CN207468502U - 一种悬浮气流式磷石膏一体化处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，属于工业石膏的生产加工技术领域，包括依次相连的干燥单元、高温除杂单元、煅烧单元和冷却单元，所述高温除杂单元上部一侧连接有第一主换热管，高温除杂单元包括除杂炉及连接于除杂炉上的第一主换热管和第一出料系统，第一主换热管上连接有第一给料系统和第一热风进口，煅烧单元包括相变炉及连接于相变炉上的第二主换热管和第二出料系统，第二主换热管上连接有第二给料系统，第一出料系统接入第二给料系统，第二出料系统接入冷却单元。本实用新型将磷石膏的干燥和改性除杂、煅烧、冷却等工艺集成为一体，能满足不同物性的磷石膏加工成合格的β型半水石膏胶结料的要求。

Description

一种悬浮气流式磷石膏一体化处理装置

技术领域

本实用新型属于工业石膏的生产加工技术领域，具体涉及一种悬浮气流式磷石膏一体化处理装置。

背景技术

磷石膏是磷肥企业在磷铵生产过程中（硫酸萃取磷矿制磷酸工艺过程中）的副产物，每生产1t磷酸（以100%P₂O₅计）副产磷石膏约5t。2015年全国磷石膏产生量为8000万t，同比增长5.26%。但综合利用量2650万t，利用率33.13%，明显低于脱硫石膏利用率（74%）。

据不充全统计，我国磷石膏堆存量现已超过3亿吨，随着高浓度磷复肥产量的增加和低品位磷矿用量的增大，磷石膏产生量逐年增大。我国磷石膏综合利用率长期处于较低水平，堆存仍是目前大量处置磷石膏的主要方式。

经对磷石膏的分析测试检验，结果表明，磷石膏中的主要杂质是氟化物和五氧化二磷，并且呈较强的酸性，其pH值最低为1.9，氟化物含量最高达2.04％，总五氧化二磷最高达17.1％，可溶性五氧化二磷最高达5.7%。磷石膏原渣的自由水含量一般在10%～25%，而这种磷石膏产生的淋溶水对环境的危害很大。原国家环保总局2006年以环函〔2006〕176号文件形式，将磷石膏渣定性为危险废物。巨量的磷石膏渣占用了大量土地，严重污染环境。另外排渣企业为解决磷石膏堆存问题，除了要占用大量土地，还需投入巨额堆场建设费（用按每t磷石膏3元/年计，我国每年仅排渣即需耗资2.4亿元）和运输与运营管理费（磷石膏从生产地运往渣场的费用按最少15元/t计算，每年运渣的费用高达12亿元），且极易造成环境污染，特别是在江、河、湖、海沿岸以及旅游景点等环境敏感地区的企业，环保压力越来越大。因此，搞好磷石膏的综合利用和无害化处理成为我国磷肥工业产业升级转型、实现可持续绿色发展的重要任务。

磷石膏中常见的磷类杂质（可溶性磷、共晶磷、难溶性磷）、氟类杂质（可溶氟([NaF]以及难溶氟([CaF₂ 、Na₂ SiF₆、Na₂AlF₆ ]）、有机物类杂质和其它类杂质四大类中，除了难溶性磷和难溶性氟类微量杂质对综合利用影响不大外，若不对其余几类杂质做改性、除杂等处理，将直接影响综合应用。

