電石渣生產(chǎn)水泥預(yù)烘干系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

     1  前言

     電石渣是煤化工行業(yè)用乙炔法生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂或乙炔氣廠產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，生產(chǎn)過(guò)程中以濕基排放，含水率在90～92%。電石渣中顆粒微細(xì)，1～50微米顆粒為80%以上，BT-9300激光粒度分布儀測(cè)定結(jié)果如下：電石渣的個(gè)數(shù)平均粒徑：1.89μm；重量平均粒徑：9.19μm；面積平均粒徑：5.75μm；中位粒徑：8.29μm；比表面積：947.32m2/kg，由于其多孔狀結(jié)構(gòu)和比表面積大的原因，其保水性極強(qiáng)，經(jīng)濃縮后電石渣液含水在75%到85%范圍內(nèi)波動(dòng)，由廂式壓濾機(jī)壓濾排出濾餅顆粒間的微離水分，料餅的水分最好狀態(tài)可以達(dá)到25%，一般能保證水分在32%到36%范圍內(nèi)波動(dòng)，給電石渣的輸送、儲(chǔ)存和準(zhǔn)確配料帶來(lái)困難，因此有必要對(duì)電石渣進(jìn)行烘干。

     2  電石渣烘干系統(tǒng)的選擇

     新型干法水泥生產(chǎn)線采用的烘干方法有兩種：一種是在粉磨過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行烘干，即烘干兼粉磨系統(tǒng)；另一種是采用單獨(dú)的烘干設(shè)備，物料經(jīng)過(guò)烘干后再入磨。

     采用烘干兼粉磨系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化工藝流程，節(jié)省設(shè)備和投資，已經(jīng)成為新型干法水泥工藝首選流程；立式磨是目前烘干能力最強(qiáng)的烘干兼粉磨設(shè)備，其入磨物料綜合水分可以達(dá)到15%，對(duì)于水分小于8%的原料或在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中不會(huì)發(fā)生粘結(jié)堵塞的原料可以直接入磨。當(dāng)用電石渣替代石灰石生產(chǎn)水泥熟料時(shí)，其入磨物料綜合水分最低為28%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)立式磨的烘干能力，因此，有必要對(duì)電石渣進(jìn)行預(yù)烘干，使入磨物料綜合水分小于15%。

     國(guó)內(nèi)目前常用的烘干設(shè)備有以下三種型式：流態(tài)式烘干機(jī)，立式烘干機(jī)和回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)。

     流態(tài)式烘干機(jī)主要部件為一傾斜放置的流化篦板，物料喂入篦板上方，熱氣體從篦板下部通過(guò)篦孔與料層接觸，物料呈流態(tài)化沿篦板流向出料口并被烘干，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用遠(yuǎn)低于回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)。但它只適用于烘干松散、顆粒較均勻的粒狀物料。電石渣料餅由于其烘干時(shí)極易在外表面形成硬殼，同時(shí)又極易風(fēng)干起飛灰，壓濾后的濾餅有大到200mm的團(tuán)塊，小到粉狀，顆粒極不均勻，其塑性、粘性變化很大，所以流態(tài)式烘干機(jī)不適用于烘干電石渣料餅。

     立式烘干機(jī)其烘干室內(nèi)交錯(cuò)的裝設(shè)烘干折流板，用于播撒物料，增大物料與逆流上升的熱氣體的接觸面積，并延長(zhǎng)熱交換時(shí)間。由于電石渣料餅的特性，很容易粘附在折流板上，嚴(yán)重時(shí)將堵塞烘干室，所以立式烘干機(jī)也不適用于烘干電石渣料餅。

     回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)是水泥廠最常用的烘干設(shè)備。其筒內(nèi)裝有不同型式的熱交換裝置，對(duì)物料的適應(yīng)性較好，可以烘干各種物料，設(shè)備操作簡(jiǎn)單可靠。但烘干效率較低，單位容積蒸發(fā)強(qiáng)度在15～50公斤水/米3.時(shí)范圍內(nèi)。逆流式烘干機(jī)的傳熱效率較好，干燥速率比較均勻，但因干料與高溫氣體接觸，其出烘干機(jī)物料溫度較高，物料帶走的熱損失較大；順流式烘干機(jī)特別適用于烘干初水分高的物料。

