CN110862272B - 一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置与方法及该熟料的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置与方法及该熟料的应用，属于冶金和烟气脱硫技术领域。本发明包括以下过程：将半干法脱硫灰、膨胀珍珠岩和水按照质量比进行配料后依次进行搅拌混合、造粒和干燥处理，得到脱硫灰生料颗粒，然后利用高温空气对干燥后的脱硫灰生料颗粒进行分段加热处理，使脱硫灰生料颗粒依次进行预热、干燥、CaSO3的氧化和Ca(OH)2的脱水活化反应，经充分反应和冷却后即得到主要组成为CaSO4、CaO和SiO2的复合激发剂熟料。采用本发明的技术方案能够使半干法脱硫灰中的CaSO3发生充分氧化，有效提高了氧化脱硫灰的利用效率和附加值，且该处理工艺简单、成本低。
Description
技术领域
本发明属于冶金、煤电烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种利用烧结、煤电等产生的半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置与方法及该熟料的应用。
背景技术
近些年，中国经济得到了快速发展，工业对煤炭的需求量与日俱增。煤燃烧通常会产生大量SO2气体，煤的消耗量越大，产生的SO2就越多，从而造就了日益严重的酸雨污染，对人类赖以生存的生态平衡和经济社会发展造成了极大的危害。基于此，近年来国家加大了对各大燃煤企业SO2排放的治理力度，并对SO2的排放率降低提出了越来越高的要求，使得绝大多数企业的SO2排放得到一定程度控制，但同时又带来了脱硫灰排放量日益增加的新问题。我国钢铁企业排放的SO2中50％-70％来自烧结工序，采用半干法脱硫技术进行烧结烟气脱硫，不仅投资低，且脱硫率较高，但是在半干法脱硫过程中所产生的大量脱硫灰，国内外只有少部分得到利用，绝大部分被抛弃。
半干法脱硫灰粒度细，比表面积约500m2/kg，其主要成份包括CaSO3·1/2H2O 15～30wt％、CaSO4·2H2O 21～50wt％和Ca(OH)2 11～30wt％，含水率约1％左右。脱硫灰处置长久以来一直是一个国际难题，目前钢铁企业多数采用集中堆积的方式处理脱硫灰，这种方式不但占用大量土地，随时间延长处置成本不断增加，还会形成新的污染源。为了使脱硫灰在充分应用的同时实现一定的经济价值，许多专家都在对烧结矿烟气半干法脱硫灰的综合利用进行研究。目前的半干法脱硫灰处理和利用技术主要围绕生产免烧砖、蒸养砖、水泥缓凝剂、胶凝材料、干混砂浆、路基材料、陶瓷、石膏制品、复合墙板用面板、建筑砌块、填筑材料等建筑材料，最终因为脱硫灰中CaSO3含量较高不稳定、实际掺配量小而无法实现大规模的产业化生产。
也有研究利用脱硫灰热分解后制酸(CN200910180052.0)、催化氧化制石膏(CN200910263921.6)、制备纳米碳酸钙(CN201110209483.2)、制备湿法脱硫剂(CN200910194833.5)、生产钾钙硅硫复合肥料(CN200610123966.X)等，但因能耗高、生产成本高、环境潜在不利影响大、产品提纯较为复杂等原因，目前上述工艺仅处于概念设计和实验室研究阶段。为了能够获得稳定的脱硫灰，人们的目光开始转向了将半干法烧结脱硫灰预处理氧化获得含二水硫酸钙的脱硫灰，如申请号为CN201010606155，名称为：半干法烧结烟气脱硫副产物制备石膏的装置及制备方法的申请案采用废硫酸作为氧化反应剂，使其中的亚硫酸钙全部转化为二水硫酸钙；申请号为CN201610077828、名称为：一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥的申请案是通过将脱硫灰加水静置10天硬化后进行煅烧，改性脱硫灰煅烧条件为250-400℃(煅烧30-60min)，使脱硫灰中的亚硫酸钙转化为硫酸钙；申请号为CN201710123453、名称为：一种烧结烟气半干法脱硫灰酸式氧化改性的方法的申请案是采用H2O2作为氧化剂，在其泥浆状态和催化剂作用下将CaSO3氧化成为CaSO4；公开号为CN108118359A、名称为：一种烟气脱硫灰中亚硫酸钙的电化学氧化方法和装置的申请案通过电化学的方法将CaSO3氧化成为CaSO4。但上述方法的氧化成本过高，且其所得产物中含有大量的水需要脱去，还存在脱水成本过高或脱水过程的二次污染问题。
