電石渣是煤炭、電石化工產(chǎn)品（如溶解乙炔、PVC 等）的工業(yè)廢渣，其主要成分為Ca(OH)2，顆粒微細(xì)，1～50μm 顆粒能達(dá)到90%以上，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(qiáng)。由于一直以來(lái)乙炔生產(chǎn)工藝主要以濕法為主，產(chǎn)生的電石渣漿即使壓濾后含水量仍然很高，含水率在35%～40%之間，若用于干法煙氣脫硫，必須對(duì)電石渣漿進(jìn)行烘干脫水處理，目前常見(jiàn)的工藝是把電石渣干燥成細(xì)粉末，使其含水率在0.5%以下，這種工藝需要龐大的干燥設(shè)備，且需要消耗很大的熱能，因此烘干系統(tǒng)能耗高、系統(tǒng)復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)性差。鑒于目前電石渣干燥工藝的不足之處，電石渣新干燥技術(shù)以及運(yùn)用于干法脫硫是本文探討的內(nèi)容。

1 電石渣運(yùn)用于CFB-FGD的新工藝技術(shù)

1.1 技術(shù)線路

電石渣干法脫硫新工藝就是要摒棄目前主要采用的高能耗電石渣干燥制備系統(tǒng)，充分利用現(xiàn)有干法脫硫系統(tǒng)的能力，進(jìn)行濕電石渣的干燥處理以滿足脫硫的目的。新技術(shù)是利用干法的生石灰和濕電石渣混合進(jìn)行濕度整定，再利用脫硫進(jìn)口煙道的熱能進(jìn)行混合物的干燥與分級(jí)，分級(jí)后的混合物輸送到塔底進(jìn)行二次干燥破碎并參與脫硫反應(yīng)，由于在塔內(nèi)干燥破碎的同時(shí)，通過(guò)蒸發(fā)吸熱，從而實(shí)現(xiàn)了脫硫煙氣的余熱利用，脫硫煙氣溫度的降低也減少了塔內(nèi)噴水量，大大節(jié)約了脫硫用水。

1.2 工藝原理

用生石灰和濕電石渣按合適的比例進(jìn)行高速的混合攪拌，以達(dá)到對(duì)電石渣進(jìn)行破碎和濕度整定的目的，混合后的濕度控制在15%左右，然后把整定和破碎后的混合物傳送到顆粒分離器中。來(lái)自于脫硫進(jìn)口煙道的一部分熱煙氣進(jìn)入顆粒分離器中，一方面能取得干燥的目的，另一方面是把小顆粒的生石灰和電石渣混合物輸送到吸收塔塔底進(jìn)行二次干燥破碎，進(jìn)一步降低電石渣中剩下的含水率，達(dá)到干燥的目的，滿足脫硫反應(yīng)的需要。顆粒分離器中大顆粒掉落至底部，通過(guò)傳送裝置重新回到攪拌設(shè)備中進(jìn)行攪拌二次破碎，然后再進(jìn)入顆粒分離器中分離。

1.3 工藝流程

新型的電石渣干法脫硫技術(shù)的工藝流程如下，詳見(jiàn)圖1。①通過(guò)輸送裝置將濕電石渣輸送到計(jì)量裝置中，計(jì)量后再輸送至破碎混合機(jī)中。

②通過(guò)螺旋給料機(jī)將生石灰輸送至計(jì)量裝置中，計(jì)量后再輸送至破碎混合機(jī)中。

③濕電石渣和生石灰以一定的比例混合，在高效破碎混合機(jī)中進(jìn)行破碎和混合，經(jīng)過(guò)破碎和混合一定時(shí)間后，其濕度被整定到13%～18%之間，其顆粒粒徑小于0.4mm 的質(zhì)量比達(dá)到75%。

④經(jīng)過(guò)破碎混合的電石渣通過(guò)一個(gè)或多個(gè)斜槽進(jìn)入顆粒分級(jí)器，顆粒分級(jí)器底部接風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)把吸收塔進(jìn)口煙道的熱煙氣抽到顆粒分級(jí)器中，熱煙氣可以干燥電石渣混合顆粒，并帶動(dòng)粒徑0.4～0.5mm 的顆粒通過(guò)單管或多管形式輸送至吸收塔進(jìn)口段。在顆粒分級(jí)器中，電石渣粒徑大于0.5mm 的顆粒一方面受到熱煙氣的干燥；另一方面由于重力大于熱煙氣的曳力，將慢慢地掉落至分級(jí)器底部錐斗中，并被輸送回電石渣破碎混合機(jī)中進(jìn)行二次破碎。

