CN113929335B - 一种成品颜色可控的偏高岭土制备系统及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成品颜色可控的偏高岭土制备系统及制备方法，包括悬浮预热系统、煅烧炉系统、第一冷却系统和第二冷却系统，煅烧炉系统包括预热炉和改性炉，预热炉顶部出口与改性炉底部入口连接，改性炉内为还原区；在悬浮预热系统最下一级旋风预热器出气口与倒数第二级旋风预热器进口之间设置有氧化炉系统，氧化炉内为氧化区；最下一级旋风预热器出料口与第一冷却系统物料入口连接，第一冷却系统包括高效间接换热器，用于将物料间接冷却至200‑350℃，第一冷却系统物料出口与第二冷却系统物料入口连接。本发明可生产出满足颜色控制要求的偏高岭土，解决了制备系统能耗高、处理能力小、产品质量较难控制等问题。

Description

一种成品颜色可控的偏高岭土制备系统及制备方法
技术领域
本发明涉及偏高岭土技术领域，特别是涉及一种成品颜色可控的偏高岭土制备系统及制备方法。
背景技术
混合材料是水泥和混凝土的常用原料，主要以传统的磨细矿渣、粉煤灰等工业固废为主，受到这些工业废料自身品质、近距离不可获得性的双重限制，或替代熟料量不高，或大掺量后显著降低水泥强度。
高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O，AS2H2)是天然粘土或粘土质尾矿中的常见矿物，其在适当的温度下(600～900℃)经脱水可生成偏高岭土(metakaolin，简称MK)。高岭土属于层状硅酸盐结构，层与层之间由范德华键结合，OH-羟基在其中结合得较牢固。高岭土在空气中受热时，会发生几次结构变化，加热到大约600℃时，高岭土的层状结构因羟基脱去而破坏，形成非晶态的过渡相——偏高岭土。由于偏高岭土的分子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，在碱激发下具有胶凝性。偏高岭土是一种高活性的人工火山灰材料，可与氢氧化钙(Ca(OH)2，CH)和水发生火山灰反应，生成与水泥类似的水化产物。
利用这一特点，以含有高岭石及结构相近的铝硅质矿物的偏高岭土经煅烧制备混合材料，再与石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰石复合，制备煅烧偏高岭土基复合水泥，成为近年来国际水泥与混凝土行业的研究热点。该类型水泥因采用具有较高活性的煅烧偏高岭土替代熟料，可将水泥的熟料用量由75％降至45％～50％，而保持28天抗压强度不降低，抗折强度可提高20％以上，实现低熟料系数、低碳排放和高强度的技术目标。同时研究表明，基于水化反应产物的不同，该类型水泥较硅酸盐水泥和掺有粉煤灰或磨细矿粉的普通硅酸盐水泥相比，硬化水泥石孔隙率更低、密实度高，因此具有优异的抗硫酸盐侵蚀和氯离子渗透性能，特别适合在海工、盐碱等严苛环境使用。
由于煅烧偏高岭土的制备成本低于熟料的制备成本，煅烧偏高岭土制备过程中的CO2排放量也低于熟料制备过程中的CO2排放量，加上偏高岭土原材料来源非常广泛，在混凝土和水泥工业积极推进碳减排的背景下，在混凝土和水泥工业中使用煅烧偏高岭土大掺量代替熟料显得格外有吸引力。
