CN113060760B - 一种硫酸法钛白粉煅烧系统及其工艺方法 - Google Patents

一种硫酸法钛白粉煅烧系统及其工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及硫酸法钛白生产和膏状固体物料干燥沸腾煅烧的技术领域，具体为一种硫酸法钛白粉煅烧系统及其工艺方法。系统包括旋转闪蒸干燥机、袋滤器、沸腾煅烧炉、高温袋滤器、沸腾冷却器和旋风分离器，且都为立式布设，占地节约、投资费用较低，安装、拆卸容易且烘炉时间较短，不存在因外界条件发生突变时造成设备事故。同时采用闪蒸干燥和沸腾煅烧及沸腾冷却工序先后衔接，相比传统回转煅烧窑技术，所得钛白粉粒径分布均匀，系统热效率提高20%以上，而且有效避免了偏钛酸过烧和夹生现象。

Description

一种硫酸法钛白粉煅烧系统及其工艺方法
技术领域
本发明涉及硫酸法钛白生产和膏状(滤饼)固体物料干燥沸腾煅烧的技术领域，具体为一种硫酸法钛白粉煅烧系统及其工艺方法。
背景技术
目前国内硫酸法钛白煅烧基本清一色都是采用回转窑来煅烧的，将来自板框压滤机的偏钛酸采用螺旋给料器将偏钛酸从窑尾送进回转窑，由于回转窑采用倾斜布置，窑尾高于窑头，所以在窑体整体转动的过程中，偏钛酸物料借助重力一直缓慢向窑头移动，偏钛酸与来自窑头的高温气体逆流接触，在物料向窑头移动的过程中气体温度逐渐升高，偏钛酸逐步完成了脱水、脱硫、晶型转化和粒子成长等一系列物理化学变化，而形成一定晶型的钛白粉初品，钛白粉初品经窑头下料口落入冷却转筒进行冷却，然后送至粉碎工段。
在实际生产过程中，回转窑虽能稳定生产，但自身存在难以克服的缺点如下：
（1）设备庞大，占地较多，以年产10万吨钛白粉为例，就需要两台直径4.2m，长度72m的回转窑。
（2）安装、拆卸、烘窑困难，由于直径大、长度很长，需要分段制造安装，对安装的精度要求极高，内衬砖数量较多，自重巨大，烘窑准备投产的时间太长。
（3）运行过程中对供气系统、供电系统和传动系统要求严格。在运行中回转窑的钢外壳在高温受热时容易变形，无论是计划中的停窑或是计划外因设备或供电、供气系统发生故障突然停窑，熄火后必须继续转动窑体和鼓风机直到冷却，否则受热的窑体将在自身巨大的重力下，发生弯曲变形，酿成重大的设备事故。
（4）物料加热不均匀，膏状偏钛酸在窑体回转时向窑头移动过程中，逐步脱水、脱硫后，块状钛白粉被抛扬的过程中摔成颗粒，但这种方式形成的颗粒，其粗细非常不均匀，结果出现大颗粒烧透时，小颗粒已经烧过头，甚至还有大块物料没有摔碎的现象，实际生产时，部分钛白粉烧结是在所难免的。
（5）回转窑的充填系数只有10%~20%，所以空间利用率和热效率较低。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提供一种硫酸法钛白粉煅烧系统及其工艺方法，采用闪蒸干燥加流化床技术对压滤后的偏钛酸进行干燥、煅烧和冷却。
具体技术方案如下：一种硫酸法钛白粉煅烧系统，包括旋转闪蒸干燥机1、袋滤器2、沸腾煅烧炉4、高温袋滤器5、沸腾冷却器7和旋风分离器8，所述旋转闪蒸干燥机1、袋滤器2、沸腾煅烧炉4、高温袋滤器5、沸腾冷却器7和旋风分离器8均为立式布置，且袋滤器2的上部通过管道接通有引风机3，所述沸腾冷却器7的底部通过管道接通有变频式第一空气鼓风机12；
