生石灰消化器要点.pdf

生石灰消化及除尘系统工程 主机部分方案设计 （烧结生产、氢氧化钙生产线） 2 目录 一、钢厂烧结配料室环境现状 二、新消化器的依据及目的 三、现状和市场现有设备性能的对比及选型 四、设计及供货范围 五、新消化器及除尘装置的原理 六、干粉消化器及除尘装置的机理 七、PLC自动化控制系统 3 一、钢厂烧结配料室环境现状 石灰在烧结的使用： 通过长期的生产经验看，烧结用石灰主要目的是烧结矿的碱度平衡以及 混合机制粒；在混合料中石灰通过消化后进入系统比直接在混合机中加水再 消化，更有利于生产。为此，生石灰消化效果直接影响烧结矿的品质。 石灰的消化反应： 生石灰在消化的过程中产生大量的蒸汽，蒸汽中夹杂有微细颗粒的CaO 、 Ca(OH)2，该粉尘表面积较大能长时间滞留于空气，为此在配料间厂房及周边 有明显的石灰气息，严重时此作业区域能见度很低，工人在此作业身体受到 很大的危害、钢结构设备在这个区域内腐蚀较大容易出现不可控的故障。 粉尘特点： （1）起始温度比较高： 80100、排放至周边后，提高周边工作环境温 度后降低。 （2）相对湿度很大：接近100% （3）废气的产生具有阵发性，在原来的消化系统中粉尘点存在不确定 性、且粉尘与水汽共生。 （4）粉尘的成分以 CaO 、Ca(OH)2结合物， CaO成分含量较高； Ca(OH)2微粒粘性非常高、沉淀固结快、溶液澄清的慢、属于强碱、腐 蚀性强。在配料室一般采用电除尘，但在除尘的过程粘黏管道和除尘器的极 线、极板造成设备的损坏；在布袋除尘中一般布袋的使用寿命在23 个月就 需要进行更换；要采用特殊的技术手段。 综上所述：石灰在烧结中需要先消化确保生产技术指标，但现有的消化 器在消化后会在烧结配料区域及混料皮带通廊粉尘浓度较高，严重危害了现 场工人的身体健康，未能实现双赢的效益。好多厂家通过去除消化器来解决 现有的问题。 4 二、新消化器的依据及目的 1、烧结配料室石灰消化段粉尘污染严重的原因： 1）生石灰在消化器内水化反应过程中产生大量的蒸汽和粉尘； 2）消化器对生石灰消化不充分，导致落到皮带上的含有大量水分的石 灰继续反应，从而在皮带运输过程中继续释放出大量的蒸汽和粉尘。 2、分析氧化钙（ CaO ）与氢氧化钙 Ca(OH)2的特性 1）氧化钙（ CaO ）与消石灰 (Ca(OH)2)在运输中的特性 干粉状的氧化钙 （CaO ）与消石灰 (Ca(OH)2)在皮带运输中有基本无的扬 尘现象，当倒运时就会有一定的扬尘出现，但消石灰含有的一定的水分时 物料在倒运时基本也没有粉尘，氧化钙（CaO ）加一定的水分后会产生反应。 为此，根据积累的经验结合市场上氢氧化钙生产线配套设备，提出将 石灰完全消化后加湿再投入烧结使用的理念。 2）氧化钙（ CaO ）转化成氢氧化钙Ca(OH)2的过程特性 理论上讲氧化钙（ CaO ）转化成氢氧化钙（ Ca(OH)2）只需加水即能实现 转化过程。 但是，根据广泛的实际案例，如果要实现完全（CaO ）与 Ca(OH)2 转化，与加水的方式、水的温度以及反应时间有着密切的关系。 通过广泛的现场实际经验和实验室的数据表明： a氧化钙（ CaO ）浸泡在水里不容易消化，需要一定的搅拌，否则会 出现氧化钙（ CaO ）在水中钙化（ CaCO3），形成坚硬的小球体。 b氧化钙（ CaO ）配加热水能缩短消化时间，可提高消化率。 c氧化钙（ CaO ）在配水量适中，配水均匀、搅拌形式科学，活性灰 品质较好的话消化器舱内温度保持可在100以上时，甚至 160， 在 100 以上时其消化速度及效果最佳。 d理论上每吨生石灰配加水量在300 公斤350 公斤之间，消化时间 在 412 分钟（受石灰的活性影响），消化率在90% 以上。 