目前，现有的煅烧偏高岭土制备方式主要包括固定床式、半固定床式和流化床式等。其中，采用回转窑煅烧制备煅烧偏高岭土是普遍采用的方法，但是采用回转窑煅烧时，往往存在系统热耗高、产品易过烧失活和质量较难控制等问题。另一方面，偏高岭土原料中通常含有一定量的铁，主要以针铁矿、赤铁矿和菱铁矿等形式存在。铁相在偏高岭土煅烧过程中发生分解反应最终以红色的赤铁矿形式存在，使得煅烧偏高岭土呈现明显的红色。直接使用红色的煅烧偏高岭土制备水泥会影响水泥成品颜色，容易被市场误认为是劣质水泥而影响销售。从原理上分析，赤铁矿(Fe2O3)呈红褐色，磁铁矿(Fe3O4)和方铁矿(FeO)呈灰黑色，因此含铁偏高岭土成品的颜色主要取决于成品中铁相的存在形式，降低偏高岭土成品中赤铁矿的含量可以有效改变偏高岭土成品的颜色。基于上述分析，在偏高岭土制备过程中创造还原气氛将Fe3+还原为Fe2+是降低偏高岭土成品中赤铁矿的含量进而制备满足混凝土和水泥工业所要求的偏高岭土的有效手段。采用合理的工艺技术，以较低的能耗和较高的效率生产高活性且颜色与水泥熟料一致的煅烧偏高岭土，成为煅烧偏高岭土和煅烧偏高岭土-石灰石复合水泥大规模生产和广泛应用的关键。
综上所述，基于市场需要和关键技术问题，提供一种可充分考虑水泥混凝土行业对煅烧偏高岭土的颜色要求和活性指数要求，同时可解决煅烧偏高岭土制备系统能耗高、处理能力小、产品质量较难控制等问题的颜色可控的煅烧偏高岭土制备系统及制备方法具有重要的现实意义。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种成品颜色可控的偏高岭土制备系统及制备方法，该制备系统及制备方法充分考虑混凝土和水泥行业对偏高岭土成品颜色的控制要求，生产出满足颜色控制要求的偏高岭土，同时解决了偏高岭土制备系统能耗高、处理能力小、产品质量较难控制等问题。
本发明是这样实现的，一种成品颜色可控的偏高岭土制备系统，包括悬浮预热系统、煅烧炉系统、第一冷却系统和第二冷却系统，所述煅烧炉系统包括预热炉和改性炉，所述预热炉的底部为助燃风入口，所述预热炉的顶部出口与改性炉底部入口连接，所述改性炉顶部出口与所述悬浮预热系统的最下一级旋风预热器进口连接，所述悬浮预热系统的倒数第二级旋风预热器出料口分别与预热炉的生料喂料口和改性炉的生料喂料口连接，所述预热炉和改性炉上分别设置有燃料喂料口和生料喂料口，所述改性炉内为还原区；
在所述悬浮预热系统的最下一级旋风预热器出气口与倒数第二级旋风预热器进口之间设置有氧化炉系统，所述氧化炉系统包括氧化炉，所述氧化炉的底部入口与悬浮预热系统的最下一级旋风预热器出气口连接，所述氧化炉的顶部出口与悬浮预热系统的倒数第二级旋风预热器进口连接，所述氧化炉上设置有燃料喂料口和助燃风入口，所述氧化炉内为氧化区；
所述悬浮预热系统的最下一级旋风预热器出料口与第一冷却系统物料入口连接，所述第一冷却系统包括高效间接换热器，所述高效间接换热器内设置有冷却介质通道，所述第一冷却系统用于将物料间接冷却至200-350℃，所述第一冷却系统的物料出口与第二冷却系统的物料入口连接，所述第二冷却系统包括至少一级旋风冷却器，所述第二冷却系统的出气口分别与预热炉的助燃风入口和氧化炉的助燃风入口连接。
优选的，所述高效间接换热器底部设置有冷却介质入口和物料出口，顶部设置有物料入口和冷却介质出口，所述第一冷却系统的冷却介质通道内通有冷却介质。
优选的，所述预热炉从下往上依次由预热炉锥体、预热炉柱体和预热炉缩口组成，所述预热炉的燃料喂料口位于预热炉锥体上，预热炉的生料喂料口位于预热炉柱体上；
所述改性炉从下往上依次由改性炉锥体和改性炉柱体组成，所述改性炉的燃料喂料口位于改性炉锥体和改性炉柱体中部上，所述改性炉的生料喂料口分别位于改性炉柱体的底部和中部；
所述氧化炉从下往上依次由氧化炉锥体和氧化炉柱体组成，所述氧化炉的燃料喂料口位于氧化炉锥体和氧化炉柱体中部上，所述氧化炉的助燃风入口位于氧化炉柱体上。
优选的，还包括用于烘干破碎原料用的烘干破碎系统，所述烘干破碎系统的物料出口经旋风分离器与悬浮预热系统连接；所述烘干破碎系统的热源入口与悬浮预热系统的顶部出气口连接，和/或与第二冷却系统的出气口连接，和/或与热风炉系统连接。
