CN114804682B - 一种石膏节能环保煅烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业副产石膏处理领域，具体公开了一种石膏节能环保煅烧系统，包括加热干燥器、煅烧机、一次蒸汽供热、二次蒸汽的余热回收利用、测量控制系统及其配套的辅助装置、单元或模块，本方案的创新点在于余热回收利用的设计和煅烧机的进一步改进，统筹使用热能，完成石膏加热、干燥和煅烧，最终生产出质量稳定、能耗较低的高品质石膏粉。煅烧机配合一次蒸汽、计量进料单元和一级控制器调控参数（送入蒸汽的量和干料的量），完成闭环控制。同时管控上述两个输入端可以精确地将干料的煅烧温度控制在±0.1℃，从而有力避免了石膏发生欠烧或过烧的可能。

Description

一种石膏节能环保煅烧系统

技术领域

本发明属于工业副产石膏处理领域，特别涉及一种石膏节能环保煅烧系统。

背景技术

中国是燃煤生产和使用大国，燃煤电厂为主要用户，为满足环保要求，目前大多采用了湿法脱硫工艺，发电过程产生大量的脱硫石膏，已达年亿吨级规模。中国也是磷肥和柠檬酸生产大国，磷肥、柠檬酸产量位于世界前列，其生产过程中每年产生的磷石膏、柠檬酸石膏等工业副产石膏规模也已超年亿吨级规模。工业副产石膏要么被直接使用，如用作水泥的缓凝剂；要么被煅烧为熟石膏粉，供下游企业制成纸面石膏板、抹灰石膏砂浆、石膏砌块和石膏天花等石膏制品。

石膏煅烧工艺很大程度上决定了熟石膏粉的质量，也直接影响石膏煅烧的生产效率、能耗、环保等指标。目前常用的煅烧设备，以备的换热方式来划分主要分为两类：直接换热式和间接换热式煅烧设备。其中直接换热器设备主要有：烟气回转窑、斯德煅烧炉、闪烧窑、彼得磨、气流煅烧炉等；间接换热设备有炒锅、沸腾炉、间歇式回转窑、内加热管式煅烧窑、连续式外烧回转窑等。

生产中使用的主流石膏煅烧设备是：回转窑和新型流态化煅烧系统（气流闪烧、沸腾炉、分室煅烧等）。实际应用中这些石膏煅烧设备或多或少的都暴露出了设备体积大、热效率低、能耗大、生产成本高、产品性能波动大等不足。尤其是在禁止燃煤、集中供热的大环保环境里，上述设备大都无法有效使用，必须转换为能适应市场化热源供应（低压蒸汽、0.8MPa/180-210℃）的煅烧模式。这就导致，或者产能大幅度降低，或者设备体积成倍放大，甚至煅烧的能耗费用成倍增加。同时许多新型流态化煅烧设备因为传热和控制不到位，本身很容易导致石膏相的不稳定，最终表现在熟石膏粉的初终凝时间波动很大，让下游用户无所适从。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石膏节能环保煅烧系统，解决现有煅烧工艺热效率低、热能损失大、生产成本高、熟石膏粉性能不稳定等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种石膏节能环保煅烧系统，包括依次连接的加热干燥器、煅烧机、冷却陈化器、粉末改性单元和仓库，湿料进入加热干燥器后变成干料，然后进入煅烧机变为半水石膏，然后进入冷却陈化器和粉末改性单元变为半水石膏成品，最后进入仓库，加热干燥器排出冷凝水和热风，煅烧机排出不同品质的热风，冷却陈化器从外界获取新风然后排出热风；还包括一次蒸汽、二次蒸汽和蒸汽站，一次蒸汽分为两路经过调节阀进入煅烧机和蒸汽站，煅烧机内部产生二次蒸汽和热风，煅烧机的二次蒸汽通入蒸汽站，蒸汽站混合一次蒸汽和二次蒸汽适当提高其品质使其能够应用于其他地方，蒸汽站的二次蒸汽进入加热干燥器，煅烧机内部产生的部分热风直接回收到加热干燥器，煅烧机和冷却陈化器所排出的部分热风汇合后排至外界；一级控制器，所述一级控制器电连接加热干燥器、煅烧机、冷却陈化器、粉末改性单元、蒸汽站以及若干调节阀、若干风机。所述一次蒸汽为高温高压的蒸汽，所述二次蒸汽的品质低于所述一次蒸汽，这里提到的热风的品质则低于二次蒸汽。

