水处理用石灰乳液制备技术及工艺 3页

第36卷第5期华电技术Vol．36No．52014年5月HuadianTechnologyMay．2014水处理用石灰乳液制备技术及工艺刘进，贾爽(中国华电工程(集团)有限公司，北京100160)摘要:石灰乳液是水处理系统的重要原料，详细介绍了石灰乳液制备工艺的技术要素及技术标准，回顾了我国曾用过的几种典型制备工艺，分析了现阶段使用的两种比较先进的制备工艺及其特点。关键词:水处理;石灰乳液制备;熟石灰;计量;结垢中图分类号:TQ177．2文献标志码:B文章编号:1674－1951(2014)05－0036－034120—2009《工业氢氧化钙》。0引言2乳液制备工艺的技术要素我国的水资源十分有限，现阶段水冷机组采用再生水作为循环水补充水的工程案例越来越多，主2．1石灰的基本性质流处理工艺为石灰澄清池+变孔隙度滤池过滤技石灰石(CaCO3)晶体有3种晶相:方解石、霰3术。石灰制备系统是石灰澄清水处理工业应用的关石、球霰石，石灰石密度为2．65～2．80g/cm，20℃键，在引进和自行设计中经历了很多的失败，堵、漏、－8时的溶度积为0．93×10，CaCO3溶液常温下pH污染等现象屡见不鲜。经过几十年的努力，我国自值为9．5～10．2。生石灰(CaO)的组织结构取决于行生产出全密闭全自动粉石灰单元成套设备，实现煅烧温度，在较低温度下煅烧的是轻烧石灰，平均密了无污染、无值守、无排渣。基本经验是设计技术路度为3．35g/cm3，轻烧时密度(含自身气孔的密度，线要完全符合石灰的性质特点，要点是工艺简单、设不是堆积密度)为1．5～1．8g/cm3，中烧时为1．8～备专用、系统通畅、控制得当。2．2g/cm3，硬烧时大于2．2g/cm3，当密度为1．6321石灰乳液制备系统概述g/cm时比表面积约21000cm/g(回转窑)，水化热为64．88kJ，再碳酸化生成CaCO3放热177．90kJ。石灰处理时要把石灰以乳液的形态注入澄清池熟石灰(Ca(OH)2)是复三方偏三角面体结晶中，不会把固体石灰直接放入反应器中。电厂购入3(波兰特石)，密度为2．2～2．3g/cm，堆积密度为的石灰都是固体或膏状的，必须将其溶解调配成乳(因生产工艺不同)0．37～0．52kg/L，不同水灰比和液状才可输送供使用。在整个过程中完成卸料、储2不同消化温度下比表面积为15314～58300cm/g;存、溶解、计量、输送操作，统称乳液制备。石灰原料10～30℃时溶解度为0．176%～0．153%，10℃下状态不同，所需的工艺系统和设备也不同。石灰本(折合成CaO)溶液质量浓度为0．102～1．164g/L身的特性是溶解度低、容易污染环境、含有大量不溶时离解度为77．4%～96．0%，20℃下(折合成CaO)杂质、容易吸潮吸碳而潮解成团或钝化，给乳液制备溶液质量浓度为0．615～1．230g/L时pH值为带来困难。11．42～12．60。流动性方面，生石灰自然休止角的石灰的溶解度只有0．165g/100g水(20℃)，工范围为50°～55°，熟石灰为40°～50°。业应用时需配制过饱和乳液，所以整个制备过程都面2．2石灰制备与石灰原料临着堵塞、沉积、磨损、泄漏、结垢、污染等问题，这是无论使用何种乳液制备工艺，石灰原料的质量导致石灰乳液制备系统瘫痪、废弃的主要原因，也是都是乳液质量的基础。我国有较多高品质的石灰石石灰乳液制备系统为现代工业接受必须解决的问题。矿，到处可见石灰石溶洞，其有效成分的质量分数均石灰的质量不仅与成分和形态有关，还与其前可达到92%～96%甚至更高，但由于没有形成工业期的煅烧和消化有关，水处理用石灰希望用轻烧和生产体系，很难获得高质量的商品石灰。工业发达高温消化的产品，并且需密封运输和保存，以保护其国家对工业原料石灰的质量要求很高，1940—1972表面活性。