CN113800799B - 瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法及系统，涉及资源利用的技术领域，该瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法，包括以下步骤：（1）脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂混合均匀后送入回转窑内还原焙烧；（2）焙烧后产生热富钙料从回转窑的窑头排出，并进入到冷料机中冷却；（3）经过冷却的富钙料，进入到棒磨机棒磨；经过棒磨的富钙料进入到干式磁选机中进行磁选；将富钙料中的磁性物料和非磁性物料分离。本发明提供的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法将瓦斯灰回转窑还原焙烧与脱硫石膏热分解在热态下高度集成，利用瓦斯灰还原焙烧的温度和还原气氛，将脱硫石膏低温、高效、低成本热解，实现瓦斯灰与脱硫石膏资源化利用。

Description

瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法及系统

技术领域

本发明涉及资源利用的技术领域，尤其是涉及一种瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法及系统。

背景技术

高炉瓦斯灰泥是炼铁过程中由高炉煤气携带出的细颗粒炉尘，它由高炉炉料粉末和在高温区激烈反应而产生的微颗粒组成，是钢铁企业主要固体排放物之一。其化学成分比较复杂，除铁之外还有许多未燃烧完全的碳和锌、钾、钠、铟等碱金属氧化物。瓦斯灰粒径小，密度小，干燥后极易飘散于大气中，在空气中易于形成成分复杂、对人体危害性较大的飘尘。

脱硫石膏(主要成分为CaSO4·2H2O)是采用钙基吸收剂(如CaO、Ca(OH)2、CaCO3)进行烟气脱硫的主要副产物。随着工业的发展和环保要求的逐步提高，脱硫石膏的产量呈现快速增长的趋势，年排放量已达4300万吨以上，如果不对脱硫石膏进行合理的利用，不仅浪费资源，侵占土地，而且会严重的污染土壤，地下水源等染，形成二次固体污染源。

热分解脱硫石膏回收利用 SO2 和固体剩余物是一种有效资源化利用脱硫石膏的途径，国内企业也对脱硫石膏热分解脱硫制取硫酸联产水泥工艺进行了探索。但普遍存在能耗高、效率低、硫酸及水泥生产成本高等问题，严重限制了石膏分解循环利用工业的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法及系统，以解决瓦斯灰和脱硫石膏等资源利用的技术问题。

第一方面，本发明提供一种瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法，包括以下步骤：

（1）脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂混合均匀后送入回转窑内还原焙烧；

（2）焙烧后产生热富钙料从回转窑的窑头排出，并进入到冷料机中冷却；

（3）经过冷却的富钙料，进入到棒磨机棒磨；经过棒磨的富钙料进入到干式磁选机中进行磁选；将富钙料中的磁性物料和非磁性物料分离，所述磁性物料为高品位铁粉，所述非磁性物料为磁选尾渣。

在可选的实施方式中，在步骤（1）中，所述回转窑排出的烟气依次经过沉降室、余热锅炉和布袋收尘器后的烟气用于制酸。

在可选的实施方式中，在步骤（1）中，所述脱硫石膏游离水质量分数为10~15%，所述脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂混合后的混合料中水的质量分数为8-12%，碳元素与硫元素的摩尔比为0.7~1.0，混合料的热值为1300~1600kcal/kg。

在可选的实施方式中，在步骤（1）中，所述混合料从所述回转窑的尾部进入到回转窑，所述回转窑内的还原焙烧温度为1050~1200℃，窑头区域压力为-50~0Pa，焙烧时间为150~250min。

在可选的实施方式中，在步骤（2）中，从所述回转窑的窑头排出的热富钙料的温度在900~1000℃，经过冷料机冷却后的富钙料的温度在50~100℃。

在可选的实施方式中，在步骤（3）中，所述棒磨机将富钙料棒磨至200目以下，干式磁选机的磁选强度为1000~1800Oe。

在可选的实施方式中，所述回转窑焙烧产生的烟气进入沉降室的温度为450~600℃ ；经余热锅炉后的烟气的温度在170～200℃。

在可选的实施方式中，在步骤（1）中， 脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂在双螺旋混料机内混合均匀后，送入回转窑内；且在双螺旋混料机上设置有喷水装置，以使所述脱硫石膏、所述瓦斯灰和所述还原剂混合后的混合料中水的质量分数在8-12%的范围内。

