專利名稱：石膏窯外分解工藝與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及石膏加工成硫酸及水泥熟料的一種窯外分解技術的改進。
循環(huán)流化床技術應用到石膏分解制硫酸和水泥熟料方面是一項新技術，石膏不必再加入窯內(nèi)分解，而是在循環(huán)流化床的分解爐中分解，預熱后的石膏生料加入流化床的分解爐中，用CO或H2分解，未反應完的物料再進行循環(huán)分解，反應完全的物料排出進入回轉煅燒窯燒制水泥熟料，濃度較高的SO2尾氣送去制造硫酸。
美國專利4102989公開了一項“在流化床上進行硫酸鈣的還原與氧化分解”的技術，其特點是把含氫的碳素燃料與一次空氣導入還原區(qū)-流化床的下部，使還原區(qū)有效地把CaSO4轉變?yōu)镃aO與CaS的混合物，再引二次空氣進入流化床上部(并在此水平面上導入燃料)，使上部形成氧化區(qū)，將CaS轉變?yōu)镃aO。反應生成的CaO與SO2都由流化床上部排出。該流化床可為上部截面積大于下部截面積的錐體。一次空氣為燃料燃燒的所需O2的20～90%，二次空氣為導入空氣總量的10～60%。溫度范圍為1195～1250℃。該專利說明書披露，CaSO4是由反應器頂部進入反應器內(nèi)的，粉料通過一根管子進入流化床的頂部;旋風分離器設在反應器內(nèi)，在流化床上面，由管子與流化床頂部相通;一次空氣和二次空氣都由流化床底部進入(個別實施例二次空氣由頂部進入流化床)，二次空氣管子稍長，將空氣導入流化床錐體部分的上部。流化由氣體分布板支撐。
美國專利4102989公開的技術，二次空氣管伸入流化床中部，管子較長，在上千度高的火焰中要長期維持不變形，這在生產(chǎn)中是很難實行和掌握的。同時，反應器體積巨大，旋風分離和流化床等都包含在反應器中，這也不夠合理?？傊搶＠夹g實際上很難，并且事實上也沒有在生產(chǎn)中應用。德國專利DE3622688A1的改進技術，則在主體反應器外連接旋風分離器和分料器組成外部循環(huán)分解系統(tǒng);彌補了美國專利的缺陷;但其新投入的原料是經(jīng)水泥回轉窯尾氣預熱后投入反應器的，反應器的“廢氣”熱能未能得到充分利用，而且用了四級預熱器，設備投資較大。
本發(fā)明的目的在于提供一種熱能利用率高，工藝流程更為簡化的石膏窯外分解裝置和工藝。
本發(fā)明所提供的用于石膏分解的流化床式分解裝置是由于一個分解爐的主體部分和一個旋風預熱體系組成，發(fā)明的主要特點是所說的分解爐的主體部分是在一個柱形主體反應器的上方有一只與其成整體的偏錐式無內(nèi)筒旋風分離器，在旋風分離器下方連接一只箱式固體分料器，所說的箱式固體分料器由分料室和一只與其成整體的流化床式泄料閥組成，使得固體粉料從固體分料器分發(fā)時，固體粉料按比例在泄料閥與分料室的返料口之間分流。在旋風分離器的上方，連接有兩級旋風預熱器。
現(xiàn)有技術中使用的旋風分離器為直錐內(nèi)筒式旋風分離器，在這種石膏分解系統(tǒng)中使用，由于物料溫度高，系統(tǒng)中含有濃度較高的二氧化硫氣體，旋風分離器的內(nèi)筒易被腐蝕，損壞變形，因而降低了分離器的分離效果，必須經(jīng)常更換維修，造價昂貴。本發(fā)明根據(jù)所要求的分離效率采用了一種無內(nèi)筒式旋風分離器，為了克服石膏物料高溫下流動性差的難題，采取了偏錐形式，偏錐改變了氣流和物料流的走向，促進了物料的滑移，從而提高了氣固體分離效率，達到了有效的氣固分離效果，解決了現(xiàn)有技術中旋風分離器內(nèi)筒易被腐蝕損壞，分離效率下降的問題。本發(fā)明所使用的偏錐式無內(nèi)筒旋風分離器，錐體的偏心角度(筒體母線與錐體母線最小夾角)，可在0～30°范圍內(nèi)選擇。當然也可以選用有內(nèi)筒的偏錐式旋風分離，那樣仍然存在內(nèi)筒易被腐蝕的問題，如果選用耐腐蝕的材質用內(nèi)筒，設備投資就要高得多。正錐式旋風分離器錐角增大也可以使用，但是效果不如偏錐式。
