CN114014565A - 高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置及方法，涉及固废资源化利用领域，包括石膏破碎烘干系统、与石膏破碎烘干系统连通的流态化预分解系统，所述液态流态化预分解系统下端连通渣液接收烧成系统、顶部连接旋风分离系统，所述渣液接收烧成系统底部与烧成液态水泥雾化制粉及冷却换热锅炉系统连通，所述旋风分离系统顶部与制酸系统连通。对比现有技术，本发明的有益效果在于：实现了高炉渣、磷石膏或脱硫石膏的高值、高效资源化利用。

Description

高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装 置及方法

技术领域

本发明涉及固废资源化利用领域，具体为高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置及方法。

背景技术

我国钢铁产量占全球的56％以上，粗钢产量首次突破10亿吨大关，生铁近9亿吨。生产1吨生铁产生0.3-0.6吨高炉渣，高炉渣从高炉排出时温度1450℃左右，其显热达1621.6KJ/Kg。高炉渣处理当前采用的是水淬工艺，高炉渣的热量基本没有回收；高炉渣的主要化学成分是CaO、SiO₂、Al₂O₃和MgO，它们在高炉渣中占95％以上，与天然岩石和硅酸盐水泥相似，因此，可以代替天然岩石和作为水泥生产原料使用。

磷石膏是磷酸生产过程中产生的工业固体废渣，我国磷石膏堆存量已超5亿吨，每年新产生大约7000万吨左右，综合利用率不足40％，如何有效处置磷石膏成为磷化工行业实现可持续发展的关键。

常用的烟气脱硫工艺钙湿法脱硫的副产物—脱硫石膏产量最大，当前我国脱硫石膏产量超过1.2亿吨，其综合利用率为74％。

当前磷石膏和脱硫石膏产品仍以水泥、免烧砖等传统建材为主，产品技术含量低，附加值低，磷石膏和脱硫石膏数量巨大，难以全部回收应用，废弃的脱硫副产物不得不作为固废进行堆埋，浪费了大量的硫资源，侵蚀土地、占用农田、危害堆积地及其附近区域大气、土壤和地下水等生态环境。

我国年水泥产量达23.77亿吨，呈连年增长，水泥熟料主要由CaO、SiO、Al₂O₃、Fe₂O₃四种氧化物构成，其中CaO占62％-67％，主要来源于石灰石。

磷石膏和脱硫石膏中CaO含量约30％，SO₃含量约40％，磷石膏分解制水泥联产硫酸技术不仅在充分利用其中的钙、硫资源的过程中不排放固体废渣，还为磷肥企业提供硫酸作为生产原料，具有很高的经济效益和环境效益。

但磷石膏和脱硫石膏分解温度高(1100-1200℃)，分解时间长，当磷石膏和脱硫石膏尚未分解时，窑内已出现大量液相，而液相包裹磷石膏和脱硫石膏后，会进一步阻止磷石膏和脱硫石膏的分解，从而使磷石膏和脱硫石膏分解的时间延长，造成预热器和分解炉的粘壁而频繁堵塞，因而难于选择窑外分解技术进行水泥生产，只能选用干法长窑生产工艺生产，窑的尺寸大、能耗高、投资大、产量低、经济效益差。

窑内燃料的充分燃烧和优质的水泥熟料烧成，需要氧化气氛，而磷石膏和脱硫石膏类的石膏分解需要还原气氛，窑内烧成和分解相互矛盾，难于调和，生产控制不能二者兼顾，使水泥熟料质量差、强度不稳定；且烟气中SO₂浓度低，而且波动大，影响制酸部分的正常运行。

磷石膏分解制水泥联产硫酸技术由于存有难于解决的诸多问题，造成磷石膏和脱硫石膏难于转化成大量使用的水泥。研发新的能解决问题的磷石膏和脱硫石膏生产硅酸盐水泥联产硫酸的系统及工艺具有重要的现实意义。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置及方法，实现了高炉渣、磷石膏和脱硫石膏的高值、高效资源化利用。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置，包括石膏破碎烘干系统、与石膏破碎烘干系统连通的流态化预分解系统，所述液态流态化预分解系统下端连通渣液接收烧成系统、顶部连接旋风分离系统，所述渣液接收烧成系统底部与烧成液态水泥雾化制粉及冷却换热锅炉系统连通，所述旋风分离系统顶部与制酸系统连通。

