生石灰三級(jí)消化技術(shù)在燒結(jié)工藝中的應(yīng)用與研究

馬建軍，張樹(shù)剛，孫 浩，王 浩，宗樹(shù)成，朱順華，董 蓓，師 平，豐興國(guó)

（天津鐵廠有限公司，河北056404）

0 引言

現(xiàn)階段關(guān)于生石灰消化技術(shù)的研發(fā)開(kāi)始起步，主要是圍繞消化工藝的一些新的技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)。 雖然各種相關(guān)新工藝已開(kāi)始起步發(fā)展，但應(yīng)用于脫硫行業(yè)或者燒結(jié)行業(yè)中的消化技術(shù)并不成熟。 因此，深入研究、探索生石灰消化新工藝、新技術(shù)，對(duì)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(chē)間在原有脫硫、脫硝工藝的基礎(chǔ)上，研發(fā)搭建了一套生石灰干消化系統(tǒng)，用來(lái)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(duì)生石灰干消化過(guò)程的影響。 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，生石灰在消化過(guò)程中，消化水溫直接反應(yīng)生石灰轉(zhuǎn)化率，因此，可以通過(guò)對(duì)溫度的監(jiān)控，來(lái)控制生石灰的消化反應(yīng)速度和消化反應(yīng)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(yīng)生成氫氧化鈣的過(guò)程稱(chēng)為消化反應(yīng)，其反應(yīng)的熱力學(xué)反應(yīng)方程式為：

從反應(yīng)式可以看出，該反應(yīng)過(guò)程為放熱反應(yīng)。一般在生石灰消化過(guò)程中，消化器內(nèi)的溫度在100℃以上，最高可達(dá)160～180 ℃。 正常情況下，消化的原料生石灰不會(huì)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(guò)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(lèi)、數(shù)量以及生、過(guò)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?yán)?，常?jiàn)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(yīng)用前景。 然而Ca（OH）2的價(jià)格相對(duì)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(guò)新技術(shù)、新工藝來(lái)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(xiàng)研究在國(guó)內(nèi)外都取得了一定的技術(shù)突破，并逐步向深層次開(kāi)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(guò)生石灰在消化罐與大量的水充分進(jìn)行消化反應(yīng)，該方法大量的消耗水，消化溫度較低，消化時(shí)間較長(zhǎng)，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(lái)逐漸被應(yīng)用于脫硫工藝上的，是將一定質(zhì)量和粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的生石灰投入消化器內(nèi)與一定量的水進(jìn)行反應(yīng)，該工藝消化裝置簡(jiǎn)潔，能有效地解決堵塞問(wèn)題，質(zhì)量、活性?xún)?yōu)于濕法。

1.3 生石灰消化的主要設(shè)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(lèi)，分別是機(jī)械攪拌消化和氣流擾動(dòng)攪拌消化。目前國(guó)內(nèi)脫硫工藝中主要采用機(jī)械攪拌消化，而氣流擾動(dòng)攪拌消化方式很少使用。 機(jī)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(jí)生石灰消化技術(shù)的研發(fā)

由試驗(yàn)可知，生石灰消化反應(yīng)時(shí)劇烈放熱，在3 min 之內(nèi)溫度就可以到達(dá)100 ℃以上，水和生石灰的比例直接影響反應(yīng)的最高溫度和消化時(shí)間。 因此天鐵公司燒結(jié)廠研發(fā)了一套通過(guò)螺旋式三級(jí)攪拌的干式生石灰消化裝置，并在四燒車(chē)間脫硫、脫硝系統(tǒng)中投入使用。 該項(xiàng)技術(shù)，在消化過(guò)程中可通過(guò)溫度對(duì)消化反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控，然后通過(guò)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(guò)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(dá)到更高的消化質(zhì)量。

2.1 螺旋式三級(jí)生石灰消化工藝特點(diǎn)

螺旋式三級(jí)生石灰消化技術(shù)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)脫硫系統(tǒng)所需的消石灰品質(zhì)要求研制開(kāi)發(fā)的一種高效實(shí)用的新技術(shù)。

2.1.1 一般生石灰消化工藝特點(diǎn)

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(shí)間較為固定，可調(diào)性較差；消化反應(yīng)要求白灰質(zhì)量必須保證足夠的活性，否則無(wú)法滿足消化完全反應(yīng)，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(shí)噴水不均勻，混勻效果較差。

