CN108569853A - 一种工业副产石膏脱水系统与工艺 - Google Patents
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Abstract
一种工业副产石膏脱水系统与工艺，包括用于供应原料的给料机，给料机连接用于将湿物料脱除自由水的打散烘干机，打散烘干机连接用于收集其烘干物料的旋风分离器一，旋风分离器一连接用于将分离所得烘干物料脱除结晶水的脱水炉，脱水炉连接用于收集脱水后物料的旋风分离器二，旋风分离器二接用于储存产品的料仓，热风炉连接打散烘干机和脱水炉，为物料的烘干和脱水提供热源；旋风分离器一连接用于净化废气的袋式收尘器，为系统气流流动提供动力的离心风机连接袋式收尘器以及用于排放废气的烟囱。利用本发明生产建筑石膏粉，可实现物料有效分散，高效节能，且对各种工业副产石膏适应性强。
Description
技术领域
本发明属于建筑石膏粉生产技术领域，特别涉及一种工业副产石膏脱水系统与工艺。
背景技术
工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，主要包括磷石膏、脱硫石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏和钛石膏等。工业副产石膏通常由于自由水含量大、有害杂质多而不能直接利用。将工业副产石膏脱水，将二水石膏相转化为β-CaSO4·0.5H2O相，制备出建筑石膏及制品是目前最主要的利用途径。
目前，生产建筑石膏粉的技术装备主要有两类：
一是以堆积态脱水方式为主的传统技术装备，主要有炒锅和回转窑两种。这类装备采用堆积态换热方式，烘干和脱水效率低、能耗高，在国外已经逐步淘汰。
二是以分散态脱水为主的新型技术装备，主要有气流煅烧磨、沸腾炉和流化床式煅烧炉等。这类装备采用分散态脱水技术，传递面积大，烘干和脱水速率快，生产效率和热效率大幅提高，能耗显著降低，是目前建筑石膏生产技术发展的主流方向。但这类装备目前主要应用于天然石膏的脱水方面，在工业副产石膏脱水方面主要存在如下问题：(1)难以实现均匀喂料及物料有效分散，对物料含水量有限制，技术性应性差。工业副产石膏的自由水含量大，往往团聚成块状，现有分散态技术装备难以有效解决物料的分散和均匀喂料问题。因此需要对物料的水分有严格限制，从而制约了该项技术对工业副产石膏的适应性。(2)产品质量稳定性差，系统热效率有待提高。现有分散态脱水装备中物料停留时间短，脱水温度高，导致局部过度脱水问题，产品质量较差。同时，由于脱水温度高，导致尾气温度也较高，但是未能实现余热的有效利用，系统热效率仍有待提高。
因此，针对工业副产石膏的特点，开发一种适应性强，高效节能的脱水系统，对工业副产石膏的综合利用具有现实意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工业副产石膏脱水系统与工艺，能够实现物料有效分散、高效节能、对各种工业副产石膏适应性强。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种工业副产石膏脱水系统，包括用于供应原料的给料机1，所述给料机1连接用于将湿物料脱除自由水的打散烘干机2，所述打散烘干机2连接用于收集其烘干物料的旋风分离器一3，所述旋风分离器一3连接用于将分离所得烘干物料脱除结晶水的脱水炉4，所述脱水炉4连接用于收集脱水后物料的旋风分离器二5，所述旋风分离器二5接用于储存产品的料仓9，热风炉10连接打散烘干机2和脱水炉4，为物料的烘干和脱水提供热源；所述旋风分离器一3连接用于净化废气的袋式收尘器6，为系统气流流动提供动力的离心风机7连接所述袋式收尘器6以及用于排放废气的烟囱8。
