專利名稱：一種石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒工藝及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于石膏制硫酸聯產水泥技術領域，涉及一種高效節能的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒工藝及裝置。
背景技術：
石膏制硫硫酸聯產水泥技術是德國人在第一次世界大戰期間發明的，并在當時的德國興建了一個日產40噸硫酸的裝置。而以磷石膏為原料制硫酸和水泥的開發研究始于上世紀六十年代，奧地利林茨化學公司于1968年建成了第一家利用磷石膏制硫酸并聯產水泥的工廠，日產硫酸350噸。為了提高過程的熱效率，林茨公司采取在回轉窯的氣體出口加裝逆流熱交換器，使過程的熱耗有所降低。然而，石膏法制水泥能耗指標仍遠高于石灰石法生產水泥，加之當時低價硫磺的傾銷，使得這種工藝未得到推廣。1986年德國魯齊公司開發了循環流化床節能型磷石膏熱分解法制硫酸聯產水泥技術，并進行了中試，將過去磷石膏脫水、分解和水泥鍛燒在一個長窯中進行的生產方式，改變成在循環流化床中進行磷石膏脫水和分解，在短窯中進行水泥鍛燒，但一直未見工業化應用。硫酸是重要的基礎化工原料，其用量列三大強酸之首。2011年，我國硫酸年產量已達7416.6萬噸，連續多年居世界首位。然而，我國是硫資源貧乏的國家，每年都要靠大量進口硫磺來滿足國內的需求。另一方面，我國的天然石膏儲量豐富，且各種工業石膏的排放量巨大。工業石膏一般含有有害物質，長期堆放不僅占用大量土地，而且易造成環境污染，其綜合利用迫在眉睫。我國早在上世紀五十年代就開始了石膏制硫酸聯產水泥技術的研究。上世紀八十年代，國家科委組織了 “磷石膏制硫酸聯產水泥”的攻關試驗，在山東無棣硫酸廠進行生產試驗取得成功之后，在全國新 建了 7套年產4萬噸硫酸、6萬噸水泥的工程項目，但大多運營狀況不佳，甚至停產、改產。上世紀九十年代末魯北化工在國家的扶持下，建成了年產15萬噸磷銨、副產磷石膏制20萬噸硫酸聯產30萬噸水泥大型裝置，成為世界石膏制硫酸史上技術最先進、規模最大的聯產裝置。目前，最先進的石膏制硫酸聯產水泥技術是:二水石膏原料經單獨烘干烘去物理水，或脫水為半水石膏，再與焦炭和輔料進行聯合粉磨，或者它們分別粉磨后經混料機混勻，制成的生料經均化后喂入多級預熱器系統進行預熱和回轉窯煅燒。此工藝流程中原料石膏大多為二水石膏，少數工藝為半水石膏，其剩余結晶水及生料中尚存的少量物理水均進入燒成系統，不僅增加了系統的水蒸氣量，而且增加了燒成系統的燃料消耗，進而增加了系統的煙氣量，從而導致SO2濃度降低；且水分過多會降低煙氣的露點溫度，對設備的運行不利。此外，目前的工藝流程未回收利用出預熱器系統的煙氣余熱，系統熱耗較高。
發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種能夠降低燒成系統的燃料消耗且能提高SO2濃度的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒工藝及裝置。
本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的一個技術方案是:一種石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒工藝，在將含石膏、還原劑與輔助原料的生料送入燒成系統之前，完全脫除生料中的物理水和結晶水，由燒成系統獲得含SO2的制酸煙氣和水泥熟料。出燒成系統的制酸煙氣經換熱降溫后進入下一工序。所述石膏是磷石膏、脫硫石膏、氟石膏和天然石膏中的至少一種；所述還原劑是焦炭、無煙煤、石油焦和高硫煤中的至少一種。