e氧化钙（ CaO ）转化成氢氧化钙（ Ca(OH)2）转化过程中，由于加水 消化，会产生大量的热蒸汽和粉尘，如果不能及时处理仍会造成上述问题。 如：管道堵塞；扬尘、造成原料浪费；现场环境恶劣；腐蚀现场设备。 5 3、目的： 根据上述问题、理念进行设计，以完全消化后加湿处理解决系统的扬 尘、蒸汽问题。 为此，为将原有消化器替换为能够将生石灰充分消化成熟石灰的多级 消化器，这样得到的熟石灰，落到皮带上不再有蒸汽粉尘释放污染，且下 料口的熟石灰温度在70 以上，能有效的解决了物料温度的需求。另外， 配套使用新型除尘装置，能够将生石灰消化过程中产生的粉尘蒸汽完全处 理，并进行蒸汽热量的回收可以实现常温水的消化，最终实现烧结配料室 石灰消化段的清洁生产、部分节能。 6 三、现状和市场现有设备性能的对比及选型 钢厂的石灰参数如下 序号名称单位数值 1 CaO有效钙含量% 70-90 不均 2 活性度mol/l 180-360 不均 3 入料颗粒度mm 3 而目前市场常用的氧化钙（ CaO ）转化成氢氧化钙（ Ca(OH)2）的设备有 以下几种： （一）单轴螺旋和双轴螺旋氧化钙（CaO ）加湿机 目前用于钢铁烧结配料行业的消化器，消化率在 20%30% 之间。它存在 以下弊端： （1）消化效果不能满足烧结生产需要 活性低的生石灰在消化器加水后，由于反应速度慢，在一次混合内继 续消化。这时，粘结在生石灰表皮的物料通过生石灰的消化膨胀而破裂， 不利于造球，造成烧结过程中透气性变差，负压偏高，影响烧结矿的产量 和质量。 活性高的石灰在消化器加水后，若皮带运输时间超过50S 则反映完成 对生产制粒没有影响。但在运输过程中产生大量的蒸汽、粉尘。 （2）碱度不均匀 消化完全的石灰 （消石灰）较原石灰体积约增大至1.45 倍，活性越高， 体积膨胀越明显，对应的比表面积越大。由于存在不能完全消化石灰，通 过消化过程中的体积变化影响烧结制粒效果。活性差的在烧结矿中表现为 白点，最终表现为烧结矿碱度分布不均匀，影响高炉冶炼操作。 （3）在消化器的搅拌、反应、运输中污染严重、人体危害大 现有的消化器对生石灰的消化时间不约35S，只是将物料与水分混合， 还没有开始消化或消化刚开始，造成消化率过低。大部分的生石灰要在输 送皮带上或混合机内部才能完成消化，有的在烧结开始时尚未能消化。在 7 消化器外的石灰反应产生的热蒸汽、粉尘散布在配料、一混入口等现场， 造成现场蒸汽和粉尘污染极为严重。蒸汽、石灰粉进入配料电除尘设备后 影响管道堵塞、电除尘极线极板结垢等问题，影响电除尘的稳定运行。 散发出的热蒸汽和粉尘是碱性、带水蒸汽的物质，已形成原电池对现 场其它设备腐蚀严重。尤其是皮带通廊和配料室料仓。 散发到现场的氧化钙（CaO ）和氢氧化钙（ Ca(OH)2 ）粉尘颗粒较小， 可在空气中停留较长时间，对现场操作人员的身体健康造成危害。 （二）新型消化器 （1）新型消化器，可消化的消化率在90% 以上，水分可控制在315% ， 也可以根据工艺的需求调整生石灰消化率，一般用于高端氢氧化钙 （Ca(OH)2）使用行业，在烧结配料中应当有一定的水分最好。 （2）经研究石灰消化率达到90% 以上，消化后的消石灰含水7% 时，可 大大发挥了 Ca(OH)2的粘性作用。同时消化完成的消石灰体积增大，在同样 的物料配比、混料条件下，即避免了烧结矿的白点又可提高的2%5%成球率。 可改善烧结矿的冶炼性能，为提产量、提品质提供重要的保障。 （3) 由于消化器对系统反应中的粉尘蒸汽进行回收，有效的解决了现场 蒸汽、扬尘的问题，同时一混也没有粉尘溢出现象。 在粉尘回收的同时提高了原有石灰的利用率，一般扬尘都是CaO或 Ca(OH)2 约占石灰总量的1-2%，从某种程度将配料的精确性提高，并降低 石灰消耗。 