，第七代TGS石灰窑设计能耗为：使用纯高炉煤气时热耗为880～970×4.1868kJ/kg灰，使用高炉煤气进行气煤混烧时热耗为830～940×4.1868kJ/kg灰，使用中低热值燃料（如热值在1000～1200×4.1868kJ/Nm3的转炉煤气、发生炉煤气等）时热耗为860～940×4.1868kJ/kg灰。

其次是TGS石灰窑可以使用多种燃料，特别是适用低价格的低热值煤气的特点，既可使用高炉煤气、转炉煤气、高转混合煤气、发生炉煤气、焦炉煤气、电石炉尾气、黄磷炉尾气、化工尾气；也可使用块状无烟煤、型煤、焦丁、兰炭等固体燃料。可以根据企业的煤气平衡和固体燃料市场价格及时调整燃料配比，以降低生产成本。

2、原料费低

第七代TGS石灰窑对布料、排料设备和燃烧设备又进行了如前所述的优化，在料柱内可保持更多的亚稳态悬拱空穴（气泡），并对它们的塌落周期（等于粘结发育的时间）控制到了更合理的范围内，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不良原料的抵抗能力。特别是采用加强筛分的原料分级入炉技术后，把石灰石筛分成15～25mm、25～40mm、40～80mm、80～120mm等级别，分别用不同的石灰窑进行生产或分时生产，既可大幅度地提高原料利用率，降低原料成本，又改善了透气性，增加了石灰窑的产量，这个分级入炉思想在涟钢TGS600石灰窑和同车间的双膛窑生产中，表现出了良好的效果，把分级后的60～100mm石灰石供应双膛窑后，不仅取消了双膛窑的水洗工艺（经常遭到环保罚款），还使双膛窑的单窑日产量提高了50t，而TGS600石灰窑使用小粒度25～60mm石灰石，在雨天较多的情况下，小粒度石灰石表面上粘附了较多的粉尘，在这样的困难条件下（双膛窑是不能用此原料的），TGS600还保持了月平均单窑日产量大于610t的好成绩，体现了涟钢TGS石灰窑操作人员的责任心与能力，目前正在进一步优化分级，以扩大战果。

3、吨灰电耗低

相对于其它低热值煤气石灰窑，TGS石灰窑产量大、节能，特别是在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，因而节省了各种风机的电力消耗，包括石灰窑燃烧系统及窑顶废气除尘系统的生产系统，吨灰电耗在28～44kW·h。

4、维修成本低

TGS石灰窑的炉体设备寿命长，且耐火材料无异型砖；大修周期＞10年，中心烧嘴寿命5年以上，其它设备岗位工和维修工可自行完成日常维护维修，去除高炉停产和石灰料仓满料TGS石灰窑无法生产等影响因素外，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/t石灰（其中大、中修全部费用仅为2.5元/t石灰左右）。

5、人工费低

TGS石灰窑自动化和机械化程度高，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需7人，初高中学历人员经过生产培训即可生产实操。

6、投资折旧费低

TGS石灰窑产量大（型号可保830t/d以上），去除高炉停产和石灰仓满停炉因素后，年作业率高达97%～99%，窑体寿命长的已达13年，同等石灰总需求量下，用TGS石灰窑可比用其他窑型的数量减少一至两座，且结构简单可靠，占地面积小，投资回收期短，施工周期短，节省了财务费用和折旧费。

7、环保运行费用低

如前所述，TGS中心烧嘴石灰窑吨灰总废气量低，专利布袋运行费用低，且不需建设脱硫脱硝设备，也节省了这部分环保的日常运行费用。

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节约20～70元。

七、TGS石灰窑发展前景

1、流化床煤气发生炉完全没有污染，与TGS石灰窑配合，不仅生产成本低，石灰质量好，还比天然气石灰工艺更环保

天然气价格高、风险高，并且使用天然气的石灰窑所需投资更大，还会产生较多的热力型硝（NOX），需要较大的投资和日常环保运行费用，才能环保达标，这是目前国市场石灰价格所不能承受的，低投资改造的天然气小石灰窑风险更高。

