CN103241717B - 一种石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧工艺：在将含石膏、还原剂与辅助原料的生料送入烧成系统之前，完全脱除生料中的物理水和结晶水，由烧成系统获得含SO₂的制酸烟气和水泥熟料。本发明还公开了应用上述工艺的一种石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧装置。本发明将石膏的烘干脱水过程由以往的在预热器系统内或者回转窑内移至烘干脱水装置内，使石膏脱水消耗的热量从烧成系统的热耗中分离出来，从而减少产生这部分热量所需的燃料燃烧在烧成系统中产生的废气量，并且脱水形成的水蒸气不与制硫酸的烟气相混，可提高烟气中SO₂的浓度，为后续的制硫酸工序创造有利条件。

Description

一种石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧工艺及装置

技术领域

本发明属于石膏制硫酸联产水泥技术领域，涉及一种高效节能的石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧工艺及装置。

背景技术

石膏制硫硫酸联产水泥技术是德国人在第一次世界大战期间发明的，并在当时的德国兴建了一个日产40吨硫酸的装置。而以磷石膏为原料制硫酸和水泥的开发研究始于上世纪六十年代，奥地利林茨化学公司于1968年建成了第一家利用磷石膏制硫酸并联产水泥的工厂，日产硫酸350吨。为了提高过程的热效率，林茨公司采取在回转窑的气体出口加装逆流热交换器，使过程的热耗有所降低。然而，石膏法制水泥能耗指标仍远高于石灰石法生产水泥，加之当时低价硫磺的倾销，使得这种工艺未得到推广。1986年德国鲁齐公司开发了循环流化床节能型磷石膏热分解法制硫酸联产水泥技术，并进行了中试，将过去磷石膏脱水、分解和水泥锻烧在一个长窑中进行的生产方式，改变成在循环流化床中进行磷石膏脱水和分解，在短窑中进行水泥锻烧，但一直未见工业化应用。

硫酸是重要的基础化工原料，其用量列三大强酸之首。2011年，我国硫酸年产量已达7416.6万吨，连续多年居世界首位。然而，我国是硫资源贫乏的国家，每年都要靠大量进口硫磺来满足国内的需求。另一方面，我国的天然石膏储量丰富，且各种工业石膏的排放量巨大。工业石膏一般含有有害物质，长期堆放不仅占用大量土地，而且易造成环境污染，其综合利用迫在眉睫。

我国早在上世纪五十年代就开始了石膏制硫酸联产水泥技术的研究。上世纪八十年代，国家科委组织了“磷石膏制硫酸联产水泥”的攻关试验，在山东无棣硫酸厂进行生产试验取得成功之后，在全国新建了7套年产4万吨硫酸、6万吨水泥的工程项目，但大多运营状况不佳，甚至停产、改产。上世纪九十年代末鲁北化工在国家的扶持下，建成了年产15万吨磷铵、副产磷石膏制20万吨硫酸联产30万吨水泥大型装置，成为世界石膏制硫酸史上技术最先进、规模最大的联产装置。

目前，最先进的石膏制硫酸联产水泥技术是：二水石膏原料经单独烘干烘去物理水，或脱水为半水石膏，再与焦炭和辅料进行联合粉磨，或者它们分别粉磨后经混料机混匀，制成的生料经均化后喂入多级预热器系统进行预热和回转窑煅烧。此工艺流程中原料石膏大多为二水石膏，少数工艺为半水石膏，其剩余结晶水及生料中尚存的少量物理水均进入烧成系统，不仅增加了系统的水蒸气量，而且增加了烧成系统的燃料消耗，进而增加了系统的烟气量，从而导致SO₂浓度降低；且水分过多会降低烟气的露点温度，对设备的运行不利。此外，目前的工艺流程未回收利用出预热器系统的烟气余热，系统热耗较高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够降低烧成系统的燃料消耗且能提高SO₂浓度的石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧工艺及装置。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是：一种石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧工艺，在将含石膏、还原剂与辅助原料的生料送入烧成系统之前，完全脱除生料中的物理水和结晶水，由烧成系统获得含SO₂的制酸烟气和水泥熟料。

出烧成系统的制酸烟气经换热降温后进入下一工序。

所述石膏是磷石膏、脱硫石膏、氟石膏和天然石膏中的至少一种；所述还原剂是焦炭、无烟煤、石油焦和高硫煤中的至少一种。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的另一个技术方案是：一种石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧装置，包括烘干脱水设备和烧成系统；所述烧成系统包括依次连接的预热器系统、回转窑和熟料冷却机；

所述预热器系统包括3～5级旋风筒，一级旋风筒的进料口与所述烘干脱水设备的出料口连接，一级旋风筒的出料口通过分料阀与其下的所有旋风筒的进风管分别连接，一级旋风筒的出气口与烘干废气出风管连接；二级旋风筒设有制酸烟气出口；最后一级旋风筒与所述回转窑连接。