所述旋转闪蒸干燥机1的中部进口设有第一螺旋进料器，旋转闪蒸干燥机1的下部进口通过变频式高温鼓风机6管道连通着高温袋滤器5的顶部出口，旋转闪蒸干燥机1的顶部出口管道连通着袋滤器2的下部进口，袋滤器2的底部出口管道连通着沸腾煅烧炉4的上部进口，沸腾煅烧炉4的下部出口通过管道Ⅰ连通着高温袋滤器5的下部进口，沸腾煅烧炉4的顶部出口管道连通着管道Ⅰ，高温袋滤器5的底部出口通过第二螺旋进料器连通着沸腾冷却器7的下部进口，沸腾冷却器7的顶部出口管道连通着旋风分离器8的上部进口，旋风分离器8的顶部出口管道连通着管道Ⅰ；
系统工作时，膏状或滤饼偏钛酸经旋转闪蒸干燥机1脱除表面水和化合水并粉碎筛分，得到一定粒径的偏钛酸粉料，经沸腾煅烧炉4完成了脱硫和晶型转变以及粒径成长，得到初品钛白粉，经沸腾冷却器7冷却后经旋风分离器8分离得到合格的常温初品钛白粉；
其中沸腾煅烧炉4底部连通有热风机构，产生向上的高温热风温度为850~950℃，并控制沸腾煅烧炉4内的料位高度。
进一步，所述热风机构包括变频式热风炉9，热风炉9的顶部进口管道接通变频式第二空气鼓风机10，热风炉9的上部进口通过阀门分别连通着天燃气进口和变频式助燃风机11出口。
进一步，所述沸腾煅烧炉4为多层流化床煅烧炉，其塔板和降液管均采用耐高温不锈钢材料，所述沸腾煅烧炉4的内壁设有耐火衬砖层、外壁设有保温层；
所述沸腾煅烧炉4上部为大圆柱筒、下部为小圆柱筒，且大圆柱筒和小圆柱筒之间连接段为过渡的圆台状筒体，大圆柱筒为沸腾煅烧炉4的扩大段，且沸腾煅烧炉4内的料位高度位于扩大段的底部。
进一步，所述袋滤器2的下部进口通过管道接通外界空气，用于冷却旋转闪蒸干燥机1的顶部出口出来的高温酸性气体，使其温度降到150~200℃后进入袋滤器2。
进一步，所述高温袋滤器5的筒体和滤网均为耐高温不锈钢材料，且高温袋滤器5的筒体外壁设保温层。
进一步，所述沸腾冷却器7的底部设有单层分布板，沸腾冷却器7的筒体为耐高温不锈钢材料，且沸腾冷却器7的筒体外壁设有保温层。
上述硫酸法钛白粉煅烧系统的工艺方法，具体包括以下工序：
（1）闪蒸干燥工序
含固量30%～60%的膏状或滤饼偏钛酸通过第一螺旋进料器落入旋转闪蒸干燥机1内，与来自高温鼓风机6450~550℃的高温酸性气体接触烘焙，膏状或滤饼偏钛酸在搅拌破碎作用下逐步变成偏钛酸颗粒，偏钛酸颗粒继续在450~550℃的高温酸性气体烘焙下逐步脱除表面水、化合水和少量SO3，其中化学变化的反应式为：
TiO2·xH2O·ySO3=TiO2+ xH2O↑+ ySO3↑；
合适粒径的偏钛酸颗粒被旋转气流带动向上并穿过旋转闪蒸干燥机1的分级筛板，离开旋转闪蒸干燥机1后与空气掺混，温度降到150~200℃后进入袋滤器2，经袋滤器2分离得到偏钛酸颗粒和高温酸性废气，高温酸性废气经引风机3从袋滤器2顶部排出；
（2）偏钛酸沸腾煅烧工序
偏钛酸颗粒经袋滤器2底部进入沸腾煅烧炉4，其中热风炉9产生的850~950℃高温热风从沸腾煅烧炉4底部进入与偏钛酸颗粒逆流接触，调控第二空气鼓风机10转速使得沸腾煅烧炉4内的料位高度位于扩大段的底部；
沸腾煅烧炉4内偏钛酸颗粒完成了脱硫和晶型转变以及粒径成长的过程，最终得到初品钛白粉，初品钛白粉与来自旋风分离器840~50℃的热空气混合后，温度降为450~550℃进入高温袋滤器5中；