根据形成的石膏性质不同，磷石膏类与脱硫石膏类采用不同的破碎烘干系统。

磷石膏一类的石膏(如钛石膏等)含水量较大，并且含可溶磷、重金属、氟化物，需要进行水洗处理一般晾晒后使用，为了避免水洗处理消耗大量水资源,还要处理所排放的污水,提升成本，使用螺旋挤出机挤出物理水并使物料成型具有一定的机械强度；成型物料进入固定床进行烘干，利用固定床物料移动慢，烘干气体流速低，气体流量小，利于烘干尾气中挥发的可溶磷、氟通过洗涤回收利用使用螺旋挤出装置使石膏脱水成型，再进入固定床装置干燥预热同时脱除低沸点的氟、磷，烘干尾气净水洗排空；具体所述石膏破碎烘干系统包括螺旋挤出机，所述螺旋挤出机进口连通磷石膏料仓、出口连通输送机，所述输送机连接固定床烘干炉，所述固定床烘干炉底端连接双辊破碎机、顶端连接洗涤除氟塔，所述双辊破碎机连通石膏粉输送机，破碎烘干的石膏通过石膏粉输送机进入到石膏粉仓储，所述石膏粉仓储连通流态化预分解系统中的流太化预分解炉，磷石膏类的破碎烘干过程是物料从磷石膏料仓经皮带输送进入螺旋挤出机成型，成型后的物料经加料装置加入固定床烘干炉，在固定床烘干炉中从上向下移动与干燥气体逆流换热，烘干尾气进入洗涤除氟塔脱除磷、氟后排空；烘干物料经双辊破碎机破碎进入石膏粉储仓。

脱硫石膏一类石膏(烟气半干法脱硫灰等)含水量低，可直接进入装有陶瓷球的流化床结合气流床进行烘干破碎，烘干尾气经除尘排空；具体所述石膏破碎烘干系统包括脱硫石膏料仓，所述脱硫石膏料仓通过输送机连通流化床结合气流床烘干破碎炉，所述流化床结合气流床烘干破碎炉顶部连通烘干管道，所述烘干管道连通旋流分离器，破碎烘干的石膏通过旋流分离器进入到流态化预分解系统，脱硫石膏的烘干过程是物料从脱硫石膏料仓通过输送机送入到流化床结合气流床烘干破碎炉干燥，流化床结合气流床底部的陶瓷球呈沸腾流化态，结团成块的物料被沸腾的陶瓷球撞击粉碎，粉碎物料与干燥气体并流，悬浮分散在垂直上升的气流中被干燥预热，随气流进入旋风分离器气固分离，废气排空，干燥物料经锁风送料阀进入石膏粉储仓。

进一步的，所述流态化预分解系统包括流太化预分解炉，所述流太化预分解炉进料口与石膏粉仓储或旋流分离器连通，所述流太化预分解炉进料口还连通碳材料储仓以及校正料储仓，所述流太化预分解炉底部下端连通渣液接收烧成系统中的侧吹渣液水泥烧成炉，流太化预分解炉设置在侧吹渣液水泥烧成炉顶部相互连通成一体，连接部位设有缩口文丘里设计产生喷腾效应，流太化预分解炉一侧设置碳材料储仓，经计量调节给料机送入流太化预分解炉底部；进一步的流太化预分解炉缩口处设置一对预热空气和循环烟气喷口，喷口采用缩扩设计加速喷射的预热空气、循环烟气；更进一步的流态化预分解炉顶部设有出口管道，出口管道与旋风分离系统中的高温旋流分离器进口连接，高温旋流分离器顶部气体出口连接烟气换热器进口，所述烟气换热器连通制酸系统，烟气换热器通过加压风机连通余热锅炉以及流态化预分解炉缩口处。

进一步的，所述渣液接收烧成系统包括侧吹渣液水泥烧成炉，所述侧吹渣液水泥烧成炉顶部一侧设置双层中间包，所述双层中间包内部贯穿设置塞棒，所述侧吹渣液水泥烧成炉顶部另一侧呈锥体连通流太化预分解炉，锥体顶部缩口处经管道与高温旋流器的锁风喂料器相连，侧吹渣液水泥烧成炉底部通过气力雾化喷嘴与烧成液态水泥雾化制粉及冷却换热锅炉系统中的余热锅炉连通，侧吹渣液水泥烧成炉底一侧液面下安装连续取样器，底部设有熔液流出口。

所述烧成液态水泥雾化制粉及冷却换热锅炉系统包括余热锅炉，所述余热锅炉通过管道连接固定床烘干炉，所述余热锅炉出料口连通收尘器，所述收尘器底端设置输送绞龙。

高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的方法，包括以下步骤：

S1、对石膏进行预处理，预处理后的石膏输送到流态化预分解炉中；原料通过皮带输送机送入螺旋挤出机成型再进入或直接进入破碎烘干炉进行烘干和破碎,来自流态化分解系统的换热气体(约350℃)经过管道通入破碎烘干机内烘干物料,湿态磷石膏-脱硫石膏先脱去物理水成为二水石膏，而后继续脱水成为半水石膏，出破碎烘干炉的含尘气体进入旋流除分离器或洗涤除尘塔,收集的干粉由链式输送机输送入石膏粉储仓或脱硫石膏料仓,然后进入到流态化预分解炉上部管道；

