生石灰三级消化技术在烧结工艺中的应用

2021-12-23申光辉

中国金属通报 2021年17期

关键词：螺旋式生石灰雾化

申光辉

（酒钢集团榆中钢铁有限责任公司，甘肃榆中 730104）

1 生石灰消化工艺概述

1.1 生石灰消化的基本原理

所谓生石灰的消化反应指的就是生石灰和水所发生的化学反应，生成氢氧化钙的过程，如下式为该反应的热力学反应方程式。

由该热力学反应方程式就能够看出，这一化学反应为放热反应。通常情况下，生石灰在消化过程当中，消化器当中的温度能够高达100℃以上，通过监测该化学反应过程当中的温度变化发现，其最高温度可达160～180℃。通常情况下，生石灰在消化反应中所生成的氢氧化钙纯度并不是特别高，通常情况下都是由成分不同的石灰石进行煅烧所得到的，再加上生石灰存在过烧以及生烧的情况，所以在生石灰的消化过程当中，因为其中掺杂了各种各样的杂质，并且存在着生烧以及过烧的情况，所以所加的水量和产生的热量是存在较大的区别的[1]。

1.2 生石灰消化的主要工艺

Ca(OH)2是常见的钙基脱硫剂中活性最好的一种脱硫剂，所以被广泛应用于脱硫工艺中。其可以在中低温条件下实现烟气脱硫的目的，在未来有着非常广阔的应用前景。由于Ca(OH)2价格较为高昂，所以研究生石灰消化工艺技术的发展非常有必要。就当前而言，采用怎样的新工艺或者是新技术来降低脱硫剂的成本，并且保证脱硫的质量和效率是烧结脱硫工作当中最为重要的研究课题之一，随着对生石灰消化工艺技术的不断研究，当前国内外也是取得了一些突破性的进展，而且在不断的向着更深层次方向研究。当前所使用的生石灰消化工艺技术主要有两种方法，即干法消化以及湿法消化。

湿法消化工艺：这一工艺主要是在消化罐当中进行，在消化罐内生石灰会和大量的水产生充分的消化反应，但是这一方法存在着一定的缺陷，那就是在消化过程需要耗费大量的水资源，并且在此过程当中消化的温度也较低，所以需要大量的时间来进行消化反应，并且没有办法确保活性，从而容易造成管路堵塞的情况。

干式消化工艺：在近些年来，对于干式消化工艺的应用越来越广泛，在脱硫工艺当中通过利用干式消化工艺，能够有效避免管路堵塞等问题，并且质量以及活性也比湿法消化工艺更佳，在此过程中，是把一定质量以及粒级标准的生石灰投入到消化器当中，然后加入一定量的水，让其进行充分反应[2]。

1.3 生石灰消化的主要设备

采用上述这两种生石灰消化工艺所使用到的消化装置分别有：滞流式装置、打浆式装置和回转式装置等几种。而在消化反应进行的过程当中，所采用的搅拌方式主要可分为机械搅拌消化以及气流扰动搅拌消化两种。就现阶段而言，我们国家在脱硫工艺当中，对于机械搅拌消化方式的使用最为广泛，但是对于气流扰动搅拌消化方式的使用则相对较少。而对于机械搅拌消化方式又可细分为两种，分别是叶片旋转搅拌式消化装置和旋转喷水消化装置。

2 螺旋式三级生石灰消化技术的研发

通过试验证实，在生石灰的消化反应过程当中，会释放大量的热量。在试验中发现，温度的上升速度也是非常快，从反应开始的三分钟之内，温度就能够达到100℃以上，在消化反应当中，消化反应所持续的时间以及所产生的最高温度与生石灰以及水的比例有着直接性的关系[3]。所以，针对这一现象，在某钢厂烧结厂专门研发出了一种螺旋式的三级搅拌干式生石灰消化装置，而且将这一装置在四烧车间的脱硫以及脱硝系统中进行了应用。从而实现了利用反应过程中温度的变化来对整个消化反应进行监控的目的，并且通过进行对生石灰的下料量还有喷水量进行调整，来控制反应过程当中生石灰和水之间的比例；除此之外，通过进行调整反应空气压力，来控制水雾化的程度，这样一来，就能让水和生石灰之间的混合更加均匀，从而让消化的质量更高。

2.1 螺旋式三级生石灰消化工艺特点

为更好满足当前脱硫系统当中所需消化品质的需求，特意研发了更加高效且实用的螺旋式三级生石灰消化技术。

2.1.1 一般生石灰消化工艺特点

通常情况下，在生石灰消化工艺当中，所采用的搅拌方法主要分为叶片旋转搅拌式消化和旋转喷水消化这两种，但是这两种方法都是存在着一定的弊端[4]。

（1）叶片旋转搅拌式消化工艺所存在的主要弊端为消化控制时间比较固定，不具备较强的可调性；并且在消化反应的过程当中，需要确保消化反应所使用的生石灰质量能够满足活性要求，不然可能导致消化反应不充分，从而出现质量不达标的情况。