在可选的实施方式中，在步骤（1）中，所述还原剂为焦粉。

本发明提供的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法将瓦斯灰回转窑还原焙烧与脱硫石膏热分解在热态下高度集成，利用瓦斯灰还原焙烧的温度和还原气氛，将脱硫石膏低温、高效、低成本热解，实现瓦斯灰与脱硫石膏资源化利用。

第二方面，本发明提供一种瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的系统，包括双螺旋混料机、回转窑、沉降室、余热锅炉、布袋收尘器、制酸装置、冷料机、棒磨机和干式磁选机；

所述双螺旋混料机与所述回转窑连接，所述双螺旋混料机用于将脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂混合后送入回转窑内焙烧；

所述冷料机与回转窑连接，所述冷料机用于冷却从所述回转窑排出的热富钙料；经过冷料机冷却的富钙料进入与冷料机连接的棒磨机内，经过棒磨机棒磨的富钙料进入到干式磁选机进行磁选；

所述回转窑产生的烟气进入到与回转窑连接的沉降室内，沉降室依次与余热锅炉、布袋收尘器、制酸装置连接，经过沉降室的烟气依次经过余热锅炉和布袋收尘器后进入到制酸装置内。

本发明提供的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的系统的能够对瓦斯灰和脱硫石膏进行处理，以使实现瓦斯灰和脱硫石膏的资源化利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法的流程另一种示意图；

图3为本发明实施例提供的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的系统的结构示意图。

图标：100-双螺旋混料机；200-回转窑；300-沉降室；400-余热锅炉；500-布袋收尘器；600-制酸装置；700-冷料机；800-棒磨机；900-干式磁选机。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1和图2本发明提供一种瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法，包括以下步骤：（1）脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂混合均匀后送入回转窑200内还原焙烧；（2）焙烧后产生热富钙料从回转窑200的窑头排出，并进入到冷料机700中冷却；（3）经过冷却的富钙料，进入到棒磨机800棒磨；经过棒磨的富钙料进入到干式磁选机900中进行磁选；将富钙料中的磁性物料和非磁性物料分离，所述磁性物料为高品位铁粉，所述非磁性物料为磁选尾渣。

在步骤（1）中，所述回转窑200排出的烟气依次经过沉降室300、余热锅炉400和布袋收尘器500后的烟气用于制酸；所述脱硫石膏游离水质量分数为10~15%，所述脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂混合后的混合料中水的质量分数为8-12%，碳元素与硫元素的摩尔比为0.7~1.0，混合料的热值为1300~1600kcal/kg；所述混合料从所述回转窑200的尾部进入到回转窑200，所述回转窑200内的还原焙烧温度为1050~1200℃，窑头区域压力为-50~0Pa，焙烧时间为150~250min。

脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂在双螺旋混料机100内混合均匀后，送入回转窑200内；且在双螺旋混料机100上设置有喷水装置，以使混合后的所述脱硫石膏、所述瓦斯灰和所述还原剂混合后的混合料中水的质量分数在8-12%的范围内；所述还原剂为焦粉。

在步骤（2）中，从所述回转窑200的窑头排出的热富钙料的温度在900~1000℃，经过冷料机700冷却后的富钙料的温度在50~100℃；所述回转窑200焙烧产生的烟气进入沉降室300的温度为450~600℃ ；经余热锅炉400后的烟气的温度在170～200℃。

在步骤（3）中，所述棒磨机800将富钙料棒磨至200目以下，干式磁选机900的磁选强度为1000~1800Oe。

本发明提供的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法将瓦斯灰回转窑200还原焙烧与脱硫石膏热分解在热态下高度集成，利用瓦斯灰还原焙烧的温度和还原气氛，将脱硫石膏低温、高效、低成本热解，实现瓦斯灰与脱硫石膏资源化利用。

本发明所使用的高瓦斯灰的主要化学成分按质量百分比如表1所示。

表1高炉瓦斯灰的主要化学成分(wt％)

Fe2O3	C	CaO	SiO2	K2O	Na2O	ZnO	Cl
								38.67	32.1	2.18	2.24	1.96	1.51	7.24	5.75

实施例1

脱硫石膏、瓦斯灰、还原剂在双螺旋混料机100内完成混料，混合料中碳元素与硫元素的摩尔比为0.75，混合料热值为1450kcal/kg，混合料中水的质量分数为10%。