所述二级旋风筒的制酸烟气出口与热交换器连接。

所述烘干脱水设备包括烘干脱水装置和与其通过管道连接的热风源。

所述热交换器与所述热风源连接。

该装置还包括原料磨，所述一级旋风筒通过所述烘干废气出风管与所述原料磨连接。

该装置还包括原料磨，所述热风源与所述原料磨连接。

所述热风源的出口设有冷风阀。

本发明具有的优点和积极效果是：1)将石膏的烘干脱水过程由以往的在预热器系统内或者回转窑内移至烘干脱水装置内，使石膏脱水消耗的热量从烧成系统的热耗中分离出来，从而减少产生这部分热量所需的燃料燃烧在烧成系统中产生的废气量，并且脱水形成的水蒸气不与制硫酸的烟气相混，可提高烟气中SO₂的浓度，为后续的制硫酸工序创造有利条件；2)制酸烟气中的水蒸气含量减少，烟气露点温度得以降低，可降低设备的腐蚀风险；3)烘干后的热生料直接进入烧成系统，减少以往工艺过程中的中间储存环节，有利于利用出烘干系统的生料热焓，降低烧成系统的热耗；4)出一级旋风筒的烘干废气用于原料磨烘干，出二级旋风筒的制酸烟气通过热交换器将热焓传给被加热空气，并将热空气引至热风源使用，可有效利用废气的余热，降低系统热耗；5)烘干脱水装置的热风源也可给原料磨系统供热风，作为原料粉磨的补充烘干热源，这样不必为原料磨系统单独设热风炉，可简化系统流程。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

图中：1是热风炉，2是烘干脱水装置，3是一级旋风筒，4是二级旋风筒，5是三级旋风筒，6是四级旋风筒，7是五级旋风筒，8是回转窑，9是冷却机，10是热交换器，11是分料阀。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1，一种石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧装置，包括烘干脱水设备和烧成系统；所述烧成系统包括依次连接的预热器系统、回转窑8和熟料冷却机9；

所述预热器系统包括3～5级旋风筒，一级旋风筒3的进料口与所述烘干脱水设备的出料口连接，一级旋风筒3的出料口通过分料阀11与其下的所有旋风筒的进风管分别连接，一级旋风筒3的出气口与烘干废气出风管连接；二级旋风筒4设有制酸烟气出口；最后一级旋风筒与所述回转窑8连接。

在本实施例中，所述二级旋风筒4的制酸烟气出口与热交换器10连接，也可以不连接热交换器10，直接进入下一工序。所述烘干脱水设备包括烘干脱水装置2和与其通过管道连接的热风源，在本实施例中，热风源采用的是热风炉1，热风源还可以采用其它能够提供热风的装置。所述热交换器10与所述热风源连接。该装置还包括原料磨，所述一级旋风筒3通过所述烘干废气出风管与所述原料磨或废气处理系统连接。所述热风源与所述原料磨连接。所述热风源的出口设有冷风阀。用以调节入烘干脱水装置2的热风温度。热风炉1也可直接给原料磨系统供热风，作为原料粉磨的补充烘干热源。在本实施例中，所述预热器系统有五级旋风筒，一级旋风筒3、二级旋风筒4、三级旋风筒5、四级旋风筒6和五级旋风筒7，在这里五级旋风筒7是最后一级旋风筒。出一级旋风筒3的热生料，需要根据系统运行的不同情况，喂入其下不同位置的旋风筒，以便控制二级旋风筒4出口的制酸烟气温度和生料在预热器系统中的料温，避免还原剂提前燃烧。在本实施例中，一级旋风筒3的出料口与其下的、最后一级旋风筒之上的所有旋风筒的进风管通过分料阀分别连接，但这种连接关系并不是限制性的，一级旋风筒3的出料口与其下的所有旋风筒的进风管通过分料阀分别连接，也是可行的。

上述装置采用的工艺为：在将含石膏、还原剂与辅助原料的生料送入烧成系统之前，完全脱除生料中的物理水和结晶水，由烧成系统获得含SO₂的制酸烟气和水泥熟料。为了节约能源，出烧成系统的制酸烟气经换热降温后进入下一工序。所述石膏是磷石膏、脱硫石膏、氟石膏和天然石膏中的至少一种；所述还原剂是焦炭、无烟煤、石油焦和高硫煤中的至少一种。

本发明的工作过程及原理：

将含石膏、还原剂与辅助原料的生料喂入烘干脱水装置2，利用由热风源提供的热风对生料进行烘干和脱水，以去除生料中尚存的少量物理水和石膏中的结晶水，通过控制烘干脱水装置的出口温度，可以保证完全脱除生料中的物理水和结晶水。出烘干脱水装置2的含尘气体经一级旋风筒3实现气料分离后，根据系统运行的不同情况，本着还原剂在预热器系统中不能被点燃且尽量提高原料入窑温度的原则，通过调节分料阀11，将热生料喂入其下的某级旋风筒的进风管，进行后续换热，出最后一级旋风筒的热生料进入回转窑8进行分解和煅烧。出一级旋风筒3的烘干废气引至原料磨作为烘干热源；在出二级旋风筒4的制酸烟气管道上设置热交换器10，利用热交换器10回收的热焓加热空气，并将热空气引至热风炉1使用，降温后的烟气经净化处理后用于制硫酸。