在磷石膏的改性除杂方面，目前，国内研究者大多局限于实验室基础研究阶段，采用的主要方法有化学法、物理法、热处理法等，如碱改性、水洗、浮选、煅烧、陈化等方法，也取得了一些基础性的研究成果。但目前在实际工程应用中，磷石膏煅烧大多采用双筒式回转窑、沸腾炉、流化床炉、炒锅、回程式干燥机、烘干式破碎机等传统的石膏工艺流程及设备，在开发适合磷石膏特性（含有有害杂质的多晶种热敏型工业副产石膏）的完整工艺体系及其先进加工装置方面尚处于空白状态。传统的石膏工艺流程较为单一（主要以二水石膏煅烧成半水石膏为核心），并不适合磷石膏的材性特点和除杂改性的特殊要求，因此，不能有效去除磷石膏中的有害杂质，严重制约了磷石膏的综合利用。而且，大多工艺粗放、设备简陋、技术水平低，导致单线产量低、能耗高、粉尘污染较为严重，致使磷石膏胶结材（β型半水石膏粉）质量性能（强度、凝结时间）不能满足下游石膏胶凝材料制品行业（如纸面石膏板、石膏条板、纤维增强石膏板、石膏砌块、石膏砂浆等）的生产技术要求，制品性能明显劣于天然石膏和其它工业副产石膏制品，因而目前国内尚无法大批量推广应用。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种悬浮气流式磷石膏一体化处理装置。

基于以上目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，包括依次相连的干燥单元、高温除杂单元、煅烧单元和冷却单元，所述高温除杂单元上部一侧连接有第一主换热管，高温除杂单元包括除杂炉及连接于除杂炉上的第一主换热管和第一出料系统，第一主换热管上连接有第一给料系统和第一热风进口，煅烧单元包括相变炉及连接于相变炉上的第二主换热管和第二出料系统，第二主换热管上连接有第二给料系统，第一出料系统接入第二给料系统，第二出料系统接入冷却单元。

所述干燥单元包括脉冲气流式干燥机和旋风分离器，脉冲气流式干燥机的出口经引风机接入旋风分离器，脉冲气流式干燥机的下部两侧分别设有喂料口和第三热风进口，旋风分离器的底部设有第三出料系统，第三出料系统接入第一给料系统。

所述除杂炉、相变炉和旋风分离器的顶部分别设置有第一中心排气管、第二中心排气管和第三中心排气管，第一中心排气管接入第三热风进口，第三中心排气管的出口接入第二主换热管，第二中心排气管的出口连接有除尘单元。

所述冷却单元为板式换热器，板式换热器内设立式传热板组，板式换热器设有冷源进口、冷源出口、粉体进口、粉体出口，传热板组由数个并联的空心换热板片组成，换热板片内的空间形成冷却通道，冷源进口、冷源出口与换热板片相通，每个换热板片与其相邻的换热板片之间的空间形成粉料通道，第二出料系统接入粉体进口。

所述除杂炉和相变炉均由外筒及设置于外筒顶部的内筒组成，外筒从上到下由偏心蜗壳形筒体、圆柱筒、锥形筒组成，进风口设置于偏心蜗壳形筒体上，进风口的截面呈内角为3个直角、上大下小的五边形结构，进风口外壁的上部为纵向设置、外壁的下部为朝向进风口的底壁方向倾斜设置，进风口的内壁和底壁朝向外筒的内部还分别连接有折流板和倾斜向下的防积灰板，内筒的上端口与第一中心排气管或第二中心排气管相连。

所述第一主换热管和第二主换热管的底部连接有排料中间仓。

所述除尘单元包括引风机和与引风机相连的布袋除尘器；所述第一给料系统、第一出料系统和第二出料系统还分别包括锁风阀。

还包括自动控制单元。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1）本实用新型将磷石膏的干燥和改性除杂、煅烧、冷却等工艺集成为一体，除杂、煅烧和冷却单元能满足不同物性（水分范围宽、块状、颗粒状等）的磷石膏加工成合格的β型半水石膏胶结料的要求。将加入改性剂的磷石膏置于密闭的高温热气流中，使其迅速与高温热气流混合呈悬浮状态，利用气固二相在悬浮态下接触面积大、换热系数高的特点，以极快的速度进行热交换，一方面促进中和反应充分，另一方面将去表水（表面自由水）、除杂改性、煅烧（悬浮式气流煅烧）、冷却（静置式粉体流冷却方式）在一个系统内分步进行，热能利用充分、换热效率高、节能环保，便于工业化大生产和自动化控制，实现作为三大胶结材（水泥、石灰、石膏）之一的石膏的悬浮气流煅烧；

2）本实用新型充分利用了煅烧余热、降低生产成本、提高了传热效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为旋风筒式结构的立体结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为图2的右视图；