我国水处理用石灰标准采用HG/T年，钢铁工业用石灰中CaO的质量分数由78%～收稿日期:2013－09－28;修回日期:2014－03－2185%逐步提高到94%～97%，化学工业普遍要求大\n第5期刘进，等:水处理用石灰乳液制备技术及工艺·37·于90%，有的甚至达到94%～96%(如生产CaC2数，使之得到良好的乳化。和漂白粉等)，建材工业要求达92%～95%，建筑业乳化指干石灰加水成为乳浊液的过程，它是由亦要求高于80%。相比之下，水处理用石灰的质量固态和液态两相物质组成的混合分散体系。乳化过标准是较低的，所以在市场获得并不困难。程中首先实现粉状灰和水的快速、完全接触，其次使煅烧是取得高质量石灰的关键，机械化窑生产粉粒内外表面充分吸水并溶解，溶解不断向距离较的石灰基本都可以达标，其中以转窑最优。水处理远的水系扩散直至全部水达到饱和。煅烧良好的石希望用轻烧灰，因为轻烧灰可以获得更大的比表面灰为多孔状“单体”，水分通过孔隙进入内表面。积和孔隙度，提高反应的吸收效率。轻烧灰(900～乳化过程中必须防止石灰抱团成块，因为粉团31000℃)晶体粒径约为1μm，密度为1．6g/cm;中进入水中后，表面先吸水并达到饱和形成饱和层，会烧灰(1000～1100℃)晶体粒径约为10μm，密度为阻止水分深入内层，即所谓“自制”现象，内层粉的32．0g/cm;硬烧灰(约1300℃)晶体粒径约为20吸水只靠饱和层的水分逐渐向内传递，乳化就缓慢3μm，密度＞2．2g/cm。很多。如果石灰在输送过程中吸潮而成团，或进粉生石灰合理消化后才可得到优质石灰粉，最主不匀(瞬时大量进粉)，便可能出现这种情况。如果要的是高温消化，从图1可以看出，高温消化所得到在溶解设备内不能完成上述乳化过程，乳液中有粉石灰粉粒径是低温消化的1/3。团带出，就可能导致管道堵塞。2．4石灰制备装置的技术标准(1)全密闭。从粉卸车开始至乳液送出，全部流程处于密封容器或管道中，无任何粉尘或乳液外3泄或排出，车间粉尘质量浓度日平均小于2mg/m。(2)全自动。除卸车外全部流程(计量、输送、分离)都在自动控制下进行。(3)无堵塞。系统没有死点、没有停歇和静止、没有沉积，消除产生堵塞的因素。(4)无泄漏。全部流程通畅，不人为设任何阻图1氢氧化钙平均粒径与熟化温度的关系隔，没有滞留和灰浆泄点，不给下水系统带来隐患。合理消化的另一个指标是表面活性，它是石灰(5)无硬垢。防止出现成垢因素，保持转动和用作水处理时的一个重要指标。表面活性是指石灰操作部件灵活，保持灰浆活性。与水中溶解盐类反应的能力，生石灰消化反应式为(6)无污染。设备、厂房、地面、空气环境保持CaO+H2O→Ca(OH)2。清洁，能够达到I级企业标准。消化时必须加入水，如果加入没有盐分的纯净(7)低磨损。关键部位(如轴承)采取积极可靠水，即可获得高质量的产品，如果水中含有可与石灰措施，实现长期安全运行。反应的盐分(如碳酸)，在消化反应的同时，碳酸会与Ca(OH)2反应生成CaCO3;反应最早发生在(8)低能耗。单元总能耗小于20kW。Ca(OH)2颗粒表面，反应产物CaCO3也包围在颗粒3我国曾用过的几种典型制备设备及工艺四周，CaCO3是难溶物质，阻碍了Ca(OH)2的进一步反应，这就是表面钝化。因此，Ca(OH)2的表面我国以前使用的石灰乳液制备系统均是进口设活性是衡量熟石灰质量的重要指标。备，由于设备运行稳定性差及运行环境恶劣，大多数膏状石灰的质量优于块状石灰，一般多是副产已拆除。品，以浆液态排出，氢氧化钙溶液中氢氧化钙的质量3．1早期分数为10%～20%，其中有效成分为60%～70%，第一阶段，前苏联和俄罗斯设备。石灰原料全高于土窑生产的石灰，这种石灰可以用于水处理。部使用土窑烧制的块状石灰，后期用过袋装粉石灰用膏状石灰时储存和计量比用粉困难，环境也略差。粉和袋装菱苦土粉(氧化镁)，因严重堵塞而拆除，2．3石灰乳化很少仿制。石灰乳是制备系统的成品，由于石灰属于难溶第二阶段，美国、捷克及英国设备。原料采用粉物质，工业用一般都配制成过饱和状态乳液，这就要状石灰，电子秤计量，工程应用比较少。