本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的另一個技術方案是:一種石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置，包括烘干脫水設備和燒成系統；所述燒成系統包括依次連接的預熱器系統、回轉窯和熟料冷卻機；所述預熱器系統包括3 5級旋風筒，一級旋風筒的進料口與所述烘干脫水設備的出料口連接，一級旋風筒的出料口通過分料閥與其下的所有旋風筒的進風管分別連接，一級旋風筒的出氣口與烘干廢氣出風管連接；二級旋風筒設有制酸煙氣出口 ；最后一級旋風筒與所述回轉窯連接。所述二級旋風筒的制酸煙氣出口與熱交換器連接。所述烘干脫水設備包括烘干脫水裝置和與其通過管道連接的熱風源。所述熱交換器與所述熱風·源連接。該裝置還包括原料磨，所述一級旋風筒通過所述烘干廢氣出風管與所述原料磨連接。該裝置還包括原料磨，所述熱風源與所述原料磨連接。所述熱風源的出口設有冷風閥。本發明具有的優點和積極效果是:1)將石膏的烘干脫水過程由以往的在預熱器系統內或者回轉窯內移至烘干脫水裝置內，使石膏脫水消耗的熱量從燒成系統的熱耗中分離出來，從而減少產生這部分熱量所需的燃料燃燒在燒成系統中產生的廢氣量，并且脫水形成的水蒸氣不與制硫酸的煙氣相混，可提高煙氣中SO2的濃度，為后續的制硫酸工序創造有利條件；2)制酸煙氣中的水蒸氣含量減少，煙氣露點溫度得以提高，可降低設備的腐蝕風險；3)烘干后的熱生料直接進入燒成系統，減少以往工藝過程中的中間儲存環節，有利于利用出烘干系統的生料熱焓，降低燒成系統的熱耗；4)出一級旋風筒的烘干廢氣用于原料磨烘干，出二級旋風筒的制酸煙氣通過熱交換器將熱焓傳給被加熱空氣，并將熱空氣引至熱風源使用，可有效利用廢氣的余熱，降低系統熱耗；5)烘干脫水裝置的熱風源也可給原料磨系統供熱風，作為原料粉磨的補充烘干熱源，這樣不必為原料磨系統單獨設熱風爐，可簡化系統流程。
圖1是本發明的工藝流程示意圖。圖中:1是熱風爐，2是烘干脫水裝置，3是一級旋風筒，4是二級旋風筒，5是三級旋風筒，6是四級旋風筒,7是五級旋風筒,8是回轉窯,9是冷卻機,10是熱交換器,11是分料閥。
具體實施方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:請參見圖1，一種石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置，包括烘干脫水設備和燒成系統；所述燒成系統包括依次連接的預熱器系統、回轉窯8和熟料冷卻機9 ；所述預熱器系統包括3 5級旋風筒，一級旋風筒3的進料口與所述烘干脫水設備的出料口連接，一級旋風筒3的出料口通過分料閥11與其下的所有旋風筒的進風管分別連接，一級旋風筒3的出氣口與烘干廢氣出風管連接；二級旋風筒4設有制酸煙氣出口 ；最后一級旋風筒與所述回轉窯8連接。在本實施例中，所述二級旋風筒4的制酸煙氣出口與熱交換器10連接，也可以不連接熱交換器10，直接進入下一工序。所述烘干脫水設備包括烘干脫水裝置2和與其通過管道連接的熱風源，在本實施例中，熱風源采用的是熱風爐I，熱風源還可以采用其它能夠提供熱風的裝置。所述熱交換器10與所述熱風源連接。該裝置還包括原料磨，所述一級旋風筒3通過所述烘干廢氣出風管與所述原料磨或廢氣處理系統連接。所述熱風源與所述原料磨連接。所述熱風源的出口設有冷風閥。用以調節入烘干脫水裝置2的熱風溫度。熱風爐I也可直接給原料磨系統供熱風，作為原料粉磨的補充烘干熱源。在本實施例中，所述預熱器系統有五級旋風筒，一級旋風筒3、二級旋風筒4、三級旋風筒5、四級旋風筒6和五級旋風筒7，在這里五級旋風筒7是最后一級旋風筒。