图5为图3的A-A剖视图；

1、脉冲气流式干燥机；2、旋风分离器；3、喂料口；4-1、第一热风进口；4-2、第三热风进口；5、除杂炉；6、相变炉；7-1、第一中心排气管；7-2、第二中心排气管；7-3、第三中心排气管；8、板式换热器；9、冷源进口；10、冷源出口；11、粉体进口；12、粉体出口；13、空心换热板片；14-1、偏心蜗壳形筒体；14-2、圆柱筒；14-3、锥形筒；15、内筒；16、折流板；17、防积灰板；18、排料中间仓；19、锁风阀；20-1、第一主换热管；20-2、第二主换热管；21、布袋除尘器；22、热风炉；23、带式给料机；24、进风口。

具体实施方式

一种悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，如图1-5所示，包括依次相连的干燥单元、高温除杂单元、煅烧单元、冷却单元和监测控制单元，所述干燥单元包括脉冲气流式干燥机1（根据实际需要其底部可配设打散装置）和旋风分离器2，脉冲气流式干燥机1的出口经引风机接入旋风分离器2，脉冲气流式干燥机1的下部两侧分别设有喂料口3（由带式给料机23供料）和第三热风进口4-2，旋风分离器2的底部设有第三出料系统。高温除杂单元包括除杂炉5及连接于除杂炉5上部一侧的第一主换热管20-1和第一出料系统，第一主换热管20-1上连接有第一给料系统和第一热风进口4-1，第一热风进口4-1连接有热风炉22，第三出料系统接入第一给料系统。煅烧单元包括相变炉6及连接于相变炉6上部一侧的第二主换热管20-2和第二出料系统，第二主换热管20-2上连接有第二给料系统，第一出料系统接入第二给料系统，第二出料系统接入冷却单元，所述第一主换热管20-1和第二主换热管20-2的底部连接有排料中间仓18，第一主换热管20-1和排料中间仓18之间的管道上、第二主换热管20-2和排料中间仓18之间的管道上均安装有排料阀，用于系统调试阶段可能出现堵料时排出废料（正常情况下，该阀处于关闭状态）。

所述除杂炉5、相变炉6和旋风分离器2的顶部分别设置有第一中心排气管7-1、第二中心排气管7-2和第三中心排气管7-3，第一中心排气管7-1接入第三热风进口4-2，第三中心排气管7-3的出口接入第二主换热管20-2，第二中心排气管7-2的出口连接有除尘单元。所述除尘单元包括引风机和与引风机相连的布袋除尘器21；所述第一给料系统、第一出料系统和第二出料系统还分别包括锁风阀19（第一给料系统还包括下料管及设置于第一主换热管20-1上的撒料板，撒料板位于下料管与第一主换热管20-1连接位置的下方，锁风阀19设置于下料管上，起到防止气流漏风、短路作用，确保系统中“气走气路，料走料路”， 第一出料系统和第二出料系统分别还包括与除杂炉5或相变炉6连接的出料管及出料管上设有膨胀仓，锁风阀19设置于出料管上），除杂炉5、相变炉6和旋风分离器2的锥形筒上还安装有自动喷吹系统。

所述冷却单元为板式换热器8，板式换热器8内设立式传热板组，板式换热器8设有冷源进口9、冷源出口10、粉体进口11、粉体出口12，传热板组由数个并联的空心换热板片13组成，换热板片内的空间形成冷却通道，冷源进口9连接有冷源总进管，冷源总进管通过冷源进支管与每个空心换热板片13相连通，冷源出口10通过冷源出支管与冷源总出管相连通，每个换热板片与其相邻的换热板片之间的空间形成粉料通道，第二出料系统接入粉体进口11。