采用上述系统制备成品颜色可控的偏高岭土的方法，该方法为原料经悬浮预热系统预热后进入煅烧炉系统，在煅烧炉系统内形成过量空气系数＜1.0的还原气氛的燃烧环境，并在氧化炉内形成过量空气系数＞1.0的氧化气氛的燃烧环境；所述煅烧炉系统内的煅烧温度为650～1000℃，煅烧炉系统内燃料不完全燃烧和高岭土分解形成的烟气携带分解完成的物料离开煅烧炉系统进入悬浮预热系统的最下一级旋风预热器，烟气随后进入氧化炉系统，在氧化炉系统内烟气中的未燃尽燃料充分燃尽，同时，CO与进入氧化炉的助燃风充分反应；经悬浮预热系统的最下一级旋风预热器分离的物料进入第一冷却系统的高效间接换热器，经第一冷却系统将物料冷却至200-350℃，之后再进入第二冷却系统，经第二冷却系统冷却至60-150℃，得到成品颜色可控的偏高岭土。
优选的，所述煅烧炉系统内过量空气系数为0.5～1.0；所述氧化炉系统内过量空气系数为1.0～1.2。
优选的，所述第二冷却系统的冷却介质为常规空气。
优选的，所述第二冷却系统出口的烟气进入预热炉、氧化炉和烘干破碎系统。
优选的，所述煅烧炉系统内气体的停留时间为2～10s。
本发明的具体原理为：
偏高岭土成品颜色控制的关键为还原煅烧和冷却控制。首先，在所述的煅烧炉系统优选煅烧温度内，可实现高岭土充分分解形成偏高岭土，同时可避免偏高岭土结晶析出失去活性。为控制偏高岭土成品颜色，在高岭土分解形成偏高岭土的过程中，本发明对入煅烧炉系统的助燃风量和燃料用量进行合理设计，使得煅烧炉系统内燃料不完全燃烧形成还原气氛(过量空气系数＜1.0)，进而将原料中的Fe3+还原为Fe2+，最终以磁铁矿形式存在，使得偏高岭土成品呈现灰黑色。煅烧炉系统内燃料不完全燃烧和高岭土分解形成的烟气离开煅烧炉系统进入悬浮预热系统，随后进入氧化炉，第二冷却系统换热完成的部分空气进入氧化炉，并与烟气中的未燃尽燃料和CO充分反应，保证燃料的充分燃尽和热能的充分释放。其次，在高温偏高岭土的冷却过程中，需要综合考虑冷却气氛和冷却温度控制。经详细实验研究，还原煅烧制备的偏高岭土中以Fe2+形式存在的磁铁矿在300-350℃及以下温度区间处于稳定状态，即使与常规空气接触也不会再次被氧化为Fe3+。基于上述理论研究工作，考虑采用冷却水或其它适用的冷却介质实现对热物料的第一级间接急冷，经对高效间接换热器形式和冷却介质用量进行合理设计，可实现将热物料间接急冷至300～350℃及以下温度区间。经第一冷却系统间接急冷后的物料进入第二冷却系统，经常规空气冷却至60-150℃。
在工艺过程中，高岭土原料经过原料预处理工序后得到满足生产需要的生料粉。生料粉经旋风分离器气固分离后喂入悬浮预热系统。生料粉在悬浮预热系统的旋风预热器内实现预热和气固分离，经过换热和气固分离后的生料粉从悬浮预热系统的倒数第二级旋风预热器进入煅烧炉系统。在预热炉和改性炉高度方向上分层设置多个温度测点实时监测预热炉和改性炉内温度分布，通过调节喂入预热炉和改性炉内的燃料量和物料量控制预热炉和改性炉内的温度分布在合理的范围内，预热炉和改性炉内合理的温度分布可保证高岭土的充分分解，同时保证高岭土不过烧，使成品偏高岭土的活性满足后续生产要求。煅烧炉系统内燃料燃烧释放大量热量供高岭土分解，分解完成的热物料离开煅烧炉系统，随后与热烟气在悬浮预热系统的最下一级旋风预热器内气固分离后进入第一冷却系统。冷却介质由高效间接换热器底部冷却介质入口经冷却介质通道进入高效间接换热器内，随后与进入高效间接换热器的高温物料发生逆向间接换热，换热完成的冷却介质由高效间接换热器顶部冷却介质出口离开，随后根据需要进行余热利用，经充分余热利用后的冷却介质可考虑循环回高效间接换热器。由于冷却介质与高温物料为间接换热，在高效间接换热器内冷却介质与高温物料不直接接触，使得在煅烧炉系统内充分还原的偏高岭土不存在被再次氧化的可能，热物料在第一冷却系统内实现充分冷却至300-350℃及以下温度区间，第一冷却系统冷却后的物料从高效间接换热器底部进入第二冷却系统。常温空气进第二冷却系统，随后对进第二冷却系统的物料进行冷却，物料在第二冷却系统的旋风冷却器内进一步实现冷却和气固分离，最终从第二冷却系统最下一级旋风冷却器的下料管离开，落入成品拉链机，最终得到满足需要的成品。