存在斗链机求配乳过程保持石灰本身性质，以适应进入澄清池结垢、机械故障频繁、下料闸板门失灵、皮带空转烧后的反应环境，同时还要选择恰当的设备和系统参毁、搅拌器结垢、电机烧损、排渣机常卡死等问题。\n·38·华电技术第36卷第三阶段，20世纪80年代引进英国PWT成套面，仅就地电气操作箱单独布置。设备。该设备的石灰处理装置包括澄清池、滤池等;4．2湿法计量石灰乳液制备工艺高位储存，连续计量和制乳;乳液输送不必用计量石灰、石灰粉的卸料，石灰乳的配制、输送，水力泵;强调用高质量粉状石灰，因此在引进的同时将粉旋流捕砂器的冲洗和排砂操作，均采用自动程序控石灰的生产纳入石灰处理系统。但因为我国的石灰制;石灰乳搅拌箱的液位自动保持在高、低液位之纯度和粒径达不到设备使用的要求，造成计量系统间。湿法计量系统在包头东华、河南宝山等多个电设备卡死、输送系统堵塞。厂使用，运行状态稳定，其特点如下。3．220世纪90年代引进法国及丹麦成套设备(1)系统石灰乳配置箱内，石灰乳质量浓度恒这套设备是随得利满的高密度澄清池系统成套定，采用圆形的立式储罐，内设置强制循环搅拌装引进的，可以基本维持正常运行，较前几种状况略置，从底部进水和输出石灰乳溶液，输送系统能够完好，但需要经常监管和维护。工艺设计的主要特点全输送配置箱内的渣滓和乳液，没有沉积死角。是依靠一个较大的混凝土乳液储存槽，用螺杆泵计(2)采用渣浆泵作为石灰乳输送泵，抗磨损、使量，块灰改粉灰，计量器改为计量泵。存在问题是:用寿命长。机械刮板破棚堵效果差，运行效果差，粉仓出口经常(3)通过捕砂器将石灰乳中的大颗粒砂子储存堵塞;大方形乳槽死角多，不可避免石灰的沉积，清在底部后外排，减少石灰乳计量泵和澄清池等后续渣困难;两级计量，计量准确度低，配乳质量浓度难设备管道的磨损。控制;螺杆泵不适用石灰乳液，磨损大，不能清洗且(4)系统没有输送干石灰粉的转动设备，减少自动启动困难，仍存在泄漏污染。这套系统的主要漏灰点。问题是工艺与使用对象技术特征不相符，总体设计(5)根据第一反应室pH值来调整石灰乳的加不合理。入量，更精确地控制石灰的添加量。4现阶段使用的石灰乳液制备工艺5结束语4．1干法计量石灰乳液制备工艺该系统可根据来水的流量调整给料机输送石灰本文介绍了我国石灰乳制备技术发展的过程以粉的频率，特点如下。及几种石灰乳制备的工艺流程，希望能为今后改进(1)打破历来对各种水处理药剂制备的习惯观石灰乳制备系统提供参考，提高石灰乳制备系统运念和做法，从粉石灰原料开始，遵循石灰溶解过程中行的稳定性。的形态变化规律，选取相应的设备、系统、控制方法参考文献:与之相适应。如分析石灰粉堵塞的原因有:休止角不足、潮解、棚堵、流量不够、压实、材料形态改变、料［1］华东建筑设计研究院有限公司．给水排水设计手册第四斗构形不合理、解堵措施不当、控制参数与控制程序册:工业给水处理［M］．2版．北京:中国建筑工业出版失调等，然后按不同灰质提出针对性技术措施。社，2002．(2)尽可能简化设备，让每个设备都有独立作［2］韩买良，沈明忠．火力发电厂水处理与节水技术及工程用，不设多余的备用，不用有副作用的装备。实例［M］．北京:化学工业出版社，2006．(3)没有死角，防止沉积，管线流畅。［3］冯敏．现代水处理技术［M］．北京:化学工业出版社，(4)精选每个设备，如粉系统或乳液系统所使2006．用的阀门，在选型、用量和设置部位，都有所讲究，忌(本文责编:刘芳)用有内积存的阀型，慎用密封口容易被颗粒物卡磨的阀门以及微量结垢可能引发开关困难的阀型。作者简介:(5)自卸料始到乳液送达到位止的全过程动作刘进(1979—)，男，湖北竹溪人，工程师，从事电厂水处程序优化，并落实到控制程序和调试中。理工程设计方面的工作(E-mail:liujin@chec．com．cn)。(6)各设备管线设计参数合理、有据。贾爽(1978—)，女，吉林长春人，工程师，从事科技管理(7)占地面积较小，全部设备都布置在粉仓下方面的工作(E-mail:cjzfz@126．com)。