中国科学院工程热物理研究所的空气流化床煤气发生炉技术，与TGS石灰窑搭配，不需建设脱硝设备就可以达到超低排放标准，比天然气石灰工艺更环保。该工艺生产一吨石灰的燃料费在120～160元，活性度大于350mL，石灰中硫含量低于0.03% ，属于炼钢石灰。

2、运用新的发展模式，强强联合是必然的发展方向

在中国石灰协会带领下，经过2020年度的发展壮大，石灰行业小而散的状况已有改善，目前石灰行业投资公司已经运行，可通过资金投入，扶持一批有前途、有魄力的龙头石灰企业。唯有走联合发展的道路，才能避免大面积的石灰企业倒闭和巨大的社会财富浪费。一种新的合作模式——联合技术发展公司，相当于独联体，原企业股权和管理运营不动，从一开始就按上市公司的要求来组建和发展。在中国石灰协会领导下，用竞争力的新技术，并集中人才为股东服务，从而在股东企业中，创造出20家以上先进的大型石灰企业集团。目前已有13位企业股东参与进来。欢迎行业有志之士加入一这行列，让我们一起努力，抓住这次历史的机遇，勇做石灰行业先锋队。

八、结论

（1）2020年，新冠疫情给石灰行业带来新的机遇和挑战，钢铁企业搬迁步伐进一步加快，严苛的环保政策、石灰的市场需求和日趋变窄的燃料选择面，为低热值煤气气烧石灰窑提供了广阔的市场前景。

（2）双C窑低热值煤气生产成果，表达了双膛窑原理的窑型与煤气热值的生产关系。

初期全高炉煤气生产，高炉煤气热值（710～720）×4.1868kJ/m3 ，产量280～305t/d，生产成本相当高，生过烧率在4%～5%，活性度稳定在320～340mL，后期配入转炉煤气把热值提高到（1000～1300）×4.1868kJ/m3 ，产量才升至400～430t/d，直至配入焦炉煤气，热值提高到1700×4.1868kJ/m3 以上才达产，这一生产过程历时近两年。

（3）大型第六代TGS680石灰窑生产稳步提升，全高炉煤气，日产量已超过700t，石灰活性度达到330～390mL。

（4）年底将投产的第七代TGS830，全高炉煤气，设产量大于830 t/d，活性度350mL以上。

（5）在越南新建成的4座TGS600经受住了14级台风莫拉菲的考验，在阵风15级强风过后，4座TGS600毫发无损，再次验证了TGS石灰窑的安全可靠性。

（6）TGS石灰窑产量系列：200t/d、300t/d、400t/d、500t/d、600t/d、680t/d、830 t/d，共7种型号，共建了142座。

（7）TGS石灰窑的架桥理论和三低焙烧理论，解决了低热值煤气气烧石灰窑的大型化、效率高、高质量、低成本的国际难题，特别是从源头消除了污染物产生总量，不需投资脱硫脱硝设备，就可以达到超低排放标准，符合国际先进的环保理念，对其它类型的石灰窑也具有借鉴意义。各类竖炉的生产实践和技术进步也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，中国石灰人原创的石灰焙烧理论和TGS石灰窑生产实践结果，引导了国际低热值煤气石灰窑的发展。

（8）TGS石灰窑长期使用过的实际煤气热值为610×4.1868kJ/m3，仍可保持较好的石灰质量和产量。

（9）煤气热值检测过程中的含水量等的修正问题，对于石灰窑生产特别是自动优化燃烧软件包的运行，是非常重要的，需要再乘以三个煤气热值修正系数：

实际入炉含尘湿煤气热值＝干煤气热值×K1×K2×K3

对于钢铁企业，尽量降低煤气温度，且更多地分离出机械水（合理布置高性能排水器），在石灰窑车间增设高性能煤气脱水器，可以显著提高煤气热值。当适合高热值煤气的双膛窑、套筒窑、回转窑、梁式窑使用低热值煤气时，使用该技术可发挥更大的效果。