从高温袋滤器5底部分离出的初品钛白粉经第二螺旋进料器进入沸腾冷却器7，同时高温袋滤器顶部450~550℃的高温酸性气体经过高温鼓风机6循环进入闪蒸干燥机1；
（3）初品钛白粉沸腾冷却工序
初品钛白粉进入沸腾冷却器7，调控第一空气鼓风机12转速，使得进入沸腾冷却器7的空气流量将沸腾冷却器7的料位维持指定高度，初品钛白粉在沸腾冷却器7）中停留一定时间后进入旋风分离器8；
经旋风分离器8分离得到45~55℃的常温初品钛白粉和40~50℃的热空气，常温初品钛白粉从旋风分离器8底部分离出进入下一工序，热空气从旋风分离器8顶部出来再并入沸腾煅烧炉4的初品钛白粉出料管道；
其中常温初品钛白粉的晶型含量：99.0~99.5%wt，干粉白度Wg值：95~97，微晶体球形粒径：0.15~0.3um。
本发明的有益技术效果如下：
本发明的硫酸法钛白粉煅烧工艺方法，主要是用系统代替回转窑将含固量30%～50%的膏状或滤饼偏钛酸处理得到常温初品钛白粉，常温初品钛白粉的晶型含量：99.0~99.5%wt，干粉白度Wg值：95~97，微晶体球形粒径：0.15~0.3um；同时还存在以下优点：
（1）在同样的生产能力下，相比传统煅烧中的回转窑，本发明硫酸法钛白粉煅烧系统包括旋转闪蒸干燥机、袋滤器、沸腾煅烧炉、高温袋滤器、沸腾冷却器和旋风分离器，且都为立式布设，占地较少、投资费用较低，其中单台设备整体重量较轻，所以安装、拆卸容易且烘炉时间较短；对于计划中或计划外的停车，都不存在出现重大设备事故，开车、停车相对便捷。
（2）本发明硫酸法钛白粉煅烧系统采用旋转闪蒸干燥机，带有破碎和分级筛分作用，将膏状或滤饼偏钛酸干燥破碎并达到指定粒径范围，因此本发明得到的初品钛白粉的粒径分布相当均匀，不存在烧过头的同时部分钛白粉刚到好处或者未烧熟（夹生）的现象。
（3）本发明的硫酸法钛白粉煅烧工艺方法中，闪蒸干燥工序和偏钛酸沸腾煅烧工序，都采用固体颗粒和高温气体充分接触，使得换热均匀，相比回转冷却窑冷却，热效率提高20%以上；
同时闪蒸干燥工序和偏钛酸沸腾煅烧工序分开，相对于传统的回转窑技术，热风不会夹带较多已完成煅烧的钛白粉吹到未干燥偏钛酸的区域和窑头巨大袋滤器中，避免部分钛白粉回炉反复煅烧，造成过烧或烧结现象，浪费能源又影响钛白粉的品质。
（4）本发明的硫酸法钛白粉煅烧工艺方法，从旋风分离器顶部出来夹带少量初品钛白粉的热空气去高温袋滤器的进口管道汇合，降低高温袋滤器进口气固两相流的温度，有利于高温袋滤器材质选型，提高高温袋滤器寿命，且利用高温袋滤器捕捉从旋风分离器逃逸的少量钛白粉，又充分利用了初品钛白粉固体的余热；同时高温袋滤器顶部450~550℃的高温酸性气体经过高温鼓风机进入闪蒸干燥机循环利用，节约能源。
附图说明
图1为本发明硫酸法钛白粉煅烧系统的结构示意图。
图2为本发明硫酸法钛白粉煅烧工艺方法的流程图。
其中：1旋转闪蒸干燥机、2袋滤器、3引风机、4沸腾煅烧炉、5高温袋滤器、6高温鼓风机、7沸腾冷却器、8旋风分离器、9热风炉、10第二空气鼓风机、11助燃风机、12第一空气鼓风机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
