新型干法预分解系统处理100%电石渣技术

新型干法预分解系统处理100%电石渣技术1. 概述电石渣是电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，按生产经验，1t电石加水可生成300多kg乙炔气，每生产1 t PVC产品耗用电石1.51.6t，同时每吨电石产生1.2 t电石渣（干基）。根据危险废物鉴别标准（GB50851996），电石废渣属类一般工业固体废物。与普通配料相比，电石渣配料在工艺上有如下特点：l 电石渣主要成分为Ca(OH)2，CaO含量高，电石渣及其生料中镁、碱含量很低，液相量偏低，易烧性稍差；l 电石渣细度较细，干电石渣及其生料的容重较轻，其冷态流动性不稳定，热态流动性差；l Ca(OH)2的分解温度远低于CaCO3，分解反应较普通生料大大提前进行；l 适当条件下Ca(OH)2和生成的CaO会吸收部分CO2，部分重新生成CaCO3；l Ca(OH)2的分解热远低于CaCO3；电石渣的烧失量小，其生料的理论料耗低；l 窑尾系统废气成分中含水量较高，CO2含量较低，废气量和废气比热较小；l 电石渣熟料的颜色大多呈微黄或土色；l 不同电石渣的硫和氯差别很大，如硫和氯含量较高，会给窑尾系统堵塞、熟料煅烧和熟料质量带来一定的困难。基于电石渣特殊的物理和化学性能，采用新型干法预分解系统100%利用电石渣制水泥的关键技术是，如何确保湿排电石渣的烘干和确保预分解系统的不结皮堵塞。2. 电石渣试验技术研究我公司于2006年开始对新型干法预分解系统处理100%电石渣技术进行专门科研立项研究，就电石渣的分解特性及动力学、预热器堵塞机理等，通过采取湿排电石渣压滤试验、XRD衍射谱、电镜扫描、湿排电石渣烘干试验、干电石渣松散密度测定试验、电石渣堆积压力试验、干电石渣冷态及热态的流动性试验、悬浮态燃烧试验以及CO2吸收试验等等进行研究了大量的试验研究，全面掌握了电石渣的物理化学性能，图1为电石渣试验技术研究的部分结果。2007年9月，我公司与宜宾天原集团股份有限公司在四川省川南特种水泥厂进行了干法电石渣制水泥的工业中间试验，目的是摸索干法窑系统处理电石渣的稳定运行情况、工艺技术和技术参数。工业中间试验基本达到了技术研究的目的，特别是在窑尾系统结皮堵塞、分解/合成的部位及定量分析上取得明显效果，能够科学指导工程设计。工业中间试验表明，水泥干法预分解系统处理100%电石渣生料在技术上是完全可行的，只要设计合理和操作优化，能够避免系统堵塞现象，能够保证烧成系统的稳定运行，但是电石渣中硫或氯含量必须引起高度重视。图1 电石渣试验技术研究部分结果图2 工业中间试验系统各部位功能划分图3. 新型干法预分解系统处理100%电石渣技术在进行充分的物化性能试验研究和工业中间试验基础上，我公司于2008年设计研发了首条新型干法预分解系统处理100%电石渣的生产线-宜宾海丰和锐120万吨/年全电石渣综合利用制水泥项目一期工程，其主要技术经济指标如下：系统产量：2000t/d熟料；系统热耗：60MPa；系统运转率：与全部采用石灰石配料相比不降低。宜宾海丰和锐120万吨/年全电石渣综合利用制水泥项目一期工程于2010年成功投料运行，熟料结粒正常，运行基本稳定，各项技术经济指标均达到或超过设计指标，标志着我公司采用新型干法利用100%电石渣生产水泥熟料的技术取得了突破性成功。该生产线采用多项我公司自主研发和设计的新技术，烧成系统流程属国内外首创，窑头窑尾采用并联操作，全部利用了烧成系统所有的废气余热，热效率高。图3 宜宾海丰和锐120万吨/年全电石渣综合利用制水泥项目一期工程全貌新型干法预分解系统处理100%电石渣主要技术如下：1）本项目创新性地提出了100%采用电石渣替代石灰石的技术方案，并在四川宜宾2000t/d电石渣项目上得到成功的应用；2）由于电石渣及其所配生料的松散密度较小、热态流动性较差、吸附性较强等特殊物理性能，它在预热器系统内特别是高温下堵塞的可能性较常规生料大大增加。