换热完成的空气从第二冷却系统最上一级旋风冷却器出风口离开，随后分为以下三路：第一路经预热炉底部进入煅烧炉系统，第二路进入悬浮预热系统的最下一级旋风预热器上方所连接的氧化炉，第三路进烘干破碎机烘干原料或进行其他形式的余热利用。通过合理控制进入煅烧炉系统的空气量和燃料量，使得煅烧炉系统内过量空气系数＜1.0，煅烧炉系统内燃料不完全燃烧形成还原气氛，进而将原料中的Fe3+还原为Fe2+，最终以磁铁矿形式存在，使得偏高岭土成品呈现灰黑色。煅烧炉系统内燃料不完全燃烧和高岭土分解形成的烟气离开煅烧炉系统进入悬浮预热系统，随后进入氧化炉，第二冷却系统换热完成的部分空气进入氧化炉，并与烟气中的未燃尽燃料和CO充分反应，保证燃料的充分燃尽和热能的充分释放，随后对喂入悬浮预热系统的生料粉进行预热和气固分离，最终从悬浮预热系统最上一级旋风预热器出风口离开，随后经循环风机循环进入烘干破系统烘干原料，最后余热利用后的烟气经旋风分离器气固分离后进收尘器及烟气处理系统，经处理后排入大气。
根据原料含水率的不同，本系统可配套单独的热风炉系统。当悬浮预热系统出口烟气及第二冷却系统出口空气所携带热焓无法满足原料烘干需求时，可启用热风炉系统制备热风进烘干破碎机进行原料烘干。
本发明具有以下优点和有益效果：
1)本发明提供的煅烧炉系统通过对助燃风量和燃料用量进行合理设计，使得煅烧炉系统内燃料为不完全燃烧，煅烧炉系统控制为还原气氛，进而将原料中的Fe3+还原为Fe2 +，从源头上大幅度降低了偏高岭土中赤铁矿的含量，有效降低了偏高岭土成品颜色控制的难度。
2)本发明提供的煅烧炉系统与氧化炉系统通过旋风预热器进行连接，原料中的Fe3+在煅烧炉系统内被还原为Fe2+，最终以磁铁矿形式存在，使得偏高岭土成品呈现灰黑色。制备的偏高岭土经旋风预热器气固分离后依次进第一及第二冷却系统，在第一冷却系统中偏高岭土与冷却介质间接换热急冷至300～350℃及以下温度区间，而含CO的烟气进入氧化炉。本发明提供的氧化炉充分利用第二冷却系统换热完成的空气，与进氧化炉的烟气中的未燃尽燃料和CO充分反应，在避免CO外排污染环境的同时保证燃料的充分燃尽和热能的充分释放，降低系统的运行成本。
3)本发明从上至下依次设置的第一冷却系统和第二冷却系统，两个系统有明确的功能定位。其中，第一冷却系统采用高效间接换热器对热物料进行冷却，经对高效间接换热器形式和冷却介质用量进行合理设计，可实现将热物料间接急冷至300～350℃及以下的安全温度区间。随后，第二冷却系统充分利用常规空气将偏高岭土二级冷却至100℃左右。通过采用上述设计，在煅烧炉系统内充分还原的偏高岭土在一级冷却过程中与冷却介质间接换热，不存在被再次氧化的可能；而一级冷却得到的偏高岭土物料温度为300～350℃及以下的安全温度区间，即使偏高岭土物料与常规空气在二级冷却过程中充分接触，也不会被再次氧化。本发明从多个层面对偏高岭土物料冷却过程进行重点设计，保证偏高岭土物料在冷却过程中不被重新氧化。
4)本发明的悬浮预热系统出口烟气、第一冷却系统出口冷却介质及第二冷却系统出口空气均考虑了充分的余热回收利用，可有效降低系统热耗，减少生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的成品颜色可控的偏高岭土制备系统的流程图。