     綜上所述，電石渣有必要進(jìn)行預(yù)烘干，才能滿足烘干兼粉磨系統(tǒng)入磨物料綜合水分小于15%的要求。順流回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)特別適用于烘干初水分高、粘性大的電石渣。

     3  電石渣烘干系統(tǒng)的研究

     3.1  電石渣預(yù)烘干終水分的確定

     生產(chǎn)中電石渣預(yù)烘干終水分是越低越好，但需要補(bǔ)燃的熱量太多，設(shè)備單機(jī)產(chǎn)量低，綜合能耗較高，從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上行不通；根據(jù)含水15%時(shí)電石渣的物理性能：在辦公室常溫敞開(kāi)環(huán)境七天的條件下，吸濕率為4 %，在10MPa壓力下不滲水；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含水15%的電石渣在輸送、儲(chǔ)存過(guò)程中不會(huì)發(fā)生粘堵，可以準(zhǔn)確配料。確定電石渣烘干終水分控制在15%左右。

      3.2  解決喂料粘堵

      壓濾后的電石渣呈“牙膏”狀態(tài)，輸送過(guò)程中無(wú)法儲(chǔ)存和喂料計(jì)量，不易送入烘干機(jī)內(nèi)，落入烘干機(jī)后易出現(xiàn)堆料和粘堵。但壓濾后的電石渣其塑性、粘性均在表觀上大幅度降低，具有一種類(lèi)似水泥漿體 “假凝”現(xiàn)象的物理性質(zhì)，即極易風(fēng)干起飛灰；如果攪拌其內(nèi)部所含的毛細(xì)水極易析出，使物料在短時(shí)間內(nèi)粘性大幅度升高。因此在電石渣的儲(chǔ)存和輸送中充分利用這一特性來(lái)解決電石渣喂料粘堵。采用順流回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)，使用特殊設(shè)計(jì)的喂料裝置，在電石渣進(jìn)入烘干機(jī)的一瞬間迅速與900～1000℃的高溫?zé)釤煔膺M(jìn)行熱交換，在其表面形成一層硬殼，這樣大大減少電石渣粘附筒體及堆積堵料現(xiàn)象。在烘干機(jī)頭部1/4段，除安裝揚(yáng)料板外，同時(shí)安裝強(qiáng)化蒸發(fā)裝置，隨著鏈條的抖動(dòng)粘在其上的電石渣干燥后自動(dòng)脫落，不但能夠傳導(dǎo)熱量，而且還能防止電石渣粘堵筒體和揚(yáng)料板，充分利用進(jìn)料端干燥速率快的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)層層“脫衣”的方法使其能迅速干燥[1 ]。

       3.3  烘干系統(tǒng)熱平衡計(jì)算

1、Φ3×25m回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)熱工計(jì)算基本數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。 

2、Φ3×25m回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)熱平衡計(jì)算見(jiàn)表2。

 
3、Φ3×25m回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)烘干各種物料的熱工指標(biāo)見(jiàn)表3。

       4、由計(jì)算結(jié)果可以得出如下結(jié)論：

      (1)、Φ3×25m回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)烘干電石渣的生產(chǎn)能力確定為23t/h是合適的，實(shí)際生產(chǎn)中是能夠達(dá)到的，當(dāng)熱煙氣溫度為900℃時(shí)，需要熱煙氣量為20594 NM3/h。

      (2)、出烘干機(jī)廢氣含水量為0.1922 KgH2O/Kg干空氣，由x =0.1922，t=120℃查表[2 ]可知，露點(diǎn)溫度twb=64℃，說(shuō)明氣體在管道中和收塵器內(nèi)不會(huì)結(jié)露。

      (3)、從Φ3×25m回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)烘干各種物料的熱工指標(biāo)來(lái)看，烘干電石渣的蒸發(fā)水量、蒸發(fā)強(qiáng)度和所需要熱風(fēng)量與烘干粘土的熱工指標(biāo)相當(dāng)，說(shuō)明使用抗結(jié)露袋收塵器進(jìn)行收塵是沒(méi)有問(wèn)題的。

      3.4  電石渣的烘干系統(tǒng)采取的措施

      由于電石渣具有多孔狀結(jié)構(gòu)和比表面積大的原因，其保水性極強(qiáng)，機(jī)械脫水較為困難，含有大量的微毛細(xì)管水，這種水近似于吸附水分，其蒸汽壓小于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，在干燥時(shí)難于除去，其烘干采取如下措施：

