生石灰三級消化技術在燒結(jié)工藝中的應用與研究

馬建軍，張樹剛，孫 浩，王 浩，宗樹成，朱順華，董 蓓，師 平，豐興國

（天津鐵廠有限公司，河北056404）

0 引言

現(xiàn)階段關于生石灰消化技術的研發(fā)開始起步，主要是圍繞消化工藝的一些新的技術問題展開。 雖然各種相關新工藝已開始起步發(fā)展，但應用于脫硫行業(yè)或者燒結(jié)行業(yè)中的消化技術并不成熟。 因此，深入研究、探索生石灰消化新工藝、新技術，對提高燒結(jié)脫硫脫硝的效率具有重要意義。

天鐵公司四燒車間在原有脫硫、脫硝工藝的基礎上，研發(fā)搭建了一套生石灰干消化系統(tǒng)，用來滿足燒結(jié)煙氣脫硫、脫硝工藝的需求，并深入研究了消化條件（水灰比、消化水溫、攪拌轉(zhuǎn)速、霧化水速率）對生石灰干消化過程的影響。 通過研究發(fā)現(xiàn)，生石灰在消化過程中，消化水溫直接反應生石灰轉(zhuǎn)化率，因此，可以通過對溫度的監(jiān)控，來控制生石灰的消化反應速度和消化反應程度，有利于制備高活性的脫硫劑。

1 生石灰消化工藝概述

1.1 生石灰消化的基本原理

生石灰與水反應生成氫氧化鈣的過程稱為消化反應，其反應的熱力學反應方程式為：

從反應式可以看出，該反應過程為放熱反應。一般在生石灰消化過程中，消化器內(nèi)的溫度在100℃以上，最高可達160～180 ℃。 正常情況下，消化的原料生石灰不會是純氧化鈣，而是由含有不同成分的石灰石煅燒生成的，外加生石灰生燒、過燒的現(xiàn)象，因此，生石灰消化所加的水量和發(fā)出的熱量，由于里面的雜質(zhì)含量的種類、數(shù)量以及生、過燒程度而有很大的不同。

1.2 生石灰消化的主要工藝

在脫硫工藝里，常見的鈣基脫硫劑中，活性最好的是Ca（OH）2，適用于中低溫下的煙氣脫硫，擁有廣泛的應用前景。 然而Ca（OH）2的價格相對于原材料生石灰高很多，這就促成了生石灰消化工藝的研究和發(fā)展。 如何通過新技術、新工藝來獲得高效、高質(zhì)、低成本的脫硫劑已成為現(xiàn)階段燒結(jié)脫硫工藝的主要研究課題，該項研究在國內(nèi)外都取得了一定的技術突破，并逐步向深層次開展工作。 目前消化工藝主要有濕法消化、干法消化兩種。

濕法消化工藝：該工藝是通過生石灰在消化罐與大量的水充分進行消化反應，該方法大量的消耗水，消化溫度較低，消化時間較長，且活性不易保證，容易堵塞管路。

干式消化工藝：該工藝是近年來逐漸被應用于脫硫工藝上的，是將一定質(zhì)量和粒級標準的生石灰投入消化器內(nèi)與一定量的水進行反應，該工藝消化裝置簡潔，能有效地解決堵塞問題，質(zhì)量、活性優(yōu)于濕法。

1.3 生石灰消化的主要設備

這兩種工藝采用的消化裝置有： 滯流式裝置、打漿式裝置和回轉(zhuǎn)式裝置等幾種。 攪拌方式一般有兩類，分別是機械攪拌消化和氣流擾動攪拌消化。目前國內(nèi)脫硫工藝中主要采用機械攪拌消化，而氣流擾動攪拌消化方式很少使用。 機械攪拌消化一般有葉片旋轉(zhuǎn)攪拌式消化裝置和旋轉(zhuǎn)噴水消化裝置兩種。

2 螺旋式三級生石灰消化技術的研發(fā)

由試驗可知，生石灰消化反應時劇烈放熱，在3 min 之內(nèi)溫度就可以到達100 ℃以上，水和生石灰的比例直接影響反應的最高溫度和消化時間。 因此天鐵公司燒結(jié)廠研發(fā)了一套通過螺旋式三級攪拌的干式生石灰消化裝置，并在四燒車間脫硫、脫硝系統(tǒng)中投入使用。 該項技術，在消化過程中可通過溫度對消化反應進行監(jiān)控，然后通過調(diào)整生石灰下料量和噴水量，調(diào)整水和生石灰的比例；另外通過調(diào)整空氣壓力，調(diào)整水霧化程度，使霧化水和生石灰混合更加均勻，已達到更高的消化質(zhì)量。

2.1 螺旋式三級生石灰消化工藝特點

螺旋式三級生石灰消化技術是專門針對脫硫系統(tǒng)所需的消石灰品質(zhì)要求研制開發(fā)的一種高效實用的新技術。

2.1.1 一般生石灰消化工藝特點

一般生石灰消化工藝為葉片旋轉(zhuǎn)攪拌式消化和旋轉(zhuǎn)噴水消化，兩種消化工藝都存在著多種弊端。

（1）葉片旋轉(zhuǎn)攪拌式消化工藝的弊端：消化控制時間較為固定，可調(diào)性較差；消化反應要求白灰質(zhì)量必須保證足夠的活性，否則無法滿足消化完全反應，造成質(zhì)量較差。

