CN117303757B - 一种菱镁矿轻烧工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种菱镁矿轻烧工艺及系统，使用电能加热二氧化碳，并以二氧化碳作为传热介质加热分解菱镁矿，分解出的二氧化碳全回收，用于生产液态二氧化碳或干冰等二氧化碳产品。新工艺全过程无空气介入，不使用天然矿物燃料，无需投资和运行脱硫与脱硝设备。本发明从源头杜绝了传统工艺采用矿物质燃料轻烧菱镁石时产生SO2和N0x有害污染物问题，因而无须建设安装脱硫脱硝设备，且过程气体成分为单一的二氧化碳，可高效实现二氧化碳全回收，真正实现温室气体与污染物零排放。所述菱镁矿也可以采用其他碳酸盐矿物，比如石灰石。
Description
技术领域
本发明涉及菱镁石块料轻烧技术领域，尤其是涉及一种菱镁矿轻烧工艺及系统。
背景技术
轻烧氧化镁广泛的应用于冶金、化工、建材等工业，是钢铁工业不可替代的辅助材料。一直以来，世界上生产轻烧氧化镁的所有窑炉，包括反射式竖窑、普通竖窑、多孔竖窑、回转窑、悬浮窑、多层炉、沸腾炉等，所用燃料均为矿物质燃料，如煤、石油、天然气等，矿物质燃料燃烧会产生大量的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳等有害物质，污染大气。另外生产轻烧氧化镁的原料为碳酸镁，碳酸镁高温分解生成轻烧氧化镁及二氧化碳，生产1吨氧化镁的同时，也产生约1吨的二氧化碳。目前，我国生产1吨轻烧氧化镁的标准能耗平均约230公斤标准煤，产生二氧化碳的同时还会产生氮氧化物、二氧化硫。为满足环保要求，对窑炉煅烧产生的废气进行净化处理后才能排放或回收，常见的技术是采用脱硫脱硝工艺，以去除废气中的二氧化硫与氮氧化物，降低对环境的污染。然而这些处理工艺不仅需要消耗大量的吸收剂与催化剂，还需要配置相应的处理设备，增加了企业的成本。
发明内容
本发明提供了一种菱镁矿轻烧工艺及系统，解决了传统工艺中采用矿物质燃料轻烧菱镁石时产生大量的二氧化碳、N0x、S02等有害物污染环境的问题，其技术方案如下所述：
一种菱镁矿轻烧工艺，使用电能加热二氧化碳，并以二氧化碳作为传热介质加热分解菱镁矿，分解出的二氧化碳全回收，用于生产液态二氧化碳或干冰，分解出的氧化镁利用炉窑预热器排出的低温二氧化碳冷却降温，还能够使用液态二氧化碳或干冰强化冷却，通过对二氧化碳的循环使用实现菱镁矿轻烧的持续生产；包括以下步骤：
S1：原料预热与轻烧：菱镁矿原料进入轻烧窑炉，与出自电磁感应加热炉的高温二氧化碳逆流对流换热，高温状态下原料分解为成品氧化镁和二氧化碳，新分解产生的二氧化碳以及轻烧换热后的高温二氧化碳，上行进入炉窑预热器预热原料，预热之后降温的二氧化碳经过除尘器过滤处理后送入二氧化碳缓冲罐；
S2：成品冷却：所述轻烧窑炉将分解产生的热态轻烧氧化镁从底部排出到沸腾冷却器，沸腾冷却器中的氧化镁被来自二氧化碳缓冲罐的低温二氧化碳换热完成降温，还能够导入液态二氧化碳或干冰强化冷却，以增加冷却强度；
S3：产品收集：来自沸腾冷却器的二氧化碳与轻烧氧化镁在旋风集料器中被分离，轻烧氧化镁从下部输出成为产品，二氧化碳气体从上部排出进入电磁感应加热炉；
S4：二氧化碳加热：所述电磁感应加热炉将二氧化碳气体加热成高温二氧化碳，并送入轻烧炉窑，高温二氧化碳的温度不高于1200℃，继续循环步骤S1。
进一步的，步骤S1中，所述二氧化碳缓冲罐中的二氧化碳气体一部分用于新分解的轻烧氧化镁的冷却，一部分用于生产二氧化碳制品，包括液态二氧化碳或干冰，所述干冰是通过与二氧化碳缓冲罐连接的干冰制取装置获得。