     1、選擇長(zhǎng)徑比較大（L/D=8.3）的烘干機(jī)，使電石渣在其有效烘干區(qū)域內(nèi)有充裕的干燥時(shí)間。在多級(jí)組合式揚(yáng)料板作用下，電石渣在烘干機(jī)內(nèi)沿徑向呈“瀑布”狀下落，沿軸向呈“波浪”形向前蠕動(dòng)，整套揚(yáng)料板具有導(dǎo)向、均流、阻料等多種功能，并可人為控制物料在烘干機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間，有效地改善了電石渣與熱風(fēng)在烘干機(jī)內(nèi)部的接觸方式和效果，避免了“風(fēng)洞”出現(xiàn)所造成熱風(fēng)短路的影響，使電石渣能充分的揚(yáng)起，并能夠最大限度的使其與熱煙氣進(jìn)行充分的熱交換。

      2、增加煙氣溫度和流速來(lái)增加干燥速率。進(jìn)烘干機(jī)的高溫?zé)釤煔鉁囟瓤刂圃?00～1000℃左右，出烘干機(jī)的廢氣溫度控制在120℃左右，在烘干機(jī)內(nèi)部始終保證電石渣和煙氣有較大的溫度差和濕度差。

       3、選擇抗結(jié)露玻纖袋收塵器來(lái)處理烘干機(jī)的廢氣。由于含水15%時(shí)電石渣的松散容重為600g/L，屬于輕質(zhì)物料， 1～50微米顆粒為80%以上，電石渣中顆粒微細(xì)，其廢氣含塵濃度高達(dá)100g/ Nm3，因此必須選擇能捕集5微米以下的細(xì)顆粒粉塵，選擇除塵效率高達(dá)99.9%以上，CWF500厚玻纖濾布的抗結(jié)露玻纖袋收塵器來(lái)處理烘干機(jī)的廢氣，過(guò)濾風(fēng)速應(yīng)小于0.5m/min，使廢氣排放能夠達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求。

       3.5  利用電石氣燃燒作為烘干熱源

       電石氣是電石爐生產(chǎn)電石產(chǎn)生的廢氣，電石氣主要含CO、CH4等可燃?xì)怏w，易爆炸；電石氣本身有400～600℃溫度，含有200mg/Nm3灰塵，焦油含量大，不易輸送和使用。電石氣的處理不但利用了其熱能，而且節(jié)省了一套電石氣處理系統(tǒng)，對(duì)電石廠來(lái)說(shuō)節(jié)省了大量的投資。一臺(tái)年產(chǎn)7.5萬(wàn)噸電石的電石爐每小時(shí)可以產(chǎn)生溫度為900℃、20800 NM3的熱煙氣，可以滿足烘干機(jī)熱量需求。在電石氣輸送管道布置上，采用強(qiáng)力送風(fēng)的措施，縮短其輸送路徑和時(shí)間，有效防止管道結(jié)焦粘堵，設(shè)計(jì)中同時(shí)采用沸騰爐作為補(bǔ)燃及備用。其工藝流程見(jiàn)圖1。

       4   結(jié)束語(yǔ)

      國(guó)內(nèi)首條高摻電石渣干磨干燒新型干法水泥生產(chǎn)線，采用Φ3×25m順流回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)作為電石渣的預(yù)烘干設(shè)備，利用電石氣作為烘干熱源，完全能夠滿足生產(chǎn)要求，系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定在23～25t/h以上，廢氣排放達(dá)到小于100mg/ Nm3國(guó)家環(huán)保要求，取得了較好的效果。其對(duì)綜合利用輕質(zhì)廢渣作為水泥生產(chǎn)原料的烘干系統(tǒng)起到了示范作用。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］揚(yáng)剛. 淺談高濕含量輕質(zhì)廢渣的烘干處理問(wèn)題. 合肥水泥研究設(shè)計(jì)院慶祝建院五十周年水泥技術(shù)論文集. 2004.4 73-75

［2］南京化工學(xué)院，西安冶金建筑學(xué)院.《硅酸鹽工業(yè)熱工過(guò)程及設(shè)備》 中國(guó)建筑工業(yè)出版社.  1982.