所述除杂炉5和相变炉6均由外筒及设置于外筒顶部的内筒15组成，外筒从上到下由偏心蜗壳形筒体14-1、圆柱筒14-2、锥形筒14-3组成，进风口24设置于偏心蜗壳形筒体14-1上，进风口24的截面呈内角为3个直角、上大下小的五边形结构，进风口24外壁的上部为纵向设置、外壁的下部为朝向进风口24的底壁方向倾斜设置，进风口24的内壁和底壁朝向外筒的内部还分别连接有折流板16和倾斜向下的防积灰板17，折流板16由折向外壁方向的第一板和与第一板相连的折向偏心蜗壳形筒体14-1内部中心方向的第二板组成，内筒15的上端口与第一中心排气管7-1或第二中心排气管7-2相连。

上述结构，有利于引导入筒气固二相混合流向下偏斜运动，具有处理风量大、无积灰死角、压损小特点，磷石膏颗粒向筒壁移动的距离短，气流通向内筒15排气管的距离长，既防止气流短路，且分离效率高，同时符合磷石膏高温除杂改性工艺之需要。

自动控制单元包括自动化过程检测装置，其包括在干燥单元喂料口处分别设置的水分/湿度在线检测仪和称重传感器，带式给料机23上可配以变频器，实时监测、及时调节给料量，从而使干燥工况处在稳定的合理范围之内，具体过程为：当来料水分发生变化时，水分在线检测仪和称重传感器实时将数据上传至上位机，上位机发出指令实时调整带式给料机的带速与给料量，同时相应给出一个进风（温度）量调整指令，使系统处于稳定状态。

第三热风进口处设置有温度和风速在线检测仪，在第三中心排气管、第二中心排气管和第一中心排气管的出口处，均设置有温度在线变送器及（管道式）风压在线变送器，可以实时将数据传至上位机，由上位机实现对各工艺单元主要控制点的工艺参数实时监测和控制。

在第一主换热管和第二主换热管上（两者与其给料管相连接位置的上方），也设置有温度及风速在线检测变送器，实现在线监测；即当系统（管道上）某一点的温度（或风压）改变时，上位机可以发出减少（或增加）给料量、减少（或增加）热风（温度）量以及调整系统引风机运行参数的方式，以实现控制过程。如某一工艺控制点的温度（或压力）超出程序设定的允许范围，则自动给出错误信号提示，并初步判断故障可能发生的原因，若程序判定故障处在紧急情况下，则发出停止给料（或打开紧急卸料排空阀）等指令。

工作过程：将掺有碱性中和剂和含附着水（表面自由水）10-25 %的磷石膏，用带式给料机23（或其它给料设备）均匀送入脉冲气流式干燥机1中（当处理块状磷石膏时，可先机械打散）；利用高温除杂后的废气余热（根据热量温度情况，可补充一次热风或新鲜空气（由变频调速风机调节进风量）），以15-25m/s速度送入脉冲气流式干燥机1中，使热风与粉状磷石膏迅速混合及热交换，形成悬浮状的气固二相混合体，在上升通道内，磷石膏失去表面自由水至0～2.5%，同时，温度升高促使中和反应充分（调整pH值，并除去部分可溶性磷[氟]）；在引风机的作用下，呈过热态的气固二相混合物（去表水后的磷石膏）进入旋风分离器2内，粉状磷石膏经下部的第三出料系统送至第一换热主管内；从旋风分离器2出来的高温废气经第三中心排气管7-3进入第二主换热管20-2，利用干燥后的废气余热对高温除杂后的二水磷石膏进行低温悬浮气流煅烧（煅烧温度为110-220℃），使二水磷石膏脱去1个半的结晶水，变成以β相为主的建筑石膏粉（CaSO₄·1/2H₂O），煅烧时间短，避免过烧成无水硬石膏现象。

干燥后的磷石膏从第一主换热管20-1处加入后，被上升的热气流冲散，混合悬浮于气流之中。由于悬浮状态下气、固接触面积很大，换热系数较高，所以换热速度极快，完成换热后，气流携带物料（粉）沿切向高速进入第一旋风分离器内，在外筒的中上部与内筒15之间的空间内呈螺旋运动状态，至下部锥形筒14-3，气流边旋转，边向下运动，在管道负压与气流被反射的作用下，沿内筒15向上旋转，最后上升至第一中心排气管7-1排出；而粉状物料则落下，从锥形筒14-3底部通过锁风阀19进入煅烧单元。在本单元的第一主换热管20-1内，送入450℃-800℃的高速高温热风气体，磷石膏中的有机物、共晶磷等杂质在高温状态下，转化成惰性物质，最终有机物、共晶磷等杂质降至0.2%以内。