⑤電石渣混合物進(jìn)吸收塔的入口下方設(shè)有氣體旋流裝置，待脫硫的塔底熱煙氣通過(guò)氣體旋流裝置，使熱煙氣螺旋旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流效應(yīng)，帶動(dòng)剛輸送進(jìn)來(lái)的電石渣混合物料（濕度10%～15%）迅速分散，增強(qiáng)了固體顆粒間的碰撞以及固體顆粒與煙氣的接觸，達(dá)到很好的二次破碎和電石渣混合物料二次干燥的效果。

⑥電石渣混合物通過(guò)吸收塔進(jìn)口段到文丘里出口這段區(qū)域充分的傳熱、傳質(zhì)，碰撞摩擦，從而使電石渣混合物料得到有效的破碎和干燥，其顆粒平均粒徑更小，顆粒比表面積大大增大，足夠滿足脫硫反應(yīng)的條件。

⑦在干燥過(guò)程中，由于電石渣內(nèi)水的析出，使塔底電石渣與煙氣中SO2發(fā)生快速反應(yīng)，從而增加了塔底反應(yīng)段，同時(shí)由于電石渣的干燥吸熱，能夠降低煙氣溫度，這樣塔內(nèi)噴水量將會(huì)有所降低，節(jié)約用水。

⑧經(jīng)過(guò)完全干燥后的電石渣在吸收塔文丘里以上區(qū)域固體顆粒間的碰撞更加強(qiáng)烈，固體顆粒與煙氣的接觸更加充分，通過(guò)摩擦不斷地從吸收劑表面去除反應(yīng)產(chǎn)物，暴露出新鮮的反應(yīng)表面，從而達(dá)到良好的脫硫效率。

圖1 電石渣脫硫工藝流程圖

2 關(guān)鍵設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)

2.1 濕電石渣專用的高效破碎混合機(jī)

高效破碎混合機(jī)主要由機(jī)架、料筒、梨攪拌系統(tǒng)，高速攪拌系統(tǒng)等組成，料筒和梨攪拌系統(tǒng)分別由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，高速攪拌系統(tǒng)由可調(diào)頻電機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于料筒和高速攪拌系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向相反，因此濕電石渣混合物在料筒中受到高速攪拌軸的剪切作用而被破碎和混合，同時(shí)梨攪拌系統(tǒng)和料筒的轉(zhuǎn)向也相反，梨攪拌系統(tǒng)能把料筒底部的混合物攪動(dòng)起來(lái)以達(dá)到均勻的混合作用。

高效破碎混合機(jī)的作用是把塊狀的電石渣破碎，同時(shí)把電石渣的濕度整定到13%～18%之間。經(jīng)過(guò)破碎后的電石渣混合物通過(guò)篩分后其粒徑分布見(jiàn)表1。從表1 可知經(jīng)過(guò)破碎后約75%顆粒粒徑在355μm 以下，說(shuō)明高效破碎混合機(jī)的破碎效果很好。

表1 電石渣混合物篩分后其粒徑分布

2.2 顆粒分級(jí)器

顆粒分級(jí)器（圖2）是利用不同粒徑的顆粒在分級(jí)器內(nèi)所受曳力不同而對(duì)顆粒進(jìn)行分級(jí)，當(dāng)顆粒較細(xì)時(shí)，曳力大于重力，顆粒將被帶走并氣力輸送至吸收塔，當(dāng)顆粒較粗時(shí)，曳力小于重力，顆粒將被掉落至粗顆粒錐斗中，被再次輸送到破碎系統(tǒng)進(jìn)行二次破碎。

對(duì)破碎混合后的電石渣混合物，通過(guò)斜槽進(jìn)入顆粒分級(jí)器進(jìn)行顆粒的分級(jí)，并結(jié)合流體進(jìn)行模擬不同粒徑的顆粒的分級(jí)情況（圖3），且整個(gè)顆粒分級(jí)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)阻力在240Pa左右。從圖3 的顆粒模擬分級(jí)結(jié)果可以看出顆粒在約0.5mm 以下的都可以被熱煙氣帶走進(jìn)入吸收塔塔底，而顆粒在0.5mm 以上的會(huì)掉入顆粒分級(jí)器的底部。電石渣混合物經(jīng)過(guò)顆粒分級(jí)器后，其濕度可以降低到10%～15%。

圖2 顆粒分級(jí)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖3 不同顆粒模擬分級(jí)云圖

3 塔底電石渣干燥技術(shù)

