CN113522180B - 用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生产二氧化硫的系统 - Google Patents

用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生产二氧化硫的系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生产二氧化硫的系统。该系统包括预热用流化床燃烧炉和多级多气氛流化床主反应炉。其中，预热用流化床燃烧炉由上至下依次包括物料储仓、物料分布器、烟气‑物料热交换室、第一密相区和第一布风装置；多级多气氛流化床主反应炉由上至下依次包括主反应炉炉膛和第二密相区，所述第二密相区通过隔墙划分为高速‑强还原区、低速‑还原区和低速‑氧化区。该系统将含硫酸钙物料的预热与还原反应分两步进行，均采用高浓度氧助燃，反应产生的烟气中二氧化硫浓度高，非常利于后续二氧化硫制硫酸工艺，且具有投资成本低、超低排放、节能效果好等优点。

Description

用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生 产二氧化硫的系统
技术领域
本发明涉及废弃物资源化领域，具体而言，本发明涉及用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生产二氧化硫的系统。
背景技术
众多工业生产的固体废弃物中含有相当多的CaSO4，诸如燃煤脱硫副产石膏、流化床燃煤锅炉脱硫煤灰、磷石膏、氟石膏等，除成分较单纯的燃煤脱硫副产石膏得到一定利用外，其他都难以高值利用。早在上世纪70年代，清华大学张绪祎就用碳还原流化床燃煤脱硫煤灰获得SO2含量达8％的气体，后鲁北化工利用回转窑分解CaSO4生产硫酸和水泥，随之在山东、四川、贵州、辽宁等地建成7套磷石膏制硫酸40kt/a联产水泥60kt/a的装置，证实该工艺在技术上可行，但实际运行表明，该工艺存在CaSO4分解不完全，能耗高的缺陷，所产水泥的早期强度低，达不到425强度等级要求，大部分已停产。这种缺陷是回转窑功能缺陷所致，难以同时满足CaSO4分解和水泥烧成这两个工艺过程的参数要求。
SO2制硫酸的关键参数是SO2浓度，浓度越高效果越好。造成传统的还原CaSO4制取SO2工艺气体浓度不高的主要因素有：固体和气体升温用热以及使用空气作助燃剂，流化床燃煤锅炉脱硫煤灰和联产水泥中非CaSO4组分远大于CaSO4含量，升温至1050℃的用热大于分解热；用空气作助燃剂，完成分解后的烟气带走大约50％的热量，热量回收效果不佳，系统复杂，投资增加。还原CaSO4制SO2的另一个障碍是烟气中会含有H2S和S单质，固体颗粒中会含有CaS，不便于利用。
综上所述，现有的还原CaSO4生产SO2的工艺仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生产二氧化硫的系统。该系统将含硫酸钙物料的预热与还原反应分两步进行，并采用高浓度氧助燃，反应产生烟气中二氧化硫浓度高，非常利于后续二氧化硫制硫酸工艺，且具有投资成本低、节能效果好等优点。
在本发明的一个方面，本发明提出了还原硫酸钙生产二氧化硫的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：预热用流化床燃烧炉和多级多气氛流化床主反应炉；
所述预热用流化床燃烧炉由上至下依次包括物料储仓、物料分布器、烟气-物料热交换室、第一密相区和第一布风装置，所述预热用流化床燃烧炉的侧部设有第一烟气出口、第一密相区表面的侧部分别设有燃料入口和预热产物出口，所述第一布风装置下方具有第一高浓度氧入口；