出一級旋風筒3的熱生料，需要根據系統運行的不同情況，喂入其下不同位置的旋風筒，以便控制二級旋風筒4出口的制酸煙氣溫度和生料在預熱器系統中的料溫，避免還原劑提前燃燒。在本實施例中，一級旋風筒3的出料口與其下的、最后一級旋風筒之上的所有旋風筒的進風管通過粉料閥分別連接，但這種連接關系并不是限制性的，一級旋風筒3的出料口與其下的所有旋風筒的進風管通過粉料閥分別連接，也是可行的。上述裝置采用的工藝為:在將含石膏、還原劑與輔助原料的生料送入燒成系統之前，完全脫除生料中的物理水和結晶水，由燒成系統獲得含SO2的制酸煙氣和水泥熟料。為了節約能源，出燒成系統 的制酸煙氣經換熱降溫后進入下一工序。所述石膏是磷石膏、脫硫石膏、氟石膏和天然石膏中的至少一種；所述還原劑是焦炭、無煙煤、石油焦和高硫煤中的至少一種。本發明的工作過程及原理:將含石膏、還原劑與輔助原料的生料喂入烘干脫水裝置2，利用由熱風源提供的熱風對生料進行烘干和脫水，以去除生料中尚存的少量物理水和石膏中的結晶水，通過控制烘干脫水裝置的出口溫度，可以保證完全脫除生料中的物理水和結晶水。出烘干脫水裝置2的含塵氣體經一級旋風筒3實現氣料分離后，根據系統運行的不同情況，本著還原劑在預熱器系統中不能被點燃且盡量提高原料入窯溫度的原則，通過調節分料閥11，將熱生料喂入其下的某級旋風筒的進風管，進行后續換熱，出最后一級旋風筒的熱生料進入回轉窯8進行分解和煅燒。出一級旋風筒3的烘干廢氣引至原料磨作為烘干熱源；在出二級旋風筒4的制酸煙氣管道上設置熱交換器10，利用熱交換器10回收的熱焓加熱空氣，并將熱空氣引至熱風爐I使用，降溫后的煙氣經凈化處理后用于制硫酸。所述的烘干脫水裝置2可為管道式或流化床式等結構型式，其進風口與熱風爐I的供風管道相連接，出風口也是出料口與一級旋風筒3相連接；烘干脫水裝置2內熱風與生料以懸浮態進行換熱，可在管道式烘干裝置上設置數個縮口，以形成噴騰效應，強化氣、料之間的換熱；充分換熱后的含塵氣流溫度控制在150 300°C，在保證完全脫除生料中的物理水和結晶水的情況下，盡量將含塵氣流的溫度控制得低一些，以減少烘干熱耗。本發明可通過控制烘干脫水裝置的出口溫度，確保將生料中的物理水和結晶水完全脫除，使石膏脫水消耗的熱量從燒成系統的熱耗中分離出來，從而減少產生這部分熱量所需的燃料燃燒在燒成系統中產生的廢氣量，并且脫水形成的水蒸氣也不與制硫酸的煙氣相混，從而提高煙氣中SO2的濃度，為后續的制硫酸工序創造有利條件。同時，由于煙氣中水蒸氣含量減少，煙氣露點溫度得以提高，可降低設備的腐蝕風險。烘干后的熱生料直接進入燒成系統，減少以往工藝過程中的中間儲存環節，有利于利用出烘干系統的生料熱焓，降低燒成系統的熱耗。出一級旋風筒的烘干廢氣用于原料磨烘干，出二級旋風筒的制酸煙氣通過熱交換器可將熱焓傳給被加熱空氣，并將熱空氣引至熱風爐使用，有效利用廢氣的余熱。通過有效利用出預熱器系統的烘干廢氣和制酸煙氣的余熱，達到了系統節能的目的，降低系統熱耗。本實施例僅是本發明的較佳實施例而已，并非用以限定本發明。本發明所涉及的烘干脫水裝置既可以為本實施例中所采用的管道式烘干裝置，也可以是流態化式烘干裝置，或者是其它可以實現相同功能的烘干裝置。二級旋風筒的制酸煙氣出口與熱交換器連接，也可沒有換熱器，通過風機直接進入制酸的下一工序。烘干脫水裝置所用熱風既可以由本實施例所采用的熱風爐提供，也可以由其它熱源提供。熱風爐可給原料磨系統供熱風，也可不給原料磨系統供熱風，本發明所涉及的冷卻機既可以是篦式冷卻機，也可以是單筒冷卻機等其他具有高溫物料冷卻功能的冷卻機。凡依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修 改，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒工藝，其特征在于，在將含石膏、還原劑與輔助原料的生料送入燒成系統之前，完全脫除生料中的物理水和結晶水，由燒成系統獲得含SO2的制酸煙氣和水泥熟料。