所述给料机1设置有倒置的方锥形料斗1a，料斗1a侧壁上设有振动器1b，料斗1a下部设有双螺旋给料装置1c；
所述打散烘干机2主要由壳体2c和打散转子2d构成，壳体2c上设有一个向上的物料进口2a，一个水平的进风口2b和一个向上的出风口2e，所述物料进口2a承接双螺旋给料装置1c的给料，所述进风口2b接热风炉10的热风；
所述旋风分离器一3包括圆柱体结构的上壳体3b和倒置圆锥体结构的下壳体3c，上壳体3b上设置有切向进口3a，上壳体3b中心位置设有烟气出口3e，下壳体3c锥口的下料管上设有锁风阀3d，所述切向进口3a与出风口2e连接；
所述脱水炉4为鹅颈式圆形管道结构，竖向设置，设有一个热风进口4a，2个进料口4c和一个出口4d，炉内在进料口4c向下位置设有物料分散器4b，所述热风进口4a接热风炉10的热风；
所述旋风分离器二5包括圆柱体结构的上壳体5b和倒置圆锥体结构的下壳体，上壳体5b上设置有切向进口5a，上壳体5b中心位置设有烟气出口5c，下壳体锥口的下料管上设有锁风阀5d和分料阀5e，所述切向进口5a与出口4d连接；
所述分料阀5e将旋风分离器二5的下料分为两路，一路接料仓9，另一路与旋风分离器一3的下料分别接脱水炉4的2个进料口4c；
所述袋式收尘器6的入口接烟气出口3e，除尘口接旋风分离器一3的下料管；
所述离心风机7的进口连接袋式收尘器6的烟气出口，出口连接烟囱8。
所述打散转子2d采用以下几种结构之一：固定板锤式、活动板锤式、笼棒式结构以及螺旋桨叶式，打散转子2d由调速电机提供动力；
所述壳体2c外部用保温材料包裹；
所述旋风分离器一3和旋风分离器二5为高效型旋风分离器，分离效率在95％-99.9％之间；
所述锁风阀3d和锁风阀5d为回转锁风阀或者翻板阀；
所述热风进口4a位于脱水炉4炉体底部，为倒锥形缩口结构，所述进料口4c位于热风进口4a上方1-2m处，进料口4c与炉体中心线也即气流方向呈40°-60°的夹角；
所述脱水炉4炉体采用内保温或者外保温两种形式之一；
所述袋式收尘器6采用脉冲式清灰方式，设有螺旋输送机6a进行排灰；
所述离心风机7采用变频调速和固定转速两种形式之一，与袋式收尘器6之间的连接管道上设有流量调节阀7a。
所述热风炉10出口管道上设有三通阀一10a，将热风分为两路，一路接打散烘干机2的进风口2b，且在连接管路上依次设置有流量调节阀一10b、三通阀二10c、冷风阀一10d和流量调节阀二10e，其中，三通阀二10c还连接旋风分离器二5的烟气出口5c；另一路接脱水炉4的热风进口4a，且在连接管路上依次设置有冷风阀二10f和流量调节阀三10g。
所述热风炉10具有耐高温的保温结构，采用煤粉、燃气或燃油作为燃料。
所述料仓9为圆柱体结构，料仓壁面上设有采用内保温或者外保温两种形式之一的保温层，仓底设有气力流化装置，料仓进口设有仓式气力输送泵9a，出口设有闸阀。
所述分离所得烘干物料在脱水炉4中以悬浮态方式进行脱水。
本发明还提供了一种利用所述工业副产石膏脱水系统生产建筑石膏粉的工艺，包括以下步骤：
第一步，控制打散烘干机2出口气体温度为100℃～120℃，将工业副产石膏原料中的大部分自由水脱除，改善物料流动性；
第二步，利用旋风分离器一3将经打散烘干机2处理过的原料进行分离，送入脱水炉4在悬浮状态下脱水；
第三步，控制脱水炉4出口气体温度为160℃～170℃，获得以β-CaSO4·0.5H2O为主要成分的产品；