同时目前也有一些关于半干法脱硫灰高温氧化处理的研究，如申请号201410380382.5和201410380659.4的申请案提出了在回转窑中利用高温氧气氧化处理脱硫灰中的亚硫酸钙，虽然获得了能够将亚硫酸钙氧化成硫酸钙的效果，但由于上述氧化过程在高温下易发生可逆反应，导致其煅烧温度相对较低，使得脱硫灰中的CaCO3、Ca(OH)2没有被活化，从而使得所获得的氧化脱硫灰的利用效率和附加值不高；另外若使用高温空气，则无法保证亚硫酸钙被充分氧化成硫酸钙，使得操作成本较高，实际推广的难度较大。又如申请号为201610076883.3的申请案干脆将半干法脱硫灰加热到亚硫酸钙分解成氧化钙与SO2的温度，然后再进行脱硫操作，这将使其脱硫成本增大的同时，带来二次脱硫副产需再次处置的问题。申请号为201910279266.7的申请案公开了一种利用低温废气加速脱硫灰中亚硫酸钙氧化的方法及装置，其将低温废气通过脱硫灰泥浆，利用低温废气中的氧气将其中的亚硫酸钙氧化，该方法同样存在氧化反应效率低和氧化后产物泥浆脱水成本较高的问题。
因此，研究出一种处理成本较低、工艺简单，且利用效率和附加值较高的脱硫灰氧化处理工艺对于半干法脱硫灰的综合应用具有重要的意义。
发明内容
1.要解决的问题
本发明的目的在于克服现有半干法脱硫灰氧化处理方法存在的处理成本较高，处理工艺相对复杂或者脱硫灰的利用效率相对较低的不足，提供了一种利用烧结、煤电等半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置与方法及该熟料的应用。采用本发明的技术方案能够使半干法脱硫灰中的CaSO3发生充分氧化，有效提高了氧化脱硫灰的利用效率和附加值，且该处理工艺简单、成本低，经处理后能够直接获得复合激发剂熟料。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
其一，本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置，包括竖炉，该竖炉包括竖炉本体，竖炉本体的顶部设有进料口，其内部炉膛包括自上而下依次分布的预热段、脱水段、深度氧化段、氢氧化钙活化段和出料段，且氢氧化钙活化段的底部设有空气分散器，该空气分散器与高温空气进气管相连。
更进一步的，所述空气分散器为横截面半径自上而下逐渐增大的圆锥形结构。
更进一步的，所述氢氧化钙活化段和出料段之间还设有炉底料阻段，炉底料阻段加工为横截面半径自上而下逐渐减小的倒圆锥形结构。
更进一步的，所述预热段和脱水段的温度≤300℃，深度氧化段的温度为300～600℃，氢氧化钙活化段的温度为600～800℃。
更进一步的，所述出料段的出料口与冷却机的热熟料入口相连，冷却机的热风出口经热风炉及高温空气进气管与空气分散器相连。
更进一步的，还包括搅拌机、挤出造粒机和烘干机，半干法脱硫灰原料经搅拌机、挤出造粒机和烘干机依次进行搅拌、挤出造粒和烘干处理后由进料口进入竖炉；所述竖炉的顶部设有炉盖和尾气排放口，尾气排放口经管道与烘干机相连，烘干机的废气出口经除尘装置与引风机相连。
其二，本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，包括以下过程：将半干法脱硫灰、膨胀珍珠岩和水按照质量比进行配料后依次进行搅拌混合、造粒和烘干处理，得到脱硫灰生料颗粒，然后利用高温空气对干燥后的脱硫灰生料颗粒进行分段加热处理，使脱硫灰生料颗粒依次进行预热、干燥、CaSO3的氧化和Ca(OH)2的脱水活化反应，经充分反应和冷却后即得到主要组成为CaSO4、CaO和SiO2的复合激发剂熟料。
