用预分解技术处理工业废渣的热化学过程分析与实践

用预分解技术处理工业废渣的热化学过程分析与实践磨粉机磨粉机磨粉机概述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1000t/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1000t/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/kgCa(OH)2Ca(OH)2＝CaO＋H2O(g)（吸热反应）（2）Ca(OH)2的正向反应热：ΔHo298K=353.5kcal/kgCa(OH)2CaCO3＝CaO＋CO2(g)（吸热反应）（3）CaCO3的正向反应热：ΔHo298K=427.5kcal/kgCaCO3（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。