图中：1、悬浮预热系统；1-1、旋风预热器；1-2、氧化炉；2、煅烧炉系统；2-1、预热炉；2-2、改性炉；3、第一冷却系统；3-1、高效间接换热器；3-2、冷却介质通道；4、第二冷却系统；4-1、旋风冷却器；5、烘干破碎系统；6、旋风分离器；7、热风炉系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，并配合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参阅图1，本实施例提供一种成品颜色可控的高活性偏高岭土制备系统，包括用于烘干破碎原料用的烘干破碎系统、悬浮预热系统、煅烧炉系统、第一冷却系统和第二冷却系统。
所述烘干破碎系统的物料出口经旋风分离器与悬浮预热系统连接，分离出的烟气进收尘器及烟气处理系统，经处理后排入大气。所述烘干破碎系统的热源入口与悬浮预热系统的出气口连接，和/或与第二冷却系统的出气口连接，和/或与热风炉系统连接。
所述悬浮预热系统包括多级旋风预热器、高效撒料装置及连接管道等，所述悬浮预热系统的旋风预热器的优选级数为二～七级，本实施例设置了两级旋风预热器，用于将生料进行预热。煅烧炉系统包含高效撒料装置、助燃风进口管道、预热炉、布置于预热炉锥部的第一燃烧器、改性炉、布置于改性炉锥部的第二燃烧器和改性炉中部的第三燃烧器及烟气出口管道等，所述预热炉和改性炉上分别设置有燃料喂料口和生料喂料口，所述悬浮预热系统的倒数第二级旋风预热器出料口分别与预热炉的生料喂料口和改性炉的生料喂料口连接，所述改性炉内为还原区。
所述预热炉的底部为助燃风入口，所述预热炉从下往上依次由预热炉锥体、预热炉柱体和预热炉缩口组成，所述预热炉的燃料喂料口位于预热炉锥体上，预热炉的生料喂料口位于预热炉柱体上；所述改性炉从下往上依次由改性炉锥体和改性炉柱体组成，所述改性炉的燃料喂料口位于改性炉锥体和改性炉柱体中部上，所述改性炉的生料喂料口分别位于改性炉柱体的底部和中部，所述预热炉的顶部出口与改性炉底部入口连接，所述改性炉顶部出口与所述悬浮预热系统的最下一级旋风预热器进口连接。
在所述悬浮预热系统的最下一级旋风预热器出气口与倒数第二级旋风预热器进口之间设置有氧化炉系统，所述氧化炉系统包括热风进口管道、氧化炉、布置于氧化炉锥部的第四燃烧器和氧化炉中部的第五燃烧器及烟气出口管道等，所述氧化炉的底部入口与悬浮预热系统的最下一级旋风预热器出气口连接，所述氧化炉的顶部出口与悬浮预热系统的倒数第二级旋风预热器进口连接，此时，旋风分离器出料口入氧化炉出口和倒数第二级旋风预热器进口之间的连接管道上，所述氧化炉上设置有燃料喂料口和助燃风入口，所述氧化炉从下往上依次由氧化炉锥体和氧化炉柱体组成，所述氧化炉的燃料喂料口位于氧化炉锥体和氧化炉柱体中部上，所述氧化炉的助燃风入口位于氧化炉柱体上，所述氧化炉内为氧化区。
所述悬浮预热系统的最下一级旋风预热器出料口与第一冷却系统的高效间接换热器物料入口连接，所述第一冷却系统包括高效间接换热器，所述高效间接换热器底部设置有冷却介质入口和物料出口，顶部设置有物料入口和冷却介质出口。高效间接式换热器可采用套管式换热器、管壳式换热器或交叉流式换热器等，高效间接换热器内设置有冷却介质通道，冷却介质通道可为换热管或换热板或其它结构形式，冷却介质通道内通有冷却介质，冷却介质可采用冷却水或油或其他冷却介质，水的来源广泛，维护成本较低，但是水的沸点低，高于100℃就会沸腾，所以需要的冷却水量可能会比较大；油的沸点比较高，冷却效果比较好，但是油的维护及使用成本会比较高。热物料在第一冷却系统的高效间接换热器中实现充分冷却，使还原煅烧制备的偏高岭土中以Fe2+形式存在的磁铁矿在此冷却环节不会再次被氧化为Fe3+，第一冷却系统将物料冷却至200-350℃；所述第一冷却系统的物料出口与第二冷却系统的物料入口连接，经第一冷却系统间接冷却后的物料从高效间接换热器底部进入第二冷却系统，所述第二冷却系统的冷却方式为风冷，所述第二冷却系统的冷却介质为常规空气，所述第二冷却系统为至少一级悬浮冷却，本实施例为二级悬浮冷却，包括二级旋风冷却器、高效撒料装置及连接管道等，所述第二冷却系统的出气口分别与预热炉的助燃风入口、氧化炉的助燃风入口和烘干破碎系统的热源入口连接。