见图1，一种硫酸法钛白粉煅烧系统，包括旋转闪蒸干燥机1、袋滤器2、沸腾煅烧炉4、高温袋滤器5、沸腾冷却器7和旋风分离器8，所述旋转闪蒸干燥机1、袋滤器2、沸腾煅烧炉4、高温袋滤器5、沸腾冷却器7和旋风分离器8均为立式布置，且袋滤器2的上部通过管道接通有引风机3，所述沸腾冷却器7的底部通过管道接通有变频式第一空气鼓风机12；
所述旋转闪蒸干燥机1的中部进口设有第一螺旋进料器，旋转闪蒸干燥机1的下部进口通过变频式高温鼓风机6管道连通着高温袋滤器5的顶部出口，旋转闪蒸干燥机1的顶部出口管道连通着袋滤器2的下部进口，袋滤器2的底部出口管道连通着沸腾煅烧炉4的上部进口，沸腾煅烧炉4的下部出口通过管道Ⅰ连通着高温袋滤器5的下部进口，沸腾煅烧炉4的顶部出口管道连通着管道Ⅰ，高温袋滤器5的底部出口通过第二螺旋进料器连通着沸腾冷却器7的下部进口，沸腾冷却器7的顶部出口管道连通着旋风分离器8的上部进口，旋风分离器8的顶部出口管道连通着管道Ⅰ；
系统工作时，膏状或滤饼偏钛酸经旋转闪蒸干燥机1脱除表面水和化合水并粉碎筛分，得到一定粒径的偏钛酸粉料，经沸腾煅烧炉4完成了脱硫和晶型转变以及粒径成长，得到初品钛白粉，经沸腾冷却器7冷却后经旋风分离器8分离得到合格的常温初品钛白粉；
其中沸腾煅烧炉4底部连通有热风机构，产生向上的高温热风温度为850~950℃，并控制沸腾煅烧炉4内的料位高度。
所述热风机构包括变频式热风炉9，热风炉9的顶部进口管道接通变频式第二空气鼓风机10，热风炉9的上部进口通过阀门分别连通着天燃气进口和变频式助燃风机11出口。
所述沸腾煅烧炉4为多层流化床煅烧炉，其塔板和降液管均采用耐高温不锈钢材料，所述沸腾煅烧炉4的内壁设有耐火衬砖层、外壁设有保温层；
所述沸腾煅烧炉4上部为大圆柱筒、下部为小圆柱筒，且大圆柱筒和小圆柱筒之间连接段为过渡的圆台状筒体，大圆柱筒为沸腾煅烧炉4的扩大段，且沸腾煅烧炉4内的料位高度位于扩大段的底部。
所述袋滤器2的下部进口通过管道接通外界空气，用于冷却旋转闪蒸干燥机1的顶部出口出来的高温酸性气体，使其温度降到150~200℃后进入袋滤器2。
进一步，所述高温袋滤器5的筒体和滤网均为耐高温不锈钢材料，且高温袋滤器5的筒体外壁设保温层。
所述沸腾冷却器7的底部设有单层分布板，沸腾冷却器7的筒体为耐高温不锈钢材料，且沸腾冷却器7的筒体外壁设有保温层。
实施例2
见图2，上述硫酸法钛白粉煅烧系统的工艺方法，具体包括以下工序：
（1）闪蒸干燥工序
含固量30%～60%的膏状或滤饼偏钛酸通过第一螺旋进料器落入旋转闪蒸干燥机1内，与来自高温鼓风机6450~550℃的高温酸性气体接触烘焙，膏状或滤饼偏钛酸在搅拌破碎作用下逐步变成偏钛酸颗粒，偏钛酸颗粒继续在450~550℃的高温酸性气体烘焙下逐步脱除表面水、化合水和少量SO3，其中化学变化的反应式为：
TiO2·xH2O·ySO3=TiO2+ xH2O↑+ ySO3↑；
合适粒径的偏钛酸颗粒被旋转气流带动向上并穿过旋转闪蒸干燥机1的分级筛板，离开旋转闪蒸干燥机1后与空气掺混，温度降到150~200℃后进入袋滤器2，经袋滤器2分离得到偏钛酸颗粒和高温酸性废气，高温酸性废气经引风机3从袋滤器2顶部排出；
（2）偏钛酸沸腾煅烧工序
偏钛酸颗粒经袋滤器2底部进入沸腾煅烧炉4，其中热风炉9产生的850~950℃高温热风从沸腾煅烧炉4底部进入与偏钛酸颗粒逆流接触，调控第二空气鼓风机10转速使得沸腾煅烧炉4内的料位高度位于扩大段的底部；