所述的烘干脱水装置2可为管道式或流化床式等结构型式，其进风口与热风炉1的供风管道相连接，出风口也是出料口与一级旋风筒3相连接；烘干脱水装置2内热风与生料以悬浮态进行换热，可在管道式烘干装置上设置数个缩口，以形成喷腾效应，强化气、料之间的换热；充分换热后的含尘气流温度控制在150～300℃，在保证完全脱除生料中的物理水和结晶水的情况下，尽量将含尘气流的温度控制得低一些，以减少烘干热耗。

本发明可通过控制烘干脱水装置的出口温度，确保将生料中的物理水和结晶水完全脱除，使石膏脱水消耗的热量从烧成系统的热耗中分离出来，从而减少产生这部分热量所需的燃料燃烧在烧成系统中产生的废气量，并且脱水形成的水蒸气也不与制硫酸的烟气相混，从而提高烟气中SO₂的浓度，为后续的制硫酸工序创造有利条件。同时，由于烟气中水蒸气含量减少，烟气露点温度得以降低，可降低设备的腐蚀风险。烘干后的热生料直接进入烧成系统，减少以往工艺过程中的中间储存环节，有利于利用出烘干系统的生料热焓，降低烧成系统的热耗。出一级旋风筒的烘干废气用于原料磨烘干，出二级旋风筒的制酸烟气通过热交换器可将热焓传给被加热空气，并将热空气引至热风炉使用，有效利用废气的余热。通过有效利用出预热器系统的烘干废气和制酸烟气的余热，达到了系统节能的目的，降低系统热耗。

本实施例仅是本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明。本发明所涉及的烘干脱水装置既可以为本实施例中所采用的管道式烘干装置，也可以是流态化式烘干装置，或者是其它可以实现相同功能的烘干装置。二级旋风筒的制酸烟气出口与热交换器连接，也可没有换热器，通过风机直接进入制酸的下一工序。烘干脱水装置所用热风既可以由本实施例所采用的热风炉提供，也可以由其它热源提供。热风炉可给原料磨系统供热风，也可不给原料磨系统供热风，本发明所涉及的冷却机既可以是篦式冷却机，也可以是单筒冷却机等其他具有高温物料冷却功能的冷却机。凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧工艺，其特征在于：在将含石膏、还原剂与辅助原料的生料送入烧成系统之前，采用管道式烘干装置完全脱除生料中的物理水和结晶水，管道式烘干装置内热风与生料以悬浮态进行换热，在管道式烘干装置上设有数个缩口，以形成喷腾效应，强化气、料之间的换热；烘干脱水后的热生料经旋风筒收集后直接喂入烧成系统，由烧成系统获得含SO₂的制酸烟气和水泥熟料；利用热交换器回收出烧成系统制酸烟气的热焓，并将加热的空气用于给管道式烘干装置供风的热风源；出管道式烘干装置的废气用于原料磨的烘干。

2.根据权利要求1所述的石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧工艺，其特征在于，出烧成系统的制酸烟气经热交换器换热降温后进入下一工序。

3.根据权利要求1所述的石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧工艺，其特征在于：所述石膏是磷石膏、脱硫石膏、氟石膏和天然石膏中的至少一种；所述还原剂是焦炭、无烟煤、石油焦和高硫煤中的至少一种。

4.一种石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧装置，其特征在于：包括烘干脱水设备和烧成系统；所述烘干脱水设备包括管道式烘干装置和与其通过管道连接的热风源；所述管道式烘干装置上设有数个缩口；所述烧成系统包括依次连接的预热器系统、回转窑和熟料冷却机；所述预热器系统包括3～5级旋风筒，一级旋风筒的进料口与所述烘干脱水设备的出料口连接，一级旋风筒的出料口通过分料阀与其下的所有旋风筒的进风管分别连接，一级旋风筒的出气口与烘干废气出风管连接；二级旋风筒设有制酸烟气出口；最后一级旋风筒与所述回转窑连接。

5.根据权利要求4所述的石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧装置，其特征在于：所述二级旋风筒的制酸烟气出口与热交换器连接。

6.根据权利要求5所述的石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧装置，其特征在于：所述热交换器与所述热风源连接。

7.根据权利要求4所述的石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧装置，其特征在于：该装置还包括原料磨，所述一级旋风筒通过所述烘干废气出风管与所述原料磨或废气处理系统连接。

8.根据权利要求4所述的石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧装置，其特征在于：该装置还包括原料磨，所述热风源与所述原料磨连接。

9.根据权利要求4所述的石膏制硫酸联产水泥的烘干煅烧装置，所述热风源的出口设有冷风阀。