所述轻烧窑炉能够为任意窑炉，原料也能够采用除菱镁矿之外的其他碳酸盐矿物，高温二氧化碳的温度相应进行调整；并且所述轻烧窑炉和炉窑预热器，均为二氧化碳气体正压状态，防止空气进入。
一种菱镁矿轻烧系统，包括对原料依次进行处理的原料预热系统、轻烧窑炉、成品冷却系统，所述原料预热系统通过出自轻烧窑炉的二氧化碳，对原料进行预热处理，换热后的二氧化碳进入二氧化碳缓冲罐，二氧化碳缓冲罐向成品冷却系统输送二氧化碳，对成品进行冷却；预热后的原料进入轻烧窑炉，通过出自电磁感应加热炉的高温二氧化碳，轻烧产生成品氧化镁和二氧化碳，经过换热后的高温二氧化碳以及分解产生的二氧化碳进入原料预热系统，成品氧化镁进入成品冷却系统进行冷却；成品冷却系统将与成品氧化镁换热后的二氧化碳输送到电磁感应加热炉，加热成高温二氧化碳送入轻烧窑炉，通过对二氧化碳的循环使用实现菱镁矿轻烧的持续生产。
所述原料预热系统包括炉窑预热器，所述炉窑预热器为正压状态的竖式换热器，断面为圆型结构，高径比为1：5，上部通过第二管道与二氧化碳缓冲罐相连接，下部设置有二氧化碳分布器，所述二氧化碳分布器通过第一管道与轻烧窑炉相连接。
所述炉窑预热器的顶部设置有原料加料阀，底部通过原料出料机与原料出料阀相连接，所述原料加料阀和原料出料阀的结构相同，都包括交替开关的上阀门和下阀门，所述上阀门和下阀门之间还设置有鼓气装置，所述鼓气装置与第一管道的预热鼓风机相连接。
所述第一管道依次设置有旋风除尘器、袋式除尘器、排气风机和预热鼓风机，所述旋风除尘器、袋式除尘器与排气风机相连接，实现对出自轻烧窑炉的二氧化碳气体除尘。
所述轻烧窑炉为竖式窑炉，顶部设置有窑炉加料阀，所述窑炉加料阀包括交替开关的上阀门和下阀门，防止空气进入；所述轻烧窑炉通过第一管道向炉窑预热器提供轻烧后的二氧化碳气体以及原料分解产生的二氧化碳气体，通过第三管道与电磁感应加热炉相连接，获取电磁感应加热炉提供的高温二氧化碳气体。
所述成品冷却系统包括沸腾冷却器和旋风集料器，所述沸腾冷却器通过上升管与旋风集料器相连接，所述沸腾冷却器的底部通过气箱与二氧化碳缓冲罐相连接，所述气箱底部设置有第一密封阀；所述旋风集料器通过第五管道与电磁感应加热炉相连接，底部的料箱设置有第二密封阀。
所述成品氧化镁在沸腾冷却器中分成粉体成品和颗粒成品，气箱内通过物料输送机、第二提升机将颗粒成品送至成品颗粒仓储存；料箱通过气力输送装置将细粉成品送至成品粉料仓储存。
所述菱镁矿轻烧工艺及系统，通过设计完整的二氧化碳气体回收方案，减少了二氧化碳的排放量，甚至可以看成是“零排放”，同时二氧化碳作为成品被利用，所用二氧化碳的加热方式采用电加热，实现了对于菱镁石的预热、轻烧等处理，提高产品的价值。本发明通过对二氧化碳的循环使用实现菱镁矿轻烧的持续生产，二氧化碳经过在电磁感应加热炉进行加热、在轻烧窑炉进行降温、在原料预热系统再次进行降温后，进入沸腾冷却器进行换热升温、再进入电磁感应加热炉进行加热，多余的二氧化碳也能够进入二氧化碳缓冲罐储存并制取其他二氧化碳产品，从而实现了对二氧化碳的循环使用，在这个过程中，可以实现对于菱镁矿轻烧的持续生产，实现了对于热能的充分利用。所述菱镁矿也可以采用其他碳酸盐矿物，比如石灰石。
附图说明
图1是所述菱镁矿轻烧工艺的整体流程示意图；
图2是二氧化碳气体在所述菱镁矿轻烧工艺的流程示意图；
图3是所述菱镁矿轻烧系统的结构示意图；
图4是所述原料预热系统的结构示意图；
图5是所述窑炉加料阀的结构示意图；
图6是所述成品冷却系统的结构示意图；