本发明的锻烧部分采用高炉渣液的热气流和加热渣熔液烟气形成可控气氛流态化预分解炉和高温旋流气分离器分解磷石膏/脱硫石膏,石膏颗粒在预分解炉中高度分散，处于流态化状态,与热气体充分接触,加快了气一固两相间换热,可以提高石膏的分解效率。在分解炉底部增设缩扩口产生喷腾效应,加速磷石膏分解。

物料在预分解炉底部形成流态化高温分解,在预分解炉中经缩扩口产生喷腾分解,加快换热速率与分解速率在旋流料气分离器中,物料在高速涡旋热气流中预热并气一固分离,物料经过锁风喂料器入侧吹渣液水泥烧成炉顶缩扩喉口下部,形成一种高效的循环分解系统。

S2、预处理后的石膏到达流态化预分解炉底部缩扩喉口中,热气流(1000一1400℃,-0.8KPa)与石膏气-固两相换热,石膏随热气流经流态化预分解炉上部管道入高温旋流分离器(1100一900℃,-0.8KPa)中,高温旋流分离器分离出分离出的物料经过旋流料气分离器下部的锁风喂料器入烧成炉顶缩扩喉口处,在炉顶空间热气流及辐射热(1450-1600℃)产生流态化和高温分解效应,分解炉低部的缩扩口产生喷腾分解效应；高温旋流分离器分离出的高浓度SO₂随热气流带入烟气换热器与来自加压风机4-5的空气换热，换热空气作为助燃风和破碎烘干的换热气体；SO2气体随热气体经过冷却器冷却至制硫酸系统；

S3、来高温旋流分离器(4-3)的高温物料进入侧吹渣液水泥烧成炉(3)内,与上升高温弱还原气氛气流逆向悬浮接触,流态化预分解炉(4)内未分解的硫酸钙或生成的硫化钙高温下彻底分解,生成的氧化钙、磷酸钙沉落入侧吹渣液水泥烧成炉(3)内的渣熔液；磷酸钙在高温、碳、二氧化硅存在的条件下，磷酸钙分解成单质磷随烟气脱除；氧化钙融入渣液，氧化钙融入渣液，与硅酸二钙生成硅酸三钙高胶凝性硅酸盐水泥；

S4、侧吹渣液水泥烧成炉(3)炉底出口流出的硅酸三钙高胶凝性硅酸盐水泥，在气力雾化喷嘴(5)内高速气流熔液进入到喷嘴混合腔，气流加速到超音速进入混合腔冲击液体，气与液的混合相经再次加速，使得其速度差增大，在气液速度差产生的气动压力作用下，液滴发生雾化之后喷出细化成为细小渣液液滴；

S5、细小液滴喷入余热锅炉(6)，被喷入余热锅炉(6)换热冷风冷却，形成固态粉末与换热风并流和余热锅炉(6)受热面换热进一步冷却，经收尘器(6-1)回收进入水泥仓。

为了提高磷石膏/脱硫石膏的分解效率,在s2步骤石膏预热阶段，通过碳材料储仓4-1加入碳材料，避免低温条件下炭材料的氧化损失和的形成,而是直接将炭材料在流态化预分解炉的适当位置喷入,使得炭材料在高温条件下气化用于还原分解石膏。此外,在炭材料喷入出的上方用加压风机补充适当氧气,将还原分解过程的副产物进一步氧化脱硫,提高石膏的总体脱硫率,提高气体浓度,有利于制酸。

所述弱还原气氛包括3％-5％的CO、25％-35％的CO₂、以及体积比为0.5-2.0碳硫。

所述的磷石膏90％粒径≤0.075mm,还可以是钛石膏等水分较高、杂质较多的多种硫酸钙材料。

所述的脱硫石膏可以是湿法脱硫石膏、半干法脱硫石膏、氟石膏、盐石膏及天然石膏等多种石膏。

所述的碳材料粒径为0.045—3mm,包含煤粉、焦炭、半焦、活性炭、石墨等多种碳材料。

所述的固定床烘干炉，可以为隧道窑和转底炉。

所述的流态化预分解炉，可以是气流床、沸腾床、流化床、鼓泡床、喷动床、沉降床等多种炉型；更具体的预分解炉磷石膏采用喷动床，脱硫石膏为内循环流化床。

所述的流态化预分解炉出口分离器分离后高温气体可经分流阀分流高温烟气进入流态化预分解作为流化风，调节炉内流化。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、利用了高温高炉渣熔液直接生产硅酸钙水泥，并利用其高温显热、保温烟气参与硫酸钙的分解，且气氛可调；避免水淬渣造成的水及空气污染，杜绝水冲渣的水的消耗和能耗，还有水淬渣烘干的热耗。

