CN110627384A - 一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法 - Google Patents

一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，其步骤包括：首先，将原料石灰石进行破碎筛分处理，使之粒度符合10～55mm，输送到截面为圆形的料仓内，料仓设置于竖式预热器上部；接着，料仓内的原料由下料管均匀输送到竖式预热器内，用高温窑气和竖式冷却器的冷却气体进行预热；然后，物料进入到回转窑中，从窑头通入富氧空气进行富氧煅烧；再接着，煅烧分解后得到的氧化钙进入竖式冷却器中用空气进行冷却即得活性氧化钙。本发明通过分级预热、富氧煅烧、分级冷却、温度动态监测等工艺的集成，并利用高温窑气和出冷却器高温气体联合预热原料，大幅度提高了系统的传热效率，显著提高氧化钙的活性，并降低了能耗，实现了节能减排。

Description

一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法
技术领域
本发明属于煅烧石灰石制备活性石灰技术领域，具体涉及一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法。
背景技术
活性氧化钙是由碳酸钙分解制得具有水化活性和能与酸性氧化物反应的氧化钙，具有晶粒小、气孔率高、体积密度小、比表面积大、粒度均匀等优点，是理想的优质功能填充材料，在塑料、油墨、造纸、涂料、橡胶、食品、医药和化妆品等行业的高端产品中广泛应用。活性氧化钙的关键指标是活性度，不仅与燃烧的物理和化学性能有关，还主要决定于活性氧化钙制备过程中的煅烧工艺及制度的控制。目前，碳酸钙煅烧制备氧化钙主要采用以空气为燃烧介质燃烧高品质燃料为主，存在着高能耗、高污染、产量低、欠烧、过烧等技术问题，导致氧化钙产品活性低、品质差，达不到用于高端产品的要求。因此，有必要提供一种低能耗、低污染，可以利用劣质燃料的新型活性氧化钙煅烧工艺方法，提高热效率，降低能耗，减少烟气排放量，并且能提高氧化钙的活性度，从而实现能源、资源的高效利用，达到节能减排、保护生态环境的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，有效提高火焰温度和燃烧效率，减少烟气产生量和热量损失，改善窑况，避免欠烧过烧，提高氧化钙的活性，同时将高温废气用于原料预热，提高热效率，降低能耗，实现节能减排。
为了解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，包括如下步骤：
(1)将原料石灰石进行破碎筛分处理，使之粒度符合10～55mm，输送到截面为圆形的料仓内，料仓设置于竖式预热器上部；
(2)料仓内的原料由下料管均匀输送到竖式预热器内，用高温窑气和竖式冷却器的冷却气体进行预热；
(3)步骤(2)中预热后的物料进入到回转窑中，从窑头通入富氧空气进行富氧煅烧；
(4)步骤(3)煅烧后的产物进入竖式冷却器中用空气进行冷却即得活性氧化钙。
作为优选的，所述步骤(1)中截面为圆形的料仓由等体积的截面均为120°扇形的3个室组成。
作为优选的，所述步骤(2)中下料管均匀设置在料仓的下部，且数量为3的整数倍。
作为优选的，所述步骤(2)中竖式预热器由上级预热器和下级预热器组成，原料通过下料管均匀输送入上级预热器中，原料由上级预热器向下级预热器运动，预热窑气从下级预热器向上级预热器运动。
作为优选的，所述步骤(3)的富氧空气由膜法富氧产生，氧气体积浓度25～30％，用罗茨风机通过富氧燃烧器与煤粉一起鼓入窑头。
作为优选的，所述步骤(3)的窑内温度控制在850～950℃，原料通过窑内的时间为20～25min，煅烧过程产生的高温气体通过窑尾进入竖式预热器中预热原料。
作为优选的，所述步骤(3)是利用高温红外相机对回转窑内温度和各部位燃烧状态进行动态监控。