此外，为避免生产过程中系统突然断电或出现其他故障导致的塌料风险，在第二冷却系统冷却介质进口底部设置有应急缓冲仓，所述应急缓冲仓入口处设置有阀门，当系统突然断电或出现其他故障时，应急缓冲仓上阀门开启，成品偏高岭土经应急缓冲仓卸入成品拉链机，保障系统安全。
成品颜色可控的高活性偏高岭土的具体制备方法为：
原料经烘干破碎系统烘干破碎后，经旋风分离器收集送入悬浮预热系统，经悬浮预热系统预热后进入煅烧炉系统，通过调节喂入预热炉和改性炉内的空气量、燃料量和物料量控制预热炉和改性炉内的煅烧温度为650～1000℃，并在煅烧炉系统内形成还原气氛的燃烧环境(煅烧炉内过量空气系数＜1.0)，所述煅烧炉系统内气体的停留时间为2～10s，使燃料不充分燃烧和高岭土充分分解，将原料中的Fe3+还原为Fe2+，最终以磁铁矿形式存在，使得偏高岭土成品呈现灰黑色。同时保证高岭土不过烧，使成品偏高岭土的活性满足后续生产要求。
分解完成的热物料与热烟气离开煅烧炉系统，进入悬浮预热系统的最下一级旋风预热器内进行气固分离，热烟气随后进入氧化炉系统(氧化炉系统内过量空气系数＞1.0)，通过调节喂入氧化炉系统内的空气量和燃料量，在氧化炉内形成氧化气氛的燃烧环境，将热烟气中的未燃尽燃料充分燃尽和CO充分反应，随后热烟气继续向上运动将原料预热。
分解完成的热物料(偏高岭土)进入第一冷却系统，本实施例优选第一冷却系统的冷却介质为冷却水，冷却水由高效间接换热器底部经冷却介质通道进入高效间接换热器，随后与进入高效间接换热器的高温物料发生逆向间接换热，换热完成的热水由高效间接换热器顶部冷却介质出口离开，随后进行余热利用，例如热水可通过间接换热用于原料烘干等，也可以将热水中的部分热量在排放之前转移到蒸汽中，成为可以被再利用的热能用于余热发电等。经充分余热利用后的冷水可循环回高效间接换热器。需要说明的是，冷却水与高温物料为间接换热，在高效间接换热器内，冷水与高温物料不直接接触，两者之间的换热通过换热管进行。热物料在第一冷却系统的高效间接换热器中实现充分冷却，使偏高岭土中以Fe2+形式存在的磁铁矿在此冷却环节不会再次被氧化为Fe3+，经第一冷却系统将物料冷却至200-350℃。
经过第一冷却系统间接冷却后的物料从高效间接换热器底部进入第二冷却系统，第二冷却系统的冷却介质为常规空气，物料在第二冷却系统的旋风冷却器内进一步实现冷却和气固分离，经第二冷却系统冷却至100℃左右，最终从最下一级旋风冷却器的下料管离开，落入成品拉链机，得到满足需要的成品。第二冷却系统出口处的烟气再进入预热炉、氧化炉和烘干破碎系统。
最后应说明的是：以上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实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种成品颜色可控的偏高岭土制备系统，其特征在于，包括悬浮预热系统、煅烧炉系统、第一冷却系统和第二冷却系统，所述煅烧炉系统包括预热炉和改性炉，所述预热炉的底部为助燃风入口，所述预热炉的顶部出口与改性炉底部入口连接，所述改性炉顶部出口与所述悬浮预热系统的最下一级旋风预热器进口连接，所述悬浮预热系统的倒数第二级旋风预热器出料口分别与预热炉的生料喂料口和改性炉的生料喂料口连接，所述预热炉和改性炉上分别设置有燃料喂料口和生料喂料口，所述改性炉内为还原区，在高岭土分解形成偏高岭土的过程中，煅烧炉系统内燃料不完全燃烧形成还原气氛，进而将高岭土原料中的Fe3+还原为Fe2+，实现控制偏高岭土成品颜色；