2、可以脱除磷石膏类石膏中磷酸盐和氟盐，尤其是其中可溶性的磷和氟。因此，避免了磷石膏利用必须经过严格水洗去磷的工序，节省大量的水资源和洗涤后产生的污水还要进一步处理成本，降低了对磷石膏成分的要求，普适性大大提高。

3、先将磷石膏—脱硫石膏原料烘干脱除自由水和结晶水，烘干气体分流，再对烘干处理的磷石膏—脱硫石膏进行分解，可以提高分解气体中的SO2气体浓度，避免制酸工艺过程复杂，减少制酸系统的能耗和设备投资；高温余热废气得到充分利用，提高分解效率，降低燃料消耗。

4、解决了磷石膏—脱硫石膏的分解温度过低易导致形成副产物，分解不完全，而温度过高则易导致大量液相出现使得窑炉结皮堵塞等问题。

5、高温高炉渣熔液已是液态，不需要将生料煅烧出液相，没有了煤的充分燃烧和优质熟料的形成，均需氧化气氛，而石膏分解又需还原气氛，这一对难以调和的矛盾；省去了水泥生产破碎、预混、粉磨煅烧环节，工艺流程大大简化，减少投资和能耗。

6、脱硫石膏中的硫和钙得以充分利用，不产生二次废渣；不需要开采石灰石不可再生矿产资源；省略了水泥煅烧中干燥、脱水、碳酸盐分解和固相反应阶段，减少水泥煅烧中80％能耗和碳排放。

7、高炉渣显热回收，冷却的产品形成粉末，减少水泥粉磨能耗；实现磷石膏—脱硫石膏的高效清洁分解与高值利用。

附图说明

附图1是高温液态渣协同磷石膏生产硅酸盐水泥联产硫酸的系统装置图；

附图2是高温液态渣协同脱硫石膏生产硅酸盐水泥联产硫酸的系统装置图。

附图中所示标号：

1、螺旋挤出机；1-1、磷石膏料仓；1-2、输送机；2、固定床烘干炉；2-1、双辊破碎机；2-2、洗涤除氟塔；2-3、石膏粉输送机；2-4、石膏粉储仓；3、侧吹渣液水泥烧成炉；3-1、双层中间包；3-2、塞棒；3-3、侧吹燃烧喷枪；4、流态化预分解炉；4-1、碳材料储仓；4-2、校正料储仓；4-3、高温旋流分离器；4-4、烟气换热器；4-5、加压风机；5、气力雾化喷嘴；6、余热锅炉；6-1、收尘器；6-2、输送绞龙；7、流化床结合气流床烘干破碎炉；7-1、脱硫石膏料仓；7-2、输送机；7-3、烘干管道；7-4、旋流分离器；7-5热风炉。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例1:高温液态渣协同磷石膏制水泥联产硫酸

如图1所示，在本实施例中提供了一种高温液态渣协同磷石膏制水泥联产硫酸的装置及方法，具体如下：

磷石膏类石膏含水率高，含可溶磷、重金属、氟化物，需要进行水洗处理，本实施例为了避免水洗处理消耗大量水资源，还要处理所排放的污水，提升成本的问题，使用螺旋挤出机挤出物理水，再进入固定床烘干炉干燥预热同时脱除低沸点的氟、磷，烘干尾气净水洗排空，详细过程如下：

磷石膏首先进入螺旋挤出机1的成型脱水系统，经磷石膏料仓1—1控制给料到螺旋挤出机1，在挤出成型过程中挤出多余的水分，成型后的磷石膏经输送机1-2，输送给烘干破碎系统中的固定床烘干炉2的布料器，经布料器均匀布料保持料床一定高度，成型料间保有空隙，在固定床烘干炉2的炉底布风下料的转动下缓慢向下移动，与固定床烘干炉2底进入的热风逆向接触，热风经料间空隙上升，不断将热量传递给物料，物料被烘干，湿态磷石膏先脱去物理水成为二水石膏(CaSO₄·H2O)，而后继续脱水成为半水石膏(CaSO₄·0.5H₂O)，磷石膏中低沸点的可溶性磷、氟等随水份蒸发；烘干的尾气从固定床烘干炉2的炉顶部排出进入洗涤除氟塔2-2被水洗涤后排空，尾气中的磷、氟等低沸点物质溶于水中，达到一定浓度加碱回收；烘干物料从固定床烘干炉底排出进入双辊破碎机2-1，双辊破碎机具有磨、破两种效果，根据磷石膏的特性经双辊破碎机后，≤0.075mm的颗粒达90％以上，满足分解要求；烘干破碎的磷石膏粉经石膏粉输送机2—3输送至石膏粉储仓2—4，石膏粉储仓底部出口设有计量调控给料装置，精确控制给料量的磷石膏粉从石膏粉储仓2—4经螺旋输送至流态化预分解炉4底部。