所述多级多气氛流化床主反应炉由上至下依次包括主反应炉炉膛和第二密相区，所述第二密相区通过隔墙划分为高速-强还原区、低速-还原区和低速-氧化区；所述高速-强还原区、低速-还原区和低速-氧化区的下方均设置有一个各自的第二布风装置，且各个所述第二布风装置下方具有各自的第二高浓度氧入口；所述多级多气氛化床主反应炉炉膛顶部的侧部设有第二烟气出口、高速-强还原区的侧部设有预热产物入口和还原剂入口，所述预热产物入口与所述预热用流化床燃烧炉之预热产物出口相连；低速-还原区的侧部设有来自高速-强还原区的颗粒溢流入口，低速-氧化区设有来自低速-还原区的颗粒溢流入口、回流颗粒入口和完成反应后的颗粒出口。
根据本发明上述实施例的还原硫酸钙生产二氧化硫的系统中，含硫酸钙物料预先输送至预热用流化床燃烧炉顶部的物料储仓中，经物料分布器落入烟气-物料热交换室；在烟气-物料热交换室中，下落的物料与高浓度氧与燃料燃烧产生的上升的高温烟气逆流热交换，落入第一密相区的物料被初步预热，高温烟气换热后从第一烟气出口排出。进一步地，经预热的物料与还原剂进入多级多气氛流化床主反应炉中第二密相区的高速-强还原区，然后通过隔墙依次溢流进入低速-还原区和低速-氧化区。第二密相区中三个区域的高浓度氧供入量可独立调节，以维持三个区域的气氛分别为强还原性气氛、还原性气氛、氧化性气氛。在高速-强还原区，含硫酸钙物料被还原为二氧化硫SO2，并生成氧化钙CaO和二氧化碳CO2，同时由于CO浓度高，还存在造成过度还原，会产生少量硫化钙CaS和硫化氢H2S。进而，物料颗粒溢流到低速-还原区，其中的硫酸钙得到完全的还原，全部转化为氧化钙、二氧化硫和二氧化碳。后续溢流到低速-氧化区的颗粒中残炭已经很少，通过调整高浓度氧供入量，可将该区域调整为氧化性气氛，将物料中过度还原的硫化钙氧化，转化为氧化钙和二氧化硫。由此，多级多气氛流化床主反应炉中排出的烟气中二氧化硫含量可达30％以上，非常利于后续二氧化硫制硫酸工艺；排出的颗粒物料中含20％～80％的CaO，可用作流化床燃烧锅炉的脱硫剂、建材原料等用途。
另外，根据本发明上述实施例的还原硫酸钙生产二氧化硫的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述系统进一步包括：第一布袋除尘器、第一引风机和烟囱；所述第一布袋除尘器具有第一烟气入口、第一除尘颗粒出口和第一洁净烟气出口，所述第一烟气入口与所述第一烟气出口相连，所述第一除尘颗粒出口与所述预热产物入口相连；所述烟囱通过所述第一引风机与所述第一洁净烟气出口相连。由此，第一布袋除尘器可对预热用流化床燃烧炉中产生的烟气进行气固分离，获得的第一颗粒固体可以与预热后的含硫酸钙物料合并供入多级多气氛流化床主反应炉进行后续处理。
在本发明的一些实施例中，连通所述引风机和所述烟囱的管路上设有截止阀，所述系统进一步包括：二氧化碳压缩收集装置，所述二氧化碳压缩收集装置的入口端设有入口阀、出口端设有出口阀，所述入口阀设在所述截止阀上游的所述管路上，所述出口阀设在所述截止阀下游的所述管路上。由于预热用流化床燃烧炉中以高浓度氧为助燃剂，产生的烟气中含有较高含量的二氧化碳。通过设置二氧化碳压缩收集装置，可以有效地将烟气中的二氧化碳收集。同时，通过控制入口阀、出口阀、截止阀的开闭，可控制烟气进入二氧化碳收集或是直接从烟囱排出。
在本发明的一些实施例中，所述系统进一步包括：高温补燃旋风分离器、冷却单元、第二布袋除尘器、第二引风机、二氧化硫压缩储存装置；所述高温补燃旋风分离器具有第二烟气入口、分离颗粒固体出口和分离烟气出口，所述第二烟气入口与所述第二烟气出口相连，所述分离颗粒固体出口与所述回流颗粒入口相连；所述第二布袋除尘器具有分离烟气入口、第二除尘颗粒出口和第二洁净烟气出口，所述分离烟气入口与所述分离烟气出口通过所述冷却单元相连，所述第二除尘颗粒出口与所述回流颗粒入口相连；所述二氧化硫压缩储存装置通过所述第二引风机与所述第二洁净烟气出口相连。由此，多级多气氛流化床主反应炉中反应生成的烟气首先经高温补燃旋风分离器气固分离，分离得到的颗粒固体由回流颗粒入口返回多级多气氛流化床主反应炉内的低速-氧化区，分离得到的烟气经冷却后(冷却单元可采用一冷却受热面)进入第二布袋除尘器进一步分离，分离得到的颗粒固体由回流颗粒入口返回多级多气氛流化床主反应炉内的低速-氧化区，分离得到的烟气经二氧化硫压缩储存装置压缩为液体备用。