（10）TGS石灰窑在石灰石爆裂率高达70%的情况下，连续数月在设计产量（正常原料）70%的状态下的稳定生产；在石灰石爆裂率高达32%的情况下，连续数年在设计产量95%的状态下稳定生产并达到了合同标准。在多雨地区使用25～60mm原料，TGS600仍保持了月平均日产610t的好成绩，将分级的60～100mm好原料让于双膛窑后，不仅取消了原来的原料水洗工艺，还使双膛窑的日产量比水洗时提高了50t，进一步验证了分级入窑工艺的价值。

（11）提高了竖窑生产效率，用高炉煤气、转炉煤气等低热值煤气，在较低焙烧温度状态下（950～1120℃为主），TGS石灰窑的冷却带以上的有效容积的利用系数仍达到1.3t/d·m3以上。

（12）TGS石灰窑环保投资和日常环保运行费用低，不需投资建设脱硫脱硝设施，就可以达到超低排放标准。

（13）废气中含氧量低，CO2浓度高，避免了排放物含氧量折算的问题，并为CO2的回收和轻质碳酸钙的生产打下了基础。

（14）脉冲引射反吹布袋除尘器是一种专利新技术，其特点是运行费用低（同等废气量下，反吹压缩气体可节省30%～70%），布袋寿命长，维护、检修和更换方便，更有利于达到超低排放标准。

（15）TGS石灰窑生产稳定，产量大、质量好，为钢铁企业降低吨钢灰耗打下了坚实的基础，全部使用TGS石灰窑技术的钢铁企业年平均吨钢灰耗为25.6kg。

（16）第七代TGS石灰窑所配置的自动优化燃烧软件包、恒热量焙烧软件包、炉况分析专家软件包和自动保安软件包，使TGS石灰窑的自动化机械化程度和安全程度达到了国际先进水平，且简单易掌握，节省人力。

（17）同等条件下，TGS石灰窑吨灰生产成本可比其他窑型节约20～70元。

（18）空气流化床煤气发生炉没有污染，可用0～10mm的褐煤，与TGS石灰窑配合，不仅生产成本低，石灰质量好，且比天然气石灰工艺更环保。

参考文献

[1] 杜鹤桂.铸剑扶犁七十年-我的炼铁生涯 [M].北京：冶金工业出版社，2020：5,150

[2] 刘树钢等.2018年度TGS石灰窑技术发展报告 [J].耐火与石灰，2019（1）：3

[3] 刘树钢 等.2019年度TGS石灰窑技术发展报告.2019年中国石灰工业技术交流与合作大会论文汇编。2019.10：27

[4] 杜鹤桂.强化高炉的理论和实践 [J].钢铁，1959（14）：3

[5] 马丁﹒戈德斯.等著，沙永志.译.现代高炉炼铁（第3版） [M].北京：冶金工业出版社，2016：79

[6] 杨永宜 等.高炉悬料力学机理的研究 [J].金属学报，1965（2）：157

[7] 王筱留.钢铁冶金学（炼铁部分） [M].北京：冶金工业出版社，2013.

[8] 任贵义.炼铁学（上册） [M].北京：冶金工业出版社，2004.

[9] 朱苗勇.现代冶金工艺学（钢铁冶金卷） [M].北京：冶金工业出版社，2016.

[10] 刘树钢 等.高炉、球团竖炉、石灰窑下料和强化冶炼理论的探讨 [J].山西冶金，2018（5）：130

[11] 谈付安.高炉煤气含水量对煤气热值的影响 [J].冶金动力，2006（4）：23

[12] 张化宾等.降低机械水含量 提高高炉煤气热值 [J].山东冶金，2003（3）：24

[13] 郭坤祥等.降低高炉煤气含水量 提高煤气热值 [J].冶金动力，2003（3）：16

[14] 齐振华等.清除高炉煤气中细水雾（水滴）的新方法 [J].冶金动力，1999（3）：1

[15] 刘树钢.节能环保活性白灰焙烧竖窑：ZL0361156.7 [P].2015-01-25.

文章源自：中国石灰协会技术专家组    刘树钢