更进一步的，所述膨胀珍珠岩的添加量占膨胀珍珠岩与半干法脱硫灰总质量的5～10％，水的添加量为半干法脱硫灰添加量的50～60％。
更进一步的，将干燥后的半干法脱硫灰生料颗粒置于程序控温的马弗炉中或将其通入本发明的竖炉中进行分段加热处理，当采用本发明的竖炉进行加热时，半干法脱硫灰生料颗粒由竖炉顶部向下连续卸料喂入，并依靠重力作用形成自上而下缓慢移动的料床，同时由空气分散器向上鼓入高温空气，高温空气沿着半干法脱硫灰生料颗粒堆积形成的通道向上运动，在预热段、脱水段、深度氧化段和氢氧化钙活化段依次进行半干法脱硫灰生料颗粒的预热、脱水，CaSO3的氧化和Ca(OH)2的脱水活化反应，经充分反应后形成的复合激发剂熟料连续由竖炉底部出料段出料。具体的，高温空气在竖炉内向上运动过程中依次完成如下系列物理化学反应过程：1)首先高温空气所携带的热量使氢氧化钙(Ca(OH)2)脱水生成氧化钙(CaO)；2)高温空气再依次向上运动渗透入半干法脱硫灰颗粒中的膨胀珍珠岩的多孔缝隙中，和暴露在膨胀珍珠岩表面的亚硫酸钙(CaSO3)发生氧化反应生成硫酸钙(CaSO4)，和使二水亚硫酸钙(CaSO3·2H2O)脱水、氧化生成硫酸钙(CaSO4)；3)高温空气继续上行再依次完成半干法脱硫灰生料颗粒的干燥脱水和预热过程。经过上述1)至3)的系列物理化学反应过程后，使出竖炉后的煅烧脱硫灰颗粒，再经过过程4)，即常温空气冷却，使得深度氧化的脱硫灰颗粒成为一种同时含有硫酸钙、氧化钙和活性氧化硅的复合激发剂熟料。
其三，采用本发明的方法制备得到的激发剂熟料在过硫酸盐矿渣水泥、粉刷石膏及土壤固化外加剂中的应用。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置，包括竖炉，该竖炉包括竖炉本体，竖炉本体的内部炉膛包括自上而下依次分布的预热段、脱水段、深度氧化段、氢氧化钙活化段和出料段，将半干法脱硫灰生料颗粒由进料口喂入后依靠重力作用自上而下缓慢移动，并依次经过预热段、脱水段、深度氧化段和氢氧化钙活化段，而高温空气由空气分散器通入后由生料颗粒之间的缝隙自下而上进行运动，依靠与生料颗粒之间的传热作用在炉膛内形成温度阶梯分布的气流，从而使炉膛内的生料颗粒自上而下依次进行预热、脱水、亚硫酸钙的氧化反应和氢氧化钙的脱水活化反应，因此能够有效保证半干法脱硫灰的充分氧化，提高了半干法脱硫灰的利用效率和附加值。
(2)本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置，所述空气分散器为横截面半径自上而下逐渐增大的圆锥形结构，所述氢氧化钙活化段和出料段之间还设有炉底料阻段，炉底料阻段加工为横截面半径自上而下逐渐减小的倒圆锥形结构，通过空气分散器将高温空气通入竖炉内，通过对空气分散器的形状进行优化设计以及炉底料阻段的配合，从而可以有效防止高温气体向下运动，进而能够保证进入竖炉内的高温空气向上运动的热工过程。
(3)本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置，通过对预热段、脱水段、深度氧化段和氢氧化钙活化段的温度进行优化控制，从而可以进一步保证烧结半干法脱硫灰中亚硫酸钙氧化以及氢氧化钙脱水活化反应的充分进行，提高氧化脱硫灰的利用效率和附加值。同时，氢氧化钙的活化过程和亚硫酸钙的氧化过程在同一装置和流程中完成，工艺衔接性好，制备所得激发剂熟料具有极强的火山灰反应活性与激发性能。
(4)本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置，利用高温空气作为氧化、传热介质，获得被氧化的对象为干态，解决了现有技术中脱硫灰常温在水中氧化时，氧化效率低和需要对粉体干燥脱水的难题；同时本申请采用热风炉将冷却复合激发剂熟料所形成的高温空气抽入其中，并利用废热烟气对其加热后由空气分散器通入竖炉内，从而有利于节约能源，实现能源的循环利用。