作为上述方案的改进，所述加热干燥器设置配套的排风机，蒸汽站的二次蒸汽和煅烧机的回收热风通入加热干燥器后将石膏粉预热至80-120℃，所述加热干燥器的热出风口温度设置成85-125℃。

作为上述方案的改进，所述加热干燥器与所述煅烧机之间设置计量进料单元，所述计量进料单元连接一级控制器，所述煅烧机的排料口设置温度传感器、调节阀、风机和二级控制器，从而限制所述煅烧机排出半水石膏的温度为150-170℃。

作为上述方案的改进，所述计量进料单元包括缓冲料仓、电子皮带秤、螺旋输送机、风机和二级控制器，一级控制器作为上位机控制二级控制器。

作为上述方案的改进，所述粉末改性单元包括缓冲料仓、电子皮带秤、螺旋输送机、改性磨机、提升机和二级控制器，一级控制器作为上位机控制二级控制器。工业副产石膏晶体颗粒异于天然磨碎的石膏，一般级配不佳，直接煅烧后形成的熟石膏粉堆积密度低，标稠需水量大，力学性能差，通过改性后既改善半水石膏粉体的级配，同时又增加半水石膏这种胶凝材料的活性。

作为上述方案的改进，所述煅烧机的内部由低至高分别设置温度由高至低的放热区，不同放热区实现不同的功能。

作为上述方案的改进，所述煅烧机内部设置三个放热区，下方的放热区具有数量多于中间的放热区的供热管，上方的放热区不设置供热管，一次蒸汽直接通入下方的放热区的供热管，然后经过中间的放热区变为二次蒸汽，最后进入蒸汽站，上方的放热区排出半水石膏和热风。干料在煅烧机中的运动方向随着结晶水的析出逐步向上部移动，直到全部形成半水石膏，最后从煅烧机的出料口溢出。流化沸腾这一传热过程保证了底部强放热、大温差（一次蒸汽与干料）和上部均化区利用余热、小温差布局的优势，使之尽量适应石膏煅烧的热工特性，以求达到煅烧温度控制精准、不欠烧也不过烧的目的。

作为上述方案的改进，下方的放热区的供热管的出口两两汇合连接上方的放热区的供热管的一个进口。在其他方案中，也可以是下方的放热区的三条供热管汇合到中间的放热区的一条供热管；也可以是两条供热管汇合到一条供热管、三条供热管汇合到两条供热管、下方的放热区的一条供热管拐弯后直接作为中间的放热区的一条供热管，之类的混合形式。中间的放热区的供热管最后汇集到一个输气管上，这便是二次蒸汽。

放热区的供热管可以自由组成圆形阵列或矩形阵列。

本发明具有如下有益效果：

充分利用了煅烧过程产生的较高温尾气和二次蒸汽，用于预热加热干燥器中的湿料，烘干其游离水分，使整个生产系统中的尾气排放温度由160℃以上降到了85～115℃，达到了节约能源、降低生产成本的直接效果。

煅烧机配合一次蒸汽、计量进料单元和一级控制器调控参数（送入蒸汽的量和干料的量），完成闭环控制。同时管控上述两个输入端可以精确地将干料的煅烧温度在±0.1℃，从而有力避免了石膏发生欠烧或过烧的可能。为了确保半水石膏的使用效果，本方案还特地配置了冷却陈化器。

本方案所公开的煅烧系统具有产量大、热效率高、产品性能稳定等特点。克服了目前主流石膏煅烧设备如上所述的一些问题，又可以用工业副产石膏为原料。煅烧出初终凝时间稳定可调的高品质熟石膏粉。