在本发明的一些实施例中，所述旋风分离器还具有高浓度氧入口，所述旋风分离器的出口过量空气系数为1.05～1.1。由此，可以燃尽烟气中的CO、H2S和单质硫，将烟气中的还原性气体全部氧化掉，成为氧化性气氛，进一步提高烟气中二氧化硫的含量。
在本发明的一些实施例中，所述烟气-物料热交换室垂直于水平面设置。
在本发明的一些实施例中，所述系统适用的含硫酸钙物料的平均粒径为0.2～1.5mm。通过控制含硫酸钙物料的粒度在上述范围，可以达到最佳的还原率；如果含硫酸钙物料的粒度过小，则可能使烟气中夹带物料过多；如果含硫酸钙物料的粒度过大，则可能还原不充分。
在本发明的一些实施例中，所述系统适用的高浓度氧中氧气的体积浓度不低于80％。
在本发明的一些实施例中，所述系统适用的还原剂为高碳还原剂，其中干燥无灰基挥发分低于5％，例如可以采用焦末、兰炭、石油焦等。
在本发明的一些实施例中，所述预热用流化床燃烧炉的出口过量空气系数为1.1～1.3。由此，可以保证物料中的硫酸钙在预热过程中不被分解。
在本发明的一些实施例中，所述第一密相区的温度为800～950℃。通过控制第一密相区的温度在上述范围，可以获得良好的脱硫效率。
在本发明的一些实施例中，所述烟气-物料热交换室中烟气的上升速度为0.2～0.5标米/秒。通过控制烟气-物料热交换室中烟气的上升速度在上述范围，可以保证良好的换热效果。
在本发明的一些实施例中，离开所述第二密相区的烟气中一氧化碳的含量分别为：高速-强还原区3～6v％，低速-还原区0～1v％，低速-氧化区0～0.1v％，且离开低速-还原区的烟气中氧气的含量为0.5～2％。
在本发明的一些实施例中，所述第二密相区的空塔气速分别为：高速-强还原区0.4～0.8m/s，低速-还原区0.1～0.2m/s，低速-氧化区0.1～0.2m/s。
在本发明的一些实施例中，所述第二密相区的温度为950～1050℃。
在本发明的一些实施例中，每个所述物料分布器控制所述预热用流化床燃烧炉炉膛的面积为0.3～1m2。由此，可以进一步提高含硫酸钙物料与高温烟气的换热效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的还原硫酸钙生产二氧化硫的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
根据本发明的实施例，参考图1，本发明的还原硫酸钙生产二氧化硫的系统包括：预热用流化床燃烧炉1000和多级多气氛流化床主反应炉2000；预热用流化床燃烧炉1000由上至下依次包括物料储仓101、物料分布器102、烟气-物料热交换室103、第一密相区104和第一布风装置105，预热用流化床燃烧炉1000的侧部设有第一烟气出口106、燃料入口107和预热产物出口108，第一布风装置105下方具有第一高浓度氧入口109；多级多气氛流化床主反应炉2000由上至下依次包括主反应炉炉膛21和第二密相区22，第二密相区22通过隔墙划分为高速-强还原区221、低速-还原区222和低速-氧化区223；高速-强还原区221、低速-还原区222和低速-氧化区223的下方均设置有一个第二布风装置，且各个第二布风装置下方具有一个第二高浓度氧入口(附图中未示出)；多级多气氛流化床主反应炉2000的侧部设有第二烟气出口201、预热产物入口202、还原剂入口203和回流颗粒入口204，预热产物入口202与预热产物出口108相连。
