一、专家鉴定行业认可 引来行业关注
2021年07月30日，由“中国石灰产业学会”组织的“2021年度石灰行业新技术新装备评审会（第二季）”上，一项涉及双膛石灰窑技术领域的新技术顺利通过了鉴定，被专家组评价为达到国内领先技术水平、是石灰行业生产技术的又一次技术突破。
这项技术是由唐山金泉冶化科技产业集团旗下“唐山市丰南区金泉冶金能源新技术开发有限公司”和“唐山金泉成套设备有限公司”送选的“实现双膛石灰窑并流逆流同步煅烧及炉内脱硝技术”。该项技术通过采用煤电（汽电）一体化及煤电（汽电）互补的煅烧方式，能实现双膛石灰窑并流及逆流同步煅烧及蓄热，解决了目前传统双膛竖窑窑容积生产利用系数低的问题，同时也达到提高低热值燃料燃烧温度，解决低热值燃料在双膛石灰竖窑内煅烧温度不够的问题，实现了低热值燃料在双膛石灰竖窑的有效利用，而且还实现了在炉内进行脱硝治理的目的。同时，还实现了喷枪自由点火、安全可控的目的。
本次评价采用由“中国石灰产业学会”牵头联合国内内多家高校及科研院所设计的全新科技成果评价体系，该体系包含评价执行规范、分类评价指标设计、评分方法、评价专家管理规范、技术检索分析方法等。与会专家认为，这项技术是将“煤与电”、“气与电”进行了耦合，而且改变了传统双膛石灰窑的煅烧与蓄热的转换生产方式，在不增加总能耗的情况下有效的达到了增产提质和使用低热值燃料的目的，而且还实现了使用洁净能源和炉内脱硝，达到了减碳和环保治理的目的。这种技术组合具有创新性及较好的实用性及操作性，而且投资和节能效果明显，能使传统的双膛石灰窑生产技术再次得到提升。
二、找准了问题切入点 巧铺探究之路
并流蓄热式双膛石灰窑因其独特的节能优势而在全世界得到广泛推广，迄今为止，双膛石灰竖窑已经发展了60余年，我国自八十年代开始引进。并流蓄热式双膛石灰窑具有独特的双膛结构，其两个窑膛能交替实现煅烧、蓄热功能，可以实现石灰活性度最高而燃料消耗最低，因此具有其它石灰窑无法比拟的工艺优点。
从双膛石灰窑技术发展过程看，其生产原理大都一样：采用两个竖式煅烧炉膛组成，两个煅烧炉膛又相互联通且交替进行石灰煅烧，两个窑身都有换向系统，用于交替轮换使用两个窑身，在窑身煅烧带的下部设有彼此连通的通道，煤粉或燃气喷枪安装在预热带，采用插入式埋设在石灰石中。煅烧带与冷却带之间加设环形通道和在两竖窑的环形通道之间设置烟气连接通道，实现并流式煅烧，提高石灰竖窑的效率，有利于降低石灰生产的能耗。
双膛竖窑中的所谓并流是指煤粉或煤气燃烧煅烧石灰石时，燃烧产物和石灰一起同向并列向下流动。所谓蓄热是指燃烧产的高温废气通过两窑膛下部的环形通道从一个窑膛进入另一窑膛并向上流动，即所谓“逆流”，将处于窑上部预热带内的石灰石预热到较高温度，把热量积蓄起来。此时高温废气温度下降到一个很低值后排出窑膛。
从上述生产原理不难看出，现在的并流蓄热式双膛石灰窑的优点是充分利用高温废气，节能环保。但是其不足之处也是很明显：由于是两个窑膛交换煅烧，在一个炉膛并流煅烧时另一个炉膛需要同等时间停止煅烧进行逆流蓄热（一般都采用每15分钟两个窑膛换向操作），这就造成了每个窑膛实际煅烧时间只有50%，这也是目前造成双膛石灰竖窑与其它窑型相比容积利用系数不高、吨产品投资高的重要原因。如何实现并流及逆流全程煅烧，提高窑容积利用系数是提升双膛石灰窑整体经济效益的关键。
同时，双膛竖窑对燃料选择的局限性也很突出，采用高热值煤炭燃料喷煤生产时各项指标最优，而当使用低热值燃料时各项指标明显下降。尤其是当采用气体生产时燃气热值要求热值大于1500kcal/m3以上的高热值煤气才能正常生产，而冶金行业用于生产石灰的工业尾气最普遍和容易获得的就是高炉煤气，其热值只有750kcal/m3左右，造成产量系数更低，在同等窑容积下，与采用喷煤燃料生产相比，只能达到其生产系数的60%左右。而且，目前可用于石灰窑的高热值燃气越来越少，为谋求石灰窑的生产，必须考虑低热值燃气用于冶金石灰生产。为此，有必要研制一种提升双膛石灰竖窑采用低热值燃气及低热值固体燃料的方法及装置，使其适用于双膛石灰竖窑。