高炉渣从1600℃流态化预分解炉4中流出经渣沟流入双层中间包3—1流入侧吹渣液水泥烧成炉3内，渣液先流入上层中间包，塞棒3—2提起时渣液从上层渣包水口流入下层中间包，上层渣包塞棒落下后提起下层中间包塞棒，渣水经下层水口流入侧吹渣液水泥烧成炉3；侧吹渣液水泥烧成炉3的炉体侧壁上部斜插侧吹燃烧喷枪3—3，提供烧成时吸热反应和保持流动性的热量，可控燃烧产生可控气氛烟气，烟气从熔液中浮出液面，经炉顶空间进入与流态化预分解炉缩扩喉口，经加速产生喷腾效应进入流态化预分解炉4炉内。

与磷石膏粉一同进入流态化预分解炉4的还有碳材料和校正料，碳材料和校正料分别从碳材料储仓4—1和校正料储仓4—2经给料机精确控制给料量与磷石膏粉进入流态化预分解炉4，被烧成炉的高温热气流(1450℃左右)与从高温旋流分离器4-3后分流的高温烟气(900-1100℃)和烟气换热器被换热的空气(350℃)经加压风机4-5加压的空气，一起汇合在缩扩喉口的气流喷腾处形成流态化状态，与热气体充分接触，加快了气一固两相间换热，可以提高磷石膏的分解效率；磷石膏粉在高温热气流和碳材料、弱还原气氛下，CaSO₄大部分分解，形成SO₂和CaO、CaS、C；用加压风机4-5补充了适当空气，将还原分解过程的副产物进一步氧化脱硫，提高磷石膏的总体脱硫率，提高SO₂气体浓度，有利于制酸；分解出的高浓度SO₂烟气与石灰和部分未分解的磷石膏、碳质材料随热气流，带入上部的旋风分离器4—3进行旋风分离，高浓度SO₂烟气进入烟气换热器4—4与空气换热，换热后进入制酸装置生成硫酸；石灰和部分未分解的磷石膏、碳质材料经撒料装置撒入侧吹渣液水泥烧成炉3顶部缩口处，进入侧吹渣液水泥烧成炉3内。

石灰和部分未分解的磷石膏、碳质材料在烧成炉空间沉落过程中，未分解的CaSO₄、CaS在高温下被分解，磷酸钙被碳热还原成单质磷；分解生成的氧化钙沉入熔液熔解，与熔渣中的SiO₂、Al₂O₃、FexOx生成硅酸三钙(C₃S)、硅酸二钙(C₂S)、铝酸三钙(C₃A)和铁铝酸四钙(C₄AF)水泥熟料矿物，C₃A和C₄AF是溶剂矿物溶剂矿物，C₃S只在液相中反应生成；生成的高胶凝性水泥矿物的熔液，从侧吹渣液水泥烧成炉3底部流道流出进入气力雾化喷嘴5，在气流的作用下雾化成细小液滴，细小液滴与高速气流一起喷入余热锅炉6入口。

细小液滴与高速气流在余热锅炉6入口处与进入的空气混合，迅速冷却形成固态粉末，并流过余热锅炉6受热面，进一步被冷却至150℃进入收尘器6—1，收尘器6-1收集的粉料经输灰绞龙6—2输送至储仓，经磨机进一步磨细制成水泥。

其中，磷石膏粒径90％≤0.075mm，还可用钛石膏等水分较高、杂质较多的多种硫酸钙材料代替；

碳材料粒径为0.045—3mm，包含煤粉、焦炭、半焦、活性炭、石墨等多种碳材料。

弱还原气氛为CO₃％-5％,CO₂为25％-35％,碳硫比0.5-2.0。

实施例中的磷石膏、钛石膏的化学成分：

实施例中的高炉渣化学成分

实施例中的铁粉化学成分

侧吹渣液水泥烧成炉3侧壁的侧吹燃烧喷枪3-3点火,对侧吹渣液水泥烧成炉膛及底部流道进行预热,当炉膛预热到1000℃时,高炉渣渣液从渣沟流入双层中间包3-1进入侧吹渣液水泥烧成炉3内,同时,磷石膏经烘干破碎进入流态化预分解炉4，在流态化预分解炉4内与加入碳材料、校正料一起被缩扩喉口喷腾的热气流流化，悬浮在热气流弱还原气氛中的磷石膏分解，由于磷石膏含有杂质及校正料降低了熔点，悬浮的粉料分解过程中出现液相，相互碰撞黏连体积质量增大沉落入烧成炉，进一步被高温分解；未黏结的粉料随高浓度SO₂热气流进入高温旋流分离器4-3中气—固分离，气流进入烟气换热器4-4换热后进入制酸装置进行硫酸制取；固体粉料经管道进入侧吹渣液水泥烧成炉3彻底分解成CaO，未反应的碳质材料浮于渣液液面，Fe₂O₃和P₂O₅被碳热还原成单质磷、铁,CaO与高炉渣中硅铝氧化物进行烧成反应形成高胶凝硅酸盐水泥熟料。其反应式为：