图中：1-原料加料阀；2-炉窑预热器；3-原料出料机；4-原料出料阀；5-原料输送机；6-第一提升机；7-窑炉加料阀；8-轻烧窑炉；9-窑炉出料机；10-沸腾冷却器；11-旋风集料器；12-电磁感应加热炉；13-气力输送装置；14-粉料仓；15-物料输送机；16-第二提升机；17-颗粒仓；18-旋风除尘器；19-袋式除尘器；20-排气风机；21-预热鼓风机；22-二氧化碳缓冲罐；23-冷却鼓风机；24-原料提升机；25-第一密封阀；26-第二密封阀；27-气箱；28-第三上阀门；29-第三鼓气装置；30-第三下阀门；31-第一下阀门；32-第一鼓气装置；33-第一上阀门；34-第二下阀门；35-第二鼓气装置；36-第二上阀门；37-原料预热系统；38-成品冷却系统；39-分布器；40-鼓气装置、41-驱动装置；42-圆盘；43-传动立轴；44-上升管；45-金属载热体；46-干冰制取装置；51-第一管道；52-第二管道；53-第三管道；54-第四管道。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
所述菱镁矿轻烧工艺及系统，原料是菱镁石、燃料为电能、轻烧热源为高温二氧化碳、轻烧过程为窑外原料预热--原料竖窑轻烧--成品进入沸腾冷却器冷却；出窑气体二氧化碳含量100%，二氧化碳全部回收，所述轻烧系统没有有害物质产生，气体排放为零，且二氧化碳作为成品被利用，提高了产品的价值。
如图1所示，所述菱镁矿轻烧工艺，涉及到的装置包括：
轻烧窑炉：作为物料的分解炉，原料在轻烧窑炉内与高温二氧化碳逆流对流换热，高温状态下原料分解成成品氧化镁和二氧化碳；进一步的，所述轻烧窑炉能够为任意窑炉；
沸腾冷却器：分解产生的轻烧氧化镁从轻烧窑炉进入，在沸腾冷却器中进行冷却，冷却使用的二氧化碳通过二氧化碳缓冲罐提供，或者通过干冰制取装置，冷却后的轻烧氧化镁作为产品；
电磁感应加热炉：对沸腾冷却器传来的二氧化碳进行加热，并送入轻烧窑炉内部；
二氧化碳缓冲罐：用于收取出自轻烧窑炉的二氧化碳；
干冰制取装置：与二氧化碳缓冲罐相连接，用于制取干冰；
除尘器：位于轻烧窑炉和二氧化碳缓冲罐之间，处理尘埃等杂质，生成的产品为尘埃。
此外，还包括：
旋风集料器：沸腾冷却器内的二氧化碳首先进入旋风集料器，然后输送到电磁感应加热炉进行加热。
炉窑预热器：位于二氧化碳缓冲罐或除尘器的前端，利用出自轻烧窑炉的二氧化碳，与进入炉窑预热器的原料实现逆流对换热，对原料进行预热。
其中，根据情况除尘器的位置也能够调整到轻烧窑炉和炉窑预热器之间，或者炉窑预热器与二氧化碳缓冲罐之间，或者在炉窑预热器两侧都设置。
进一步的，原料也能够采用除菱镁矿之外的其他碳酸盐矿物，根据具体的原料，电磁感应加热炉提供的高温二氧化碳的温度相应进行调整。
图1中的虚线表示二氧化碳气体的走向，实线表示原料的走向，或者原料与二氧化碳气体的共同走向。
如图2所示的某实施例中，所述菱镁矿轻烧工艺，从二氧化碳气体的走向角度，包括以下步骤：
S1：原料窑外预热：出自轻烧窑炉8的二氧化碳，与进入炉窑预热器2的原料实现逆流对换热，原料被预热，换热后的二氧化碳被送到二氧化碳缓冲罐22中缓存；
所述炉窑预热器2为二氧化碳正压的空间，防止空气进入。
S2：原料竖窑轻烧：预热后的原料进入轻烧窑炉8，与出自电磁感应加热炉12的高温二氧化碳逆流对流换热，高温状态下原料分解，轻烧后的二氧化碳以及分解产生的二氧化碳排到炉窑预热器2，对原料进行预热；
所述电磁感应加热炉用于对二氧化碳进行加热，加热后的高温二氧化碳的温度为1000-1200℃。高温状态下所述原料（菱镁石）被分解成成品轻烧氧化镁和二氧化碳，分解方程式为MgCO3= MgO+CO2，轻烧过程结束。所述轻烧窑炉8采用竖窑，为正压操作，高温二氧化碳从下向上，预热后的原料从上向下，二氧化碳气体充满轻烧窑炉8的断面，气固充分接触，换热效率高，热耗低。