2.根據權利要求1所述的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒工藝，其特征在于，出燒成系統的制酸煙氣經換熱降溫后進入下一工序。
3.根據權利要求1所述的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒工藝，其特征在于，所述石膏是磷石膏、脫硫石膏、氟石膏和天然石膏中的至少一種；所述還原劑是焦炭、無煙煤、石油焦和高硫煤中的至少一種。
4.一種石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置，其特征在于:包括烘干脫水設備和燒成系統；所述燒成系統包括依次連接的預熱器系統、回轉窯和熟料冷卻機； 所述預熱器系統包括3 5級旋風筒，一級旋風筒的進料口與所述烘干脫水設備的出料口連接，一級旋風筒的出料口通過分料閥與其下的所有旋風筒的進風管分別連接，一級旋風筒的出氣口與烘干廢氣出風管連接；二級旋風筒設有制酸煙氣出口 ；最后一級旋風筒與所述回轉窯連接。
5.根據權利要求4所述的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置，其特征在于:所述二級旋風筒的制酸煙氣出口與熱交換器連接。
6.根據權利要求5所述的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置，其特征在于:所述烘干脫水設備包括烘干脫水裝置和與其通過管道連接的熱風源。
7.根據權利要求6所述的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置，其特征在于:所述熱交換器與所述熱風源連接。
8.根據權利要求4所述的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置，其特征在于:該裝置還包括原料磨，所述一級旋風筒通過所述烘干廢氣出風管與所述原料磨或廢氣處理系統連接。`
9.根據權利要求6所述的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置，其特征在于:該裝置還包括原料磨，所述熱風源與所述原料磨連接。
10.根據權利要求6所述的石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置，所述熱風源的出口設有冷風閥。
全文摘要
本發明公開了一種石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒工藝在將含石膏、還原劑與輔助原料的生料送入燒成系統之前，完全脫除生料中的物理水和結晶水，由燒成系統獲得含SO2的制酸煙氣和水泥熟料。本發明還公開了應用上述工藝的一種石膏制硫酸聯產水泥的烘干煅燒裝置。本發明將石膏的烘干脫水過程由以往的在預熱器系統內或者回轉窯內移至烘干脫水裝置內，使石膏脫水消耗的熱量從燒成系統的熱耗中分離出來，從而減少產生這部分熱量所需的燃料燃燒在燒成系統中產生的廢氣量，并且脫水形成的水蒸氣不與制硫酸的煙氣相混，可提高煙氣中SO2的濃度，為后續的制硫酸工序創造有利條件。
文檔編號C01B17/74GK103241717SQ201310157200
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月28日 優先權日2013年4月28日
發明者彭學平, 龐仁杰, 俞為民, 朱金波, 郭濤, 劉繼開, 武曉萍, 馬嬌媚 申請人:天津水泥工業設計研究院有限公司, 天津中材工程研究中心有限公司