作为优选的，所述步骤(4)中的竖式冷却器由竖向布置的3级冷却室组成，每级冷却室进气独立控制，出竖式冷却器的活性氧化钙温度小于50℃，冷却气体通过管道输送至竖式预热器中用于预热原料。
本发明的原理为：
1)本发明针对传统煅烧制备氧化钙工艺能耗高主要是燃料燃烧不完全导致热能未充分利用的问题，使用富氧空气助燃，可降低燃料的燃点，强化燃烧速度，使燃料在窑内充分燃烧，保证煅烧温度和热效率；采用富氧煅烧降低了过剩空气系数，减少了助燃风量，从而减少了烟气产生和排放量，降低了进风和排烟机械的损耗；同时烟气量减少，烟气温度较高，更适宜用于预热原料，最终排出的废气量减少，从而减少了废气带走的热量，减少热能损失，节约了能源；在总尘量不变的情况下，烟气量减少，烟气中粉尘浓度增大，有利于除尘收集，此外还增加了烟气中二氧化碳和二氧化硫的浓度，不仅有利于二氧化碳和二氧化硫的分离和回收，也有利于改善环境问题；富氧煅烧的火焰长度相对较短，缩短了回转窑的长度，有利于窑的运行和降低成本，更易于控制回转窑内的燃烧制度，确保燃烧温度均匀、窑况稳定，避免欠烧过烧，提高了氧化钙的活性。
2)本发明采用煅烧过程产生的高温窑气和竖式冷却器的冷却气体联合预热原料工艺，进一步提高了系统的热效率；竖式冷却器内竖向布置三级冷却室，每个冷却室从侧面下部单独输进冷空气，通过输送冷空气量大小控制煅烧产品经过竖式冷却器的时间和出冷却器的温度，物料与冷空气的运动方向相反，并且分级冷却，冷空气与物料有效接触面积增大，传热速度快，冷却效率高；冷却产品后的冷却风成为热风，从竖式冷却器上部通过管道输送至竖式预热器用于预热原料，实现热量回收利用，从而达到降低系统热耗的目的。
3)本发明在富氧煅烧的回转窑中采用高温红外相机对窑内温度进行动态监测，通过观察窑内各部位燃烧状态，进行温度控制和调节，有利于严格控制煅烧温度制度，进一步防止欠烧和过烧现象，保证了氧化钙产品的活性；通过温度动态控制，结合燃料煤的工业分析组成中挥发分的含量，调节助燃气体的富氧浓度，保证不同品质的煤完全燃烧，达到利用劣质燃料、节约优质燃料的目的。
与现有工艺技术相比，本发明的有益效果为：
1)通过分级预热、富氧煅烧、分级冷却、温度动态监测等工艺的集成，大幅度提高了系统的传热效率，减少了系统气体处理量，提高了用于预热原料气体的温度；并利用高温窑气和出冷却器高温气体联合预热原料，充分回收利用燃料燃烧的热量，显著提高整个工艺的热效率，实现节能降耗的目标。同时通过上述工艺的集成，可以充分利用劣质燃料燃烧，达到节约优质能源的目的。
2)本发明提供的工艺方法较传统方法的煅烧温度低，窑内温度更易控制，同时设置了高温监测系统，保证窑内具有均匀稳定的温度场，物料均是在可控的适宜温度下煅烧，大幅度减少了欠烧和过烧现象的出现(在煅烧过程中，欠烧和过烧是影响氧化钙活性的主要因素)，从而大大提高了氧化钙的活性，保证了出窑产品的产量和质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺流程图。
图中的标注说明如下：
1-料仓、2-下料管、3-上级预热器、4-下级预热器、5-回转窑、6-一级冷却室、7-二级冷却室、8-三级冷却室、9-富氧燃烧器、10-热风管道、11-高温红外相机。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，结合图1提供的富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺流程图，对具体实施方式做详细说明。
实施例1
该实施例提供了一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，具体的，包括以下步骤：
(1)将原料石灰石进行破碎，筛分出10～25mm、25～40mm、40～55mm三个粒级，分别输送到截面为圆形的料仓1内，其中料仓1设置于竖式预热器的上部，由截面均为120°扇形的3个料仓室组成。
