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高湿轻质废渣物料的烘干处理注意事项
 1 前言

   近几年来随着我国经济发展速度的加快,人们对提高能源利用率,改善生存环境提出了更高的要求。从抓污染源的单项治理,扩大到防治结合,综合利用。同时也能给相关产业带来经济效益和社会效益。高湿含量轻质废渣的利用吸引着许多水泥及化工企业,但由于其物料水分大质量轻等特殊性,处理利用十分困难。

 2 常见高湿含量轻质废渣种类及特性

  2.1粉煤灰与煤渣

   粉煤灰是煤燃烧所产生的烟气中的细灰(一般是指燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰)。粉煤灰大部分是球状,表面光滑的细小颗粒,比重1.8~2.4,容重:50880kg/m3,4900孔筛余量:30~50%,标稠水量:24~70%,比表面积为2000~4000cm2/kg。一般粉煤灰的化学成分为:SiO240%~60%、15%~40%、Fe2O34%~20%、CaO2%~10%、MgO0.5~4%、SO20.1~2%。粉煤灰中主要物料是玻璃体,占50~80%;所含晶体矿物主要有:莫来石、α—石英、方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿等。此外还有少量未燃炭。粉煤灰在我国每年排出量很大(一般燃用1吨煤约产生250~300公斤粉煤灰)如不处理,则会造成大气粉尘污染,排入河湖等水体也会造成水污染。
煤渣是从工业和民用锅炉及其他设备燃煤所排出的废渣(主要以燃煤火力发电厂、化肥厂造气炉及北方地区民用锅炉等)煤渣的化学成分为SiO240%~50%、Al2O330%~35%、Fe2O34%~20%、CaO1%~5%。其矿物组成主要有:钙长石、石英、莫来石、磁铁矿和黄铁矿、大量含硅玻璃体(Al2O3?2Si02)、和活性SiO2、活性Al2O3以及少量的未燃煤等。目前该类废渣在我国分布很广利用量远没有排出量大,弃置堆积时还可放出含硫气体污染大气及危害环境。
电石渣是由维尼伦厂和化工厂排出的废渣,其化学成分为氢氧化镁、碳酸钙、硫酸钡和泥沙。电石渣的物理性质:颗粒直径0.02~0.15mm,相对密度2.4~2.6,容重0.6~1.0。生产中排出量很大并且一般为湿排(水容后成泥浆状,排入沉淀池中)含水量为40%~80%左右。该类废渣较难储存、运输,对环境污染十分严重。
赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。赤泥的化学成分为:SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO、Na2O、K2O、Ti O 2赤泥的物理性质是:颗粒直径0.08~0.25mm,相对密度2.7~2.9,容重0.8~1.0,赤泥每年排出量很大(生产1吨氧化铝要排出0.6~2.0吨赤泥),湿排时污染土地、水源、干燥后随风飘扬又污染大气。


 3 高湿含量轻质废渣烘干处理的难点

   此类物料如进行综合治理时多数需要进行烘干处理后,才能输送、储存及合理利用。但由于它们多采用湿排方式,一般排出时含量在30%~80%,这对干法利用时的烘干处理难度非常大,其主要难点如下:

  3.1 输送及喂料困难

   由于物料水分过大(物料基本呈“泥浆”或“牙膏”状态)不易送入烘干机内,输送过程中无法储存及计量喂料,而落人烘干机后极易出现堆料和粘堵现象,造成流动速度慢,产量无法提高。

  3.2 蒸发速率低、热耗高

   由于物料30~80%的所含水分需在烘干机内蒸发产生水蒸气,才能使物料在干燥过程中逐步蒸发水分达到3%~5%的要求。这样的干燥过程类似于湿法回转窑的生产工艺要求。物料烘干时需克服原有蒸发速率低、料温下降快及物料周围环境湿含量过大的缺点。因此需持续供给其高温干燥热烟气,用于保持物料具有较高的蒸发水分的“动力”,故热耗很高。 如图1的曲线指出物料水分与热耗之间的比率关系。

     

 3.3 收尘设备粘堵及收尘困难

   由于物料中30%~80%的水分需由烘干机内蒸发产生水蒸气后再经收尘器、风机排入大气中。因此其收尘器必须满足“先收水”“后收尘”的原则,这无疑是对收尘器形式及相关材料的一种挑战,其中对于轻质材料90%以上的烘干产品需从收尘器产生,因此是对收尘设备及工艺参数提出了更高的要求。