12CaO+2SiO₂+2Al₂O₃+Fe₂O₃→3Cao·SiO+2CaO·SiO₂+3CaO·Al₂O₃+4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃

磷石膏煅烧水泥熟料及制取硫酸，校正料选用铁粉。

水泥熟料的主要成分、率值及物理性能如下表所示

料比高炉渣：铁粉：磷石膏＝40：5：170

生成的熟料主要化学成分：

Loss	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO
					0.15	20.89	5.87	3.28	65.46

熟料的率值为：KH(石灰饱和系数)＝0.94；SM(硅率)＝2.29；IM(铝率)＝1.7

熟料的物理性能：

磷石膏分解率99.36％；制取的硫酸浓度93.16；烧灼残渣0.049％。

钛石膏煅烧水泥熟料及制取硫酸，校正料选用硅灰。

水泥熟料的主要成分、率值及物理性能

料比高炉渣：硅灰：钛石膏＝40：4：155

生成的熟料主要化学成分：

熟料	LOSS	SiO<sub>2</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	CaO	∑
								Wt％	0.18	20.38	4.65	6.98	4.83	62.54	99.5

熟料的率值为：KH(石灰饱和系数)＝0.86；SM(硅率)＝1.75；IM(铝率)＝1.50

熟料的物理性能：

制取硫酸的质量：浓度92.26；灼烧残渣0.048％；脱硫石膏的分解率为98.5％。

实施例2：高温液态渣协同脱硫石膏制水泥联产硫酸

在本实施例中提供了一种高温液态渣协同脱硫石膏制水泥联产硫酸，具体如下：

脱硫石膏含水量低，可直接进入装有陶瓷球的流化床结合气流床进行烘干破碎，烘干尾气经除尘排空，详细如下：

脱硫石膏首先进入烘干破碎系统，脱硫石膏经料仓7—1控制给料量，到输送机7—2输送至流化床结合气流床烘干破碎炉7；流化床结合气流床烘干破碎炉7的炉布风板上预装陶瓷球，通入流化风，陶瓷球呈沸腾态，陶瓷球既蓄热，也对入炉的脱硫石膏板结团块有破碎效果；脱硫石膏被细化加热，石膏粉中的物理水蒸发，被流化风携带经缩径加速进入烘干管道7—3，石膏粉在烘干管道7-3中上升过程CaSO₄·2H2O失去结晶水成CaSO₄·0.5H₂O,进一步失水形成CaSO₄；烘干破碎的石膏粉与烘干气体并流从顶部进入旋风分离器7—4气、固分离，废气进一步除尘排放，石膏粉经输送机输送至流态化预分解炉4，烘干流化风由热风炉7—5提供，热风炉7-5的助燃风来自烟气换热器4-4的预热空气。

高炉渣从1600℃流态化预分解炉中流出经渣沟流入双层中间包3—1流入侧吹渣液水泥烧成炉3内，渣液先流入上层中间包，塞棒3—2提起时渣液从上层渣包水口流入下层中间包，上层渣包塞棒落下后提起下层中间包塞棒，渣水经下层水口流入炉内；侧吹渣液水泥烧成炉3炉体侧壁上部斜插侧吹燃烧喷枪3—3，提供烧成时吸热反应和保持流动性的热量，可控燃烧产生可控气氛烟气，烟气从熔液中浮出液面，经侧吹渣液水泥烧成炉3的炉顶空间进入与流态化预分解炉4的缩扩喉口，经加速产生喷腾效应进入流态化预分解炉4炉内。

与脱硫石膏粉一同进入流态化预分解炉4的还有碳材料和校正料，碳材料和校正料分别从碳材料储仓4—1和校正料储仓4—2经给料机精确控制给料量与磷石膏粉进入流态化预分解炉4，被烧成炉的高温热气流(1450℃左右)与从高温旋流分离器7-4后分流的循环高温烟气(900-1100℃)和烟气换热器4-4被换热的空气(350℃)经加压风机4-5加压的空气，流态化预分解炉4与侧吹渣液水泥烧成炉3连接处设计成文丘里结构，进入流态化预分解炉的热气流、循环烟气、预热空气通过流态化预分解炉底部的文丘里管的加速，进入循环流化床体，物料在循环流化床里气固两相由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触，在上升的过程中，不断形成聚团物向下返回，而聚团物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，使得气固间的滑移速度高达单颗粒滑移速度的数十倍。这样的循环流化床内气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，提高脱硫石膏的分解效率；磷石膏粉在高温热气流和碳材料、弱还原气氛下，CaSO₄大部分分解，形成SO₂和CaO、CaS、C；用加压风机4-5补充了适当空气,将还原分解过程的副产物进一步氧化脱硫,提高磷石膏的总体脱硫率,提高SO₂气体浓度,有利于制酸；分解出的高浓度SO₂烟气与石灰和部分未分解的脱硫石膏、碳质材料随热气流，一带入上部的旋风分离器7—4进行旋风分离，高浓度SO₂烟气进入烟气换热器4—4与空气换热，换热后进入制酸装置生成硫酸；收尘器6-1捕集下来的固体颗粒，通过收尘器6-1下的再循环系统，返回流态化预分解炉4继续参加反应，高倍率循环，多余的经撒料装置撒入侧吹渣液水泥烧成炉3顶部缩口处，进入侧吹渣液水泥烧成炉3内。