在所述悬浮预热系统的最下一级旋风预热器出气口与倒数第二级旋风预热器进口之间设置有氧化炉系统，所述氧化炉系统包括氧化炉，所述氧化炉的底部入口与悬浮预热系统的最下一级旋风预热器出气口连接，所述氧化炉的顶部出口与悬浮预热系统的倒数第二级旋风预热器进口连接，所述氧化炉上设置有燃料喂料口和助燃风入口，所述氧化炉内为氧化区，在氧化炉系统内烟气中的未燃尽燃料充分燃尽，同时，CO与进入氧化炉的助燃风充分反应；
所述悬浮预热系统的最下一级旋风预热器出料口与第一冷却系统物料入口连接，所述第一冷却系统包括高效间接换热器，所述高效间接换热器内设置有冷却介质通道，所述第一冷却系统的冷却介质通道内通有冷却介质，所述冷却介质采用冷却水或油或其他冷却介质，所述第一冷却系统用于将物料间接冷却至200-350℃，所述第一冷却系统的物料出口与第二冷却系统的物料入口连接，所述第二冷却系统包括至少一级旋风冷却器，所述第二冷却系统的出气口分别与预热炉的助燃风入口和氧化炉的助燃风入口连接。
2.根据权利要求1所述的成品颜色可控的偏高岭土制备系统，其特征在于，所述高效间接换热器底部设置有冷却介质入口和物料出口，顶部设置有物料入口和冷却介质出口。
3.根据权利要求1所述的成品颜色可控的偏高岭土制备系统，其特征在于，所述预热炉从下往上依次由预热炉锥体、预热炉柱体和预热炉缩口组成，所述预热炉的燃料喂料口位于预热炉锥体上，预热炉的生料喂料口位于预热炉柱体上；
所述改性炉从下往上依次由改性炉锥体和改性炉柱体组成，所述改性炉的燃料喂料口位于改性炉锥体和改性炉柱体中部上，所述改性炉的生料喂料口分别位于改性炉柱体的底部和中部；
所述氧化炉从下往上依次由氧化炉锥体和氧化炉柱体组成，所述氧化炉的燃料喂料口位于氧化炉锥体和氧化炉柱体中部上，所述氧化炉的助燃风入口位于氧化炉柱体上。
4.根据权利要求1所述的成品颜色可控的偏高岭土制备系统，其特征在于，还包括用于烘干破碎原料用的烘干破碎系统，所述烘干破碎系统的物料出口经旋风分离器与悬浮预热系统连接；所述烘干破碎系统的热源入口与悬浮预热系统的顶部出气口连接，和/或与第二冷却系统的出气口连接，和/或与热风炉系统连接。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的系统制备成品颜色可控的偏高岭土的制备方法，其特征在于，该方法为原料经悬浮预热系统预热后进入煅烧炉系统，在煅烧炉系统内形成过量空气系数＜1.0的还原气氛的燃烧环境，并在氧化炉内形成过量空气系数＞1.0的氧化气氛的燃烧环境；所述煅烧炉系统内的煅烧温度为650～1000℃，煅烧炉系统内燃料不完全燃烧和高岭土分解形成的烟气携带分解完成的物料离开煅烧炉系统进入悬浮预热系统的最下一级旋风预热器，烟气随后进入氧化炉系统，在氧化炉系统内烟气中的未燃尽燃料充分燃尽，同时，CO与进入氧化炉的助燃风充分反应；经悬浮预热系统的最下一级旋风预热器分离的物料进入第一冷却系统的高效间接换热器，经第一冷却系统将物料冷却至200-350℃，之后再进入第二冷却系统，经第二冷却系统冷却至60-150℃，得到成品颜色可控的偏高岭土。
6.根据权利要求5所述的成品颜色可控的偏高岭土的制备方法，其特征在于，所述煅烧炉系统内过量空气系数为0.5～1.0；所述氧化炉系统内过量空气系数为1.0～1.2。
7.根据权利要求5所述的成品颜色可控的偏高岭土的制备方法，其特征在于，所述第二冷却系统的冷却介质为常规空气。
8.根据权利要求5所述的成品颜色可控的偏高岭土的制备方法，其特征在于，所述第二冷却系统出口的烟气进入预热炉、氧化炉和烘干破碎系统。
9.根据权利要求5所述的成品颜色可控的偏高岭土的制备方法，其特征在于，所述煅烧炉系统内气体的停留时间为2～10s。
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