S3：成品进入沸腾冷却器冷却：所述轻烧窑炉8将分解产生的轻烧氧化镁从底部的窑炉出料机9排出到沸腾冷却器10，实现对轻烧氧化镁的冷却，冷却用的二氧化碳通过二氧化碳缓冲罐22提供。
沸腾冷却器10中小于3mm的细粉成品，被上升的高速二氧化碳气体带出沸腾冷却器10，在上升管44及旋风集料器11中继续与二氧化碳气体进行悬浮式热交换，经过热交换后的细粉成品温度降低到100℃以下，细粉成品从旋风集料器11排出送至成品粉料仓14储存。沸腾冷却器10中大于3mm的颗粒成品，在沸腾冷却器10中与高速二氧化碳气体进行沸腾式热交换，颗粒成品沉入沸腾冷却器10下部的气箱27中，继续与气箱27中的二氧化碳气体进行热交换，经过热交换后的颗粒成品从气箱27底部的第一密封阀25排出，送至成品颗粒仓17储存。
进一步的，所述二氧化碳缓冲罐22通过冷却鼓风机23向气箱27输送二氧化碳，炉窑预热器2中对原料进行预热后的二氧化碳进入二氧化碳缓冲罐22，作为低温气体进入气箱27、沸腾冷却器10，与成品进行热交换。
S4：旋风集料器11向电磁感应加热炉输送待加热的二氧化碳：所述旋风集料器11将换热后的二氧化碳输送到电磁感应加热炉12进行加热，所述电磁感应加热炉12内设置有用于加热的金属载热体45，将二氧化碳气体加热到1000-1200℃后，送入轻烧窑炉8。
可见，二氧化碳气体从轻烧窑炉8排出到炉窑预热器2，再从炉窑预热器2进入二氧化碳缓冲罐22，之后进入气箱27、沸腾冷却器10，然后由旋风集料器11送入电磁感应加热炉12，最后进入轻烧窑炉8，实现了二氧化碳的循环利用，同时充分实现了二氧化碳气体的热交换处理，对于不间断的菱镁石轻烧生产，具有积极的促进作用，同时在整个工艺中，电加热的方式，以及二氧化碳气体的回收方式，不会对环境造成污染，实现了高效生产以及绿色生产。
进一步的，步骤S1中，所述炉窑预热器2的顶部设置有原料加料阀1，底部通过原料出料机3与原料出料阀4相连接，所述原料加料阀1和原料出料阀4都设置有上下阀门以及二氧化碳鼓气装置，实现炉窑预热器2的封闭式预热以及二氧化碳气体的正压状态。
步骤S2中，所述轻烧窑炉8与排气风机20之间设置有旋风除尘器18、袋式除尘器19，用于对二氧化碳进行除尘。其中，对于除尘器的位置设定，根据实际情况，有以下几种方式：出自轻烧窑炉的二氧化碳，先经过除尘器进行除尘处理，再送入炉窑预热器对原料进行预热，或者出自炉窑预热器的二氧化碳，先经过除尘器进行除尘处理，再送入二氧化碳缓冲罐；或者在轻烧窑炉与炉窑预热器之间，以及炉窑预热器与二氧化碳缓冲罐之间，都设置有除尘器。
所述轻烧窑炉8的顶部设置有窑炉加料阀7，所述窑炉加料阀7与原料加料阀1、原料出料阀4的结构相同，同样设置有上下阀门以及二氧化碳鼓气装置，使得轻烧窑炉8内的二氧化碳气体通过排气风机20排出。
步骤S3中，所述窑炉出料机9采用圆盘出料机，轻烧窑炉8内的成品从轻烧窑炉8底部排出后，落到圆盘上，实现圆盘周边出料，出料均匀。
步骤S4中，在旋风集料器11中的二氧化碳气体，经过与成品换热，温度到达400℃~800℃，再进入电磁感应加热炉12后，减少了加热的能源损耗。
如图3所示，所述菱镁矿轻烧系统，包括对原料依次进行处理的原料预热系统37、轻烧窑炉8、成品冷却系统38，还包括二氧化碳缓冲罐22和电磁感应加热炉12，所述二氧化碳缓冲罐22与原料预热系统37、成品冷却系统38相连接，所述电磁感应加热炉12与轻烧窑炉8、成品冷却系统38相连接。