石灰和部分未分解的脱硫石膏、碳质材料在侧吹渣液水泥烧成炉3空间沉落过程中，未分解的CaSO₄、CaS在高温下被分解，磷酸钙被碳热还原成单质磷；分解生成的氧化钙沉入熔液熔解，与熔渣中的SiO₂、Al₂O₃、FexOx生成硅酸三钙(C₃S)、硅酸二钙(C₂S)、铝酸三钙(C₃A)和铁铝酸四钙(C₄AF)水泥熟料矿物，C₃A和C₄AF是溶剂矿物，C₃S只在液相中反应生成；生成的高胶凝性水泥矿物的熔液，从烧成炉底部流道流出进入气力雾化喷嘴5，在气流的作用下雾化成细小液滴，细小液滴与高速气流一起喷入余热锅炉6入口。

细小液滴与高速气流在余热锅炉6入口处与进入的空气混合，迅速冷却形成固态粉末，并流过余热锅炉6受热面，进一步被冷却至150℃进入收尘器6—1，收尘器6-1收集的粉料经输灰绞龙6—2输送至储仓，经磨机进一步磨细制成水泥。

其中，脱硫石膏：可以是湿法脱硫石膏、半干法脱硫石膏、氟石膏、盐石膏及天然石膏等多种石膏。

碳材料粒径为0.045—3mm，包含煤粉、焦炭、半焦、活性炭、石墨等多种碳材料。

实施例中的脱硫石膏的化学成分：

实施例中的高炉渣化学成分

实施例中的铁粉化学成分

类别	SiO<sub>2</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	SO<sub>3</sub>	P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	其他	Σ
										铁粉	34.42	48.27	11.53	3.53	0.09	-	-	2.16	100

湿法脱硫石膏煅烧水泥熟料及制取硫酸，校正料选用铁粉。

水泥熟料的主要成分、率值及物理性能

料比高炉渣：铁粉：脱硫石膏＝50：5.8：141

生成的熟料主要化学成分：

熟料	LOSS	SiO<sub>2</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	CaO	∑
								Wt％	0.16	20.38	3.89	6.37	5.30	62.27	98.37

熟料的率值为：KH(石灰饱和系数)＝0.88；SM(硅率)＝1.98；IM(铝率)＝1.64

熟料的物理性能

制取硫酸的质量：浓度92.68；灼烧残渣0.048％；脱硫石膏的分解率99.5％。

烧结烟气干法脱硫石膏煅烧水泥熟料及制取硫酸，校正料选用铁粉。

水泥熟料的主要成分、率值及物理性能

料比高炉渣：铁粉：脱硫石膏＝50：4.4：100

生成的熟料主要化学成分：

熟料	LOSS	SiO2	Fe2O3	Al2O3	MgO	CaO	∑
								Wt％	0.19	19.04	3.90	6.53	6.65	60.19	96.5

熟料的率值为：KH(石灰饱和系数)＝0.91；SM(硅率)＝1.82；IM(铝率)＝1.67

熟料的物理性能

制取硫酸的质量：浓度92.38；灼烧残渣0.048％；脱硫石膏的分解率98.5％

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置，其特征在于：包括石膏破碎烘干系统、与石膏破碎烘干系统连通的流态化预分解系统，所述液态流态化预分解系统下端连通渣液接收烧成系统、顶部连接旋风分离系统，所述渣液接收烧成系统底部与烧成液态水泥雾化制粉及冷却换热锅炉系统连通，所述旋风分离系统顶部与制酸系统连通。

2.根据权利要求1所述的高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置，其特征在于：所述石膏破碎烘干系统包括螺旋挤出机(1)，所述螺旋挤出机(1)进口连通磷石膏料仓(1-1)、出口连通输送机(1-2)，所述输送机(1-2)连接固定床烘干炉(2)，所述固定床烘干炉(2)底端连接双辊破碎机(2-1)、顶端连接洗涤除氟塔(2-2)，所述双辊破碎机(2-1)连通石膏粉输送机(2-3)，破碎烘干的石膏通过石膏粉输送机(2-3)进入到石膏粉仓储(2-4)，所述石膏粉仓储(2-4)连通流态化预分解系统。