(2)将上述料仓1内的原料通过六个下料管2均匀输送到竖式预热器的上级预热器3中，原料由上而下经过上级预热器3和下级预热器4与热气体进行相对运动换热升温，其中热气体为来自窑尾窑气和窑头冷却空气的混合气体。
(3)将升温后的原料输送入回转窑5中进行富氧煅烧分解生成氧化钙。其中富氧空气由膜法富氧产生，氧气体积浓度为26％，用罗茨风机通过富氧燃烧器9与煤粉一起鼓入窑头进行燃烧，燃烧产生的烟气经窑尾送入下级预热器4中。通过高温红外相机11对回转窑内温度进行动态监测，并通过对回转窑内各部位燃烧状态观察，结合煤粉挥发分含量不同控制煅烧温度和适当的火焰长度。煤粉的挥发分含量为29％，将煅烧温度控制在860～870℃，原料通过窑内的时间为21min。
(4)将煅烧分解后得到的氧化钙送入竖式冷却器内，自上而下依次经过一级冷却室6、二级冷却室7和三级冷却室8，从各级冷却室底部独立送入冷空气与物料做对向运动冷却物料，出竖式冷却器的活性氧化钙温度小于50℃，得到产品。冷却气体通过热风管道10输送至窑尾进入竖式预热器中用于预热原料。
实施例2
该实施例提供了一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，具体的，包括以下步骤：
(1)将原料石灰石进行破碎，筛分出10～25mm、25～40mm、40～55mm三个粒级，分别输送到截面为圆形的料仓1内，其中料仓1设置于竖式预热器的上部，由截面均为120°扇形的3个料仓室组成。
(2)将上述料仓1内的原料通过三个下料管2均匀输送到竖式预热器的上级预热器3中，原料由上而下经过上级预热器3和下级预热器4与热气体进行相对运动换热升温，其中热气体为来自窑尾窑气和窑头冷却空气的混合气体。
(3)将升温后的原料输送入回转窑5中进行富氧煅烧分解生成氧化钙。其中富氧空气由膜法富氧产生，氧气体积浓度为28％，用罗茨风机通过富氧燃烧器9与煤粉一起鼓入窑头进行燃烧，燃烧产生的烟气经窑尾送入下级预热器4中。通过高温红外相机11对回转窑内温度进行动态监测，并通过对回转窑内各部位燃烧状态观察，结合煤粉挥发分含量不同控制煅烧温度和适当的火焰长度。煤粉的挥发分含量为24％，将煅烧温度控制在890～900℃，原料通过窑内的时间为23min。
(4)将煅烧分解后得到的氧化钙送入竖式冷却器内，自上而下依次经过一级冷却室6、二级冷却室7和三级冷却室8，从各级冷却室底部独立送入冷空气与物料做对向运动冷却物料，出竖式冷却器的活性氧化钙温度小于50℃，得到产品。冷却气体通过热风管道10输送至窑尾进入竖式预热器中用于预热原料。
实施例3
该实施例提供了一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，具体的，包括以下步骤：
(1)将原料石灰石进行破碎，筛分出10～25mm、25～40mm、40～55mm三个粒级，分别输送到截面为圆形的料仓1内，其中料仓1设置于竖式预热器的上部，由截面均为120°扇形的3个料仓室组成。
(2)将上述料仓1内的原料通过九个下料管2均匀输送到竖式预热器的上级预热器3中，原料由上而下经过上级预热器3和下级预热器4与热气体进行相对运动换热升温，其中热气体为来自窑尾窑气和窑头冷却空气的混合气体。
(3)将升温后的原料输送入回转窑5中进行富氧煅烧分解生成氧化钙。其中富氧空气由膜法富氧产生，氧气体积浓度为30％，用罗茨风机通过富氧燃烧器9与煤粉一起鼓入窑头进行燃烧，燃烧产生的烟气经窑尾送入下级预热器4中。通过高温红外相机11对回转窑内温度进行动态监测，并通过对回转窑内各部位燃烧状态观察，结合煤粉挥发分含量不同控制煅烧温度和适当的火焰长度。煤粉的挥发分含量为18％，将煅烧温度控制在920～930℃，原料通过窑内的时间为25min。