所述原料预热系统37通过出自轻烧窑炉8的二氧化碳，对原料进行预热处理，热交换后的二氧化碳进入二氧化碳缓冲罐22；预热后的原料进入轻烧窑炉8，通过出自电磁感应加热炉12的高温二氧化碳，轻烧产生成品氧化镁和二氧化碳，轻烧后的二氧化碳以及分解产生的二氧化碳，通过排气风机进入原料预热系统37；成品氧化镁进入成品冷却系统38进行冷却，冷却用的二氧化碳通过二氧化碳缓冲罐22提供；与成品氧化镁进行热交换后的二氧化碳通过旋风集料器11输送到电磁感应加热炉12，在电磁感应加热炉12加热成高温二氧化碳。
所述菱镁矿轻烧系统，内部的二氧化碳初始通过二氧化碳缓冲罐22提供，随着在轻烧窑炉8内产生新的二氧化碳，使得二氧化碳作为成品被利用。所述二氧化碳缓冲罐22还连接有干冰制取装置46，对于轻烧产生新的二氧化碳，实现干冰的制取，维持整个全回收系统内部二氧化碳的运转，进一步的，制取的干冰也能够送入成品冷却系统38对轻烧后的成品氧化镁进行冷却，不限于成品冷却系统38的沸腾冷却器10。
结合图4所示，所述原料预热系统37用于原料窑外预热，原料为菱镁石，预热介质为出自轻烧窑炉8的二氧化碳，二氧化碳的温度约为300℃。所述原料预热系统37包括从上到下依次设置的原料加料阀1、炉窑预热器2、原料出料机3、原料出料阀4和原料输送机5，所述原料输送机5与原料提升机24相连接。
所述炉窑预热器2的断面为圆型结构，高径比为1：5，炉窑预热器2为正压状态的竖式换热器。所述炉窑预热器2的下部设置有二氧化碳分布器39，所述二氧化碳分布器39通过第一管道51与轻烧窑炉8相连接，从轻烧窑炉8到炉窑预热器2的方向，所述第一管道51依次设置有旋风除尘器18、袋式除尘器19、排气风机20和预热鼓风机21。所述炉窑预热器2的上部连接有第二管道52，用于将换热后的二氧化碳送到二氧化碳缓冲罐22中缓存。
所述旋风除尘器18、袋式除尘器19与排气风机20相连接，实现对出自轻烧窑炉8的二氧化碳气体除尘。在排气风机20的抽力驱动下，轻烧窑炉8料面上的二氧化碳气体被排出轻烧窑炉8，出自轻烧窑炉8的气体为纯净二氧化碳气体，二氧化碳含量为100%，温度约为300℃，经旋风除尘器18和袋式除尘器19除尘后，二氧化碳气体中尘粒含量小于10mg/m3，除尘后的二氧化碳气体作为热介质由预热鼓风机21鼓入炉窑预热器2中对原料进行预热。
所述原料加料阀1包括第一上阀门33和第一下阀门31，第一上阀门33和第一下阀门31交替开关，在第一上阀门33和第一下阀门31之间设有第一鼓气装置32，二氧化碳由第一鼓气装置32鼓入，保证原料加料阀1处于正压状态，阻止空气漏入，确保二氧化碳气体纯度。所述原料出料阀4的结构和原料加料阀1相同，包括第二上阀门36和第二下阀门34，第二上阀门36和第二下阀门34交替开关，在第二上阀门36和第二下阀门34之间设有第二鼓气装置35，二氧化碳由第二鼓气装置35鼓入，保证原料出料阀4处于正压状态，阻止空气漏入，确保二氧化碳气体纯度。所述原料加料阀1的第一鼓气装置32和原料出料阀4的第二鼓气装置35都通过管道与预热鼓风机21相连接，通过预热鼓风机21提供二氧化碳气体。
所述原料预热系统37对原料预热的过程如下所述：原料提升机24将原料提升至炉窑预热器2顶部的第一顶部料斗中，在原料出料机3的出料带动下，第一顶部料斗的原料靠自重自上而下运动，通过原料加料阀1进入炉窑预热器2。在炉窑预热器2中，原料与来自轻烧窑炉8的二氧化碳逆流而动，原料下行，二氧化碳上行，逆流对换热，原料被预热至约250℃。然后，原料由炉窑预热器2下方的原料出料机3排出，经原料出料阀4、原料输送机5、第一提升机6被送到轻烧窑炉8上方的第二顶部料斗中。在炉窑预热器2中上行的二氧化碳冷却至约30℃以下后，被送到二氧化碳缓冲罐22中缓存。来自轻烧窑炉8的二氧化碳，温度约为300℃，由预热鼓风机21鼓入炉窑预热器2下部的二氧化碳分布器39，通过二氧化碳分布器39，使得二氧化碳均匀分布在炉窑预热器2的原料中，与原料充分均匀换热。