混合料从回转窑200尾部进入回转窑200，还原焙烧温度为1100℃，窑头区域压力为-30Pa，焙烧时间为200min，热富钙料从窑头排出温度为950℃。

回转窑200产生的高温烟气从窑尾进入沉降室300沉降，进入沉降室300的温度580℃，沉降后的高温烟气进入余热锅炉400，经过余热锅炉400本体冷却至190℃引出，吸收的烟气显热产生2.45MPa、350℃过热蒸汽，用于余热发电或工业用汽。

降温后的烟气引入布袋收尘器500除尘，收尘布袋捕集次氧化锌粉，锌元素回收率92%，锌质量分数48%，次氧化锌粉是制锌的优质原料。

布袋除尘后的烟气进入制酸装置600产出硫酸；热富钙料经圆筒冷料机700隔绝空气间接冷却至90℃排出，送入棒磨机800棒磨至200目以下，经干式磁选机900磁选，磁选强度为1500Oe，产出铁元素质量分数为86%高品位铁粉，磁选尾渣为高钙水泥熟料。

实施例2

脱硫石膏、瓦斯灰、还原剂在双螺旋混料机100内完成混料，混合料中碳元素与硫元素的摩尔比为0.90，混合料热值为1600kcal/kg，混合料中水的质量分数为10%。

混合料从回转窑200尾部进入回转窑200，还原焙烧温度为1150℃，窑头区域压力为-30Pa，焙烧时间为200min，热富钙料从窑头排出温度为980℃。

回转窑200产生的高温烟气从窑尾进入沉降室300沉降，进入沉降室300的温度600℃，沉降后的高温烟气进入余热锅炉400，经过余热锅炉400本体冷却至200℃引出，吸收的烟气显热产生2.45MPa、350℃过热蒸汽，用于余热发电或工业用汽。

降温后的烟气引入布袋收尘器500除尘，收尘布袋捕集次氧化锌粉，锌元素回收率95%，锌质量分数50%，次氧化锌粉是制锌的优质原料。布袋除尘后的烟气进入制酸装置600产出硫酸。

热富钙料经圆筒冷料机700隔绝空气间接冷却至90℃排出，送入棒磨机800棒磨至200目以下，经干式磁选机900磁选，磁选强度为1200Oe，产出铁元素质量分数为88%高品位铁粉，磁选尾渣为高钙水泥熟料。

实施例3

脱硫石膏、瓦斯灰、还原剂在双螺旋混料机100内完成混料，混合料中碳元素与硫元素的摩尔比为0.70，混合料热值为1500kcal/kg，混合料中水的质量分数为10%。

混合料从回转窑200尾部进入回转窑200，还原焙烧温度为1100℃，窑头区域压力为-30Pa，焙烧时间为240min，热富钙料从窑头排出温度为950℃。

回转窑200产生的高温烟气从窑尾进入沉降室300沉降，进入沉降室300的温度570℃，沉降后的高温烟气进入余热锅炉400，经过余热锅炉400本体冷却至200℃引出，吸收的烟气显热产生2.45MPa、350℃过热蒸汽，用于余热发电或工业用汽。

降温后的烟气引入布袋收尘器500除尘，收尘布袋捕集次氧化锌粉，锌元素回收率93%，锌质量分数48%，次氧化锌粉是制锌的优质原料。布袋除尘后的烟气进入制酸装置600产出硫酸。

热富钙料经圆筒冷料机700隔绝空气间接冷却至90℃排出，送入棒磨机800棒磨至200目以下，经干式磁选机900磁选，磁选强度为1100Oe，产出铁元素质量分数为87%高品位铁粉，磁选尾渣为高钙水泥熟料。

本发明将高炉瓦斯灰回转窑200还原焙烧与脱硫石膏热分解过程高度集成，利用瓦斯灰还原焙烧的还原性气氛及高温环境，实现脱硫石膏低温、高效热解，热解温度比高温煅烧工艺降低100~200℃，能耗显著降低；

本发明消耗的主要燃料和还原剂为瓦斯灰中自身的碳元素，减少了脱硫石膏热分解所需的优质还原剂消耗量，能够降低脱硫石膏的处置成本；

本发明将瓦斯灰与脱硫石膏协同处置，将铁、碳、锌、钙、硫等元素充分资源化，副产品为高品位铁粉、次氧化锌粉，高钙水泥熟料、硫酸及过热蒸汽，具有显著的经济效益和环保效益。