在本發(fā)明中采用了CN92240256.6專利所說的箱式固體分料器，它是一種流化床式分料器，包括分料室24和泄料閥30兩部分。泄料閥30與分料室24制成一個整體，也是流化床式，如附圖3所示。在分料室24上方有一個進料口25，它與設于分料室24底部的泄料閥30的閥孔31相對;分料室24的另一端，上部設有排料口27，即返料口，分離后的固體物料的大部分從這里返回主體反應器4。分料室底部設有兩個進風口28，在進風口28上方貼近分料室底部有一層空氣分布板29，與分料室底板構成一個空氣室。分料室的中間有一塊可調高度的鎖風板26，把分料室分割為兩部分。鎖風板26高度的控制由分料器24進、出物料口的壓差決定，一般其高度為兩者壓差值的1.5～3倍。鎖風板26的上下調節(jié)是為了控制分料器被分開的兩部分之間通道的大小，起到鎖風作用，避免壓力較大的進口25與排料口27之間產(chǎn)生竄風現(xiàn)象。流化床式泄料閥30底部設有一個進風口28，貼近進風口28的泄料閥30底部也設有一層空氣分布板29。閥的一側設有出料口34，小部分固體物料由此進入回轉窯生產(chǎn)水泥熟料;泄料閥30中有一個閥芯32，由閥底中心伸到泄料閥30內(nèi)，閥芯32對準閥孔31，可由調節(jié)器33調節(jié)高度。通過調節(jié)閥芯32的高度，可以控制閥孔31的大小，從而調節(jié)分料器分料到分料室24和泄料閥30并分別排出到主體反應器4和回轉窯14的料流比例。在本發(fā)明中固體分解物料從固體分料器中返回主體反應器的量為進入分料器物料量的70-90%。由于分料室24與泄料閥30均采用流化床式結構，分料器內(nèi)物料始終保持活動狀態(tài)，使固體物料在分料器中得以均勻穩(wěn)定地定量分流，這樣，才能使物料在循環(huán)流化床中的停留時間得到合理控制，以達到石膏的充分分解。
在循環(huán)流化床中分解石膏成為固體CaO與氣體SO2的生產(chǎn)工藝，是在流化床分解爐主體部分的主體反應器、旋風分離器、分料器和回流管路組成的循環(huán)系統(tǒng)中進行和完成的。把石膏粉料、燃料投入柱形主體反應器，并從主體反應器底部導入一次空氣風作為流化風，使粉料和燃料燃燒產(chǎn)生CO或H2，使Ca-SO4還原。在反應器上部通入二次空氣風控制氧化氣氛，使CaS氧化，為了控制反應器中的氣氛，還可在反應器上中部通入三次空氣風，這樣，在主體反應器中形成一個還原區(qū)和一個氧化區(qū)，石膏微粒在一次風，二次風作用下在還原區(qū)與氧化區(qū)之間不斷循環(huán)流動分解，石膏分解產(chǎn)物CaO、SO2及其他反應氣體，同時從反應器的上部排出，經(jīng)旋風分離器和分料器，使石膏分解的固體物料部分返回到反應器中，與新投入的石膏粉料混合，實現(xiàn)窯外循環(huán)分解反應。本發(fā)明的一個重要特點是新投入的石膏粉料與第二級旋風預熱器2中排出的氣體直接混合后進入第一級旋風預熱器1，被分離的固體物料再與氣體反應器4為一體的旋風分離器5中排出的氣體混合，再經(jīng)第二級旋風預熱器2分離后，由管道投入主體反應器4中，與從分解爐固體分料器6中返回的分解物料混合繼續(xù)進行循環(huán)分解反應。新投入的石膏粉料與固體分料器中返回的分解物料的比例為1∶2.5～6.0。石膏粉料在主體反應器中的停留時間為20-60秒，主體反應器中控制還原區(qū)的溫度為850～1080℃，氧化區(qū)的溫度為1000-1150℃，還原區(qū)截面風速為1.6-5米/秒，氧化區(qū)截面風速為3.4-6米/秒。
以下結合附圖用一個實例詳細介紹本發(fā)明工藝流程。


圖1是石膏分解主體裝置及工藝流程示意圖。
圖2為石膏分解與制水泥熟料裝置工藝流程示意圖。
圖3為固體分料器的剖面結構示意圖。
圖4為偏錐式無內(nèi)筒旋風分離器剖面結構示意圖。
圖5為偏錐式無內(nèi)筒旋風分離器俯視圖。