（2）旋转喷水消化工艺所存在的主要弊端是受其喷头的位置较低，而生石灰在消化的过程中又具有较强的黏性，所以非常容易粘到喷头上，造成喷头的堵塞，从而导致喷头的使用寿命短，而且会出现喷水不均的现象，导致混匀效果不佳。

2.1.2 螺旋式三级生石灰消化工艺特点

（1）新研发的螺旋式三级生石灰消化工艺能够按照生石灰的质量来进行调节消化反应的进程和速度，在该装置当中，喷头所在的位置较高，所以会减少喷头堵塞的情况，喷头的使用寿命也就有所延长。

（2）利用螺旋式三级生石灰消化工艺能够将水打压成雾化水，这样一来，就能够保证生石灰和水能够充分的接触并且混匀，从而提升混匀的效果，同时，螺旋式三级生石灰消化工艺能够确保消化反应的充分，在此过程中生石灰的温度也能保持在较高的程度。

（3）螺旋式三级生石灰消化工艺的安全性、稳定性以及可靠性更高，且维修更加方便，有着较强的可调节性，能够实现生石灰随时用随时消的目的。

（4）螺旋式三级生石灰消化工艺有着投资小、效率高、自动化程度高、占用空间小以及对环境无污染的优点。

（5）螺旋式三级生石灰消化工艺所需要的能耗较小，且在运行的过程当中，所需的成本也较低，所以能够节约大量的成本，为企业带来更多的经济利益[5]。

2.2 螺旋式三级生石灰消化工艺流程

螺旋式三级生石灰消化装置工艺流程如图1所示。消化装置包括：1生石灰气力输送管道，2消石灰仓，3生石灰仓，4卸灰阀，5给料机，6螺旋消化器顶部雾化喷嘴，7雾化喷嘴压缩空气管道，8雾化喷嘴供水管道，9螺旋消化器，10消石灰气力输送风机。

图1 螺旋式三级生石灰消化装置工艺流程图

（1）生石灰仓其进料口是和生石灰气力输送管道相进行连接的，在出料口当中还设有卸灰阀，而卸灰阀又和给料机的进口进行连接；在给料机当中有着输送带，在出料口处还连接了螺旋消化器进料口；在螺旋消化器其出料口的位置设置了消石灰气力输送风机，能够把经过三级消化后的消石灰输送到消石灰仓当中，以方便脱硫工艺使用。

（2）在本次方案当中，在压力水管还有压力空气管当中都是设置了调节阀，通过利用调节阀来对空气流量以及水流量的合理控制，让水能够在喷嘴的位置进行雾化，从而形成雾化水，如此一来，雾化水就能够和固态生石灰粉之间实现充分接触并混匀。

（3）在新型生石灰消化装置当中，可以将螺旋消化器分成三级，在这三级螺旋消化器的运行中，都是利用变频电机来进行驱动，并且在运行的过程中，可以依据上一级反应器当中的温度还有生石灰的给料量来对电流进行调整，实现对转速的调节，确保消化反应的充分。

（4）在一级螺旋消化器当中，整个螺旋轴是贯穿了壳体的，在工作的过程中，螺旋轴就会带动着螺旋叶转动，从而推动着正在和雾化水产生反应的生石灰传输到尾部位置，并且在生石灰反应的过程中，旋转叶还能起到搅拌的作用，从而让生石灰和雾化水混合均匀，当生石灰到达一级螺旋消化器的尾部时，就会进入到二级螺旋消化器当中，二级螺旋消化器也是充分消化反应区域，生石灰在二级消化器当中会受到螺旋叶片的推动，来到二级螺旋消化器的头部位置，并进入到三级螺旋消化器当中，进入之后，三级螺旋消化器会继续推动着完成反应的生石灰向着其尾部传输[6]。

（5）在进行三级消化装置的设计时，为了节省空间，所以将其设计为三层，而在消化反应的过程中，这三层当中的温度都不同，所以能够对消化反应的进程做到有效把控，通过进行调节三级消化装置的转速来控制各个阶段的反应进程，让整个消化反应在三层装置当中合理分配。

2.3 螺旋式三级生石灰消化实施效果

通过对于现有消化工艺进行更新优化，从而最终研发出了新的螺旋式三级生石灰消化技术，通过实践检验证明，该技术在烧结烟气脱硫工作当中具有更好的效果。

将新研发的螺旋式三级生石灰消化技术应用于生石灰消化反应当中，能够对于烧结烟气脱硫以及烧结工艺发展起到一定的推动作用。在烧结工艺当中，因为需要消化反应来为烧结的进行提供热量，因此这一技术可以为烧结工艺提供有效的服务。当前，在烧结厂正在研究把一级螺旋生石灰消化装置按照在烧结配料室的下料仓位置，这样就能够通过利用这一消化技术提高烧结所得Ca(OH)2的质量，而且还能够为提升混合料温度提供所需的热量。并且在烧结配料中也不需要采用三级螺旋消化装置，只需要一级就能够有效满足烧结工艺的相关需求。