沸腾煅烧炉4内偏钛酸颗粒完成了脱硫和晶型转变以及粒径成长的过程，最终得到初品钛白粉，初品钛白粉与来自旋风分离器840~50℃的热空气混合后，温度降为450~550℃进入高温袋滤器5中；
从高温袋滤器5底部分离出的初品钛白粉经第二螺旋进料器进入沸腾冷却器7，同时高温袋滤器顶部450~550℃的高温酸性气体经过高温鼓风机6循环进入闪蒸干燥机1；
（3）初品钛白粉沸腾冷却工序
初品钛白粉进入沸腾冷却器7，调控第一空气鼓风机12转速，使得进入沸腾冷却器7的空气流量将沸腾冷却器7的料位维持指定高度，初品钛白粉在沸腾冷却器7中停留一定时间后进入旋风分离器8；
经旋风分离器8分离得到45~55℃的常温初品钛白粉和40~50℃的热空气，常温初品钛白粉从旋风分离器8底部分离出进入下一工序，热空气从旋风分离器8顶部出来再并入沸腾煅烧炉4的初品钛白粉出料管道；
其中，常温初品钛白粉的技术指标如下(以金红石为例)：
TiO2中金红石晶型含量：99.0~99.5%wt
干粉白度Wg值为95~97。
微晶体球形粒径：0.15~0.3um。
如果生产锐钛型初品钛白的话，可以降低热风炉出口热风温度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用硫酸法钛白粉煅烧系统的工艺方法，其特征在于：所述硫酸法钛白粉煅烧系统包括旋转闪蒸干燥机（1）、袋滤器（2）、沸腾煅烧炉（4）、高温袋滤器（5）、沸腾冷却器（7）和旋风分离器（8），所述旋转闪蒸干燥机（1）、袋滤器（2）、沸腾煅烧炉（4）、高温袋滤器（5）、沸腾冷却器（7）和旋风分离器（8）均为立式布置，且袋滤器（2）的上部通过管道接通有引风机（3），所述沸腾冷却器（7）的底部通过管道接通有变频式第一空气鼓风机（12）；
所述旋转闪蒸干燥机（1）的中部进口设有第一螺旋进料器，旋转闪蒸干燥机（1）的下部进口通过变频式高温鼓风机（6）管道连通着高温袋滤器（5）的顶部出口，旋转闪蒸干燥机（1）的顶部出口管道连通着袋滤器（2）的下部进口，袋滤器（2）的底部出口管道连通着沸腾煅烧炉（4）的上部进口，沸腾煅烧炉（4）的下部出口通过管道Ⅰ连通着高温袋滤器（5）的下部进口，沸腾煅烧炉（4）的顶部出口管道连通着管道Ⅰ，高温袋滤器（5）的底部出口通过第二螺旋进料器连通着沸腾冷却器（7）的下部进口，沸腾冷却器（7）的顶部出口管道连通着旋风分离器（8）的上部进口，旋风分离器（8）的顶部出口管道连通着管道Ⅰ；
系统工作时，膏状或滤饼偏钛酸经旋转闪蒸干燥机（1）脱除表面水和化合水并粉碎筛分，得到一定粒径的偏钛酸粉料，经沸腾煅烧炉（4）完成了脱硫和晶型转变以及粒径成长，得到初品钛白粉，经沸腾冷却器（7）冷却后经旋风分离器（8）分离得到合格的常温初品钛白粉；其中沸腾煅烧炉（4）底部连通有热风机构，产生向上的高温热风温度为850~950℃，并控制沸腾煅烧炉（4）内的料位高度；
所述热风机构包括变频式热风炉（9），热风炉（9）的顶部进口管道接通变频式第二空气鼓风机（10），热风炉（9）的上部进口通过阀门分别连通着天燃气进口和变频式助燃风机（11）出口；
所述沸腾煅烧炉（4）为多层流化床煅烧炉，其塔板和降液管均采用耐高温不锈钢材料，所述沸腾煅烧炉（4）的内壁设有耐火衬砖层、外壁设有保温层；