新型消化器根据生产的现场不同，能够有效地将生石灰消化过程中产 生的热蒸汽和粉尘完全的进行处理净化，保证了现场无粉尘污染，排汽口 排放浓度完全符合国家排放标准。能够实现PLC自动控制，可根据生产工 艺的要求进行调整，可满足氢氧化钙生产线及烧结配料使用，减轻了现场 工人的劳动强度，保护了现场工人的身体健康，提高生产作业率。 （三）本除尘以市场上的三级消化器对比： 市场上的三级消化器采用布袋除尘，布袋除尘优点，排放稳定；缺点： 布袋容易堵塞。 8 本除尘器采用水浴、淋浴除尘在运行维护费用上较布袋除尘有以下几 个优点： 1、阻力低； 2、免维护； 3、对消化器用水为自动加热。 9 四、设计及供货范围 原称计量后引入消化器的设备，至消化后的物料返回原落料皮带的过 程设备，以及配套的除尘设备和配料室调水的控制负责总系统用水5070% 的调整，整个消化系统的PLC 控制系统； PLC 控制系统包括就地箱、柜。 不包括三通（水、电、气）所需要的辅助线缆、管路、桥架以及相关辅助 设备，不包括地基、预埋等土建工程（可另计）。 10 五、新消化器及除尘装置的原理 （一）新消化器机理 1. 延长生石灰在消化器内的消化反应时间。 通过设计调整可以实现815 分钟的反应时间，并使生石灰充分消化， 原则上设备采用定时间消化，如需调整时间可增设变频控制。 2. 消化器具有良好的保温、加热功能。 生石灰反应过程中产生的大量热蒸汽在消化器内流转，提升内部温度， 通过热蒸汽对消化加水温度加热，实现自我加热，一般情况下消化器的加 水在 30 分钟达到 60 度左右，并有利于生石灰的充分消化。可以不用热水 实现热水消化。 3. 加水过程精准控制、充分搅拌。 通过优化多道计量控制信号、多计量，实现精准加水。 4. 科学节能配水流程。 针对生石灰的活性度有差别，在消化仓内设有热电阻，通过加水的调 整摸索确定热电阻监测的温度来调节下水量，以达到日后的科学配水。一 级配水消化仓是生石灰预消化阶段。经过生石灰与水的合理配比，在一级 初步搅拌、部分消化后，进入二级加速消化反应阶段。此时，二级消化仓 体内的生石灰释放的热量是提高消化速度的最佳时机，三级为水分精确控 制室，含有干燥、加湿、均匀水分的功能。通过整个消化工艺流程的大约 8-15 分钟反应消化。最终真正达到由氧化钙（CaO) 变成氢氧化钙 Ca(OH)2。 干粉消化器的下料口安装安装在混合料皮带的上方，消化后的熟石灰的 温度保证在 70以上，可以提高混合料温度。将消化后的消石灰直接落到 物料皮带与其他物料进行混匀。 5.新消化器组成：分三级或四级 (1) 一级消化内部螺旋推进器 (2) 一级配水消化仓、冷却回收冷凝布水。 (3) 二级反应仓 (4) 三级脱水粉化仓或加湿 11 (5) 给水系统 (6)进、排料设备 (7)除尘控制 (8)基础钢结构等 （二）生石灰消化器除尘装置机理： 1、设备原理 本装置采用了粉尘迷宫运行与淋浴除尘穿插结合，共计6 道除尘。烟 尘先通过各级消化器加热物料表面，并对消化器本体进行加热。通过管道 进入一次淋雨、滚筒捕捉的除尘器内（共计2 道除尘），进行 90% 以上的粉 尘处理，并使其产生的浆液进入消化器内。处理后的烟气通过管道进入水 箱，在进入水箱的管道内再次经过淋雨除尘处理，（此为第3 道除尘）。 在水箱内进行多次迷宫运行进入风机（第4 道除尘），最后在风机上在进 行冲洗（第 5 道除尘），在风机出口再回入水箱进入汽水分离（第6 道除 尘），后再排放。通过上述除尘措施，可达到国家最新规定标准。真正做 到环保达标，现场粉尘低的要求，并可提高企业在配料室行业的形象。 2、新除尘装置主要部件组成： 包括一、二道除尘装置总成（含加水调控回收装置）、管线、高压雾 化冲洗系统、水箱、搅拌器、泥浆泵，风量变频自动调节系统，水箱水位 自动控制系统、风机、水箱搅拌器、配电柜。 