（2）旋轉(zhuǎn)噴水消化工藝的弊端：噴頭的位置較低，白灰消化后粘性較大，容易堵塞噴頭；噴頭壽命短，檢修率較高；同時噴水不均勻，混勻效果較差。

2.1.2 螺旋式三級生石灰消化工藝特點

（1） 新型消化工藝可根據(jù)不同質(zhì)量的生石灰，在消化過程中調(diào)整消化反應的速度和進程，噴水位置為最高點，不易堵塞，使用周期較長。

（2）由于空氣打壓形成霧化水，更有利于水和白灰的充分接觸和混勻，達到最佳的混勻效果，新型消化工藝可以保證消化充分、反應完全，使消石灰保持較高的溫度。

（3）工藝安全、穩(wěn)定、可靠、維修方便，處理能力的調(diào)節(jié)性好，消石灰可隨用隨消。

（4）消化效率高、占用空間小、投資較小、自動化程度高和無環(huán)境污染。

（5）系統(tǒng)運行耗能低，運行成本低，同時由于生石灰價格較消石灰低200 元/噸左右，有利于整體成本的降低。

2.2 螺旋式三級生石灰消化工藝流程

螺旋式三級生石灰消化裝置工藝流程如圖1所示。 消化裝置包括：1 生石灰氣力輸送管道，2 消石灰倉，3 生石灰倉，4 卸灰閥，5 給料機，6 螺旋消化器頂部霧化噴嘴，7 霧化噴嘴壓縮空氣管道，8 霧化噴嘴供水管道，9 螺旋消化器，10 消石灰氣力輸送風機。

（1）生石灰倉的進料口與生石灰氣力輸送管道連接，出料口設有卸灰閥并與給料機進口連接；給料機內(nèi)設輸送帶，出料口與螺旋消化器的進料口連接；螺旋消化器的出料口處設有消石灰氣力輸送風機，將經(jīng)過三級消化好的消石灰送往消石灰倉連，供給脫硫工藝使用。

（2）本方案的壓力水管和壓力空氣管均設有調(diào)節(jié)閥，可控制水和空氣流量比例，使水和空氣在噴嘴處形成霧化水，霧化水可與固態(tài)生石灰粉進行充分接觸、混合。

圖1 螺旋式三級生石灰消化裝置工藝流程圖

（3）新型生石灰消化裝置中，螺旋消化器共分三級，三級均為變頻電機單獨驅(qū)動，可根據(jù)生石灰給料量和上一級反應器內(nèi)溫度，調(diào)整電流，進行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，保證其消化反應完全。

（4）一級螺旋消化器的螺旋軸貫穿殼體，螺旋軸帶動螺旋葉片旋轉(zhuǎn)，推動正在與霧化水充分接觸的生石灰向尾部傳輸，生石灰在消化反應的同時，旋轉(zhuǎn)葉片使白灰充分混合，到達底部后，落入二級螺旋消化器； 二級螺旋消化器為充分消化反應室，螺旋葉片反向旋轉(zhuǎn)推動正在發(fā)生反應的白灰和消石灰傳輸?shù)筋^部，落入螺旋式三級消化器；三級螺旋消化器推動基本反應完全的消石灰向尾部傳輸。

（5）三級消化裝置為三層裝置，這樣可節(jié)省布置空間，且三層不同的溫度顯示，可以明顯的反應出消化的進程。轉(zhuǎn)速的調(diào)整可以調(diào)整三個階段消化進程，使整個消化進程均勻分配于三層螺旋消化器中。

2.3 螺旋式三級生石灰消化實施效果

螺旋式三級生石灰消化技術是在現(xiàn)有的消化工藝基礎上的技術更新，在燒結(jié)煙氣脫硫項目中的實踐效果顯著。 目前已申報兩項專利，一項發(fā)明專利（專利號：202011295316.X）和一項實用新型專利（專利號：202022678039.2）。

螺旋式三級生石灰消化技術，不僅對于燒結(jié)煙氣脫硫，在燒結(jié)工藝中也可以得到良好的推廣應。由于燒結(jié)工藝需要消化反應提供的熱量來提高料溫，所以該技術完全有能力為燒結(jié)工藝服務。 目前天鐵公司正在研究，在燒結(jié)配料室白灰下料倉位置安裝一級螺旋生石灰消化裝置，通過新的消化技術，使燒結(jié)得到高品質(zhì)消石灰Ca（OH）2，同時也能夠提供更高的熱量來提升混合料的溫度。 而且燒結(jié)配料無需完整的螺旋式三級生石灰消化技術，只需一級螺旋生石灰消化裝置就可以滿足燒結(jié)工藝的需求。

3 結(jié)語

實踐證明，天鐵公司燒結(jié)廠研發(fā)的螺旋式三級生石灰消化技能夠滿足燒結(jié)煙氣脫硫脫硝工藝的需求，并有向多元化推廣的價值。

（1）新型消化工藝可使固態(tài)的生石灰粉末與霧化水混合均勻，隨著螺旋式三級旋轉(zhuǎn)攪拌，生石灰消化反應充分、完全，能夠保證消化反應的快速進行，并達到較高的消化溫度，完全滿足脫硫的需求，且系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠，維修方便。

（2）新型生石灰消化技術的研究，為今后消化技術向多元化轉(zhuǎn)變打下了基礎，使其應用可以拓展到脫硝、脫硫工藝以外的更廣泛的領域。

（3）新型消化工藝占用空間小、投資較小、運行費用低、自動化程度高和無環(huán)境污染的特點，使其具有先天的競爭優(yōu)，是今后生產(chǎn)企業(yè)生生石灰消化工藝的一個優(yōu)先選項。