電石渣運用于CFB-FGD的新工藝技術研究

電石渣是煤炭、電石化工產品（如溶解乙炔、PVC 等）的工業廢渣，其主要成分為Ca(OH)2，顆粒微細，1～50μm 顆粒能達到90%以上，由于其多孔狀結構和比表面積大的原因，其保水性極強。由于一直以來乙炔生產工藝主要以濕法為主，產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，必須對電石渣漿進行烘干脫水處理，目前常見的工藝是把電石渣干燥成細粉末，使其含水率在0.5%以下，這種工藝需要龐大的干燥設備，且需要消耗很大的熱能，因此烘干系統能耗高、系統復雜、經濟性差。鑒于目前電石渣干燥工藝的不足之處，電石渣新干燥技術以及運用于干法脫硫是本文探討的內容。

1 電石渣運用于CFB-FGD的新工藝技術

1.1 技術線路

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，充分利用現有干法脫硫系統的能力，進行濕電石渣的干燥處理以滿足脫硫的目的。新技術是利用干法的生石灰和濕電石渣混合進行濕度整定，再利用脫硫進口煙道的熱能進行混合物的干燥與分級，分級后的混合物輸送到塔底進行二次干燥破碎并參與脫硫反應，由于在塔內干燥破碎的同時，通過蒸發吸熱，從而實現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噴水量，大大節約了脫硫用水。

1.2 工藝原理

用生石灰和濕電石渣按合適的比例進行高速的混合攪拌，以達到對電石渣進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。來自于脫硫進口煙道的一部分熱煙氣進入顆粒分離器中，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行二次干燥破碎，進一步降低電石渣中剩下的含水率，達到干燥的目的，滿足脫硫反應的需要。顆粒分離器中大顆粒掉落至底部，通過傳送裝置重新回到攪拌設備中進行攪拌二次破碎，然后再進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的工藝流程如下，詳見圖1。①通過輸送裝置將濕電石渣輸送到計量裝置中，計量后再輸送至破碎混合機中。

②通過螺旋給料機將生石灰輸送至計量裝置中，計量后再輸送至破碎混合機中。

③濕電石渣和生石灰以一定的比例混合，在高效破碎混合機中進行破碎和混合，經過破碎和混合一定時間后，其濕度被整定到13%～18%之間，其顆粒粒徑小于0.4mm 的質量比達到75%。

④經過破碎混合的電石渣通過一個或多個斜槽進入顆粒分級器，顆粒分級器底部接風機，風機把吸收塔進口煙道的熱煙氣抽到顆粒分級器中，熱煙氣可以干燥電石渣混合顆粒，并帶動粒徑0.4～0.5mm 的顆粒通過單管或多管形式輸送至吸收塔進口段。在顆粒分級器中，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器底部錐斗中，并被輸送回電石渣破碎混合機中進行二次破碎。

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

⑥電石渣混合物通過吸收塔進口段到文丘里出口這段區域充分的傳熱、傳質，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，足夠滿足脫硫反應的條件。

⑦在干燥過程中，由于電石渣內水的析出，使塔底電石渣與煙氣中SO2發生快速反應，從而增加了塔底反應段，同時由于電石渣的干燥吸熱，能夠降低煙氣溫度，這樣塔內噴水量將會有所降低，節約用水。

⑧經過完全干燥后的電石渣在吸收塔文丘里以上區域固體顆粒間的碰撞更加強烈，固體顆粒與煙氣的接觸更加充分，通過摩擦不斷地從吸收劑表面去除反應產物，暴露出新鮮的反應表面，從而達到良好的脫硫效率。

圖1 電石渣脫硫工藝流程圖

2 關鍵設備及關鍵技術開發

2.1 濕電石渣專用的高效破碎混合機

高效破碎混合機主要由機架、料筒、梨攪拌系統，高速攪拌系統等組成，料筒和梨攪拌系統分別由減速電機驅動，高速攪拌系統由可調頻電機通過皮帶傳動進行驅動。由于料筒和高速攪拌系統的轉向相反，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，同時梨攪拌系統和料筒的轉向也相反，梨攪拌系統能把料筒底部的混合物攪動起來以達到均勻的混合作用。