附图说明

图1是一种实施例下煅烧系统的结构图。

附图标记说明：1、湿料；2、干料；3、半水石膏；4、半水石膏成品；5、一次蒸汽；6、二次蒸汽；7、冷凝水；8、新风；9、回收热风；10、加热干燥器；11、煅烧机；12、冷却陈化器；13、粉末改性单元；14、蒸汽站；15、罗茨风机；16、引风机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参照图1，本发明公开了一种石膏节能环保煅烧系统，包括加热干燥器10、煅烧机11、一次蒸汽5供热、二次蒸汽6的余热回收利用、测量控制系统及其配套的辅助装置、单元或模块，本方案的创新点在于余热回收利用的设计和煅烧机11的进一步改进，统筹使用热能，完成石膏加热、干燥和煅烧，最终生产出质量稳定、能耗较低的高品质石膏粉。所用设备大多是现有技术。所述一次蒸汽5为高温高压的蒸汽，所述二次蒸汽6的品质低于所述一次蒸汽5，这里提到的热风的品质则低于二次蒸汽6。

湿料1的加工流程为依次经过加热干燥器10、煅烧机11、冷却陈化器12、粉末改性单眼和仓库，湿料1进入加热干燥器10后变成干料2，然后进入煅烧机11变为半水石膏3，然后进入冷却陈化器12和粉末改性单元13变为半水石膏成品4，最后进入仓库。具体参照图1，加热干燥器10在加工过程中产生冷凝水7和热气，上述两者分别排走；加热干燥器10还需要补充蒸汽，由于加热干燥器10实现预热将湿料1变为干料2即可（将湿料1加热至80-120℃），所以可以利用低品质的二次蒸汽6，最后排出的热风温度为85-125℃。煅烧机11用于将干料2变为半水石膏3，需要高品质的一次蒸汽5，这个时候外界管网中的一次蒸汽5直接通入煅烧机11；煅烧机11利用完一次蒸汽5后一次蒸汽5由于温度和压力下降变为二次蒸汽6，这部分二次蒸汽6进入蒸汽站14与新的一次蒸汽5混合后可以输送给加热干燥器10，煅烧机11利用完一次蒸汽5后还产生了更低温度和压力的热风，这里部分回收热风9送至加热干燥器10，一部分热风则对外排放。冷却陈化器12在加工过程中也会产生热风，这里部分回收热风9送至煅烧机11（从煅烧机11的最下端通入，不与一次蒸汽5和二次蒸汽6混合），一部分热风则对外排放（图1中可以看到对外排放的热风后汇集到引风机16）；罗茨风机15给冷却陈化器12补充新风8，新风8最后转化为热风，热风进入煅烧机11或排至外界，部分热风还会进入加热干燥器10。整个系统中，输入湿料1、一次蒸汽5、新风8，输出热风和半水石膏成品4。

在上述系统中，设置一级控制器和为各个加工部件配置二级控制器、调节阀、若干风机，实现统一管理。煅烧机11配合一次蒸汽5、计量进料单元和一级控制器调控参数（送入蒸汽的量和干料2的量），完成闭环控制。同时管控上述两个输入端可以精确地将干料2的煅烧温度在±0.1℃（如果干料2过多，可以同时降低干料2的输入量，增大一次蒸汽5的输入量，快速反应；当然了，也可以单独降低干料2的输入量或增大一次蒸汽5的输入量），从而有力避免了石膏发生欠烧或过烧的可能。煅烧机11加工出来的半水石膏3的温度控制在150-170℃。

作为优选，所述计量进料单元包括缓冲料仓、电子皮带秤、螺旋输送机、风机和二级控制器，一级控制器作为上位机控制二级控制器。

作为优选，所述粉末改性单元13包括缓冲料仓、电子皮带秤、螺旋输送机、改性磨机、提升机和二级控制器，一级控制器作为上位机控制二级控制器。

作为优选，所述煅烧机11的内部由低至高分别设置温度由高至低的放热区，不同放热区实现不同的功能。所述煅烧机11内部设置三个放热区，下方的放热区具有数量多于中间的放热区的供热管，上方的放热区不设置供热管，一次蒸汽5直接通入下方的放热区的供热管，然后经过中间的放热区变为二次蒸汽6，最后进入蒸汽站14，上方的放热区排出半水石膏3和热风。下方的放热区也称为强放热区，上方的放热区也称为均化区。干料2在煅烧机11中的运动方向随着结晶水的析出逐步向上部移动，直到全部形成半水石膏3，最后从煅烧机11的出料口溢出。流化沸腾这一传热过程保证了底部强放热、大温差（一次蒸汽5与干料2）和上部均化区利用余热、小温差布局的优势，使之尽量适应石膏煅烧的热工特性，以求达到煅烧温度控制精准、不欠烧也不过烧的目的。