本项目开发出专门适应电石渣的带TTF分解炉的两级旋风预热器的窑尾预分解系统。3）独创窑头窑尾采用并联操作，取消窑头排风机，把窑头篦冷机余风全部引至烘干破碎机，全部利用其热焓。4）由于湿排电石渣水分较高，电石渣烘干所需热焓非常大，为弥补烧成系统热焓的不足，我们把窑头余风在补燃热风炉中作为助燃空气，并进一步加热，得到高温废气也作为电石渣的烘干热源，优化系统供热效率；5）湿排电石渣烘干采用烘干破碎机，烘干后电石渣水分小于1.0%，烘干破碎机利用窑头窑尾的所有热焓；6）出烘干破碎机的废气经过二级收尘旋风收尘和电收尘入干粉电石渣库，其收集的物料成分是有差别的，故在工艺上考虑烘干后电石渣的均匀性。同时减少对高温风机的磨损。7）由于烘干后电石渣细度几乎接近生料细度，原料粉磨系统的粉磨功能主要针对辅助原料，故原料粉磨系统选型较小，粉磨时可适当调整成品细度。由于烘干后电石渣细度几乎接近生料细度，原料粉磨系统的粉磨功能主要针对辅助原料，故原料粉磨系统选型较小；出烘干破碎机后也可增设立式或卧式选粉机，绝大部分干粉电石渣不进生料磨系统，直接参与配料，减少电石渣的特殊物性对粉磨系统的较大影响。8）由于烧成系统废气的热焓被电石渣烘干全部利用，且确保原料组分的稳定性，故烧成系统的废气与原料粉磨系统的废气分别进行单独处理。9）本项目已获国家发明专利授权一项，发明专利名称：一种电石渣全部替代石灰石煅烧水泥的方法 ，发明专利号：ZL 2007 1 0150669.9 。图4 新型干法预分解系统100采用湿排电石渣的烧成系统流程示意图项目的创新性： 1） 采用100电石渣替代石灰石在新型干法生产线顺利投产达标，预热器系统没有发生过任何堵塞现象，烧成系统运行和熟料质量基本正常、稳定。2） 本项目烧成系统流程属国内外首创，全部利用了烧成系统所有的废气余热，热效率高，取得了较好的社会效益。3） 根据烘干破碎机的使用特点，在湿排电石渣生产线基础上优化烘干破碎机的结构。4） 自主研发大型燃煤的补燃热风炉，能够确保湿排电石渣烘干的稳定运行。5） 增设立式或卧式选粉机，大部分干粉电石渣不进入原料粉磨，从设计流程上避免电石渣的特殊物性对原料粉磨的影响，有利于电石渣生产线的稳定运行。4. 经济技术指标分析以2500t/d生产线规模为例，简要分析常规石灰石2500t/d水泥生产线和100%湿排电石渣（水分40%）生产线的主要指标差异及生产成本。当然，由于湿排电石渣的水分一般在40%左右，其烘干耗热是相对大的，所以处理湿排电石渣的系统热耗一般要明显高于常规石灰石的水泥生产线，但是如果湿排电石渣中的水分越小，其对烧成系统热耗的降低将是非常有利的。热耗差异：采用100%湿排电石渣（水分40%）较常规生产线增加约220 kcal/kg.cl ：经理论计算，湿电石渣生产线设计热耗约为960 kcal/kg.cl，常规石灰石生产线设计热耗约为740 kcal/kg.cl。采用100%电石渣的新型干法生产线，其熟料形成热可降低约180 kcal/kg.cl，但将含水分40%的湿排电石渣单独烘干至水分1%，计算所需热焓约480 kcal/kg.cl，再加上通过工艺流程的优化，充分利用窑头篦冷机的余风和窑尾废气热焓、预热器级数少可降低表面散热等，可降低约 80 kcal/kg.cl，因此，采用100%湿排电石渣（水分40%）的新型2500t/d干法生产线的系统热耗较常规生产线增加约220 kcal/kg.cl。 电耗差异：采用100%湿排电石渣（水分40%）的水泥综合电耗较常规生产线增加近700KW，约3kWh/t.水泥。生产成本：主要差异是电耗增加3度，增加约1.3元/吨水泥；采用100%电