高效破碎混合機的作用是把塊狀的電石渣破碎，同時把電石渣的濕度整定到13%～18%之間。經過破碎后的電石渣混合物通過篩分后其粒徑分布見表1。從表1 可知經過破碎后約75%顆粒粒徑在355μm 以下，說明高效破碎混合機的破碎效果很好。

表1 電石渣混合物篩分后其粒徑分布

2.2 顆粒分級器

顆粒分級器（圖2）是利用不同粒徑的顆粒在分級器內所受曳力不同而對顆粒進行分級，當顆粒較細時，曳力大于重力，顆粒將被帶走并氣力輸送至吸收塔，當顆粒較粗時，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進行二次破碎。

對破碎混合后的電石渣混合物，通過斜槽進入顆粒分級器進行顆粒的分級，并結合流體進行模擬不同粒徑的顆粒的分級情況（圖3），且整個顆粒分級器結構簡單，系統阻力在240Pa左右。從圖3 的顆粒模擬分級結果可以看出顆粒在約0.5mm 以下的都可以被熱煙氣帶走進入吸收塔塔底，而顆粒在0.5mm 以上的會掉入顆粒分級器的底部。電石渣混合物經過顆粒分級器后，其濕度可以降低到10%～15%。

圖2 顆粒分級器結構簡圖

圖3 不同顆粒模擬分級云圖

3 塔底電石渣干燥技術

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是一種氣流干燥的過程，通過采用適當的加料方式，將其連續加入塔底氣流場中，在高速熱氣流的輸送和分散中，使濕電石渣中的水分蒸發而降低電石渣的含水率的過程。由于干燥過程與顆粒相對氣流速度有很大關系，相對速度越大，其干燥越劇烈。在此過程中，可以充分利用塔底的結構，從而形成兩段式加速段來提高顆粒與氣流的相對速度，從而大大強化傳熱傳質過程，提高干燥能力。

3.2 電石渣顆粒在塔底的運動分析

塔底運動分析，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，質量流量為5.56kg/s。模型選擇DPM 模型進行模擬，僅考慮單股顆粒進入流場運動，模擬為穩態模擬。顆粒運動不僅考慮重力、曳力、浮力作用，同時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，單位網格內噴入顆粒數量為50 顆，總顆粒數量為23400 顆。

模擬結果如圖4，圖4 中為粒徑為10～200μm，噴嘴流速為20m/s 在不同時刻的顆粒分布。從圖4 可知，顆粒射入塔底后會不斷地擴散開，與原有煙氣混合后并向上運動，最后離開計算區域。同時顆粒由于射入塔底存在一個20m/s 的水平速度使得其會向前減速運動，并且由于其主要受曳力作用，而單位質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，因此其向前運動的速度減小的越慢，向前運動的距離也會變大，因此圖中可以發現顆粒粒徑越大，其越遠離噴嘴口（紅色區域），而小顆粒則會在噴嘴附近就隨主流煙氣帶著向上運動。對于粒徑顆粒，其主要受重力、曳力作用，這兩個力的差值決定了顆粒的運動軌跡，對于小顆粒兩者的差值較大，顆粒上升的越快，對于大顆粒，兩者差值較小，顆粒上升就會偏慢。

圖4 顆粒不同時刻分布圖

圖5 為從頂部看不同流速顆粒擴散分布狀況，從圖5 中可以發現，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，加強顆粒干燥，因此增加噴嘴流速對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，這樣勢必會增加系統運行的壓降，同時磨損也會加劇，這將會降低設備壽命，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 結語

電石渣運用于干法脫硫的新工藝技術，其工藝流程簡單，通過破碎、混合、顆粒分級、一次干燥和二次干燥來滿足脫硫反應的粒徑和濕度要求。電石渣在塔底干燥過程中，由于電石渣內水的析出，使得塔底電石渣與煙氣中SO2的發生快速反應，從而增加了塔底反應段，提高脫硫系統性能，且電石渣的干燥吸熱，降低煙氣溫度，使塔內噴水量降低，有效節約用水，因此該新工藝技術具有較好的經濟運用價值。