3.根据权利要求1所述的高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置，其特征在于：所述石膏破碎烘干系统包括脱硫石膏料仓(7-1)，所述脱硫石膏料仓(7-1)通过输送机(7-2)连通流化床结合气流床烘干破碎炉(7)，所述流化床结合气流床烘干破碎炉(7)顶部连通烘干管道(7-3)，所述烘干管道(7-3)连通旋流分离器(7-4)，破碎烘干的石膏通过旋流分离器(7-4)进入到流态化预分解系统。

4.根据权利要求1或2所述的高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置，其特征在于：所述流态化预分解系统包括流太化预分解炉(4)，所述流太化预分解炉(4)进料口与石膏粉仓储(2-4)或旋流分离器(7-4)连通，所述流太化预分解炉(4)进料口还连通碳材料储仓(4-1)以及校正料储仓(4-2)，所述流太化预分解炉(4)底部下端连通渣液接收烧成系统、顶部连接旋风分离系统。

5.根据权利要求4所述的高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置，其特征在于：所述渣液接收烧成系统包括侧吹渣液水泥烧成炉(3)，所述侧吹渣液水泥烧成炉(3)顶部一侧设置双层中间包(3-1)，所述双层中间包(3-1)内部贯穿设置塞棒(3-2)，所述侧吹渣液水泥烧成炉(3)顶部另一侧连通流太化预分解炉(4)，侧吹渣液水泥烧成炉(3)底部通过气力雾化喷嘴(5)与烧成液态水泥雾化制粉及冷却换热锅炉系统连通。

6.根据权利要求5所述的高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置，其特征在于：所述旋风分离系统包括高温旋流分离器(4-3)，所述高温旋流分离器(4-3)的进口与流太化预分解炉(4)的出道口连通，所述高温旋流分离器(4-3)顶部出气口连通烟气换热器(4-4)、底部固体物料出口连接侧吹渣液水泥烧成炉(3)顶部，所述烟气换热器(4-4)连通制酸系统。

7.根据权利要求5所述的高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的装置，其特征在于：所述烧成液态水泥雾化制粉及冷却换热锅炉系统包括余热锅炉(6)，所述余热锅炉(6)通过气力雾化喷嘴(5)与侧吹渣液水泥烧成炉(3)连通，并通过管道连接固定床烘干炉(2)，所述余热锅炉(6)出料口连通收尘器(6-1)，所述收尘器(6-1)底端设置输送绞龙(6-2)。

8.高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过石膏破碎烘干系统对石膏进行预处理，预处理后的石膏输送到流态化预分解炉(4)中；

S2、预处理后的石膏到达流态化预分解炉(4)底部,热气流与石膏气-固两相换热,石膏随热气流经流态化预分解炉(4)上部管道入高温旋流分离器(4-3)中,高温旋流分离器(4-3)分离出的石膏进入侧吹渣液水泥烧成炉(3),在侧吹渣液水泥烧成炉(3)的炉顶空间热气流及辐射热产生流态化和高温分解效应,高温旋流分离器(4-3)分离出的高浓度SO₂随热气流带入烟气换热器(4-4)，最终进入到制酸系统形成硫酸；

S3、来高温旋流分离器(4-3)的高温物料进入侧吹渣液水泥烧成炉(3)内,与上升高温弱还原气氛气流逆向悬浮接触,流态化预分解炉(4)内未分解的硫酸钙或生成的硫化钙高温下彻底分解,生成的氧化钙、磷酸钙沉落入侧吹渣液水泥烧成炉(3)内的渣熔液；磷酸钙在高温、碳、二氧化硅存在的条件下，磷酸钙分解成单质磷随烟气脱除；氧化钙融入渣液，氧化钙融入渣液，与硅酸二钙生成硅酸三钙高胶凝性硅酸盐水泥；

S4、侧吹渣液水泥烧成炉(3)炉底出口流出的硅酸三钙高胶凝性硅酸盐水泥，在气力雾化喷嘴(5)内高速气流熔液进入到喷嘴混合腔，气流加速到超音速进入混合腔冲击液体，气与液的混合相经再次加速，使得其速度差增大，在气液速度差产生的气动压力作用下，液滴发生雾化之后喷出细化成为细小渣液液滴；

S5、细小液滴喷入余热锅炉(6)，被喷入余热锅炉(6)换热冷风冷却，形成固态粉末与换热风并流和余热锅炉(6)受热面换热进一步冷却，经收尘器(6-1)回收进入水泥仓。

9.根据权利要求8所述的高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的方法，其特征在于，在s2步骤石膏预热阶段，通过碳材料储仓(4-1)加入碳材料。

10.根据权利要求8所述的高温液态高炉渣协同磷石膏/脱硫石膏制水泥联产硫酸的方法，其特征在于，所述弱还原气氛包括3％-5％的CO、25％-35％的CO₂、以及体积比为0.5-2.0碳硫。

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