高水分粉状物料的烘干粉碎技术探讨

康 宇，祁亚军

（南京凯盛国际工程有限公司，江苏 南京 210036）

工业废渣是工业生产中排放的废弃物，一般具有一定的毒性与腐蚀性，如处理不当，极易造成环境污染，特别是含水量较大的工业废渣，对土壤与水资源污染极为严重，若不能及时处理，会越积越多，占用大量堆放场地，大量含水废液会深入地表及地下，严重污染土壤与水资源。含水较大的工业废渣一般产生于湿法工艺的工业生产中，多具有粘性，采取压滤、经过一段时间堆放可以减少水分含量，但工艺过程结束后废渣含水率仍在20%以上，多呈膏状或板结状，许多工业废渣本身由化学反应生成，颗粒较细，一些工业废渣比水泥工业的生料甚至水泥还细。水泥熟料主要成分为氧化钙、二氧化硅、氧化铝、氧化铁，当一些工业废渣主要含有这些成分的一种或几种时，往往是生产水泥熟料的合适原料，可将这些工业废渣（如电石渣、湿法电解锰渣等）粉碎、烘干或经特殊处理后可以作为原料配料或混合材用于熟料或水泥生产。除此之外，还有一些天然的高水分粉状物质也是生产水泥的理想原料，但由于水分大、粘度大，将这些高水分、高粘度的物料进行烘干粉碎后，更方便作为水泥原料用，如高水分白垩等。

1 高水分粉状物料烘干粉碎技术方案

将本身颗粒极细的高水分工业废渣或天然物质的水分烘干并打散，一般采用回转式烘干机联合粉磨设备或具有打散烘干于一体的烘干破碎机、立磨等具有烘干打散功能的装备与工艺系统，但由于烘干机热耗较高、还要另外配置打散或粉磨装置，处理成本较高；立磨是具有烘干、粉磨、打散、选粉于一体的多功能粉磨设备，系统较为简单，但对于粉状物料，料床较为敏感，料床稳定性较差；“烘干破碎机＋选粉机”对于高水分粉状物料较为适合，烘干破碎机结构简单，内部构件做成耐热结构比立磨更容易、更可靠，更适应高温热气体进入烘干破碎机的工况，对于水分大于20%的物料烘干效果更好。

通过对比各类型的烘干粉碎技术，开发设计烘干粉磨系统见图1，工艺流程中热风炉（HGG）、烘干破碎机、选粉机、旋风收尘装置、接力风机、袋收尘器、废气风机、烟囱（是否改为废气处理系统更好）依次相连，烘干气体来自热风炉（HGG）或水泥窑系统废气（水泥工业处理高水分粘湿性物料时，优选水泥窑废气作为烘干热源），高水分物料与高温烘干热风从烘干破碎机入口进入烘干破碎机，在烘干破碎机里完成物料的烘干与粉碎，热交换后的热风带着打散（兼顾部分粉碎）后的细粉进入选粉机，将符合粒度要求的粉体选为成品并通过旋风收尘装置收集，不符合粒度要求的粗粉返回烘干破碎机进行循环烘干粉碎，旋风收尘装置气流通过接力风机进入袋收尘器，旋风收尘装置未收集下来的细粉被后续袋收尘器收集，与旋风收尘装置收集的成品汇合成最终成品，废气通过袋收尘器、废气风机接入后置的废气处理系统，处理达标后排入大气。收尘器前的接力风机也可以略去，用后置的1台废气风机进行拉风，只是这台风机的压头需要增大。