第四步，利用旋风分离器二5将脱水后的产品进行分离，输送至料仓9进行陈化调质，获得质量合格的建筑石膏产品；
第五步，将脱水炉4的高温废气引入打散烘干机2，实现余热利用，将袋式收尘器6收集下来的物料引入脱水炉4，实现物料回收。
在热风炉10出口设有温度和压力测点一，在打散烘干机2热风进口设置温度和压力测点二，在打散烘干机2废气出口设置温度和压力测点三，在旋风分离器一3出口设置温度和压力测点四，在脱水炉4进口设置温度和压力测点五，在脱水炉4加料口上方设置温度和压力测点六，在脱水炉4出口设置温度和压力测点七，在旋风分离器二5设置温度和压力测点八，在离心风机7入口设置温度和压力测点九，保持对各测点的温度和压力监测。
与现有技术相比，本发明采用先打散烘干、改善物料流动性后再悬浮态脱水的技术路线，解决了工业副产石膏由于自由水含量大难以分散的问题。采用悬浮态脱水方式，气固接触面积大，换热效率高，脱水速率大。实现了脱水炉废气余热的回收利用，提高了系统的热效率。可以通过设置脱水炉的长度、优化内部结构、调节炉内物料循环负荷率等手段，延长物料在炉内的停留时间，从而使脱水炉内的温度适度降低，避免由于局部过度脱水导致的产品质量波动。所述系统对工业副产石膏具有良好的适应性，同时具有高效节能、设备简单、造价低的优点。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
图2为本发明打散烘干机转子的结构形式示意图(固定板锤式结构，横剖面)。
图3为本发明打散烘干机转子的结构形式示意图(活动板锤式结构，横剖面)。
图4为本发明打散烘干机转子的结构形式示意图(笼棒式结构，横剖面)。
图5为本发明打散烘干机转子的结构形式示意图(螺旋桨叶式结构，纵剖面)。
图6为本发明系统测点设置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明提供的工业副产石膏脱水系统，包括：供应原料的给料机1，将湿物料脱除自由水的打散烘干机2，收集烘干物料的旋风分离器一3，将烘干物料脱除结晶水的脱水炉4，收集脱水后物料的旋风分离器二5，储存产品的料仓9，净化废气的袋式收尘器6，为系统气流流动提供动力的离心风机7，排放废气的烟囱8，以及为物料的烘干和脱水提供热源的热风炉10。
其中：
给料机1，设置有倒置的方锥形料斗1a，料斗侧壁上设有振动器1b，料斗下部设有双螺旋给料装置1c。
打散烘干机2，由壳体2c和打散转子2d构成，设有一个物料进口2a，一个进风口2b和一个出风口2e。参考图2、图3、图4和图5，打散转子2d可以是以下几种结构之一：固定板锤式、活动板锤式、笼棒式结构、螺旋桨叶式。打散转子2d由调速电机提供动力，主要作用是将团聚的物料打散。壳体2c外部用保温材料包裹。
旋风分离器一3，为高效型旋风分离器，分离效率在95％-99.9％之间。设置有切向进口3a，上壳体3b为圆柱体，下壳体3c为倒置圆锥体，上壳体3b中心位置设有烟气出口3e。在位于下壳体3c锥口的下料管上设有锁风阀3d。锁风阀3d可以是回转锁风阀或者翻板阀。
脱水炉4，结构为鹅颈式圆形管道结构，设有一个热风进口4a，2个进料口4c和一个出口4d。热风进口4a位于炉体底部，为倒锥形缩口结构。进料口4c位于进风口上方1-2m处，进料口4c与炉体中心线(气流方向)呈40°-60°的夹角。炉内在进料口4c略向下位置设有物料分散器4b。炉体需采用保温措施，根据工艺条件可以采用内保温或者外保温两种形式之一。
旋风分离器二5，为高效型旋风分离器，分离效率在95％-99.9％之间。其本体结构与旋风分离器一3相同。区别之处在于，旋风分离器二5的下料管除了设有一个锁风阀5d外，还设有一个分料阀5e。分料阀5e的作用是让部分物料循环，以延长物料在炉体内的停留时间。
