電石渣生產(chǎn)水泥預烘干系統(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)聚氯乙烯樹脂或乙炔氣廠產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，生產(chǎn)過程中以濕基排放，含水率在90～92%。電石渣中顆粒微細，1～50微米顆粒為80%以上，BT-9300激光粒度分布儀測定結(jié)果如下：電石渣的個數(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，經(jīng)濃縮后電石渣液含水在75%到85%范圍內(nèi)波動，由廂式壓濾機壓濾排出濾餅顆粒間的微離水分，料餅的水分最好狀態(tài)可以達到25%，一般能保證水分在32%到36%范圍內(nèi)波動，給電石渣的輸送、儲存和準確配料帶來困難，因此有必要對電石渣進行烘干。 

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：一種是在粉磨過程中同時進行烘干，即烘干兼粉磨系統(tǒng)；另一種是采用單獨的烘干設(shè)備，物料經(jīng)過烘干后再入磨。 

采用烘干兼粉磨系統(tǒng)可以簡化工藝流程，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的烘干兼粉磨設(shè)備，其入磨物料綜合水分可以達到15%，對于水分小于8%的原料或在運輸和儲存過程中不會發(fā)生粘結(jié)堵塞的原料可以直接入磨。當用電石渣替代石灰石生產(chǎn)水泥熟料時，其入磨物料綜合水分最低為28%，遠遠超過立式磨的烘干能力，因此，有必要對電石渣進行預烘干，使入磨物料綜合水分小于15%。 

國內(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，立式烘干機和回轉(zhuǎn)式烘干機。  流態(tài)式烘干機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)簡單，設(shè)備費用遠低于回轉(zhuǎn)式烘干機。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極易在外表面形成硬殼，同時又極易風干起飛灰，壓濾后的濾餅有大到200mm的團塊，小到粉狀，顆粒極不均勻，其塑性、粘性變化很大，所以流態(tài)式烘干機不適用于烘干電石渣料餅。 

立式烘干機其烘干室內(nèi)交錯的裝設(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，并延長熱交換時間。由于電石渣料餅的特性，很容易粘附在折流板上，嚴重時將堵塞烘干室，所以立式烘干機也不適用于烘干電石渣料餅。 

回轉(zhuǎn)式烘干機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，對物料的適應(yīng)性較好，可以烘干各種物料，設(shè)備操作簡單可靠。但烘干效率較低，單位容積蒸發(fā)強度在15～50公斤水/米3.時范圍內(nèi)。逆流式烘干機的傳熱效率較好，干燥速率比較均勻，但因干料與高溫氣體接觸，其出烘干機物料溫度較高，物料帶走的熱損失較大；順流式烘干機特別適用于烘干初水分高的物料。 

綜上所述，電石渣有必要進行預烘干，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  電石渣預烘干終水分的確定 

生產(chǎn)中電石渣預烘干終水分是越低越好，但需要補燃的熱量太多，設(shè)備單機產(chǎn)量低，綜合能耗較高，從經(jīng)濟指標上行不通；根據(jù)含水15%時電石渣的物理性能：在辦公室常溫敞開環(huán)境七天的條件下，吸濕率為4 %，在10MPa壓力下不滲水；實驗結(jié)果表明，含水15%的電石渣在輸送、儲存過程中不會發(fā)生粘堵，可以準確配料。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)，輸送過程中無法儲存和喂料計量，不易送入烘干機內(nèi)，落入烘干機后易出現(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，具有一種類似水泥漿體 “假凝”現(xiàn)象的物理性質(zhì)，即極易風干起飛灰；如果攪拌其內(nèi)部所含的毛細水極易析出，使物料在短時間內(nèi)粘性大幅度升高。因此在電石渣的儲存和輸送中充分利用這一特性來解決電石渣喂料粘堵。采用順流回轉(zhuǎn)式烘干機，使用特殊設(shè)計的喂料裝置，在電石渣進入烘干機的一瞬間迅速與900～1000℃的高溫熱煙氣進行熱交換，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。在烘干機頭部1/4段，除安裝揚料板外，同時安裝強化蒸發(fā)裝置，隨著鏈條的抖動粘在其上的電石渣干燥后自動脫落，不但能夠傳導熱量，而且還能防止電石渣粘堵筒體和揚料板，充分利用進料端干燥速率快的特點，實現(xiàn)層層“脫衣”的方法使其能迅速干燥[1 ]。 

3.3  烘干系統(tǒng)熱平衡計算 

1、Φ3×25m回轉(zhuǎn)式烘干機熱工計算基本數(shù)據(jù)見表1。 

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

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

(3)、從Φ3×25m回轉(zhuǎn)式烘干機烘干各種物料的熱工指標來看，烘干電石渣的蒸發(fā)水量、蒸發(fā)強度和所需要熱風量與烘干粘土的熱工指標相當，說明使用抗結(jié)露袋收塵器進行收塵是沒有問題的。 

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，機械脫水較為困難，含有大量的微毛細管水，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，在干燥時難于除去，其烘干采取如下措施： 

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

2、增加煙氣溫度和流速來增加干燥速率。進烘干機的高溫熱煙氣溫度控制在900～1000℃左右，出烘干機的廢氣溫度控制在120℃左右，在烘干機內(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)露玻纖袋收塵器來處理烘干機的廢氣。由于含水15%時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，其廢氣含塵濃度高達100g/ Nm3，因此必須選擇能捕集5微米以下的細顆粒粉塵，選擇除塵效率高達99.9%以上，CWF500厚玻纖濾布的抗結(jié)露玻纖袋收塵器來處理烘干機的廢氣，過濾風速應(yīng)小于0.5m/min，使廢氣排放能夠達到國家環(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等可燃氣體，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)，對電石廠來說節(jié)省了大量的投資。一臺年產(chǎn)7.5萬噸電石的電石爐每小時可以產(chǎn)生溫度為900℃、20800 NM3的熱煙氣，可以滿足烘干機熱量需求。在電石氣輸送管道布置上，采用強力送風的措施，縮短其輸送路徑和時間，有效防止管道結(jié)焦粘堵，設(shè)計中同時采用沸騰爐作為補燃及備用。其工藝流程見圖1。  
 

4   結(jié)束語 

國內(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)式烘干機作為電石渣的預烘干設(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，廢氣排放達到小于100mg/ Nm3國家環(huán)保要求，取得了較好的效果。其對綜合利用輕質(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。