结合图5所示，所述轻烧窑炉8的顶部设置有窑炉加料阀7，所述窑炉加料阀7和原料加料阀1、原料出料阀4的结构相同，设置有第三上阀门28和第三下阀门30，第三上阀门28和第三下阀门30交替开关，在第三上阀门28和第三下阀门30之间设有二氧化碳的第三鼓气装置29，二氧化碳由第三鼓气装置29鼓入，保证窑炉加料阀7正压状态，阻止空气漏入，确保二氧化碳气体纯度，所述第三鼓气装置29的二氧化碳气体通过二氧化碳缓冲罐22提供。所述窑炉加料阀7位于轻烧窑炉8与第二顶部料斗之间，实现对于轻烧窑炉8的进料控制，以及实现轻烧窑炉8的顶部闭合状态，防止二氧化碳气体从窑炉加料阀7逸出。
所述轻烧窑炉8为竖式窑炉，本发明选择的轻烧窑炉8可为套筒竖窑、双堂竖窑、多孔竖窑、梁式竖窑、多层炉、沸腾窑。所述轻烧窑炉8的上部与第一管道51相连接，通过第一管道51向炉窑预热器2提供轻烧后的二氧化碳气体以及原料分解产生的二氧化碳气体，下部通过第三管道53与电磁感应加热炉12相连接，通过第三管道53获取高温二氧化碳气体。在此基础上可以得到启示，所述轻烧窑炉8也能够采用其他形式的分解炉，比如悬浮窑炉，通过对第一管道51、第二管道52以及物料进出口的连接方式，也能够得到同样的效果。
所述轻烧窑炉8的底部设置有窑炉出料机9，所述窑炉出料机9为圆盘出料机，包括从上到下依次连接的圆盘42、传动立轴43及驱动装置41，所述圆盘42用于承接轻烧窑炉8底部排出的成品物料，实现周边出料，所述圆盘42通过传动立轴43的旋转实现自身的旋转，所述传动立轴43通过驱动装置41的驱动电机提供动力。所述窑炉出料机9的侧面设置有鼓气装置40，所述鼓气装置40通过二氧化碳缓冲罐22提供二氧化碳气体，实现窑炉出料机9的正压状态，防止空气进入。
预热后的原料在轻烧窑炉8进行轻烧处理，具体过程如下所述：温度约为250℃的原料从炉窑预热器2、原料出料机3排出后，经原料输送机5、第一提升机6被送至轻烧窑炉8的第二顶部料斗，随着轻烧窑炉8下部的窑炉出料机9的不断出料，第二顶部料斗中的原料靠自重经窑炉加料阀7进入轻烧窑炉8内。轻烧窑炉8内的原料自上而下运动，与从轻烧窑炉8下部鼓入的温度为1000-1200℃的高温二氧化碳进行逆流对流换热，高温状态下原料（菱镁石）被分解成成品轻烧氧化镁和二氧化碳，分解方程式为MgCO3= MgO+CO2，轻烧过程结束。成品轻烧氧化镁在轻烧窑炉8内继续下行，由轻烧窑炉8下部的窑炉出料机9排出，并进入沸腾冷却器10进行冷却。高温二氧化碳从轻烧窑炉8下部以正压状态进入轻烧窑炉8内，高温二氧化碳将热能传出原料后，温度降低至约300℃，然后和原料轻烧产生的二氧化碳一起由排气风机20排出轻烧窑炉8。
结合图6所示，所述成品冷却系统38包括沸腾冷却器10和旋风集料器11，所述沸腾冷却器10通过上升管44与旋风集料器11相连接。所述沸腾冷却器10的底部设置有气箱27，所述气箱27通过第四管道54与二氧化碳缓冲罐22相连接，所述第四管道54设置有冷却鼓风机23。所述气箱27底部设置有第一密封阀25，通过第一密封阀25防止二氧化碳气体泄出。所述气箱27内的颗粒成品通过物料输送机15、第二提升机16送至成品颗粒仓17储存。