 3.4 供热温度及系统风速高

   由于物料的物化特点,需要供热系统提供持续高温烟气(900~1100℃),为使蒸发后的高湿含量气体迅速被干燥烟气更换并使烘干后物料及时排出,需适当增加热风温度和系统风速。

 4 主要采取的技术措施

  4.1 预先分离,降低含水量

   此类轻质物料由于具有细度高,遇水极易“稀释”等特性,因此应先采用贮储的方法,自然沉淀部分水分。也可采用机械脱水方法。此种高湿含量的物料在烘干以前,可采用滚筒式离心脱水的方法去除大部分水分(一般可降低到15%~40%),这样便于物料储存及输送、喂料。也可采取“压滤”的方法进行预先的水分处理(目前国内工业生产中采用此方法较多)。

 4.2 安装强化蒸发装置

   此方法是将链条装置安装在烘干机的进料端(链条装置如图2所示)。链条装置在此处能够起到传热均匀,增加蒸发水分的表面积,推动并输送物料。
   

 4.3 解决喂料及防堵问题

   采用计量调速泵将高水分物料喂入烘干机内(脱水处理后物料直接用皮带机喂料),使其迅速与高温热烟气进行热交换,造成物料在高温的烘烤之下结壳,这样能减少粘简体及堆积堵料现象。再采取分段处理,层层“脱衣”的方法使其能迅速干燥。烘干机内所垂挂的链条装置,不但能够传导热量,而且还能防止物料粘堵简体,保证料流通畅。最重要的是链条装置是实现“先结壳、后脱衣”设想的主要手段。而链条为软体物,粘在其上的物料干燥后随链条抖动而自动脱落。

 4.4 解决高水分物料在高湿含量废气环境下蒸发速度的问题

   首先对烘干机规格的选择力求其长径比较大(L/D>9),这样能使被烘干物料在其有效烘干区域内有较充裕的干燥时间,由于该物料含水量很高,从物料进入烘干机内就会大量吸热,表层水分不断升温气化,此时具有较高的蒸发速度。随着物料的前进料温会开始下降,周围气体中湿含量增加,水分子移动速度减缓。如图3所示。
            
   如果要求较长时间地维持较高的蒸发速度,就必须具有良好的烘干环境。即物料应在持续供给的高温状态下,具有一定的低负压氛围,并且要求其风速适中。特别是烘干机尾部因为此段废气中湿含量较高,温度已下降较多,更易影响蒸发速度,所以负压及风速在此段非常重要。如图4所示。
              
 4.5 轻质物料烘干后易造成废气高浓度的问题

   电石渣、粉煤灰等属轻质物料,加之颗粒较细,干燥后在风速及负压相对较大的状态下,易随风抽入收尘器(废气含尘浓度为60~120g/Nm3,其中20μm以下的占95%以上)。因此收尘器的负荷相对较大,约占产品总量的80%~90%成品需在收尘器内产生。粉尘粒度对其收尘效率影响很大。见图5。而根据此类物料的特性选用旋风收尘器及电收尘器均不合理,应重点考虑使用过滤除尘的方式,故可优先选用能处理高浓度粉尘的气箱脉冲收尘器,但滤料要满足其粉尘细、水分大,透气性差的特点;可选用进口附膜技术的玻纤滤料系列。
                

 4.6 气体温度与系统防结露的问题

   由于所烘干物料具有较高含水量的特点,无论是使用抗结露袋式收尘器还是电收尘器,只能适应废气湿含量在15%~25%,为此可考虑在进口处安装一台油水分离器先滤出部分水。如果要实现“先结壳、后脱衣”的设想,就应该使湿物料初始阶段保持在900—1100℃的高温烟气包含之中,并使高温区域延长,使之蒸发速度较快。为使收尘器及风机保证能在不结露状态下工作,废气温度应控制在120~150℃,另外收尘器的处理风量较正常状态增加25%~30%,过滤风速控制在0.8~1.2m/min。而供热部分应选用高温沸腾炉,该炉型能够保持供热温度相对稳定。

 5 结论与展望

   随着工业生产的发展和人类数量的增加,废渣的产生有其必然性。而工业废渣数量庞大、种类繁多、成分复杂,特别是高湿含量轻质废渣就更难堆存或转化废渣的综合治理与环境保护是密不可分的。对其进行必要的烘干处理能更广泛地使其有用物质和能源加以回收利用。目前高湿含量轻质废渣经干燥处理后,可直接作为水泥的混合材或原材料使用,具有良好的开发利用价值。
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