3.1 塔底電石渣干燥原理

塔底電石渣混合物干燥的原理其實(shí)是一種氣流干燥的過(guò)程，通過(guò)采用適當(dāng)?shù)募恿戏绞?，將其連續(xù)加入塔底氣流場(chǎng)中，在高速熱氣流的輸送和分散中，使?jié)耠娛械乃终舭l(fā)而降低電石渣的含水率的過(guò)程。由于干燥過(guò)程與顆粒相對(duì)氣流速度有很大關(guān)系，相對(duì)速度越大，其干燥越劇烈。在此過(guò)程中，可以充分利用塔底的結(jié)構(gòu)，從而形成兩段式加速段來(lái)提高顆粒與氣流的相對(duì)速度，從而大大強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)過(guò)程，提高干燥能力。

3.2 電石渣顆粒在塔底的運(yùn)動(dòng)分析

塔底運(yùn)動(dòng)分析，采用一定直徑的圓形噴嘴向塔底噴入顆粒，噴嘴顆粒流速為20m/s，噴入顆粒粒徑為10～200μm，顆粒分布為rosin-rammler 分布。顆粒真密度為2212.15kg/m3，質(zhì)量流量為5.56kg/s。模型選擇DPM 模型進(jìn)行模擬，僅考慮單股顆粒進(jìn)入流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，模擬為穩(wěn)態(tài)模擬。顆粒運(yùn)動(dòng)不僅考慮重力、曳力、浮力作用，同時(shí)也考慮其他作用力的作用（熱泳力、布朗力等）；噴嘴采用面噴嘴，單位網(wǎng)格內(nèi)噴入顆粒數(shù)量為50 顆，總顆粒數(shù)量為23400 顆。

模擬結(jié)果如圖4，圖4 中為粒徑為10～200μm，噴嘴流速為20m/s 在不同時(shí)刻的顆粒分布。從圖4 可知，顆粒射入塔底后會(huì)不斷地?cái)U(kuò)散開(kāi)，與原有煙氣混合后并向上運(yùn)動(dòng)，最后離開(kāi)計(jì)算區(qū)域。同時(shí)顆粒由于射入塔底存在一個(gè)20m/s 的水平速度使得其會(huì)向前減速運(yùn)動(dòng)，并且由于其主要受曳力作用，而單位質(zhì)量曳力的大小與顆粒粒徑成反比，因此顆粒越大其所受曳力越小，因此其向前運(yùn)動(dòng)的速度減小的越慢，向前運(yùn)動(dòng)的距離也會(huì)變大，因此圖中可以發(fā)現(xiàn)顆粒粒徑越大，其越遠(yuǎn)離噴嘴口（紅色區(qū)域），而小顆粒則會(huì)在噴嘴附近就隨主流煙氣帶著向上運(yùn)動(dòng)。對(duì)于粒徑顆粒，其主要受重力、曳力作用，這兩個(gè)力的差值決定了顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)于小顆粒兩者的差值較大，顆粒上升的越快，對(duì)于大顆粒，兩者差值較小，顆粒上升就會(huì)偏慢。

圖4 顆粒不同時(shí)刻分布圖

圖5 為從頂部看不同流速顆粒擴(kuò)散分布狀況，從圖5 中可以發(fā)現(xiàn)，氣體流速越大，顆粒的分散程度越好，這樣越有利于顆粒與主流氣體混合，提高顆粒與氣體換熱性能，加強(qiáng)顆粒干燥，因此增加噴嘴流速對(duì)顆粒干燥及分布是有好處的。為增加噴嘴流速，在保證氣體流量不變的條件下，必須減小管徑，這樣勢(shì)必會(huì)增加系統(tǒng)運(yùn)行的壓降，同時(shí)磨損也會(huì)加劇，這將會(huì)降低設(shè)備壽命，因此要合理取值顆粒噴入速度。

圖5 從頂部看不同噴嘴流速下的顆粒分布

4 結(jié)語(yǔ)

電石渣運(yùn)用于干法脫硫的新工藝技術(shù)，其工藝流程簡(jiǎn)單，通過(guò)破碎、混合、顆粒分級(jí)、一次干燥和二次干燥來(lái)滿足脫硫反應(yīng)的粒徑和濕度要求。電石渣在塔底干燥過(guò)程中，由于電石渣內(nèi)水的析出，使得塔底電石渣與煙氣中SO2的發(fā)生快速反應(yīng)，從而增加了塔底反應(yīng)段，提高脫硫系統(tǒng)性能，且電石渣的干燥吸熱，降低煙氣溫度，使塔內(nèi)噴水量降低，有效節(jié)約用水，因此該新工藝技術(shù)具有較好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)用價(jià)值。