2.1.2 螺旋式三級(jí)生石灰消化工藝特點(diǎn)

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

（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(dá)到最佳的混勻效果，新型消化工藝可以保證消化充分、反應(yīng)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(dòng)化程度高和無(wú)環(huán)境污染。

（5）系統(tǒng)運(yùn)行耗能低，運(yùn)行成本低，同時(shí)由于生石灰價(jià)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(jí)生石灰消化工藝流程

螺旋式三級(jí)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(cāng)，3 生石灰倉(cāng)，4 卸灰閥，5 給料機(jī)，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(fēng)機(jī)。

（1）生石灰倉(cāng)的進(jìn)料口與生石灰氣力輸送管道連接，出料口設(shè)有卸灰閥并與給料機(jī)進(jìn)口連接；給料機(jī)內(nèi)設(shè)輸送帶，出料口與螺旋消化器的進(jìn)料口連接；螺旋消化器的出料口處設(shè)有消石灰氣力輸送風(fēng)機(jī)，將經(jīng)過(guò)三級(jí)消化好的消石灰送往消石灰倉(cāng)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(shè)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(jìn)行充分接觸、混合。

圖1 螺旋式三級(jí)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(jí)，三級(jí)均為變頻電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，可根據(jù)生石灰給料量和上一級(jí)反應(yīng)器內(nèi)溫度，調(diào)整電流，進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，保證其消化反應(yīng)完全。

（4）一級(jí)螺旋消化器的螺旋軸貫穿殼體，螺旋軸帶動(dòng)螺旋葉片旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)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(yīng)的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)葉片使白灰充分混合，到達(dá)底部后，落入二級(jí)螺旋消化器； 二級(jí)螺旋消化器為充分消化反應(yīng)室，螺旋葉片反向旋轉(zhuǎn)推動(dòng)正在發(fā)生反應(yīng)的白灰和消石灰傳輸?shù)筋^部，落入螺旋式三級(jí)消化器；三級(jí)螺旋消化器推動(dòng)基本反應(yīng)完全的消石灰向尾部傳輸。

（5）三級(jí)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(yīng)出消化的進(jìn)程。轉(zhuǎn)速的調(diào)整可以調(diào)整三個(gè)階段消化進(jìn)程，使整個(gè)消化進(jìn)程均勻分配于三層螺旋消化器中。

2.3 螺旋式三級(jí)生石灰消化實(shí)施效果

螺旋式三級(jí)生石灰消化技術(shù)是在現(xiàn)有的消化工藝基礎(chǔ)上的技術(shù)更新，在燒結(jié)煙氣脫硫項(xiàng)目中的實(shí)踐效果顯著。 目前已申報(bào)兩項(xiàng)專(zhuān)利，一項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：202011295316.X）和一項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：202022678039.2）。

螺旋式三級(jí)生石灰消化技術(shù)，不僅對(duì)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(yīng)。由于燒結(jié)工藝需要消化反應(yīng)提供的熱量來(lái)提高料溫，所以該技術(shù)完全有能力為燒結(jié)工藝服務(wù)。 目前天鐵公司正在研究，在燒結(jié)配料室白灰下料倉(cāng)位置安裝一級(jí)螺旋生石灰消化裝置，通過(guò)新的消化技術(shù)，使燒結(jié)得到高品質(zhì)消石灰Ca（OH）2，同時(shí)也能夠提供更高的熱量來(lái)提升混合料的溫度。 而且燒結(jié)配料無(wú)需完整的螺旋式三級(jí)生石灰消化技術(shù)，只需一級(jí)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(yǔ)

實(shí)踐證明，天鐵公司燒結(jié)廠研發(fā)的螺旋式三級(jí)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(jià)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(jí)旋轉(zhuǎn)攪拌，生石灰消化反應(yīng)充分、完全，能夠保證消化反應(yīng)的快速進(jìn)行，并達(dá)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(shù)的研究，為今后消化技術(shù)向多元化轉(zhuǎn)變打下了基礎(chǔ)，使其應(yīng)用可以拓展到脫硝、脫硫工藝以外的更廣泛的領(lǐng)域。

（3）新型消化工藝占用空間小、投資較小、運(yùn)行費(fèi)用低、自動(dòng)化程度高和無(wú)環(huán)境污染的特點(diǎn)，使其具有先天的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)，是今后生產(chǎn)企業(yè)生生石灰消化工藝的一個(gè)優(yōu)先選項(xiàng)。