进一步地，平均粒径为0.2～1.5mm的含硫酸钙物料111储存在高浓度氧为助燃剂的预热用流化床燃烧炉顶部的物料储仓101中，通过燃料入口107向炉内送入燃煤，通过第一高浓度氧入口109及第一布风装置105向炉内送入高浓度氧。在第一密相区104内，燃煤与氧气混合发生剧烈燃烧，释放出热量加热含硫酸钙物料，可将含硫酸钙物料颗粒加热至800℃～950℃。高温烟气112向上进入烟气-物料热交换室103，物料储仓101中的含硫酸钙物料颗粒经物料分布器102均匀分散后落入烟气-物料热交换室103，高温烟气112与垂直下落的含硫酸钙物料颗粒逆流接触换热，在预热含硫酸钙颗粒的同时，自身得到冷却，第一烟气出口的烟气113温度降至150℃以下。烟气113中携带有飞灰和残炭等细颗粒固体物，通过布袋除尘器117收集除尘后，成为洁净烟气114，经过引风机118后送入烟囱123，通过烟囱123出口排入大气。由于采用高浓度氧作为助燃剂，洁净烟气114中的二氧化碳浓度很高，可以收集加以利用。系统中配套有二氧化碳压缩收集装置119、截止阀120、二氧化碳压缩收集装置入口阀121和二氧化碳压缩收集装置出口阀122。当收集二氧化碳时，关闭截止阀120，打开入口阀121和出口阀122，运行二氧化碳压缩收集装置119，压缩得到的液态二氧化碳124可以装瓶外运，其他未液化的气体通过出口阀122排入烟囱123。当不收集二氧化碳时，打开截止阀120，关闭入口阀121和出口阀122，所有气体排入烟囱123。
含硫酸钙物料颗粒在第一密相区104内被加热到800℃～950℃，成为高温含硫酸钙物料，与经布袋除尘器117收集的细颗粒固体物料115合并在一起，成为待还原物料，送入多级多气氛流化床主反应炉2000的高速-强还原区221。
进一步地，多级多气氛流化床主反应炉2000底部的第二密相区22被中间隔墙分为三个区域，即高速-强还原区221、低速-还原区222和低速-氧化区223。在运行工况下，由于流化床的特点，密相区颗粒具有良好的流动性，高速-强还原区221内的物料可以越过隔墙依次溢流进入低速-还原区222和低速-氧化区223。从预热炉送来的待还原物料已经具有800℃～950℃温度，节约了高碳还原剂的使用量，从而提高了烟气中二氧化硫的浓度。
进一步地，主反应炉工艺流程为，待还原的高温物料送入主反应炉的高速-强还原区221，高碳还原剂也送入主反应炉的高速-强还原区221，送入流化床主反应器的高浓度氧分为3个支路，编号为205、206和207，每个支路可以独立调节流量，分别对应送入多级多气氛流化床主反应炉的三个密相区221、222和223，通过阀门(附图中未示出)调节每个支路的供氧流量，以获得每个密相区内不同级别的还原或氧化气氛。高温含硫酸钙物料和高碳还原剂先在主反应炉的高速-强还原区221内发生反应，该区域供入的氧气量被配置为仅够将高碳还原剂氧化为一氧化碳CO，因此有足够浓度的一氧化碳CO，为强还原区，在此区域内，CO将硫酸钙CaSO4还原为二氧化硫SO2，并生成氧化钙CaO和二氧化碳CO2。由于CO浓度足够高，还会造成过度还原，产生硫化氢H2S和硫化钙CaS。高速-强还原区221内的固体颗粒会溢流到低速-还原区222内，由于溢流的颗粒中有一定量的残炭颗粒，供入对应的氧气量，仍维持222区域为还原性气氛，并控制气体流速很低，以获得足够长的停留时间，在低速-还原区222内，硫酸钙得到完全的还原，全部转化为氧化钙、二氧化硫和二氧化碳。进而低速-还原区222内的固体颗粒会溢流到低速-氧化区223内，溢流到223内的颗粒中所含的残炭颗粒已经很少，供入相对充足的氧气量，将223区域调整为氧化性气氛，并控制气体流速很低，以获得足够长的停留时间，在低速-氧化区223内，过度还原产生的硫化钙得到氧化，转化为氧化钙和二氧化硫。