袋式收尘器6，采用脉冲式清灰方式，设有螺旋输送机6a进行排灰。
离心风机7，可以采用变频调速和固定转速两种形式之一。离心风机7的进口连接管道上设有风量调节阀7a，出口连接烟囱8。
料仓9，为圆柱体结构。料仓壁面上设有保温层，可以采用内保温或者外保温两种形式之一。仓底设有气力流化装置。料仓进口设有仓式气力输送泵9a，出口设有闸阀。
热风炉10，具有耐高温的保温结构，可以采用煤粉、燃气或燃油作为燃料。热风炉出口管道上设有三通阀一10a，冷风阀10c和风量调节阀一10b，分别起到控制气体管路、调节风温和调节流量的作用。管道设有耐高温保温层。
具体连接方式为：
热风炉10的出风管道经三通阀一10a分为两路：一路依次经过流量调节阀一10b、三通阀二10c后，与来自旋风分离器二5出口5c的废气汇合，再依次经过冷风阀一10d和流量调节阀二10e后与打散烘干机2的进口2a相连接。另一路经过冷风阀二10f和流量调节阀三10g后，与脱水炉4的热风进口4a相连接。给料机1的螺旋给料装置1c链接打散烘干机2的物料进口2a。打散烘干机2的废气出口2e通过管道与旋风分离器一3的进口3a相连接。旋风分离器一3下料管上的翻板阀3d连接脱水炉4的进料口4c。脱水炉4的出口4d与旋风分离器二5的进口5a相连接。旋风分离器二5下料管上从分料阀5e分为两路：一路连接脱水炉进料口4c，另一路连接仓式气力输送泵9a，仓式气力输送泵9a经管道输送产品至料仓9。旋风分离器二5的出口5c经管道与连接热风炉管道上三通阀二10c相连接。旋风分离器一3的出口3e连接袋式收尘器6的进口。袋式收尘器6的排灰经管道与脱水炉的进料口4c相连接。袋式收尘器6的出口经过流量调节阀7a与离心风机7的进口相连接。离心风机7的出口与烟囱8相连接。
本发明系统的工作原理是：湿物料经打散烘干机2打散后，与热气流充分接触脱除掉大部分自由水，流动性大幅改善。经过旋风分离器一3收集后进入脱水炉4，以悬浮态方式(高度分散态)进行高效脱水。脱水后的物料经旋风分离器二5收集后，用仓式气力输送泵送至料仓9进行调质和储存。由于脱水炉4内温度较高，废气具有热回收价值，因此将旋风分离器二5出口气体引入打散烘干机2，使余热得以利用。从旋风分离器一3出口排出的废气，由于温度较低、水蒸气含量高，不具有利用价值，经袋式收尘器6净化后，由离心风机7送至烟囱8排放。从袋式收尘器6收集下来的细物料送至脱水炉4继续脱水。
系统的测点按照附图6所示：热风炉出口设有温度和压力测点一，在打散烘干机热风进口设置温度和压力测点二，在打散烘干机废气出口设置温度和压力测点三，在旋风分离器一3出口设置温度和压力测点四，在脱水炉进口设置温度和压力测点五，在脱水炉加料口上方设置温度和压力测点六，在脱水炉出口设置温度和压力测点七，在旋风分离器二5设置温度和压力测点八，在离心风机入口设置温度和压力测点九。
打散烘干机的结构采用固定板锤式，如图2所示，热风炉10采用煤粉作燃料。热风炉10和脱水炉4都采用内部浇注耐火材料保温层的方式，打散烘干机2采用外包覆玻璃纤维的保温方式。采用原料为磷石膏，自由水含量为25％。
具体操作参数为：
控制测点一的温度为900℃～950℃，压力为-500Pa～-300Pa；固定加料量，调节冷风阀二10f和10d，以及流量调节阀一10b、10e和10g，使测点三的温度为100℃～120℃，测点七的温度为160℃～180℃。对料仓9中的产品保温30min～120min。
