脫硫石膏干燥過程中的粘壁原因及其解決方案
摘要:分析了脫硫石膏在回轉圓筒干燥機內粘壁的原因,并通過大量的試驗,找出了引起粘壁的關鍵因素,在此基礎上提出了避免粘壁的解決方案。
關鍵詞:脫硫石膏,粘壁,干燥
目前,在國內的脫硫石膏干燥處理中,回轉圓筒干燥機因具有處理量大、操作簡單、熱效率高等優點得到廣泛應用。然而,實際應用中發現,干燥機進料端容易出現石膏粘壁現象,影響脫硫石膏在設備端部的移動和分散,進而影響到干燥過程的連續性和穩定性。本文通過試驗找出了粘壁的原因,并提出了解決石膏粘壁的方案。
1 脫硫石膏的干燥工藝
脫硫石膏干燥的主要目的是要將其游離水降到1%以下,以利于后續的造粒、篩分。脫硫石膏干燥流程如圖1所示。
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由熱源系統產生的熱風進入到回轉圓筒中,與來自進料機的脫硫石膏進行傳熱傳質,將脫硫石膏的游離水分脫除;含有粉塵的潮濕氣體由回轉圓筒排入除塵系統,達到排放標準后排空;干燥的石膏進入后序造粒、篩分系統。
在脫硫石膏干燥流程中,粘壁現象主要發生在主干燥機進料端2～5m處及內壁與抄板的夾角內。石膏粘壁使得筒內的有效空間及傳熱傳質過程受到影響,從而導致熱效率和產品質量下降。
2 試驗及分析
2. 1 試驗內容及結果
我們針對可能導致脫硫石膏粘壁的影響因素進行了以下試驗:
(1)改變壁面光潔度。分別對普通鋼板壁面和鏡面板壁面進行試驗,結果是兩種材料的壁面區別不大,均有粘壁現象。
(2)改變回轉圓筒轉速。將回轉圓筒的轉速在0. 3～6 r /min之間進行調整,但粘壁現象沒有任何改善,表明回轉圓筒轉速對石膏粘壁沒有影響。
(3)改變回轉圓筒內填充率。在30% ～5%填充率范圍內進行試驗,結果發現,不同的填充率區別不大,均仍有粘壁現象。
(4)改變脫硫石膏含水率。石膏水分從10%下降到1%,試驗結果表明,脫硫石膏含水率影響明顯,含水率大粘壁現象嚴重,反之輕微。
試驗結果以及工程實踐表明,高含量的脫硫石膏游離水分是引起粘壁的主要原因。
2. 2 控制脫硫石膏表面水試驗
2. 2. 1 脫硫石膏表面水脫除曲線
取表面水分為10%的脫硫石膏,在120 ℃烘箱內烘干1 h,期間每隔5min取出一個樣品,測定其水分,得出脫硫石膏脫水曲線如圖2所示。
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從圖2可以看出,脫硫石膏的脫水過程主要分為預熱、恒速和降速三個階段: (1)前10min主要是物料的升溫階段,石膏表面水分緩慢地脫出,脫水曲線比較平緩; (2)在10～40min之間,主要是脫除脫硫石膏內容易脫出的表面水; ( 3)最后15min的水分脫出速率亦比較緩慢。
從脫水曲線還可以看出,脫硫石膏水分在3%以上時,脫水速度很快。
2. 2. 2 回轉圓筒間接換熱干燥
該試驗是模擬實際生產當中脫硫石膏的表面水脫出規律,通過目測其在試驗臺運行過程中的粘壁情況,估出脫硫石膏粘壁的表面水臨界值。
試驗中發現,當石膏水分高于6%時,需較強的敲擊力方可將粘結在壁上面的物料震落;當水分在4%左右時,輕微敲打即可將粘結的物料震落;當水分低于1. 7%時,則無粘壁現象(表1) 。
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3 粘壁解決方案
根據上述試驗結果,我們對脫硫石膏干燥設備采取了以下改造措施:
(1)設置旋臂打散裝置。將脫硫石膏的游離水從10%降到3. 5%以下,并盡快縮短脫水時間以及距離。通過加大物料與熱風的接觸面積來加快水分的脫出速度,即在回轉圓筒干燥機的進料口設置旋臂打散裝置,并伸進1～3m,將這段距離內的團、塊狀石膏打散,加大物料與熱風的接觸面積,提高設備內部的換熱效率。實踐證明,設置這種裝置后,可在3m范圍之內將石膏水分快速降到3%以下,其干燥強度是普通回轉圓筒的2～3倍。
(2)安裝自清理裝置。在回轉圓筒前段,脫硫石膏水分在3. 5%以上,可采用物理方法避免粘壁,即在打散裝置的對應壁面安裝自清理裝置,原理是依靠自清理裝置的自身重力,對粘結在壁面上的物料進行強制刮除。自清理裝置是焊接在筒壁和抄板上的鏈條,在圓筒運行到底部的時候,鏈條鋪在筒壁上,運行到頂部的時候,鏈條就可以通過自身的重力落下,同時將粘在壁上的石膏帶下來,這樣就避免了定期清理筒壁的工作;鏈條還可以起到“熱核”的作用,附著在鏈條上的石膏與熱風的距離縮短,鏈條表層石膏的水分就可以快速脫出。
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