在一种实施例中，下方的放热区的供热管的出口两两汇合连接上方的放热区的供热管的一个进口。在其他方案中，也可以是下方的放热区的三条供热管汇合到中间的放热区的一条供热管；也可以是两条供热管汇合到一条供热管、三条供热管汇合到两条供热管、下方的放热区的一条供热管拐弯后直接作为中间的放热区的一条供热管，之类的混合形式。中间的放热区的供热管最后汇集到一个输气管上，这便是二次蒸汽6。从侧面看，放热区的供热管可以自由组成圆形阵列或矩形阵列；主要依据煅烧机11的横截面来布置。冷却陈化器12的回收热风9便是在供热管的外侧流动。

本方案的工作过程如下：

储存在原料仓中的湿料1，即二水石膏原料，由数控计量的给料机控制投料，经皮带输送至加热干燥器10，二次蒸汽6和回收热风9通过电动蝶阀，按照供热及余热综合利用系统的测量控制指令，进入加热干燥器10，湿料1与二次蒸汽6和与回收热风9发生热交换，开始游离水分干燥过程，干燥后的二水石膏，即干料2，通过螺旋输送机和提升机输送至煅烧机11加工，煅烧所需能量，亦由供热及余热综合利用系统按照能耗最低、余热回收的原则，由一次蒸汽5和回收热风9提供。经煅烧形成的半水石膏3溢流至冷却陈化器12，随后进入粉末改性单元13，经粉末改性、优化级配后，半水石膏成品4送入成品料仓储存。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种石膏节能环保煅烧系统，其特征在于：

包括依次连接的加热干燥器、煅烧机、冷却陈化器、粉末改性单元和仓库，湿料进入加热干燥器后变成干料，然后进入煅烧机变为半水石膏，然后进入冷却陈化器和粉末改性单元变为半水石膏成品，最后进入仓库，加热干燥器排出冷凝水和热风，煅烧机排出不同品质的热风，冷却陈化器从外界获取新风然后排出热风；

还包括一次蒸汽、二次蒸汽和蒸汽站，一次蒸汽分为两路经过调节阀进入煅烧机和蒸汽站，煅烧机内部产生二次蒸汽和热风，煅烧机的二次蒸汽通入蒸汽站，蒸汽站的二次蒸汽进入加热干燥器，煅烧机内部产生的部分热风直接回收到加热干燥器，煅烧机和冷却陈化器所排出的部分热风汇合后排至外界；

一级控制器，所述一级控制器电连接加热干燥器、煅烧机、冷却陈化器、粉末改性单元、蒸汽站以及若干调节阀、若干风机；

所述加热干燥器设置配套的排风机，蒸汽站的二次蒸汽和煅烧机的回收热风通入加热干燥器后将石膏粉预热至80-120℃，所述加热干燥器的热出风口温度设置成85-125℃。

2.根据权利要求1所述的石膏节能环保煅烧系统，其特征在于：所述加热干燥器与所述煅烧机之间设置计量进料单元，所述计量进料单元连接一级控制器，所述煅烧机的排料口设置温度传感器、调节阀、风机和二级控制器，从而限制所述煅烧机排出半水石膏的温度为150-170℃。

3.根据权利要求2所述的石膏节能环保煅烧系统，其特征在于：所述计量进料单元包括缓冲料仓、电子皮带秤、螺旋输送机、风机和二级控制器。

4.根据权利要求3所述的石膏节能环保煅烧系统，其特征在于：所述粉末改性单元包括缓冲料仓、电子皮带秤、螺旋输送机、改性磨机、提升机和二级控制器。

5.根据权利要求1所述的石膏节能环保煅烧系统，其特征在于：所述煅烧机的内部由低至高分别设置温度由高至低的放热区。

6.根据权利要求5所述的石膏节能环保煅烧系统，其特征在于：所述煅烧机内部设置三个放热区，下方的放热区具有数量多于中间的放热区的供热管，上方的放热区不设置供热管，一次蒸汽直接通入下方的放热区的供热管，然后经过中间的放热区变为二次蒸汽，最后进入蒸汽站，上方的放热区排出半水石膏和热风。

7.根据权利要求6所述的石膏节能环保煅烧系统，其特征在于：下方的放热区的供热管的出口两两汇合连接上方的放热区的供热管的一个进口。