高速-强还原区221、低速-还原区222和低速-氧化区223内发生化学反应产生的烟气，垂直上升进入到炉膛21内，成为混合烟气，烟气的主要成分有二氧化硫SO2和二氧化碳CO2，还有过度还原产生的H2S，以及反应剩余的一氧化碳CO、少量氮气N2等。主反应炉出口的烟气208为上述气体成分的高温混合烟气，为弱还原性气氛，补入高浓度氧气209后，将还原性气体全部氧化掉，成为氧化性气氛，送入高温补燃旋风分离器225。在高温旋风分离器225内进行气固分离，固体颗粒物料210送到主反应炉的低速-氧化区223。含有细颗粒物的高温烟气211送到冷却受热面226，在冷却受热面226内进行热交换，热量得到回收，含有细颗粒物的高温烟气211降温成为含有细颗粒物的低温烟气212，送到布袋除尘器227。在布袋除尘器227内，含有细颗粒物的低温烟气212内的颗粒被布袋捕集，成为细颗粒物料213，也送到主反应炉的低速-氧化区223，烟气成为不含尘烟气214。经过引风机228后，送入二氧化硫压缩储存装置229，对烟气进行压缩处理，该烟气中二氧化碳含量占60％左右，二氧化硫含量占35％左右，易于压缩液化，成为物料215，可以作为生产硫酸的原料进入后续工艺。从低速-氧化区223排出的颗粒物料为216，其中含有20％～80％的CaO，可用作流化床燃烧锅炉的脱硫剂或制建材原料等用途。
上述工艺中涉及的化学反应包括：
(1)高碳还原剂在氧不足条件下生成一氧化碳：2C+O2＝2CO↑
(2)一氧化碳还原硫酸钙生成二氧化硫：CO+CaSO4＝CaO+SO2↑+CO2↑
(3)过度还原生成硫化钙：4CO+CaSO4＝CaS+4CO2↑
(4)有水时生成硫化氢：H2O+CaS＝CaO+H2S↑
(5)氧化条件下消除硫化钙：2CaS+3O2＝2CaO+2SO2↑
(6)烟气中产生单质硫：SO2+2H2S＝3S+2H2O
(7)补入氧气消除一氧化碳：2CO+O2＝2CO2↑
(8)补入氧气消除硫化氢：2H2S+3O2＝2SO2↑+2H2O
(9)补入氧气消除单质硫：S+O2＝SO2↑
如上所述，根据本发明实施例的用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生产二氧化硫的系统还可具有下列的优点：
1、本发明实施例的用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生产二氧化硫的系统采用高浓度氧气为助燃剂，助燃剂中带入的氮气量很少，反应后的烟气中二氧化硫浓度比以空气为助燃剂要高许多，达到3倍以上，非常利于后续的二氧化硫制硫酸工艺。
2、本发明实施例的用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生产二氧化硫的系统将含硫酸钙物料的预热与还原反应分为两步处理，预热工艺产生的烟气单独处理，不与还原工艺产生的二氧化硫烟气混合，这样有利于提高二氧化硫烟气中二氧化硫的浓度。
3、本发明采用的预热用流化床燃烧炉，由于助燃剂为高浓度氧，烟气中氮气含量很少，排烟热损失很低，能源利用效率高；而且由于助燃剂为高浓度氧，烟气中二氧化碳浓度高，具有非常好的回收利用价值，为压缩回收二氧化碳创造了条件。
4、多级多气氛流化床主反应炉的密相区，将反应气氛控制为强还原、还原和氧化三个等级，既有利于提高硫酸钙的利用率，又避免了过度还原造成的硫化钙副产物的生成，副产品氧化钙纯度高、杂质少、质量好。
5、本发明实施例的用高浓度氧与碳在多级多气氛流化床反应炉中还原硫酸钙生产二氧化硫的系统，预热炉和主反应炉均采用高浓度氧气为助燃剂，烟气量只有常规以空气为助燃剂的烟气量的约20％，设备体积会相应减小，投资费用大幅降低。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种还原硫酸钙生产二氧化硫的方法，其特征在于，所述还原硫酸钙生产二氧化硫的方法采用还原硫酸钙生产二氧化硫的系统进行，所述还原硫酸钙生产二氧化硫的系统包括：以氧为助燃剂的预热用流化床燃烧炉和多级多气氛流化床主反应炉；