3 、淋雨除尘装置主要部件功能概况 （1）一、二道除尘装置总成（含加水调控回收装置）： 除尘系统中的第一、二道除尘装置，内设喷头、滤筒除尘清灰装置，可 将 90% 以上的粉尘在此装置中回收， 并对部分蒸汽进行回收。 同时热蒸汽将 消化器加水水温提高、将消化器内的蒸汽进行一定的冷凝处理装置。 （2）水箱水位自动控制 用来监测和控制水箱内部水面高低的仪器。当水平高度超过限定水面 时，将自动关闭进水阀门；当水平高度低于限定水面时，将自动开启进水 阀门。 12 （3）风机 采用碳钢结构的风机，在风机轴头位置增加高压水冲洗，可自动清理 掉风机叶片上粘结的物质，防止前部除尘差造成风机。 （4）水箱搅拌器 设备运行年限较久或前部除尘效果差时，避免水箱内出现浆液沉淀。 （5）高压雾化除尘系统 采用高压泥浆泵对一、二道除尘装置总成及除尘管道进行冲洗时本套 除尘系统的核心部分。并负责给消化器供水以及平衡消化结果的设备。 （6）水箱 水箱采用真空迷宫粉尘坠落除尘设置，根据粉尘和蒸汽比重不同的原 理，气流通过该水箱后实现粉尘强制落入除尘箱内部，蒸汽最后通过烟筒 排除。 13 六、工艺流程 参照下图（仅供参考）流程说明石灰流程走向：原石灰料仓（11#仓） 螺旋给料机 5#斗提机消化器螺旋给料机6#（改为皮带机）原系 统皮带上。 除尘系统并立与该系统即： 风机、 1#水泵； 1#、2#搅拌器、清灰电机为独立系统；独立系统可实 现单独的开停（电脑操作）。 附图： 14 七、PLC 自动化控制系统 本套生石灰消化及除尘系统可以实现PLC自动化控制，主要有以下模 块： 1、系统自动加水； 2、各设备间的连锁见下述； 3、风机的频率自动控制； 4、系统补水的自动控制； 各设备间的连锁及其他控制设计； 1）风机、1#、2#水泵；1#、2#搅拌器、清灰电机独立系统；独立系统可 实现单独的开停（电脑操作）。 2）顺序启动及时间连锁： 独立系统 6#螺旋 3#消化器 2#消化器 1# 消化器斗提机 5#螺旋给料机 4#螺旋（在此之前的连锁顺序启动 执行 6s进入下一步启动） 1#调节阀开启（ 4#螺旋启动 120s后） 调节阀 2#（调节阀 1#开启 600 后首次、暂定）。 3）顺序停机： 4#螺旋停（ 20S ）5#螺旋给料机、 1#调节阀关闭（ 20S ） 斗提机停（ 30S）1#消化器停（ 30S ） 2#消化器停（ 30S ）2#调 节阀停 3#消化器停（ 30S）6#螺旋停（ 300S） 4）电脑紧急停机： 系统中除除独立系统其他停机。 5）系统连锁： 按照停机顺序先出现停机的对后续的具有连锁停机功能。 其它连锁： 烧结的 11#仓与 4#螺旋相互连锁并设有联锁解除、连接 的按钮（在烧结侧）。在连锁状态下11#烧结料仓的停机时4#螺旋执 行紧急停机； 11#烧结料仓启动后对应的4#螺旋启动。非连锁状态不 执行该连锁操作。 1#、2#水泵与风机停机连锁。 6）自动加水：采取给定料批、配料量、加水量（百分比），所有输入精 确度在 000.00，应当有历史曲线， 并具备查询功能。 其料批、配料量、 加水量出现变化均进行自动调整，加水精度应控制在1%以内（不能 出现干扰波动，现场流量计应当与上位机显示一致）。水量的调整在 15 自动化中增加水量是采取递加，减少水量时采取速减再加的模式。 7）风机的频率采用变频控制或者定频给定。自控控制原理为消化器内负 压调整频率。原则负压设计在-10-50Pa之间。 综合以上各设备的性能以满足烧结的工艺需求为原则，该设备的设计 较氢氧化钙生产线的设备在维护上费用低，主要表现为市场上氢氧化钙生 产线的除尘都采用布袋除尘，布袋损害较大。 该设计的产品也可适用于氢氧化钙生产线上以及半干法-流化床的脱 硫上使用，市场相对与原消化器更加广阔。 20T/t 的生产线完总用装机不超过90 千瓦。