参照图2和图3，本发明提供一种瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的系统，包括双螺旋混料机100、回转窑200、沉降室300、余热锅炉400、布袋收尘器500、制酸装置600、冷料机700、棒磨机800和干式磁选机900；

所述双螺旋混料机100与所述回转窑200连接，所述双螺旋混料机100用于将脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂混合后送入回转窑200内焙烧；

所述冷料机700与回转窑200连接，所述冷料机700用于冷却从所述回转窑200排出的热富钙料；经过冷料机700冷却的富钙料进入与冷料机700连接的棒磨机800内，经过棒磨机800棒磨的富钙料进入到干式磁选机900进行磁选；

所述回转窑200产生的烟气进入到与回转窑200连接的沉降室300内，沉降室300依次与余热锅炉400、布袋收尘器500、制酸装置600连接，经过沉降室300的烟气依次经过余热锅炉400和布袋收尘器500后进入到制酸装置600内。

本发明提供的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的系统的脱硫石膏、瓦斯灰等通过有计量功能的输送皮带输送到双螺旋混料机100内，还原剂经过计量后加入到双螺旋混料机100内，从而使混合料中的碳元素与硫元素的摩尔比为0.7~1.0，混合料热值为1300~1600kcal/kg。

为了调节混合料的含水量，在双螺旋混料机100上设置有喷水装置，这样能够使混合料中水的质量分数控制在8-12%。控制混合料中碳元素与硫元素的摩尔比，有利于降低脱硫石膏热分解温度，提高热分解率；控制混合料热值，保证在回转窑200还原焙烧所需热量又能避免能源浪费；混合料中要求一定的含水量，可避免进入回转窑200时扬尘，被烟气带走，减少后续除尘压力。

混合料从双螺旋混料机100的下料管排出，并经回转窑200尾部进入回转窑200内，在在回转窑200内经过烘干、预热、还原焙烧之后，热富钙料从回转窑200窑头出料口排出，回转窑200烟气从烟气管道排入沉降室300，排出温度为900~1000℃。还原焙烧过程中，还原焙烧温度为1050~1200℃，焙烧时间为150~250min，回转窑200采用微负压操作，窑头区域压力为0~-50Pa，防止烟气外逸的同时尽可能减少烟气总量。

回转窑200产生的高温烟气从烟气入口进入沉降室300，烟气进入沉降室300的温度一般控制在450~600℃，烟气中大颗粒粉尘在重力作用下沉降，实现初步除尘，定期从沉降室300排灰口清理，沉降净化后的烟气从烟气出口排出。沉降室300沉降的粉尘中锌质量分数为20~25%，可直接外售给锌冶炼厂，产生经济效益。

沉降后的高温烟气从烟道进口进入余热锅炉400，经过余热锅炉400本体冷却至170~200℃由烟气出口引出，吸收的显热产生2.45MPa、350℃过热蒸汽由蒸汽出口引出，用于余热发电或工业用汽。

降温后的烟气经烟气入口引入布袋收尘器500除尘，收尘布袋捕集的粉尘即为次氧化锌粉，锌质量分数为40~50%，是制锌的优质原料。本发明将瓦斯灰中的锌元素90%以上回收，变废为宝；该布袋收尘器500连接的引风机，使窑头区域压力为-50~0Pa。

布袋除尘后的烟气经排烟口引出，经烟气进口进入制酸装置600，烟气中的硫化物被充分吸收之后，由排烟口引出，产生的硫酸经排酸口收集。烟气在进入制酸装置600之前经过充分除尘净化，可使制取的硫酸更加纯净，品质好。

回转窑200排出的热富钙料由下料溜槽经进料口进入圆筒冷料机700隔绝空气间接冷却，冷却后的富钙料从出料口排出，排出温度50~100℃。圆筒冷料机700隔绝空气冷却，可防止还原出的金属铁被氧化，有利于提升磁选工序铁元素的回收率及铁粉品质，获取更好的经济效益。