(5)本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，将半干法脱硫灰、膨胀珍珠岩和水进行混合、造粒得到脱硫灰生料颗粒，然后利用高温空气直接对脱硫灰生料颗粒进行分段加热处理，从而可以有效提高脱硫灰中亚硫酸钙的氧化效率，并使其中的氢氧化钙充分脱水活化，制备得到了主要组成为CaSO4、CaO和SiO2的复合激发剂熟料，大大提高了半干法脱硫灰的利用效率和附加值。同时，该方法相对于现有半干法脱硫灰氧化处理工艺操作简单、成本低。
(6)本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，将脱硫灰中亚硫酸钙氧化过程所需要的传热与传质过程巧妙的通过膨胀珍珠岩媒介来完成，高温空气中氧气进入膨胀珍珠岩的蜂窝多孔结构后被高度分散，从而能够最大程度地与亚硫酸钙颗粒接触，使之发生氧化反应，同时高温空气因为膨胀珍珠岩颗粒的绝热作用，其热量可最大程度地被用于亚硫酸钙的氧化反应，使上述反应过程的氧化效率大大提高。
(7)本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，通过对膨胀珍珠岩的添加量进行优化设计，从而既能够有效保证亚硫酸钙的氧化反应效率和硫酸钙的产率，同时还能够有效保证所得脱硫灰生料颗粒的强度，防止产生大量粉末堵塞反应气体通道，进而影响亚硫酸钙的氧化反应效率。
(8)本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，采用本发明的方法对半干法脱硫灰进行氧化处理，从而可直接制备得到含有活性氧化钙、氧化硅、硫酸钙等活性矿物的复合激发剂熟料，该熟料可以直接研磨形成粉刷石膏、过硫酸盐矿渣水泥熟料、其他土壤固化剂(火山灰水泥)的激发剂等产品，使半干法脱硫灰资源化的途径与渠道拓宽，彻底解决了半干法脱硫灰的二次污染源问题。
附图说明
图1为本发明的利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置的结构示意图；
图2为本发明的竖炉的结构示意图；
图3为实施例3所得过硫酸盐矿渣水泥的力学性能；
图4为实施例4所得底层粉刷石膏的性能(括号中为JC/T517-2004所要求底层粉刷石膏的性能)；
图5为实施例6所得土壤固化外加剂固化土的性能(图中水泥为PO42.5水泥，实施例中土壤固化外加剂中的复合激发剂熟料掺量为33.3％，掺入泥土的比例均为18％)。
图中标号说明：
1、竖炉；11、竖炉本体；110、进料口；111、尾气排放口；112、预热段；113、脱水段；114、深度氧化段；115、氢氧化钙活化段；116、空气分散器；117、炉底料阻段；118、出料段；12、炉盖；13、冷却机；131、热熟料入口；132、冷风进口；133、冷熟料出口；134、热风出口；14、排气除尘系统；15、热风炉；151、进气口；152、出气口；2、搅拌机；3、挤出造粒机；4、烘干机。
具体实施方式
本发明的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，包括以下过程：将半干法脱硫灰、膨胀珍珠岩和水按照质量比进行配料后依次进行搅拌混合、造粒和干燥脱水(烘干或风干)处理，得到脱硫灰生料颗粒，然后利用高温空气对干燥后的脱硫灰生料颗粒进行分段加热处理(100～200℃、200℃～300℃、300～600℃、600～800℃)，使脱硫灰生料颗粒依次进行预热、脱水、CaSO3的氧化和Ca(OH)2的脱水活化反应，从而可以有效提高脱硫灰中亚硫酸钙的氧化效率，使其进行充分氧化，并使脱硫灰中的氢氧化钙进行充分脱水活化处理，解决了现有技术中半干法脱硫因氧化效率低所导致的脱硫灰中CaSO3需要二次氧化和常温条件下二次氧化难，以及高温氧化温度过高会导致CaSO3再次分解成为SO2气体的问题。
