电石渣生产水泥预烘干系统的研究及应用

     1  前言

     电石渣是煤化工行业用乙炔法生产聚氯乙烯树脂或乙炔气厂产生的工业废渣，生产过程中以湿基排放，含水率在90～92%。电石渣中颗粒微细，1～50微米颗粒为80%以上，BT-9300激光粒度分布仪测定结果如下：电石渣的个数平均粒径：1.89μm；重量平均粒径：9.19μm；面积平均粒径：5.75μm；中位粒径：8.29μm；比表面积：947.32m2/kg，由于其多孔状结构和比表面积大的原因，其保水性极强，经浓缩后电石渣液含水在75%到85%范围内波动，由厢式压滤机压滤排出滤饼颗粒间的微离水分，料饼的水分最好状态可以达到25%，一般能保证水分在32%到36%范围内波动，给电石渣的输送、储存和准确配料带来困难，因此有必要对电石渣进行烘干。

     2  电石渣烘干系统的选择

     新型干法水泥生产线采用的烘干方法有两种：一种是在粉磨过程中同时进行烘干，即烘干兼粉磨系统；另一种是采用单独的烘干设备，物料经过烘干后再入磨。

     采用烘干兼粉磨系统可以简化工艺流程，节省设备和投资，已经成为新型干法水泥工艺首选流程；立式磨是目前烘干能力最强的烘干兼粉磨设备，其入磨物料综合水分可以达到15%，对于水分小于8%的原料或在运输和储存过程中不会发生粘结堵塞的原料可以直接入磨。当用电石渣替代石灰石生产水泥熟料时，其入磨物料综合水分最低为28%，远远超过立式磨的烘干能力，因此，有必要对电石渣进行预烘干，使入磨物料综合水分小于15%。

     国内目前常用的烘干设备有以下三种型式：流态式烘干机，立式烘干机和回转式烘干机。

     流态式烘干机主要部件为一倾斜放置的流化篦板，物料喂入篦板上方，热气体从篦板下部通过篦孔与料层接触，物料呈流态化沿篦板流向出料口并被烘干，其结构简单，设备费用远低于回转式烘干机。但它只适用于烘干松散、颗粒较均匀的粒状物料。电石渣料饼由于其烘干时极易在外表面形成硬壳，同时又极易风干起飞灰，压滤后的滤饼有大到200mm的团块，小到粉状，颗粒极不均匀，其塑性、粘性变化很大，所以流态式烘干机不适用于烘干电石渣料饼。

     立式烘干机其烘干室内交错的装设烘干折流板，用于播撒物料，增大物料与逆流上升的热气体的接触面积，并延长热交换时间。由于电石渣料饼的特性，很容易粘附在折流板上，严重时将堵塞烘干室，所以立式烘干机也不适用于烘干电石渣料饼。

     回转式烘干机是水泥厂最常用的烘干设备。其筒内装有不同型式的热交换装置，对物料的适应性较好，可以烘干各种物料，设备操作简单可靠。但烘干效率较低，单位容积蒸发强度在15～50公斤水/米3.时范围内。逆流式烘干机的传热效率较好，干燥速率比较均匀，但因干料与高温气体接触，其出烘干机物料温度较高，物料带走的热损失较大；顺流式烘干机特别适用于烘干初水分高的物料。

     综上所述，电石渣有必要进行预烘干，才能满足烘干兼粉磨系统入磨物料综合水分小于15%的要求。顺流回转式烘干机特别适用于烘干初水分高、粘性大的电石渣。

     3  电石渣烘干系统的研究

     3.1  电石渣预烘干终水分的确定

     生产中电石渣预烘干终水分是越低越好，但需要补燃的热量太多，设备单机产量低，综合能耗较高，从经济指标上行不通；根据含水15%时电石渣的物理性能：在办公室常温敞开环境七天的条件下，吸湿率为4 %，在10MPa压力下不渗水；实验结果表明，含水15%的电石渣在输送、储存过程中不会发生粘堵，可以准确配料。确定电石渣烘干终水分控制在15%左右。

      3.2  解决喂料粘堵

      压滤后的电石渣呈“牙膏”状态，输送过程中无法储存和喂料计量，不易送入烘干机内，落入烘干机后易出现堆料和粘堵。但压滤后的电石渣其塑性、粘性均在表观上大幅度降低，具有一种类似水泥浆体 “假凝”现象的物理性质，即极易风干起飞灰；如果搅拌其内部所含的毛细水极易析出，使物料在短时间内粘性大幅度升高。因此在电石渣的储存和输送中充分利用这一特性来解决电石渣喂料粘堵。采用顺流回转式烘干机，使用特殊设计的喂料装置，在电石渣进入烘干机的一瞬间迅速与900～1000℃的高温热烟气进行热交换，在其表面形成一层硬壳，这样大大减少电石渣粘附筒体及堆积堵料现象。在烘干机头部1/4段，除安装扬料板外，同时安装强化蒸发装置，随着链条的抖动粘在其上的电石渣干燥后自动脱落，不但能够传导热量，而且还能防止电石渣粘堵筒体和扬料板，充分利用进料端干燥速率快的特点，实现层层“脱衣”的方法使其能迅速干燥[1 ]。