所述旋风集料器11通过第五管道与电磁感应加热炉12相连接，底部的料箱设置有第二密封阀26，料箱存料形成料阻，与第二密封阀26一起防止二氧化碳气体泄出。所述料箱内的细粉成品通过气力输送装置13送至成品粉料仓14储存。
所述成品冷却系统38对轻烧后的成品氧化镁进行冷却的过程，如下所述：所述轻烧窑炉8底部的窑炉出料机9排出的高温成品为轻烧氧化镁，温度约1000℃，靠自重流入沸腾冷却器10，进入沸腾冷却器10中的高温成品通过低温二氧化碳气体进行冷却，所述低温二氧化碳气体通过二氧化碳缓冲罐22提供，经第四管道54的冷却鼓风机23鼓入气箱27，然后进入沸腾冷却器10。所述高温成品与温度低于30℃的低温二氧化碳气体沸腾换热，根据轻烧氧化镁产品特性，成品粉料氧化镁含量高，不易碎的颗粒料氧化镁含量低，经过沸腾冷却器10，成品自动分为高质量及低质量两种产品。
沸腾冷却器10中的高温成品，在沸腾冷却器10中与二氧化碳气体进行沸腾式热交换处理时，在沸腾冷却器10中小于3mm的细粉成品，被上升的高速二氧化碳气体带出沸腾冷却器10，在上升管44及旋风集料器11中继续与二氧化碳气体进行悬浮式热交换，经过热交换细粉成品温度降低到100℃以下，从旋风集料器11下部的料箱排出后，经第二密封阀26、由气力输送装置13送至成品粉料仓14储存。沸腾冷却器10中不易粉碎的大于3mm的颗粒料，沉入沸腾冷却器10下部的气箱27中，与气箱27中的二氧化碳气体再次热交换后，由气箱27底部的第一密封阀25排出后，由物料输送机15、第二提升机16送至成品颗粒仓17储存。
经过沸腾冷却器10，成品被冷却至100℃以下，二氧化碳气体被加热至400℃以上后，进入二氧化碳气体电磁感应加热炉12中，经过加热，出电磁感应加热炉12的二氧化碳气体温度升至1000-1200℃后，作为热源介质进入轻烧窑炉8对原料进行轻烧。所述电磁感应加热炉12中装有金属载热体45，金属载热体45将入炉二氧化碳气体加热至1000-1200℃。
附图4-6中的英文字母A-F都是用于描述和其他附图相对应的连接关系，其中C的另一端连接到二氧化碳缓冲罐22。本发明通过设计完整的二氧化碳气体回收方案，减少了二氧化碳的排放量，甚至可以看成是“零排放”，同时二氧化碳作为成品被利用，所用二氧化碳的加热方式采用电加热，实现了对于菱镁石的预热、轻烧等处理，提高产品的价值。进一步的，所述轻烧窑炉能够为任意窑炉，原料也能够采用除菱镁矿之外的其他碳酸盐矿物，高温二氧化碳的温度相应进行调整。
以上实施例仅是为详细说明本发明的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制发明的保护范围，凡在不违背本发明的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种菱镁矿轻烧工艺，使用电能加热二氧化碳，并以二氧化碳作为传热介质加热分解菱镁矿，分解出的二氧化碳全回收，用于生产液态二氧化碳或干冰，分解出的氧化镁利用炉窑预热器排出的低温二氧化碳冷却降温，还能够使用液态二氧化碳或干冰强化冷却，通过对二氧化碳的循环使用实现菱镁矿轻烧的持续生产；包括以下步骤：
S1：原料预热与轻烧：菱镁矿原料进入轻烧窑炉，与出自电磁感应加热炉的高温二氧化碳逆流对流换热，高温状态下原料分解为成品氧化镁和二氧化碳，新分解产生的二氧化碳以及轻烧换热后的高温二氧化碳，上行进入炉窑预热器预热原料，预热之后降温的二氧化碳经过除尘器过滤处理后送入二氧化碳缓冲罐；
S2：成品冷却：所述轻烧窑炉将分解产生的热态轻烧氧化镁从底部排出到沸腾冷却器，沸腾冷却器中的氧化镁被来自二氧化碳缓冲罐的低温二氧化碳换热完成降温，还能够导入液态二氧化碳或干冰强化冷却，以增加冷却强度；