经充分反应和冷却后即得到主要组成为CaSO4、CaO和SiO2的复合激发剂熟料，本发明所得复合激发剂熟料可直接加入矿渣磨细后，使矿渣成为高性能过硫酸盐矿渣水泥；或熟料单独磨细后成为粉刷石膏原料；或直接成为其他火山灰原料的激发剂(土壤固化外加剂)，使火山灰原料成为高性能的土壤固化剂，从而大大提高了半干法脱硫灰的利用效率和附加值，实现了其综合回收利用。此外，由于本发明使用最为普遍的空气中的氧气作为氧化介质，使CaSO3的氧化成本被大幅度降低，且所得产品不用二次脱水，工艺较为简单。
本发明通过向半干法脱硫灰中添加膨胀珍珠岩制成脱硫灰生料颗粒，一方面将膨胀珍珠岩作为亚硫酸钙氧化过程所需热量及氧气的传热与传质媒介，由于膨胀珍珠岩具有多孔蜂窝结构，使高温空气中氧气进入膨胀珍珠岩后被高度分散，从而极大地增大了高温空气中氧气进入生料与其中的CaSO3发生氧化反应的反应面积，使亚硫酸钙颗粒能够充分发生氧化反应，因此有效提高了氧化效率；同时由于膨胀珍珠岩颗粒的绝热作用，高温空气的热量可最大程度地被用于亚硫酸钙的氧化反应，使上述反应过程的氧化效率得到进一步提高。同时，膨胀珍珠岩的掺入还能够有效提高所得生料颗粒的强度，防止生料颗粒在煅烧过程中粉化或破碎。发明人通过大量实验对膨胀珍珠岩的添加量进行优化，控制膨胀珍珠岩的添加量为膨胀珍珠岩与半干法脱硫灰总质量的5～10％，水的添加量为半干法脱硫灰添加量的50～60％，从而一方面能够有效保证亚硫酸钙的氧化反应效率和硫酸钙的产率，另一方面能够有效保证所得脱硫灰生料颗粒的强度，防止产生大量粉末堵塞反应气体通道，进而影响亚硫酸钙的氧化反应效率。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置(烧结脱硫灰氧化处理装置)，包括竖炉1，如图2所示，该竖炉1包括竖炉本体11，竖炉本体11的顶部设有炉盖12、进料口110和尾气排放口111，其内部炉膛包括自上而下依次分布的预热段112、脱水段113、深度氧化段114、氢氧化钙活化段115和出料段118，且氢氧化钙活化段115的底部设有空气分散器116，该空气分散器116与高温空气进气管相连。
将烧结脱硫灰(烧结过程产生的半干法脱硫灰，以下均称为“烧结脱硫灰”)、膨胀珍珠岩和水按照质量比进行配料后依次进行搅拌混合、造粒和烘干处理，得到脱硫灰生料颗粒，然后将脱硫灰生料颗粒经由进料口110通入竖炉内进行连续喂料，借助于脱硫灰生料颗粒自身的重力在炉膛内形成自上而下缓慢移动的料床(相当于固定床式反应器)。同时，高温空气自竖炉的底部经由高温空气进气管和空气分散器116通入竖炉内，料床中脱硫灰生(熟)料颗粒堆积形成的缝隙提供高温空气运动的通道，高温空气沿着上述通道自下而上进行运动，并与脱硫灰生(熟)料颗粒进行传热与传质过程，实现脱硫灰生(熟)料颗粒的热工煅烧：脱硫灰生料颗粒在料床自上而下的运动过程中，被自下而上的高温空气依次加热，形成温度连续升高的低温料床(≤300℃，预热段112和脱水段113，其中预热段112和脱水段113的温度分别为100～200℃、200℃～300℃)、中温料床(300～600℃，深度氧化段114)和高温料床(600～800℃，氢氧化钙活化段115)，整体料床连续自炉顶向炉底运动，在移动的低温料床中发生预热和脱水作用，在移动的中温料床中发生亚硫酸钙的氧化反应，在移动的高温料床中发生氢氧化钙生成氧化钙的反应。本实施例中出料段118的出料口与冷却机13相连，脱硫灰生料颗粒经充分反应后通过高温料床的底部出料段进入冷却机13，冷却到室温状态即得到主要组成为CaSO4与CaO、SiO2的复合激发剂熟料产品。
通过采用本实施例的竖炉对烧结脱硫灰进行加热氧化处理，从而可以更好地实现烧结脱硫灰的分段反应，便于对各段反应进行有效控制，进而能够保证各段反应的充分进行，尤其是可以保证烧结脱硫灰中亚硫酸钙的充分氧化以及氢氧化钙的充分脱水活化。具体的，本实施例中与各段(预热段112、脱水段113、深度氧化段114和氢氧化钙活化段115)对应的竖炉炉壁均设有温度传感器，通过温度传感器对料床的温度变化进行实时监控，并通过对进入竖炉内高温空气的温度、流速和压力进行协同控制来实现各段温度的精确控制与调节。而通过控制喂料及出料速度还可以对各段反应时间进行控制，其中出料段118的料位向下移动速度，即出料速度可根据情况控制为≥0.008m/min，从而有利于进一步保证各段反应的充分进行，提高了烧结脱硫灰的氧化效率和利用率。