所述预热用流化床燃烧炉由上至下依次包括物料储仓、物料分布器、烟气-物料热交换室、第一密相区和第一布风装置，所述预热用流化床燃烧炉室顶部的侧部设有第一烟气出口、第一密相区表面的侧部分别设有燃料入口和预热产物出口，所述第一布风装置下方具有第一高浓度氧入口；
所述多级多气氛流化床主反应炉由上至下依次包括主反应炉炉膛和第二密相区，所述第二密相区通过隔墙划分为高速-强还原区、低速-还原区和低速-氧化区；所述高速-强还原区、低速-还原区和低速-氧化区的下方均设置有一个各自的第二布风装置，且各个所述第二布风装置下方具有各自的第二高浓度氧入口；所述多级多气氛流化床主反应炉炉膛顶部的侧部设有第二烟气出口、高速-强还原区的侧部设有预热产物入口和还原剂入口，所述预热产物入口与所述预热用流化床燃烧炉之预热产物出口相连；低速-还原区的侧部设有来自高速-强还原区的颗粒溢流入口，低速-氧化区设有来自低速-还原区的颗粒溢流入口、回流颗粒入口和完成反应后的颗粒出口，
其中，所述系统之预热炉进一步包括：第一布袋除尘器、第一引风机和烟囱；所述第一布袋除尘器具有第一烟气入口、第一除尘颗粒出口和第一洁净烟气出口，所述第一烟气入口与所述第一烟气出口相连，所述第一除尘颗粒出口通过回料管与所述多级多气氛流化床主反应炉之预热产物入口相连；所述烟囱通过所述第一引风机与所述第一洁净烟气出口相连；
连通所述引风机和所述烟囱的管路上设有截止阀，所述系统进一步包括：二氧化碳压缩收集装置，所述二氧化碳压缩收集装置的入口端设有入口阀、出口端设有出口阀，所述入口阀设在所述截止阀上游的所述管路上，所述出口阀设在所述截止阀下游的所述管路上，
所述系统之多级多气氛流化床主反应炉进一步包括：高温补燃旋风分离器、冷却单元、第二布袋除尘器、第二引风机、二氧化硫压缩储存装置；所述高温补燃旋风分离器具有第二烟气入口、分离颗粒固体出口和分离烟气出口，所述第二烟气入口与所述第二烟气出口相连，所述分离颗粒固体出口与所述回流颗粒入口相连；所述第二布袋除尘器具有分离烟气入口、第二除尘颗粒出口和第二洁净烟气出口，所述分离烟气入口与所述分离烟气出口通过所述冷却单元相连，所述第二除尘颗粒出口与所述回流颗粒入口相连；所述二氧化硫压缩储存装置通过所述第二引风机与所述第二洁净烟气出口相连，所述高温补燃旋风分离器还具有高浓度氧入口，
含硫酸钙物料储存在所述预热用流化床燃烧炉上的物料储仓中，通过所述燃料入口向炉内送入燃煤，通过所述第一高浓度氧入口及第一布风装置向炉内送入高浓度氧，在所述第一密相区内，燃煤与氧气混合发生剧烈燃烧，释放出热量加热所述含硫酸钙物料，将所述含硫酸钙物料颗粒加热至800°C~950°C，燃烧产生的高温烟气向上进入所述烟气-物料热交换室，所述物料储仓中的含硫酸钙物料颗粒经所述物料分布器均匀分散后落入所述烟气-物料热交换室，所述高温烟气与垂直下落的所述含硫酸钙物料颗粒逆流接触换热，在预热含硫酸钙颗粒的同时，自身得到冷却，所述第一烟气出口的烟气温度降至150°C以下，所述烟气中携带有飞灰和残炭细颗粒固体物，通过所述第一布袋除尘器收集除尘后，成为洁净烟气，经过所述第一引风机后送入所述烟囱，通过所述烟囱的出口排入大气，由于采用高浓度氧作为助燃剂，所述洁净烟气中的二氧化碳浓度很高，当收集二氧化碳时，关闭所述截止阀，打开所述入口阀和出口阀，运行所述二氧化碳压缩收集装置，压缩得到的液态二氧化碳装瓶外运，其他未液化的气体通过所述出口阀排入所述烟囱，当不收集二氧化碳时，打开所述截止阀，关闭所述入口阀和出口阀，所有气体排入烟囱，
