2010-06-11 13:12:40 来源:水泥人网

用预分解技术处理工业废渣的热化学过程分析与实践

水泥人网】在水泥生产技术的发展进程中,新型干法窑技术越来越被人们接受并得到快速推广及发展。为解决湿法窑的改造而发展起来的湿磨干烧技术,是利用湿法厂的湿法生料制备系统,采用一定的料浆脱水、烘干手段,使之成为干生料粉后用新型干法窑煅烧。通过这种改造可降低熟料的烧成热耗,提高劳动生产率。事实上,湿磨干烧技术更适合湿排工业废渣、污泥等的综合利用,以及对原料处理有特殊需求的新建项目。经工艺方案的优化既能达到治理环保的目的,又能获得优良的技术经济效益。本文拟介绍的皖维1 000t/d水泥熟料生产线项目(以下简称皖维项目)就是湿排工业废渣综合利用的成功案例。

2皖维项目的背景及特点

安徽皖维化纤化工股份有限公司是一国有控股的集化工、化纤、建材于一体的大型联合企业。公司在采用电石法生产维纶的工艺过程中产生出电石渣、废石灰、石灰石尾矿、粉煤灰及焦炭粉等工业废渣,这些废渣的堆放不仅占用土地,污染了周边地区的环境。尤其是电石渣易于流失扩散,碱化土地,污染江河并危及巢湖水域。

20世纪50年代末,北京建材研究院曾对用电石渣生产水泥做了大量的试验研究,并在湿法生产线上进行了应用实践、论证和推广。皖维公司为了减少电石渣的排放,也曾建了一条湿法生产线以消耗电石渣等废渣,但因湿法生产能提供的生产能力小,热耗高,不能解决废渣排放导致的污染。该公司为了落实安徽省政府制定的“一九九九年底巢湖流域所有污染物必须达标排放”的环保政策,针对上述问题就其工业废渣综合治理技改项目进行了工程立项,并委托南京水泥设计研究院进行新工艺技术的研究和工程设计。经分析研究确定,建设规模为1 000t/d水泥熟料生产线不仅可以完全消耗目前公司排放的工业废渣,减轻环境保护的压力,还可为公司创造相当利润,使公司走上可持续发展的道路,很有意义。

该项目的投资建设具备了如下特点:
    (1)必须综合利用公司在生产过程中产生的全部废渣,以彻底解决公司对巢湖水系产生的污染,优化周边环境;
    (2)以综合利用废渣为中心,采用先进、成熟的生产工艺,变废为宝,生产高质量的水泥,为公司创造产值;
    (3)该生产线的工艺过程设计中,要兼顾所排各种废渣的物理、化学特性,采取相应的技术措施。

3原、燃料的特殊性

该项目主要利用的废渣有:电石渣、废石灰、石灰石尾矿、粉煤灰及焦炭粉等。其化学成分见表1。其中:
    (1)电石渣系电石水解后产生的残渣。其特点是颗粒细,其细度为0.08mm方孔筛筛余小于8%;水分高,刚排出时的水分在90%以上,经沉降池浓缩后,水分仍有60%~65%。电石渣的主要化学成分是Ca(OH)2,其含量在90%以上。
    (2)石灰石尾矿是生产石灰过程中排出的废渣,粒度小于30mm,其中夹杂有泥土,品位要比石灰石原矿低,水分高。
    (3)废石灰是生产电石过程中排出的废渣,粒度小于5mm,含有一定水分,部分以水解。
    (4)粉煤灰是公司的供热、供汽、发电锅炉排出的废渣,排放方式是湿排,水分很大,经沉降池浓缩后,水分仍有70%。
    (5)焦炭粉是生产电石时筛选下来的细小颗粒的焦炭末。焦炭粉的工业分析见表2。
在以上5种废渣中,其中电石渣、废石灰、石灰石尾矿可作为生产水泥的钙质原料,粉煤灰则作为硅、铝质原料,焦炭粉和煤混合作为燃料使用。

4电石渣的性能及其影响

由于在上述诸多废渣中电石渣的特点突出,给水泥生产带来的影响大,故对其进行重点研究。电石渣分散度很高,具有多孔状结构,保水性极强,脱水极为困难,经长期自然沉降浓缩后的含水率高达65%以上。对其脱水方式的确定进行了试验研究,若采用吸滤会将滤网堵塞而使脱水率很低。采用压滤其效果优于吸滤。对纯电石渣的压滤实验结果其脱水率在30%~40%。随着其它物料的含量增加,脱水率提高。换句话说,原料中随着电石渣含量的增加,原料的综合水分增加,且机械脱水的难度亦增加。这无论是采用半干法或全干法都是生产工艺上需解决的难点之一。

众所周知原料的初始水分愈大,烘干水分所需的热焓就愈大。烘干所需的热焓将有三个部分组成。即:水分蒸发的耗热,蒸发出的水汽带走的热,烟气带走的热。
假设其他原料的综合水分为4%,经过压滤后的电石渣水分为40%,经过计算可以发现,随着电石渣的掺量增加,料耗是下降的,而水分和热耗将上升。如果用单位熟料耗热表示,则电石渣的掺入比例与单位熟料耗热关系见图1。

5电石渣配料与普通配料的差异及热化学分析

利用新型干法预分解窑煅烧以电石渣参与配料的水泥熟料生产工艺,当时在国内尚属首例,涉及一系列新的技术问题。理论分析表明,900℃以下时它与常规配料的差异如下:

(1)系统内主要的化学反应及发生反应的温度区域不同。电石渣的主要化学成分是Ca(OH)2,在脱水温度前,会吸收烟气中的CO2生成难分解的CaCO3;当升温至550℃左右,Ca(OH)2开始分解;生成的CaO仍会吸收烟气中的CO2生成难分解的CaCO3,直至900℃以上的高温区域,CaCO3分解的逆向反应才得到完全抑制,分解过程得以加速。电石渣生料在

预热、煅烧过程中发生的主要化学反应如下:
    Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O(g) (放热反应) (1)
    Ca(OH)2的反应热:ΔHo298K= -224.19kcal/kg Ca(OH)2
    Ca(OH)2 =CaO+H2O(g) (吸热反应) (2)
    Ca(OH)2的正向反应热:ΔHo298K=353.5kcal/kg Ca(OH)2
    CaCO3=CaO+CO2(g) (吸热反应)(3)
    CaCO3 的正向反应热:ΔHo298K= 427.5kcal/kg CaCO3

(2)熟料的形成过程不同。由于采用的原料其化学物质不同,因而熟料的形成过程也不同。从上面的化学反应也可以看出区别之一:采用电石渣配料的生料与普通生料发生分解反应温度区域不同,分解反应提前在预热器中发生。电石渣配的生料不论呈Ca(OH)2状态或呈分解后CaO的状态,均有吸收CO2的现象,并在900℃以后再分解,重新生成CaO,这部分物料的分解温度还有所提高。

(3)熟料形成热不同。尽管存在着Ca(OH)2和新生态的CaO会吸收CO2生成CaCO3并需重新分解的可能性,而在预热器系统中由550℃上升到850℃的物料与烟气的接触时间很短,只有少量的物料发生吸收反应。而由于电石渣的分解温度及分解反应热降低,因此电石渣配料的熟料形成热,比普通生料的熟料形成热低。也就是说,随着电石渣掺量的增加,熟料的形成热会降低。图2表示了电石渣掺量与其配料生料的形成热关系。

 

 

 

【作者:潘炯等 】

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