S3：产品收集：来自沸腾冷却器的二氧化碳与轻烧氧化镁在旋风集料器中被分离，轻烧氧化镁从下部输出成为产品，二氧化碳气体从上部排出进入电磁感应加热炉；
S4：二氧化碳加热：所述电磁感应加热炉将二氧化碳气体加热成高温二氧化碳，并送入轻烧炉窑，高温二氧化碳的温度不高于1200℃，继续循环步骤S1。
2.根据权利要求1所述的菱镁矿轻烧工艺，其特征在于：步骤S1中，所述二氧化碳缓冲罐中的二氧化碳气体一部分用于新分解的轻烧氧化镁的冷却，一部分用于生产二氧化碳制品，包括液态二氧化碳或干冰，所述干冰是通过与二氧化碳缓冲罐连接的干冰制取装置获得。
3.根据权利要求1所述的菱镁矿轻烧工艺，其特征在于：所述轻烧窑炉能够为任意窑炉，原料也能够采用除菱镁矿之外的其他碳酸盐矿物，高温二氧化碳的温度相应进行调整；并且所述轻烧窑炉和炉窑预热器，均为二氧化碳气体正压状态，防止空气进入。
4.一种菱镁矿轻烧系统，其特征在于：包括对原料依次进行处理的原料预热系统、轻烧窑炉、成品冷却系统，所述原料预热系统通过出自轻烧窑炉的二氧化碳，对原料进行预热处理，换热后的二氧化碳进入二氧化碳缓冲罐，二氧化碳缓冲罐向成品冷却系统输送二氧化碳，对成品进行冷却；预热后的原料进入轻烧窑炉，通过出自电磁感应加热炉的高温二氧化碳，轻烧产生成品氧化镁和二氧化碳，经过换热后的高温二氧化碳以及分解产生的二氧化碳进入原料预热系统，成品氧化镁进入成品冷却系统进行冷却；成品冷却系统将与成品氧化镁换热后的二氧化碳输送到电磁感应加热炉，加热成高温二氧化碳送入轻烧窑炉，通过对二氧化碳的循环使用实现菱镁矿轻烧的持续生产。
5.根据权利要求4所述的菱镁矿轻烧系统，其特征在于：所述原料预热系统包括炉窑预热器，所述炉窑预热器为正压状态的竖式换热器，断面为圆型结构，高径比为1：5，上部通过第二管道与二氧化碳缓冲罐相连接，下部设置有二氧化碳分布器，所述二氧化碳分布器通过第一管道与轻烧窑炉相连接。
6.根据权利要求5所述的菱镁矿轻烧系统，其特征在于：所述炉窑预热器的顶部设置有原料加料阀，底部通过原料出料机与原料出料阀相连接，所述原料加料阀和原料出料阀的结构相同，都包括交替开关的上阀门和下阀门，所述上阀门和下阀门之间还设置有鼓气装置，所述鼓气装置与第一管道的预热鼓风机相连接。
7.根据权利要求5所述的菱镁矿轻烧系统，其特征在于：所述第一管道依次设置有旋风除尘器、袋式除尘器、排气风机和预热鼓风机，所述旋风除尘器、袋式除尘器与排气风机相连接，实现对出自轻烧窑炉的二氧化碳气体除尘。
8.根据权利要求4所述的菱镁矿轻烧系统，其特征在于：所述轻烧窑炉为竖式窑炉，顶部设置有窑炉加料阀，所述窑炉加料阀包括交替开关的上阀门和下阀门，防止空气进入；所述轻烧窑炉通过第一管道向炉窑预热器提供轻烧后的二氧化碳气体以及原料分解产生的二氧化碳气体，通过第三管道与电磁感应加热炉相连接，获取电磁感应加热炉提供的高温二氧化碳气体。
9.根据权利要求4所述的菱镁矿轻烧系统，其特征在于：所述成品冷却系统包括沸腾冷却器和旋风集料器，所述沸腾冷却器通过上升管与旋风集料器相连接，所述沸腾冷却器的底部通过气箱与二氧化碳缓冲罐相连接，所述气箱底部设置有第一密封阀；所述旋风集料器通过第五管道与电磁感应加热炉相连接，底部的料箱设置有第二密封阀。
10.根据权利要求9所述的菱镁矿轻烧系统，其特征在于：所述成品氧化镁在沸腾冷却器中分成粉体成品和颗粒成品，气箱内通过物料输送机、第二提升机将颗粒成品送至成品颗粒仓储存；料箱通过气力输送装置将细粉成品送至成品粉料仓储存。
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