实施例2
本实施例的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的装置，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例的冷却机13采用篦式冷却机，竖炉底部出料通过热熟料入口131输送至篦式冷却机，并通过冷风进口132向篦式冷却机内通入冷风对熟料进行冷却处理，冷却至室温后得到的复合激发剂熟料产品经冷熟料出口133进行出料。所述篦式冷却机的热风出口134与热风炉15的进气口151相连，热风炉15的出气口152经高温空气进气管与空气分散器116相连。篦式冷却机内与热熟料热交换后产生的热风经热风炉15(利用烟气余热进行换热)加热后再次通入竖炉内进行循环利用，一方面利用高温空气作为氧化、传热介质，获得被氧化的对象为干态，解决了现有技术中脱硫灰常温在水中氧化时，氧化效率低和需要对粉体干燥脱水的难题；另一方面还有利于节约能源，实现能源的循环利用。结合图1，本实施例的装置还包括搅拌机2、挤出造粒机3和烘干机4，烧结脱硫灰原料经搅拌机2、挤出造粒机3和烘干机4依次进行搅拌、挤出造粒和烘干处理后由进料口110喂入竖炉1。竖炉顶部的尾气排放口111经管道与烘干机4相连，烘干机4的废气出口经除尘装置与引风机相连。具体的，本实施例竖炉中脱硫灰生料颗粒煅烧的整个热工过程所需高温空气的形成过程为：
1)首先，开始投入生产时利用烟气余热换热的热风炉15通过自补偿加热的方式将冷空气直接加热到高于氢氧化钙热分解的温度，然后通入竖炉底部的圆锥形高温空气分散器，圆锥形高温空气分散器能够将空气分散为若干细流，避免气流向上运动发生短路的现象，由圆锥形高温空气分散器将高温空气通入其上部的生料颗粒堆积间隙中，使其中的氢氧化钙热解为氧化钙，同时被吸热后的高温空气的温度降低到亚硫酸钙的氧化温度，继续向上运动进入到亚硫酸钙发生氧化反应的料堆层，高温空气进入其中，空气中的氧气将亚硫酸钙氧化为硫酸钙，同时被冷却后的高温空气继续向上流动，将竖炉中料堆加热到接近二水亚硫酸钙的氧化温度和脱水(脱去自由水和结晶水)温度，最后透过最上层生料颗粒的料层，进入竖炉炉盖上端的尾气排放口111，经由尾气排放口111进入烘干机4对湿坯料颗粒进行烘干，出烘干机4后的废气再进入排气除尘系统的除尘器进行除尘，除尘后的废气再被吸入引风机，引入烟囱进入大气，该排出废气中仅含有氧气、氮气和水蒸气等，无温室气体成分，此时，复合激发剂熟料依靠高温空气煅烧的热工过程即完成；2)其次，竖炉完成分解反应的热熟料向下移动加入到篦式冷却机后，由热风炉15将篦式冷却机冷却熟料所形成的高温空气抽入其中，并加热到高于氢氧化钙热分解的温度，然后通入竖炉底部的圆锥形高温空气分散器，完成上述步骤1)的高温空气自下而上的参加脱水分解反应、氧化反应、预热、烘干、除尘净化等系列热工过程。
本实施例中空气分散器116为横截面半径自上而下逐渐增大的圆锥形结构，所述氢氧化钙活化段115和出料段118之间还设有炉底料阻段117，炉底料阻段117加工为横截面半径自上而下逐渐减小的倒圆锥形结构。圆锥形高温空气分散器和竖炉炉壁之间所形成的截面自上而下逐渐缩小的通道，使流体阻力增大；同时炉底料阻段117的截面半径自上而下也逐渐减小，且距离相对较长，从而可以形成较大的流体阻力，使得高温气体无法向下运动，进而保证进入竖炉的高温空气向上运动的热工过程。
实施例3