圖中，1.一級旋風預熱器，2.二級旋風預熱器，3.石膏粉料輸送管道系統(tǒng)，4.主體反應器(流化床)，5.旋風分離器，6.固體分料器，7.進入回轉窯的固體物料管道系統(tǒng)，8.流化風(一次空氣風)，9.二次空氣風，10.燃料輸送系統(tǒng)，11.從旋風分離器至二級旋風預熱器的管道。12.從二級旋風預熱器至一級旋風預熱器的管道。13.將SO2氣體送去制酸的管道。14.回轉窯，15.水泥熟料冷卻機，16.煤粉倉，17.生料倉，18.生料磨，19.石膏倉，20.輔助材料倉，21.烘干機，22.收塵器，23.煙囪，24.分料室，25.進料口，26.鎖風板，27.排料(返料)口，28.進風口，29.氣體分布板，30.泄料閥，31.閥孔，32.閥芯，33.閥芯調節(jié)器，34.出料口，35.氣體進口，36.筒體母線與錐體母線最小夾角，37.物料出口，38.錐體，39.筒體母線與錐體母線夾角，40.筒體，41.氣體出口圖1、圖2箭頭實線表示物料方向，箭頭虛線表示氣體方向。
如圖1、圖2所示，經(jīng)生料磨18進行了粉磨配料的石膏粉料從生料倉17加入管道12，被從二級旋風預熱器2排出的SO2氣流帶入一級旋風預熱器，被一級預熱并氣固分離后，石膏粉料進入管道11，隨從旋風分離器5排出的含SO2氣流送入二級旋風預熱器2中，被二級預熱并經(jīng)氣固分離由輸送管道系統(tǒng)3送入主體反應器4的下部，燃料(可為煤油或天然氣等)也從輸送系統(tǒng)10被送入反應器下部，石膏生料和燃料都加到反應器內(nèi)的分布板上。從回轉窯的水泥熱料冷卻機15引過來的流化風8作為一次空氣風從主體反應器4底部進入反應器，使燃料不完全燃燒生成的CO或H2等還原介質與石膏粉料進行還原反應，生成CaO、SO2和少量CaS，這時反應溫度在850-950℃，還原區(qū)氣氛為CO1.5～4%，一次空氣風在還原區(qū)的截面風速為3～3.5米/秒。從回轉窯出來的廢氣作為二次空氣風9通過環(huán)形風道進入主體反應器4的上中部，控制主體反應器的中上部為氧化區(qū)，保持微氧化氣氛含O20.5～2%，使CaS氧化，同時加快了流化床內(nèi)的氣體速度，將分解后的物料帶出，進入旋風分離器5。二次風在氧化區(qū)的截面速度為4～4.5米/秒，氧化區(qū)溫度為1000～1050℃。還原區(qū)約占反應器容積的三分之二，還原和氧化氣氛是通過燃料的加入量、一次和二次風量來調整的。
旋風分離器5的作用是將再循環(huán)的物料分離下來。由于物料溫度高，容易在錐體部分結掛，造成錐體與其下面的管道(料腿)堵塞，本發(fā)明的偏錐式無內(nèi)筒旋風分離器較好地解決了這一難題。
在主體反應器4中，全部物料懸浮在氣流中，懸浮體的密度由反應器底部到頂部遞減，氣體流速遞增，物料經(jīng)還原氧化兩區(qū)段在反應器中大約停留20-60秒，隨氣體夾帶出反應器，在旋風分離器5中被分離下來，再經(jīng)箱式固體分料器6分流，80%的物料經(jīng)分料室24的返料口27返回主體反應器4，另一小部分物料(20%)由分料器6的泄料閥30的出料口34排出，經(jīng)管道7送入回轉窯14煅燒制成水泥熟料。水泥熟料出窯后經(jīng)冷卻機15排出。
從反應器4排出的含SO2的氣體經(jīng)管道11去二級風預熱器2，在管道11中與從一級旋風預熱器1中出來的石膏生料混合后，進入二級旋風預熱器2中與物料分離，再經(jīng)管道12去一級旋風預熱器1，在管道12途中又與新加入的石膏生料相混合一起進入一級旋風預熱器1中，與固體物料分離后經(jīng)管道13送去制酸，含SO2的氣體從反應器4排出時SO2濃度為15%(干氣體積百分比)。
由于分料器6也是流化床式的，因此從回轉窯來的流化風(也是送入反應器的一次空氣風)8也引入了分料器6。根據(jù)單位時間內(nèi)投入物料量和反應器4內(nèi)的反應及操作情況，調節(jié)泄料閥30的閥芯32的高度，即可調整閥孔31的大小，從而控制返回反應器4的料量與排往回轉窯14的料量比例。控制新投入反應器的石膏粉料與返回料量之比為1∶2.5～6.0。這樣，就控制了物料在反應器中的停留時間，保證了石膏充分分解。例如投入新料量為11.0～11.6噸/小時，從分料器6返回反應器4的物料量為35～38噸/小時，排出料(返爐或入窯)質量指標是CaS＜0.32，SO3＜0.17。