同时，传统双膛石灰窑还存在喷枪点火困难及不易操作的缺点，当窑膛内达不到着火点温度时喷枪需要进行人工点火，但是由于喷枪是埋设在窑内煅烧带部位（窑体中间部位），而且炉体煅烧带也无法安装人孔等设施，致使喷枪点火极难操作，需要降低炉内一半以上料位露出喷枪喷口后才能用人工明火点火，极大的影响生产操作和安全。虽然目前有的改为在炉体外部煅烧带喷枪位置安装多组点火装置，但是因为需要用天然气等气体作为点火燃料，也存在着安全隐患及操作困难问题。所以，如何解决喷枪点火也是很重要说的。
而且，传统的双膛窑没有设计应用脱硝装置，而且由于其炉顶外排烟气温度低于140℃，进行脱硝治理时必须把烟气进行二次加温至700-1000℃范围才能有效脱硝，致使必须增加炉外脱硝设施。目前，烟气脱硝技术主要有两种：选择性催化还原 (SCR) 技术和选择性非催化还原脱硝 (SNCR)技术。SCR技术起源、成熟于电力行业，是目前较为成熟的高效脱硝技术。但是，目前该项技术还无法真正应用到石灰行业，主要原因是生产工艺不适用、运行成本过高、占地多，投资过高等原因。所以，有必要研究一种投资低，而且能够在石灰窑上能够实现低成本运行和超低排放的脱销技术。
三、理念超前课题严谨 解决传统难题
从此次评价资料中显示：
1、改进的技术关键点：
传统双膛竖窑都是两个窑膛定时转换进行单独煅烧，该项技术技术实现了两个窑膛同时煅烧，其关键点就是利用了电能转换热能时不需要氧气的特性，因为在蓄热膛停止煅烧后是没有助燃风进入的，而且废气是逆流上升状态的，这种环境下任何燃料都是无法燃烧的，只有电能的热转换方式才可以实现，这是其它加热方式不可比拟的。尤其是该项技术中的“复合式耐高温多功能喷枪”是实现上述功能的关键，其充分的利用了传统双膛石灰窑喷枪的特性，在保留其喷吹固体燃料和气体燃料的功能结构原理上，巧妙地利用喷枪本体作为结构骨架，在喷枪外部增加耐高温材料进行二次隔热层设计，使其更加冲刷和耐高温。在隔热层外部适当位置设计应用电加热材料，电加热材料外部安装耐高温材料和耐冲刷材料。而且喷枪外部的耐热材料和电加热材料是分段可拆装的组合体材料，使整个喷枪装置达到了多功能和多用途。在使用过程中可以单独喷吹燃料燃烧也可单独电能转换煅烧。
同时，实现两段式燃烧也是其关键：与传统双膛石灰窑单独在煅烧带进行放热煅烧不同，该项技术充分利用了两个窑体的环形通道及联结通道，在通道内设置了电能转换加热装置和高压喷吹装置，当其中一个窑体的废气与下部冷却风混合后转换至另一个窑体的过程中，把已经从1100℃左右温度下降至600℃以温度下的混合废气再次加热提升至900℃以上，使进入另一个窑膛蓄热的废气转变为煅烧的高温气体，使蓄热膛变为煅烧膛，两个窑膛长期保持在合理的、固定的煅烧温度，也就是说当一个窑膛并流煅烧时另一个窑膛是逆流煅烧的，实现两个窑膛同步煅烧与蓄热。
该项技术中的炉内脱硝的反应原理为：根据布朗运动和分子间作用力原理，由于还原剂的介入使得高温高压水蒸气分子化学键非常不牢固，与碳反应生成一氧化碳和氢气：C+H2O＝CO+H2；一氧化碳和氢气分别参与两个化学反应：CO+2NO＝CO2+N2和2H2+2NO＝2H2O+N2；部分氢气与氮气反应生成的还原气体与一氧化氮反应还原成氮气：N2+3H2＝2NH3和6NO+4NH3＝5N2+6H2O，因此使得氮氧化物被完全还原，达到低成本脱硝目的。该工艺中的还原剂成分至关重要，选择合理的还原剂品种及适宜的用量和适宜的还原温度和还原时间才是其关键。
还原剂不采用传统脱硝工艺中所用的“氨水”等材料，采用新型复合材料为还原剂，脱硝效果更佳、没有“水”和“气”的二次排放污染也无固体废弃物产生。操作方法采用气相法和液相法综合应用，以石灰窑生产中原动力系统输送介质至炉内，在炉内活化和汽化，瞬间与NOx发生化学反应，还原成N2和H2O。治理过程采用梯级治理方法，利用炉内燃料喷枪冷却期间进行喷吹还原剂，而且由于喷枪上面的电能转换加热装置温控可调更加容易达到理想脱硝适宜温度，而且巧妙的利用了石灰窑蓄热膛在蓄热过程中石料下降时与气流逆交换产生的充足的气流停留时间进行NOx 还原反应，可以在NOx产生源头上进行燃烧过程控制以降低NOx含量，而且温度选择性也较强，使操作更简单。
该项技术可以使炉内还原气氛均匀、压力稳定、阻力小，而且脱硝还原带设置在贫氧而富燃料的区域，有助于减少燃料中的氮形成NOx(即燃料型NOx)。同时，该项技术无需增加脱硝塔、反应器等大型炉外投资设备，实现石灰窑炉内直接脱硝，而且充分利用了石灰窑生产中的余热，不需要外部增温增加的能耗费用。