本实施例的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，包括以下步骤：按照质量比分别称取：烧结脱硫灰，95％；膨胀珍珠岩颗粒，5％；和占脱硫灰质量50％的水进行配料。先将脱硫灰和水加入搅拌机中进行混合，搅拌成泥浆，然后在泥浆中加入膨胀珍珠岩进行搅拌，搅拌时间为5分钟，搅拌速度为15转每分钟，拌匀后成为泥料。然后将泥料取出，用挤出造粒机将泥料挤出成为直径为10mm的圆段状生料颗粒，先用烘干机将其烘至有一定强度的坯体(筒压强度0.5MPa)，然后加入实施例2中的竖炉中进行深度氧化反应操作，反应包括：预热、泥料蒸发脱水、二水亚硫酸钙深度氧化、硫酸钙脱水、无水亚硫酸钙氧化、氢氧化钙脱水活化、冷却，然后得到复合激发剂熟料。
将本实施例所得复合激发剂熟料研磨成粒度小于0.06mm的粉体，粉体的比表面积为400m2/kg，即可以作为过硫酸盐矿渣水泥产品的复合激发剂熟料粉体，与矿渣微粉以1：4的比例混合均匀后可获得相当于32.5MPa标号的普通硅酸盐水泥产品的使用性能，产品性能满足《过硫酸盐矿渣水泥》的欧盟标准要求(BS4248Supersulfated cement过硫酸盐水泥)，其具体性能见图3。
实施例4
本实施例的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，包括以下步骤：按照质量比分别称取：电厂半干法脱硫灰，92.5％；膨胀珍珠岩颗粒，7.5％；和占脱硫灰质量55％的水进行配料。先将脱硫灰和水加入搅拌机中进行混合，搅拌成泥浆，然后在泥浆中加入膨胀珍珠岩进行搅拌，搅拌时间4分钟，搅拌速度为20转每分钟，拌匀后成为泥料，然后将泥料取出，用挤出造粒机将泥料挤出成为直径8mm的圆柱型颗粒，先自然晾干至有一定的坯体强度，然后加入实施例2中的竖炉中进行深度氧化反应操作，反应包括：坯体泥料颗粒干燥预热、硫酸钙脱水、亚硫酸钙深度氧化、氢氧化钙脱水活化、冷却，即得到熟料产品。
将本实施例所得熟料研磨成粒度小于0.08mm的粉体，粉体的比表面积为300m2/kg，即可直接作为粉刷石膏产品，且该产品性能满足国家建材行业标准《粉刷石膏》的要求(JC/T517-2004)，具体性能见图4。
实施例5
本实施例的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，包括以下步骤：按照质量比分别称取：电厂半干法脱硫灰，90％；膨胀珍珠岩颗粒，10％；和占脱硫灰质量59％的水进行配料。先将脱硫灰和水加入搅拌机中进行混合，搅拌成泥浆，然后在泥浆中加入膨胀珍珠岩进行搅拌，搅拌时间5分钟，搅拌速度为25转每分钟，拌匀后成为泥料，然后将泥料取出，用挤出造粒机将泥料挤出成为直径6mm的圆柱型颗粒，先烘干至有一定的坯体强度，然后加入实施例2中的竖炉中进行深度氧化反应操作，充分反应后由炉底出料并进行冷却处理即得到复合激发剂熟料产品。
实施例6
本实施例的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，包括以下步骤：按照质量比分别称取：烧结脱硫灰，90％；膨胀珍珠岩颗粒，10％；占脱硫灰质量60％的水进行配料。先将脱硫灰和水加入搅拌机中进行混合，搅拌成泥浆，然后在泥浆中加入膨胀珍珠岩进行搅拌，搅拌时间5分钟，搅拌速度15转每分钟，拌匀后成为泥料，然后将泥料取出，用挤出造粒机将泥料挤出成为直径15mm的圆泥段型颗粒，先用红外炉将其烘至有一定的坯体强度(筒压强度0.5MPa)，然后放入程序控温的马弗炉中，同时进入马弗炉中的空气被持续加热，利用高温空气对生料颗粒进行干燥、预热、脱水、亚硫酸钙氧化、氢氧化钙脱水活化等物理化学反应，充分反应后从马弗炉中取出，在空气中冷却至室温，即获得主要组成为硫酸钙与氧化钙、氧化硅的复合激发剂熟料。
将本实施例所得熟料研磨成粒度小于0.04mm的粉体，粉体的比表面积500m2/kg，作为土壤外加剂产品的复合激发剂，与矿渣微粉、粉煤灰以1:1:1的比例混合均匀后，获得相当于32.5MPa标号的复合硅酸盐水泥产品力学性能的土壤固化剂产品，该产品满足建设部行业标准《土壤固化外加剂》的要求，(CJ/T 486-2015)具体性能见图5。
Claims (9)