含硫酸钙物料颗粒在第一密相区内被加热到800°C~950°C，成为高温含硫酸钙物料，与经所述第一布袋除尘器收集的细颗粒固体物料合并在一起，成为待还原物料，所述待还原物料送入所述高速-强还原区，高碳还原剂也送入所述高速-强还原区，送入所述多级多气氛流化床主反应炉的高浓度氧分为3个支路，每个支路可独立调节流量，分别对应送入多级多气氛流化床主反应炉的高速-强还原区、低速-还原区和低速-氧化区，通过阀门调节每个支路的供氧流量，以获得每个密相区内不同级别的还原或氧化气氛，高温含硫酸钙物料和高碳还原剂先在所述高速-强还原区内发生反应，该区域供入的氧气量被配置为仅够将高碳还原剂氧化为一氧化碳，因此有足够浓度的一氧化碳，为强还原区，在此区域内，CO将硫酸钙还原为二氧化硫，并生成氧化钙和二氧化碳，由于CO浓度足够高，还会造成过度还原，产生硫化氢和硫化钙，所述高速-强还原区内的固体颗粒会溢流到所述低速-还原区内，由于溢流的颗粒中有残炭颗粒，供入对应的氧气量，仍维持所述低速-还原区为还原性气氛，并控制气体流速，以获得足够长的停留时间，在所述低速-还原区内，硫酸钙得到完全的还原，全部转化为氧化钙、二氧化硫和二氧化碳，进而所述低速-还原区内的固体颗粒会溢流到所述低速-氧化区内，溢流到内的颗粒中所含的残炭颗粒已经很少，供入相对充足的氧气量，将所述低速-氧化区调整为氧化性气氛，并控制气体流速很低，以获得足够长的停留时间，在所述低速-氧化区内，过度还原产生的硫化钙得到氧化，转化为氧化钙和二氧化硫，
所述高速-强还原区、低速-还原区和低速-氧化区内发生化学反应产生的烟气，垂直上升进入到所述主反应炉炉膛内，成为混合烟气，烟气的主要成分有二氧化硫和二氧化碳，还有过度还原产生的H2S，以及反应剩余的一氧化碳、少量氮气，所述主反应炉上的第二烟气出口的烟气为所述混合烟气，为弱还原性气氛，补入高浓度氧气后，将还原性气体全部氧化掉，成为氧化性气氛，送入所述高温补燃旋风分离器，在高温旋风分离器内进行气固分离，分离得到的固体颗粒物料送到所述低速-氧化区，含有细颗粒物的高温烟气送到所述冷却单元，在所述冷却单元内进行热交换，热量得到回收，含有细颗粒物的高温烟气降温成为含有细颗粒物的低温烟气，送到所述第二布袋除尘器，在所述第二布袋除尘器内，含有细颗粒物的低温烟气内的颗粒被布袋捕集，成为细颗粒物料，送到所述低速-氧化区，所述第二布袋除尘器中烟气成为不含尘烟气，经过所述第二引风机后，送入所述二氧化硫压缩储存装置，对烟气进行压缩处理，该烟气中二氧化碳含量占60%左右，二氧化硫含量占35%左右，易于压缩液化，作为生产硫酸的原料进入后续工艺，从所述低速-氧化区排出的颗粒物料为中含有20%~80%的CaO，可用作流化床燃烧锅炉的脱硫剂或制建材原料，
所述第一密相区的温度为800~950 °C，
其适用的含硫酸钙物料的平均粒径为0.2~1.5 mm；
其适用的高浓度氧中氧气的体积浓度不低于80%；
其适用的还原剂为高碳还原剂，其中干燥无灰基挥发分低于5%；
所述烟气-物料热交换室中烟气的上升速度为0.2~0.5标米/秒；
每个所述物料分布器控制所述预热用流化床燃烧炉炉膛的面积为0.3~1 m2；
离开所述第二密相区的烟气中一氧化碳的含量分别为：高速-强还原区3~6v%，低速-还原区0~1v%，低速-氧化区0~0.1v%，且离开低速-还原区的烟气中氧气的含量为0.5~2%，
所述第二密相区的空塔气速分别为：高速-强还原区0.4~0.8 m/s，低速-还原区0.1~0.2 m/s，低速-氧化区0.1~0.2 m/s，
所述第二密相区的温度为950~1050 °C。
2.根据权利要求1所述的还原硫酸钙生产二氧化硫的方法，其特征在于，所述高温补燃旋风分离器的出口过量空气系数为1.05~1.1。
3.根据权利要求1所述的还原硫酸钙生产二氧化硫的方法，其特征在于，所述预热用流化床燃烧炉的出口过量空气系数为1.1~1.3。
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