从煅烧单元出来的粉料进入冷却单元，冷却介质为水，当冷却水从换热板片内的通道流过时，通过间壁热传导方式对换热板片间的物料（磷石膏）进行冷却，磷石膏粉体从传热板板片间均匀地自上而下依靠重力缓慢通过。物料与冷却介质采取相向逆流运动，以获得较大传热效率。在板式换热器8的顶部还安装有被动式压力平衡阀，可以调节壳体内外压力差，使进出料更为顺畅。

运行过程中，冷却单元为静置状态，除底部的出料装置外，无运动部件，设备内部为满仓运行，物料缓慢移动时，不产生粉尘和物料降解现象，是一种低成本、低能耗、无粉尘的粉体冷却装置。运行效率高，与使用介质（如气体）冷却的工艺相比，能耗下降约90%。物料从上部粉体进口11进入冷却单元，经换热冷却，最终以0～80℃从板式换热器8底部排出。

Claims (8)

1.一种悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，其特征在于，包括依次相连的干燥单元、高温除杂单元、煅烧单元和冷却单元，所述高温除杂单元上部一侧连接有第一主换热管，高温除杂单元包括除杂炉及连接于除杂炉上的第一主换热管和第一出料系统，第一主换热管上连接有第一给料系统和第一热风进口，煅烧单元包括相变炉及连接于相变炉上的第二主换热管和第二出料系统，第二主换热管上连接有第二给料系统，第一出料系统接入第二给料系统，第二出料系统接入冷却单元。

2.如权利要求1所述的悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，其特征在于，所述干燥单元包括脉冲气流式干燥机和旋风分离器，脉冲气流式干燥机的出口经引风机接入旋风分离器，脉冲气流式干燥机的下部两侧分别设有喂料口和第三热风进口，旋风分离器的底部设有第三出料系统，第三出料系统接入第一给料系统。

3.如权利要求2所述的悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，其特征在于，所述除杂炉、相变炉和旋风分离器的顶部分别设置有第一中心排气管、第二中心排气管和第三中心排气管，第一中心排气管接入第三热风进口，第三中心排气管的出口接入第二主换热管，第二中心排气管的出口连接有除尘单元。

4.如权利要求3所述的悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，其特征在于，所述冷却单元为板式换热器，板式换热器内设立式传热板组，板式换热器设有冷源进口、冷源出口、粉体进口、粉体出口，传热板组由数个并联的空心换热板片组成，换热板片内的空间形成冷却通道，冷源进口、冷源出口与换热板片相通，每个换热板片与其相邻的换热板片之间的空间形成粉料通道，第二出料系统接入粉体进口。

5.如权利要求1-4任一所述的悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，其特征在于，所述除杂炉和相变炉均由外筒及设置于外筒顶部的内筒组成，外筒从上到下由偏心蜗壳形筒体、圆柱筒、锥形筒组成，进风口设置于偏心蜗壳形筒体上，进风口的截面呈内角为3个直角、上大下小的五边形结构，进风口外壁的上部为纵向设置、外壁的下部为朝向进风口的底壁方向倾斜设置，进风口的内壁和底壁朝向外筒的内部还分别连接有折流板和倾斜向下的防积灰板，内筒的上端口与第一中心排气管或第二中心排气管相连。

6.如权利要求5所述的悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，其特征在于，所述第一主换热管和第二主换热管的底部连接有排料中间仓。

7.如权利要求6所述的悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，其特征在于，所述除尘单元包括引风机和与引风机相连的布袋除尘器；所述第一给料系统、第一出料系统和第二出料系统还分别包括锁风阀。

8.如权利要求7所述的悬浮气流式磷石膏一体化处理装置，其特征在于，还包括自动控制单元。