按照以上操作参数进行控制，即可获得质量等级达到3.0的优质建筑石膏粉。
本发明能够处理含水量波动变化较大的原料，对各种类型的工业副产石膏的适用性很好；系统工艺参数的调节控制灵活方便，设备适宜能力强，易于满足同时生产多种产品的要求，易于实现大规模连续生产。系统的造价远远低于进口系统的造价，总体投资仅为同规模进口系统的1/3左右。采用本发明进行测算，能耗仅为同类企业的50～75％，生产成本大幅度下降。系统排放远低于国家排放标准，粉尘排放<10mg/m3。本发明为我国分布广泛、类型多样的工业副产石膏提供了一种低成本、高性能、适用性很好的脱水装备，具有广阔的应用前景。
Claims (10)
1.一种工业副产石膏脱水系统，包括用于供应原料的给料机(1)，其特征在于，所述给料机(1)连接用于将湿物料脱除自由水的打散烘干机(2)，所述打散烘干机(2)连接用于收集其烘干物料的旋风分离器一(3)，所述旋风分离器一(3)连接用于将分离所得烘干物料脱除结晶水的脱水炉(4)，所述脱水炉(4)连接用于收集脱水后物料的旋风分离器二(5)，所述旋风分离器二(5)接用于储存产品的料仓(9)，热风炉(10)连接打散烘干机(2)和脱水炉(4)，为物料的烘干和脱水提供热源；所述旋风分离器一(3)连接用于净化废气的袋式收尘器(6)，为系统气流流动提供动力的离心风机(7)连接所述袋式收尘器(6)以及用于排放废气的烟囱(8)。
2.根据权利要求1所述工业副产石膏脱水系统，其特征在于，所述给料机(1)设置有倒置的方锥形料斗(1a)，料斗(1a)侧壁上设有振动器(1b)，料斗(1a)下部设有双螺旋给料装置(1c)；
所述打散烘干机(2)主要由壳体(2c)和打散转子(2d)构成，壳体(2c)上设有一个向上的物料进口(2a)，一个水平的进风口(2b)和一个向上的出风口(2e)，所述物料进口(2a)承接双螺旋给料装置(1c)的给料，所述进风口(2b)接热风炉(10)的热风；
所述旋风分离器一(3)包括圆柱体结构的上壳体(3b)和倒置圆锥体结构的下壳体(3c)，上壳体(3b)上设置有切向进口(3a)，上壳体(3b)中心位置设有烟气出口(3e)，下壳体(3c)锥口的下料管上设有锁风阀(3d)，所述切向进口(3a)与出风口(2e)连接；
所述脱水炉(4)为鹅颈式圆形管道结构，竖向设置，设有一个热风进口(4a)，2个进料口(4c)和一个出口(4d)，炉内在进料口(4c)向下位置设有物料分散器(4b)，所述热风进口(4a)接热风炉(10)的热风；
所述旋风分离器二(5)包括圆柱体结构的上壳体(5b)和倒置圆锥体结构的下壳体，上壳体(5b)上设置有切向进口(5a)，上壳体(5b)中心位置设有烟气出口(5c)，下壳体锥口的下料管上设有锁风阀(5d)和分料阀(5e)，所述切向进口(5a)与出口(4d)连接；
所述分料阀(5e)将旋风分离器二(5)的下料分为两路，一路接料仓(9)，另一路与旋风分离器一(3)的下料分别接脱水炉(4)的2个进料口(4c)；
所述袋式收尘器(6)的入口接烟气出口(3e)，除尘口接旋风分离器一(3)的下料管；
所述离心风机(7)的进口连接袋式收尘器(6)的烟气出口，出口连接烟囱(8)。
3.根据权利要求2所述工业副产石膏脱水系统与工艺，其特征在于，所述打散转子(2d)采用以下几种结构之一：固定板锤式、活动板锤式、笼棒式结构以及螺旋桨叶式，打散转子(2d)由调速电机提供动力；
所述壳体(2c)外部用保温材料包裹；
所述旋风分离器一(3)和旋风分离器二(5)为高效型旋风分离器，分离效率在95％-99.9％之间；
所述锁风阀(3d)和锁风阀(5d)为回转锁风阀或者翻板阀；
