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1、水泥预分解系统利用电石渣技术介绍电石渣是用电石生产乙炔时产生的废渣，乙炔是生产PVC的主要原料。PVC的生产有电石乙炔法和乙烯氧氯化法两种工艺，我国目前主要采用电石乙炔法，仅1/3采用乙烯氧氯化法（主要集中在华东、华北地区），而发达国家全部采用乙烯氧氯化法。电石乙炔法的生产成本和能耗较高，污染也较严重。上世纪八十年代，我国引进了一批氧氯化法生产装置，但由于其所需的氯气和乙烯生产企业在我国分属不同的部门管理，我国氧氯化工艺的发展缓慢。而我国PVC的产量仍不能满足国内的需求，因此，电石乙炔法仍将在我国维持较长的一段时期。虽然电石乙炔法存在电石渣处理的问题，但国际原油价格持续走高为其带来了发展机遇；
2、我国西部地区有丰富的电力、煤炭和石灰石（电石原料）资源，更为当地电石乙炔法的发展提供了得天独厚的条件。1990至2000年，我国PVC产量每年以11.8的速度增加，近几年更以20%的速度增长，预计2007年我国PVC产量将达1200万吨年。2006年全国电石总产量为1160万吨，比2005年增加约30%。若按每吨电石产生1.7吨电石渣计，则电石渣年排放量已近2000万吨，而长年存积的电石渣早已超过1亿吨。 图4-41. 电石渣性能研究电石是由石灰和焦碳用电弧法加热至20002200熔融制得的：2CaO+6C+O2=2 CaC2+2CO2电石水解时产生乙炔： CaC22H2OC2H2Ca（OH）
3、2电石渣微量元素含量很低，所配生料的最低共溶点由1250提高至1300，可能熟料较难煅烧。根据我们对某电石渣的热分析，分解温度380520（吸热峰为475），比纯Ca（OH）2的低，电石渣所含杂质可能会降低其Ca（OH）2分解温度。1.1 松散密度用量筒测定了几个试样的松散密度，对比各试样的松散密度：电石渣为石灰石的51%，电石渣分解物为石灰石分解物的64%，电石渣生料分解物为普通生料分解物的85%。松散密度对粉体的流动性有较大的影响。电石渣及其所配生料的松散密度较小，应该是导致预热器堵塞的原因之一。电石渣的真密度也较小，且质地柔软，粉磨时易产生超细粉，这会加重预热器内的粉尘循环，进一步降低物
4、料总体的松散密度，恶化流动性。1.2 堆积压力所谓“堆积压力”，是指粉料在管内堆积时，因重力作用在堆积底面形成的压力。试验装置由直立的钢管和天平组成，试验时从钢管顶端分批加入试样，每加一次都记录天平读数计算堆积压力，得加料量与堆积压力的关系，再通过试样的松散密度求得堆积高度与堆积压力的关系。试验结果表明，随着堆积高度增加，堆积压力逐渐趋向某个极限值，与此极限对应的堆积高度约为管径的23倍。极限值的大小与松散密度有关，不同试样的极限值可相差一倍。 同时，我们还验证了翻板阀配重不当有可能导致下料管堵塞。试验时逐渐往管内添加试样，直至翻板阀打开，通过放出的试样量及其松散密度，求得翻板阀的“开启高度”
5、。试验表明，当翻板配重一定时，开启高度随着试样松散密度的减小而迅速增加。一旦堆积高度超过3倍管径，继续增加高度对提高堆积压力不起作用，堆积高度将无限增加而引起堵塞，比如700分解的电石渣粉，直至加满管子翻板也没能打开。因此，当生料的松散密度较小时，下料管翻板阀的设计应引起足够的重视。1.3 流动性用简易的方法试验了粉体在不同温度下的流动性：将试样在横置的不锈钢管内平铺，送入已于一定温度恒温的高温炉内煅烧半小时取出，随即缓缓抬高管子一端，直至试样从管内大量滑落，测量此时管子的倾角。试验结果表明，煅烧温度越高，滑落倾角越大，说明试样的流动性越差，试样的吸附性就越强。1.4 分解试验用悬浮态燃烧试验
6、装置进行试验，通过反应区温度的变化判断试样的分解速度。图 4-5 用不同温度试验时反应区温度的变化（试样量0.3g）图4-5是电石渣用不同温度试验时反应区温度的记录。分解反应有可能在降温段就已经开始（试样的升温和分解都能导致反应区温度下降），并在温度回升时完成。试验温度越高，降温速度越快，降温幅度越大，恒温段也越短，说明分解速度越快。在600条件下，电石渣很快就能完成分解。1.5 CO2吸收先用热分析仪对电石渣进行试验，分别通空气和28%CO2气体。 图4-6通空气时电石渣的热分析曲线 图4-7 通28%CO2时电石渣的热分析曲线电石渣试样主要由Ca（OH）2组成，并含少量CaCO3（约10%
7、），后者是试样在空气中长时间存放后吸收CO2形成的。Ca（OH）2的分解峰消失，样品在290到680的40min内持续增重，说明CO2既能与Ca（OH）2反应生成CaCO3（400之前），也能与CaO反应生成CaCO3（500之后）；在400与500之间，这两个反应有可能同时发生。值得一提的是，在325即Ca（OH）2尚未分解时，有一个明显的放热峰，应该是Ca（OH）2吸收CO2生成CaCO3放热所致。只要给予充分的时间，即使是在堆积状态，电石渣也能完全与CO2，发生反应生成CaCO3。为进一步研究电石渣在预热器内的反应情况，进行了悬浮试验装置试验。试验时气体从反应管底部吹入，通过反应管中部缩