1.一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，其特征在于，包括以下过程：将半干法脱硫灰、膨胀珍珠岩和水按照质量比进行配料后依次进行搅拌混合、造粒和干燥脱水处理，得到脱硫灰生料颗粒，然后利用高温空气对干燥后的脱硫灰生料颗粒进行分段加热处理，使脱硫灰生料颗粒依次进行预热、脱水、CaSO3的氧化和Ca(OH)2的脱水活化反应，经充分反应和冷却后即得到主要组成为CaSO4、CaO和SiO2的复合激发剂熟料；所述复合激发剂熟料的制备装置包括竖炉(1)，该竖炉(1)包括竖炉本体(11)，竖炉本体(11)的顶部设有进料口(110)，其内部炉膛包括自上而下依次分布的预热段(112)、脱水段(113)、深度氧化段(114)、氢氧化钙活化段(115)和出料段(118)，且氢氧化钙活化段(115)的底部设有空气分散器(116)，该空气分散器(116)与高温空气进气管相连。
2.根据权利要求1所述的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，其特征在于：所述空气分散器(116)为横截面半径自上而下逐渐增大的圆锥形结构。
3.根据权利要求2所述的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，其特征在于：所述氢氧化钙活化段(115)和出料段(118)之间还设有炉底料阻段(117)，炉底料阻段(117)加工为横截面半径自上而下逐渐减小的倒圆锥形结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，其特征在于：所述预热段(112)和脱水段(113)的温度≤300℃，深度氧化段(114)的温度为300～600℃，氢氧化钙活化段(115)的温度为600～800℃。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，其特征在于：所述出料段(118)的出料口与冷却机(13)的热熟料入口(131)相连，冷却机(13)的热风出口(134)经热风炉(15)及高温空气进气管与空气分散器(116)相连。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，其特征在于：还包括搅拌机(2)、挤出造粒机(3)和烘干机(4)，半干法脱硫灰原料经搅拌机(2)、挤出造粒机(3)和烘干机(4)依次进行搅拌、挤出造粒和烘干处理后由进料口(110)进入竖炉(1)；所述竖炉(1)的顶部设有炉盖(12)和尾气排放口(111)，尾气排放口(111)经管道与烘干机(4)相连，烘干机(4)的废气出口经除尘装置与引风机相连。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，其特征在于：所述膨胀珍珠岩的添加量占膨胀珍珠岩与半干法脱硫灰总质量的5～10％，水的添加量为半干法脱硫灰添加量的50～60％。
8.根据权利要求1或7所述的一种利用半干法脱硫灰制备复合激发剂熟料的方法，其特征在于：将干燥后的脱硫灰生料颗粒通入所述竖炉中进行分段加热处理，具体的，脱硫灰生料颗粒由竖炉顶部向下连续卸料喂入，并依靠重力作用形成自上而下缓慢移动的料床，同时由空气分散器(116)向上鼓入高温空气，高温空气沿着脱硫灰生料颗粒堆积形成的通道向上运动，在预热段(112)、脱水段(113)、深度氧化段(114)和氢氧化钙活化段(115)依次进行脱硫灰生料颗粒的预热、脱水，CaSO3的氧化和Ca(OH)2的脱水活化反应，经充分反应后形成的复合激发剂熟料由竖炉底部出料段(118)连续出料。
9.一种采用权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到的复合激发剂熟料在过硫酸盐矿渣水泥、粉刷石膏及土壤固化外加剂中的应用。
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