       3.3  烘干系统热平衡计算

1、Φ3×25m回转式烘干机热工计算基本数据见表1。 

2、Φ3×25m回转式烘干机热平衡计算见表2。

 
3、Φ3×25m回转式烘干机烘干各种物料的热工指标见表3。

       4、由计算结果可以得出如下结论：

      (1)、Φ3×25m回转式烘干机烘干电石渣的生产能力确定为23t/h是合适的，实际生产中是能够达到的，当热烟气温度为900℃时，需要热烟气量为20594 NM3/h。

      (2)、出烘干机废气含水量为0.1922 KgH2O/Kg干空气，由x =0.1922，t=120℃查表[2 ]可知，露点温度twb=64℃，说明气体在管道中和收尘器内不会结露。

      (3)、从Φ3×25m回转式烘干机烘干各种物料的热工指标来看，烘干电石渣的蒸发水量、蒸发强度和所需要热风量与烘干粘土的热工指标相当，说明使用抗结露袋收尘器进行收尘是没有问题的。

      3.4  电石渣的烘干系统采取的措施

      由于电石渣具有多孔状结构和比表面积大的原因，其保水性极强，机械脱水较为困难，含有大量的微毛细管水，这种水近似于吸附水分，其蒸汽压小于同温度下纯水的饱和蒸汽压，在干燥时难于除去，其烘干采取如下措施：

     1、选择长径比较大（L/D=8.3）的烘干机，使电石渣在其有效烘干区域内有充裕的干燥时间。在多级组合式扬料板作用下，电石渣在烘干机内沿径向呈“瀑布”状下落，沿轴向呈“波浪”形向前蠕动，整套扬料板具有导向、均流、阻料等多种功能，并可人为控制物料在烘干机内的停留时间，有效地改善了电石渣与热风在烘干机内部的接触方式和效果，避免了“风洞”出现所造成热风短路的影响，使电石渣能充分的扬起，并能够最大限度的使其与热烟气进行充分的热交换。

      2、增加烟气温度和流速来增加干燥速率。进烘干机的高温热烟气温度控制在900～1000℃左右，出烘干机的废气温度控制在120℃左右，在烘干机内部始终保证电石渣和烟气有较大的温度差和湿度差。

       3、选择抗结露玻纤袋收尘器来处理烘干机的废气。由于含水15%时电石渣的松散容重为600g/L，属于轻质物料， 1～50微米颗粒为80%以上，电石渣中颗粒微细，其废气含尘浓度高达100g/ Nm3，因此必须选择能捕集5微米以下的细颗粒粉尘，选择除尘效率高达99.9%以上，CWF500厚玻纤滤布的抗结露玻纤袋收尘器来处理烘干机的废气，过滤风速应小于0.5m/min，使废气排放能够达到国家环保要求。

       3.5  利用电石气燃烧作为烘干热源

       电石气是电石炉生产电石产生的废气，电石气主要含CO、CH4等可燃气体，易爆炸；电石气本身有400～600℃温度，含有200mg/Nm3灰尘，焦油含量大，不易输送和使用。电石气的处理不但利用了其热能，而且节省了一套电石气处理系统，对电石厂来说节省了大量的投资。一台年产7.5万吨电石的电石炉每小时可以产生温度为900℃、20800 NM3的热烟气，可以满足烘干机热量需求。在电石气输送管道布置上，采用强力送风的措施，缩短其输送路径和时间，有效防止管道结焦粘堵，设计中同时采用沸腾炉作为补燃及备用。其工艺流程见图1。

       4   结束语

      国内首条高掺电石渣干磨干烧新型干法水泥生产线，采用Φ3×25m顺流回转式烘干机作为电石渣的预烘干设备，利用电石气作为烘干热源，完全能够满足生产要求，系统产量稳定在23～25t/h以上，废气排放达到小于100mg/ Nm3国家环保要求，取得了较好的效果。其对综合利用轻质废渣作为水泥生产原料的烘干系统起到了示范作用。

参 考 文 献

［1］扬刚. 浅谈高湿含量轻质废渣的烘干处理问题. 合肥水泥研究设计院庆祝建院五十周年水泥技术论文集. 2004.4 73-75

［2］南京化工学院，西安冶金建筑学院.《硅酸盐工业热工过程及设备》 中国建筑工业出版社.  1982.