所述沸腾煅烧炉（4）上部为大圆柱筒、下部为小圆柱筒，且大圆柱筒和小圆柱筒之间连接段为过渡的圆台状筒体，大圆柱筒为沸腾煅烧炉（4）的扩大段，且沸腾煅烧炉（4）内的料位高度位于扩大段的底部；
所述工艺方法，具体包括以下工序：
1）闪蒸干燥工序
含固量30%～60%的膏状或滤饼偏钛酸通过第一螺旋进料器落入旋转闪蒸干燥机（1）内，与来自高温鼓风机（6）450~550℃的高温酸性气体接触烘焙，膏状或滤饼偏钛酸在搅拌破碎作用下逐步变成偏钛酸颗粒，偏钛酸颗粒继续在450~550℃的高温酸性气体烘焙下逐步脱除表面水、化合水和少量SO3，其中化学变化的反应式为：
TiO2·xH2O·ySO3=TiO2+ xH2O↑+ ySO3↑；
合适粒径的偏钛酸颗粒被旋转气流带动向上并穿过旋转闪蒸干燥机（1）的分级筛板，离开旋转闪蒸干燥机（1）后与空气掺混，温度降到150~200℃后进入袋滤器（2），经袋滤器（2）分离得到偏钛酸颗粒和高温酸性废气，高温酸性废气经引风机（3）从袋滤器（2）顶部排出；
2）偏钛酸沸腾煅烧工序
偏钛酸颗粒经袋滤器（2）底部进入沸腾煅烧炉（4），其中热风炉（9）产生的850~950℃高温热风从沸腾煅烧炉（4）底部进入与偏钛酸颗粒逆流接触，调控第二空气鼓风机（10）转速使得沸腾煅烧炉（4）内的料位高度位于扩大段的底部；
沸腾煅烧炉（4）内偏钛酸颗粒完成了脱硫和晶型转变以及粒径成长的过程，最终得到初品钛白粉，初品钛白粉与来自旋风分离器（8）40~50℃的热空气混合后，温度降为450~550℃进入高温袋滤器（5）中；
从高温袋滤器（5）底部分离出的初品钛白粉经第二螺旋进料器进入沸腾冷却器（7），同时高温袋滤器顶部450~550℃的高温酸性气体经过高温鼓风机（6）循环进入旋转闪蒸干燥机（1）；
3）初品钛白粉沸腾冷却工序
初品钛白粉进入沸腾冷却器（7），调控第一空气鼓风机（12）转速，使得进入沸腾冷却器（7）的空气流量将沸腾冷却器（7）的料位维持指定高度，初品钛白粉在沸腾冷却器（7）中停留一定时间后进入旋风分离器（8）；
经旋风分离器（8）分离得到45~55℃的常温初品钛白粉和40~50℃的热空气，常温初品钛白粉从旋风分离器（8）底部分离出进入下一工序，热空气从旋风分离器（8）顶部出来再并入沸腾煅烧炉（4）的初品钛白粉出料管道；
其中，常温初品钛白粉的晶型含量：99.0~99.5wt%，干粉白度Wg值：95~97，微晶体球形粒径：0.15~0.3μm。
2.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于：所述袋滤器（2）的下部进口通过管道接通外界空气，用于冷却旋转闪蒸干燥机（1）的顶部出口出来的高温酸性气体，使其温度降到150~200℃后进入袋滤器（2）。
3.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于：所述高温袋滤器（5）的筒体和滤网均为耐高温不锈钢材料，且高温袋滤器（5）的筒体外壁设保温层。
4.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于：所述沸腾冷却器（7）的底部设有单层分布板，沸腾冷却器（7）的筒体为耐高温不锈钢材料，且沸腾冷却器（7）的筒体外壁设有保温层。
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