图1 烘干粉碎系统工艺流程图

根据物料水分的高低，可通过控制入烘干破碎机的烘干气体温度与风量来满足物料的烘干要求，当烘干气体利用或部分利用水泥窑系统的废气时，窑尾废气可以掺加在热风炉出口管道，单独对物料进行烘干或与热风炉烟气混合对物料进行烘干；窑头热风可以掺加在热风炉出口管道，也可作为热风炉助燃用一、二次风，较高的窑头热空气可显著提升原热风炉系统燃料的燃烧性能，随着燃料的燃烧形成热烟气，进入烘干粉碎系统对物料进行烘干，优化的工艺流程图见图2。当物料水分较大时，可以适当提升热风炉入口温度或延长烘干破碎机至选粉机之间的风管长度，当烘干破碎机设备内不能达到降低水分的要求时，烘干破碎机出口延长的热风管道可继续完成烘干作业、进一步降低物料水分，达到预期设计的烘干要求。由于高水分物料往往具有一定的粘度、容易形成堵料，物料输送时存在断料的风险，可在烘干破碎机进口处设置喷水系统，当烘干破碎机出口气体温度偏高或进烘干破碎机物料出现断料时，可紧急启动喷水系统来降低进入与出烘干破碎机废气温度，以保护烘干破碎机与后续设备，另外在袋收尘器进口管道上留有冷风补风口，以防喷水系统不能及时将温度降到袋收尘器适应的温度，可通过掺冷风的方式及时保护袋收尘器（工艺流程见图2）。

图2 烘干粉碎系统优化的工艺流程图

2 烘干粉碎系统的应用

我公司根据高粘、高湿物料的特点与性能，开发出一套完善的烘干粉碎技术方案。例如，可用该烘干粉碎系统烘干粉碎电解锰行业产生的工业废渣：某厂锰渣水分为25%左右，原始粒度很细，属于微米级颗粒，主要化学成分种类与硅酸盐水泥熟料类似，只是化学成分含量存在一些差异，将湿法锰渣进行无害化综合利用是当前处理锰渣的理想方法，也可以先提取硫来制作硫酸，除硫后的废渣成分更接近于水泥原料成分；湿法锰渣脱硫前需要烘干打散处理，用上述的烘干粉碎系统较为合适。处理含水率25%左右的锰渣，利用热风炉提供的烟气来实现湿锰渣的烘干粉碎，工程项目中将来自热风炉600℃以上的热烟气与150t/h以上的湿锰渣喂入烘干粉碎系统，系统产生的成品水分能控制在1%左右，达到了设计预期，烘干后的成品产量、细度、水分均满足后续工艺技术的要求。

张启龙等研究了烘干粉碎系统对电石渣的烘干打散技术，对于湿法电石渣先进行压滤，将水分压滤至30-40%，然后喂入烘干破碎机，利用高温热风炉产生的800℃以上烟气进行烘干，可将电石渣水分烘干至2%以下，烘干电石渣后的废气温度控制在120～150℃。另外，用带二级或三级预热器的水泥窑尾废气也可实现高水分电石渣（30-40%水分）的烘干。而回转烘干机很难将压滤后的湿电石渣水分烘干至2%以下，且烘干热耗又较高。

另外，自然界存在的高水分白垩（方解石的变种）颗粒粒径也非常小，粘度较大，亲水性与保水性较好，含水率一般在20%～30%，主要成分为极细的碳酸钙，颗粒粒径与水泥粒度近似，比水泥生料粒度还细，不需粉碎、只需烘干分散即可满足生料粒度要求。高水分白垩若用立磨处理，难以形成稳定的料床，而用烘干粉碎系统较为合适。作为生产水泥的天然优质原料，在生产工艺过程中，可采用烘干粉碎系统对高水分白垩进行烘干打散，用窑尾热废气（带二级预热器或三级预热器窑尾系统）烘干含水率为20%～30%白垩，满足窑系统配料用白垩产量，可将水分烘干至1%以下，烘干后废气温度可控制在150℃以下，满足后需的选粉与收尘系统安全运行。

3 小 结

无论是工业上由化学反应产生的高水分、粒度极细的工业废渣，还是天然形成的高水分、颗粒为细粉物料，只要化学组成满足水泥工业的要求，均可在水泥工业作为原料使用，而烘干粉碎技术具有较强的烘干与打散功能，对高水分粉状物料适应性较好，比立磨、球磨机与回转烘干机更加适合处理这类物料，是水泥工业目前优选的一种烘干粉碎技术方案。