(4)将煅烧分解后得到的氧化钙送入竖式冷却器内，自上而下依次经过一级冷却室6、二级冷却室7和三级冷却室8，从各级冷却室底部独立送入冷空气与物料做对向运动冷却物料，出竖式冷却器的活性氧化钙温度小于50℃，得到产品。冷却气体通过热风管道10输送至窑尾进入竖式预热器中用于预热原料。
对比例
本对比例与实施例3步骤相同，不同之处在于，在步骤(3)中，直接用罗茨风机将空气通过普通燃烧器与煤粉一起鼓入窑头进行燃烧。
对实施例1-3和对比例制备的氧化钙进行活性度测试，结果见表1。
表1实施例1-3和对比例制备的氧化钙进行活性度测试结果
组别 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
氧化钙活性度(ml/4N-HCl) 385 396 406 330
从上表1中可以看出，实施例1-3按照本发明采用富氧煅烧工艺方法制备得到的氧化钙活性度远高于普通煅烧工艺方法制备得到的氧化钙活性度。实施例1-2与对比例的结果说明，采用富氧煅烧工艺方法可以在煅烧温度较低的制度下制备出活性度较高的氧化钙；实施例3与对比例的结果说明，采用富氧煅烧工艺方法可以在煅烧温度制度相同时制备出活性度远高于用普煅烧工艺制备的氧化钙。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，其特征在于，有如下步骤：
(1)将原料石灰石进行破碎筛分处理，使之粒度符合10～55mm，输送到截面为圆形的料仓内，料仓设置于竖式预热器上部；
(2)料仓内的原料由下料管均匀输送到竖式预热器内，用高温窑气和竖式冷却器的冷却气体进行预热；
(3)步骤(2)中预热后的物料进入到回转窑中，从窑头通入富氧空气进行富氧煅烧；
(4)步骤(3)煅烧后的产物进入竖式冷却器中用空气进行冷却即得活性氧化钙。
2.根据权利要求1所述的一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)中截面为圆形的料仓由等体积的截面均为120°扇形的3个室组成。
3.根据权利要求1所述的一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，其特征在于，所述步骤(2)中下料管均匀设置在料仓的下部，且数量为3的整数倍。
4.根据权利要求1所述的一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，其特征在于，所述步骤(2)中竖式预热器由上级预热器和下级预热器组成，原料通过下料管均匀输送入上级预热器中，原料由上级预热器向下级预热器运动，预热窑气从下级预热器向上级预热器运动。
5.根据权利要求1所述的一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，其特征在于，所述步骤(3)的富氧空气由膜法富氧产生，氧气体积浓度25～30％，用罗茨风机通过富氧燃烧器与煤粉一起鼓入窑头。
6.根据权利要求1所述的一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，其特征在于，所述步骤(3)的窑内温度控制在850～950℃，原料通过窑内的时间为20～25min，煅烧过程产生的高温气体通过窑尾进入竖式预热器中预热原料。
7.根据权利要求1所述的一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，其特征在于，所述步骤(3)是利用高温红外相机对回转窑内温度和各部位燃烧状态进行动态监控。
8.根据权利要求1所述的一种富氧煅烧制备活性氧化钙的工艺方法，其特征在于，所述步骤(4)中的竖式冷却器由竖向布置的3级冷却室组成，每级冷却室进气独立控制，出竖式冷却器的活性氧化钙温度小于50℃，冷却气体通过管道输送至竖式预热器中用于预热原料。
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