8、口进入反应区；试样用漏斗加入后，在缩口上部形成悬浮态；反应区温度用热电偶检测，CO2浓度用气体分析仪检测；通入的气体分别为空气和28%CO2气体，流量为0.3m3/h；试验温度为600。图4-8 电石渣及其分解产物通28%CO2时反应区CO2浓度的变化加入电石渣以后，反应区的CO2浓度突然降低又很快回升，说明Ca（OH）2和CaO都能吸收CO2，但CaO的吸收量较大，说明在试验条件下CaO是吸收CO2的主体。但在预热器内，物料的停留时间较短，电石渣或CaO吸收CO2形成CaCO3会有所减少。2. 水泥预分解系统利用电石渣技术用电石渣替代石灰石生产水泥熟料是综合利用电石渣的重要途经，不仅可消除环
9、境污染，实现电石渣的资源化处理，还能够有效降低水泥生产热耗，节约石灰石资源，达到环保、节能、资源化的目的。同时，利用电石渣作水泥原料还可享受政府免税政策，所以电石渣在水泥行业的利用可带来良好的经济、社会和环保效益。与普通配料相比，电石渣配料在工艺上有如下特点：l 电石渣主要成分为Ca（OH）2 ，CaO含量较高；l 电石渣细度较细，与水泥生料相当，颗粒较为均匀，易磨性很好；l 电石渣比重较轻，湿排含水量很高，干排含水量约在710；l Ca（OH）2的分解温度大大低于CaCO3的分解温度，分解反应较普通生料大大提前进行；l Ca（OH）2 和分解生成的CaO会吸收烟气中的部分CO2，部分重新生成
10、新生态CaCO3；l Ca（OH）2的分解热远低于CaCO3，因此电石渣配料的熟料形成热大幅度降低；l 电石渣配料的理论料耗较低，预热预分解系统废气成分中含水量较高；l 通常电石渣配料的生料碱含量低，硫和氯差别很大，如果硫和氯等有害组份含量较高，可能给熟料煅烧带来一定的困难。基于上述电石渣配料的特殊性，根据水泥预分解系统利用电石渣的比例量，我们采取不同的技术思路，即：部分采用电石渣技术和100采用电石渣替代石灰石技术。2.1 部分采用电石渣技术由于石灰石和电石渣的分解温度相差很大，它们无法同时在分解炉内完成分解，故给预分解系统的设计带来一定的难度。考虑到电石渣配料的特殊性，部分采用电石渣配料，
11、如果替代石灰石的比例偏大，预热器系统将会出现严重的结皮堵塞现象，所以部分采用电石渣替代石灰石，我们建议替代比例最好不要超过50。这样，我们考虑窑尾系统基本采用我院新开发的第三代预分解系统，但为适应电石渣的性能，在设计上应注重如下主要特点：1）采用新型低阻高效型旋风筒，采用两心大涡壳、等高变角的涡壳结构可防止物料黏结，旋风筒合适设计以提高其收尘效率，以满足电石渣细度较细、比重较轻的特点；锥体采用双锥结构，有利于物料的收集和防止堵塞；3）采用新型大倾角固定式撒料盒，使物料分散更均匀，有利于提高换热效率，同时，撒料板的角度较大可防止物料的黏结及堵塞；4）下料管尽量减少拐角，各级下料管倾角大于60度，
12、下料管至撒料盒之间有足够的直段，防止排料不畅而积料；5）下料管锁风阀采用新型轴承外置的排灰阀，阀板闪动灵活可靠，配重调节方便，随着电石渣用量的增加，翻板阀的配重应适当放轻；6）各级旋风筒的连接风管采用大角度平滑连接，无水平段管道，可减少高温物料的黏结并降低系统阻力；7）分解炉采用我院新开发的TTF喷腾型分解炉。TTF型分解炉结构简单，减少了堵塞的几率，优化了进风点、喂料点、喂煤点的位置，炉内温度的分布更均匀，避免了因温度集中造成结皮堵塞的可能，大大提高了系统操作的稳定性。8）为了适应电石渣水分的变化，可提高入生料磨系统的废气温度，预热器具有四级和五级的切换功能。9）本方案目烧成系统流程图如图4
13、-9所示。图4-92.2 100采用电石渣替代石灰石技术采用100电石渣替代石灰石生产水泥，可以有效避免由于电石渣和普通生料的分解温度相差太大，Ca（OH）2 和CaCO3的分解不能同时在分解炉内完成而造成的窑尾预分解系统的不确定因素和复杂性。100采用电石渣配料，根据电石渣的特性，我们开发新的预分解系统，新的预分解系统在设计具有如下特点：1）电石渣的分解温度基本在380520，在低温度下电石渣迅速分解，而预热器系统在低温度下结皮堵塞的几率大幅度减少，故我们根据电石渣的特性开发出专门适应电石渣分解的低温分解炉；2）由于电石渣配料的分解炉出口温度大幅度下降，结合原料粉磨所需的废气热焓，窑尾预热器系统采用二级或三级预热器系统；3）考虑到电石渣的松散密度、堆积压力以及流动性等特殊性能，在下料管翻板阀和撒料装置上采取特殊设计，确保物料的畅通；4）考虑到窑尾入窑物料的实际情况，回转窑的规格、窑头燃烧器的能力等也应有所特殊考虑。