所述热风进口(4a)位于脱水炉(4)炉体底部，为倒锥形缩口结构，所述进料口(4c)位于热风进口(4a)上方1-2m处，进料口(4c)与炉体中心线也即气流方向呈40°-60°的夹角；
所述脱水炉(4)炉体采用内保温或者外保温两种形式之一；
所述袋式收尘器(6)采用脉冲式清灰方式，设有螺旋输送机(6a)进行排灰；
所述离心风机(7)采用变频调速和固定转速两种形式之一，与袋式收尘器(6)之间的连接管道上设有流量调节阀(7a)。
4.根据权利要求2所述工业副产石膏脱水系统，其特征在于，所述热风炉(10)出口管道上设有三通阀一(10a)，将热风分为两路，一路接打散烘干机(2)的进风口(2b)，且在连接管路上依次设置有流量调节阀一(10b)、三通阀二(10c)、冷风阀一(10d)和流量调节阀二(10e)，其中，三通阀二(10c)还连接旋风分离器二(5)的烟气出口(5c)；另一路接脱水炉(4)的热风进口(4a)，且在连接管路上依次设置有冷风阀二(10f)和流量调节阀三(10g)。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述工业副产石膏脱水系统，其特征在于，所述热风炉(10)具有耐高温的保温结构，采用煤粉、燃气或燃油作为燃料。
6.根据权利要求1-4任一权利要求所述工业副产石膏脱水系统，其特征在于，所述料仓(9)为圆柱体结构，料仓壁面上设有采用内保温或者外保温两种形式之一的保温层，仓底设有气力流化装置，料仓进口设有仓式气力输送泵(9a)，出口设有闸阀。
7.根据权利要求1所述工业副产石膏脱水系统，其特征在于，所述分离所得烘干物料在脱水炉(4)中以悬浮态方式进行脱水。
8.一种利用权利要求1所述工业副产石膏脱水系统生产建筑石膏粉的工艺，包括以下步骤：
第一步，控制打散烘干机(2)出口气体温度为100℃～120℃，将工业副产石膏原料中的大部分自由水脱除，改善物料流动性；
第二步，利用旋风分离器一(3)将经打散烘干机(2)处理过的原料进行分离，送入脱水炉(4)在悬浮状态下脱水；
第三步，控制脱水炉(4)出口气体温度为160℃～170℃，获得以β-CaSO4·0.5H2O为主要成分的产品；
第四步，利用旋风分离器二(5)将脱水后的产品进行分离，输送至料仓(9)进行陈化调质，获得质量合格的建筑石膏产品；
第五步，将脱水炉(4)的高温废气引入打散烘干机(2)，实现余热利用，将袋式收尘器(6)收集下来的物料引入脱水炉(4)，实现物料回收。
9.根据权利要求8所述生产建筑石膏粉的工艺，其特征在于，在热风炉(10)出口设有温度和压力测点一，在打散烘干机(2)热风进口设置温度和压力测点二，在打散烘干机(2)废气出口设置温度和压力测点三，在旋风分离器一(3)出口设置温度和压力测点四，在脱水炉(4)进口设置温度和压力测点五，在脱水炉(4)加料口上方设置温度和压力测点六，在脱水炉(4)出口设置温度和压力测点七，在旋风分离器二(5)设置温度和压力测点八，在离心风机(7)入口设置温度和压力测点九，保持对各测点的温度和压力监测。
10.根据权利要求9所述生产建筑石膏粉的工艺，其特征在于，控制温度和压力测点一的温度为900℃～950℃，压力为-500Pa～-300Pa；固定加料量，调节冷风阀二(10f)和冷风阀一(10d)，以及流量调节阀一(10b)、流量调节阀二(10e)和流量调节阀三(10g)，使温度和压力测点三的温度为100℃～120℃，温度和压力测点七的温度为160℃～180℃。
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