冷却后的富钙料由棒磨机800的进料口送入棒磨机800，棒磨至200目以下形成富钙细粉料，由棒磨机800的出料口排出；产出的富钙细粉料经进入干式磁选机900，磁选强度为1000~1800Oe，实现富钙料中的铁元素与其他氧化物分离，产出铁元素质量分数为85~90%高品位铁粉，钙在磁选尾渣中进一步富集，产出高钙水泥熟料。

瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的系统的双螺旋混料机100的主要功能是将脱硫石膏、瓦斯灰仓、还原剂仓混合均匀，双螺旋混料机100的出料口与回转窑200窑尾下料管的进料口有上料皮带相连；所述回转窑200窑头出料口下方经溜槽与圆筒冷料机700的进料口相连；所述圆筒冷料机700的排料口与棒磨机800的进料口上料皮带相连；所述棒磨机800的排料口与干式磁选机900的进料口相连；所述回转窑200的窑尾与沉降室300之间有烟气通道相连；所述沉降室300的烟气出口与余热锅炉400的烟气进口相连；所述余热锅炉400设有降温后的烟气出口，其中烟气出口与布袋收尘器500的烟尘进口相连；所述布袋收尘器500设有除尘后烟气出口，除尘后的烟气出口与制酸装置600相连。

本发明提供的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的系统，通过设置双螺旋混料机100，将脱硫石膏与瓦斯灰、还原剂混合均匀，利用脱硫石膏中残余的水分加湿瓦斯灰，以减少混合料进入回转窑200时被烟气带走量；通过设置回转窑200，将瓦斯灰还原焙烧与脱硫石膏热解过程在热态下集成，以降低脱硫石膏热分解温度和能耗；

通过设置圆筒冷料机700，隔绝空气冷却热富钙料，防止热富钙料中的金属铁被重新氧化；通过设置干磨干选系统，实现对瓦斯灰中铁元素分离、回收；通过设置沉降室300，实现对热烟气的初步净化，减少烟气对余热锅炉400管道堵塞的几率；通过设置余热锅炉400，回收烟气余热获取饱和蒸汽减少工艺消耗；通过设置布袋收尘器500，净化烟气及回收瓦斯灰中的锌资源，用作制锌原料；通过设置制酸系统，回收石膏热解产生的含硫气体氧化物。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂混合均匀后送入回转窑（200）内还原焙烧；

（2）焙烧后产生热富钙料从回转窑（200）的窑头排出，并进入到冷料机（700）中冷却；

（3）经过冷却的富钙料，进入到棒磨机（800）棒磨；经过棒磨的富钙料进入到干式磁选机（900）中进行磁选；将富钙料中的磁性物料和非磁性物料分离，所述磁性物料为高品位铁粉，所述非磁性物料为磁选尾渣；

在步骤（1）中， 脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂在双螺旋混料机（100）内混合均匀后，送入回转窑（200）内；且在双螺旋混料机（100）上设置有喷水装置，以使所述脱硫石膏、所述瓦斯灰和所述还原剂混合后的混合料中水的质量分数在8-12%的范围内；

所述脱硫石膏的游离水质量分数为10~15%，所述脱硫石膏、瓦斯灰和还原剂混合后的混合料中水的质量分数为8-12%，碳元素与硫元素的摩尔比为0.7~1.0，混合料的热值为1300~1600kcal/kg；

所述混合料从所述回转窑（200）的尾部进入到回转窑（200），所述回转窑（200）内的还原焙烧温度为1050~1200℃，窑头区域压力为-50~0Pa，焙烧时间为150~250min；所述还原剂为焦粉。

2.根据权利要求1所述的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述回转窑（200）排出的烟气依次经过沉降室（300）、余热锅炉（400）和布袋收尘器（500）后的烟气用于制酸。

3.根据权利要求1所述的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法，其特征在于，在步骤（2）中，从所述回转窑（200）的窑头排出的热富钙料的温度在900~1000℃，经过冷料机（700）冷却后的富钙料的温度在50~100℃。

4.根据权利要求1所述的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述棒磨机（800）将富钙料棒磨至200目以下，干式磁选机（900）的磁选强度为1000~1800Oe。

5.根据权利要求2所述的瓦斯灰协同脱硫石膏资源化利用的方法，其特征在于，所述回转窑（200）焙烧产生的烟气进入沉降室（300）的温度为450~600℃ ；经余热锅炉（400）后的烟气的温度在170～200℃。

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