回轉窯廢氣和水泥熟料冷卻機的熱氣，用來供烘干石膏、燃燒(反應器的一次風，二次風)和預熱(分料器6的流化風也有預熱作用)，熱量得到充分利用。而來自分解爐主反應器4的含SO2的氣體則在兩(或三)級旋風預熱器和管道中對新的石膏粉料直接預熱，含SO2爐氣與回轉窯廢氣是分開運轉的，從而可以精確控制石膏分解和熟料生產(chǎn)的操作條件，保證生產(chǎn)正常運行。
由于本發(fā)明提供的裝置與工藝的特點，使石膏的窯外分解得以在實際生產(chǎn)中連續(xù)運轉，順利進行。按本發(fā)明設計的一套生產(chǎn)裝置中，每小時投入11.4噸新的石膏物料，每小時可產(chǎn)出分解的物料6.3噸，分解后的SO2氣體濃度為15%以上，分解率達到100%，保證了硫酸和水泥熟料的質量。而且，由于本裝置克服了現(xiàn)有技術中存在的缺陷，熱能利用率較高，比如利用反應器爐氣，含SO2氣體直接預熱物料，利用回轉窯廢氣供烘干，燃燒等，形成各階段熱量封閉循環(huán)，從而確保流程中產(chǎn)生的熱能得到最佳利用，既充分利用了熱能，節(jié)省能源，又簡化了工藝流程，比現(xiàn)有技術減少了預熱裝置而達到了很好的效果，節(jié)約了大量的工程投資，降低了生產(chǎn)成本，有利于用石膏分解制硫酸、水泥熟料的大型化生產(chǎn)。
權利要求
1.一種用于石膏分解的流化床式分解裝置，包括一個分解爐的主體部分和一個旋風預熱體系，所說的流化床式分解裝置其特征在于所說的分解爐的主體部分是在一個柱形主體反應器的上方有一只與其成整體的偏錐式無內(nèi)筒旋風分離器，在旋風分離器下方連接一只箱式固體分料器，所說的箱式固體分料器由分料室和一只與其成整體的流化床式泄料閥組成，使得固體粉料從固體分料器分發(fā)時，固體粉料按比例在泄料閥與分料室的返料口之間分流；在旋風分離器的上方與兩級旋風預熱器相連。
2.按照權利要求1所述的流化床分解裝置，其特征在于所說的偏錐式旋風分離器，其筒體母線與錐體母線最小夾角為0-30°。
3.按照權利要求1所述的流化床分解裝置，其特征在于所說的流化床式泄料閥中有一個可調節(jié)閥孔大小的閥芯。
4.用權利要求1所述的流化床式分解裝置分解石膏成為固體CaO與氣體SO2的生產(chǎn)工藝，由流化床反應器、旋風分離器、分料器和回流管路形成的循環(huán)系統(tǒng)將石膏粉料、燃料投入柱形主體反應器，并從反應器底部導入一次空氣作為流化風，使其燃燒產(chǎn)生CO或H2，在反應器上部導入二次風，在主體反應器中形成一個還原區(qū)和一個氧化區(qū)，石膏微粒在還原區(qū)與氧化區(qū)之間不斷循環(huán)流動分解，石膏分解產(chǎn)物CaO，SO2及其他反應氣體，同時從柱形主體反應器上部排出，經(jīng)旋風分離器和固體分料器，使石膏分解的固體物料部分返回到主體反應器，與新投入的石膏粉料混合，實現(xiàn)外部循環(huán)分解反應，另一部分排出入回轉窯煅燒成水泥熟料，其特征在于新投入的物料與第二級旋風預熱器中排出的氣體直接混合后進入第一級旋風預熱器，被分離的固體物料再與主體反應器旋風分離器中排出的氣體混合，經(jīng)第二級旋風預熱器分離后投入主體反應器中;石膏粉料在主體反應器中的停留時間為20-60秒，固體分解物料從固體分料器中返回主體反應器的返回量為70-90%。
5.按照權利要求4所述的石膏窯外分解生產(chǎn)工藝，其特征在于主體反應器中還原區(qū)的反應溫度為850-1080℃，而在氧化區(qū)的反應溫度為1000-1150℃。
6.按照權利要求4所述的石膏分解生產(chǎn)工藝，其特征在于在主體反應器中還原區(qū)的截面風速控制在1.6-5米/秒，而在氧化區(qū)的截面風速控制在3.4-6米/秒。
7.按照權利要求4所述的石膏分解生產(chǎn)工藝，其特征在于新投入石膏物料量與從分料器中返回主體反應器的返回料量之比為1∶2.5-6.0。
8.按照權利要求4所述的石膏分解生產(chǎn)工藝，其特征在于控制主體反應器中還原區(qū)的氣氛CO為1.5～4%，氧化區(qū)的氣氛O2為0.5～2%。
9.按照權利要求4所述的石膏分解生產(chǎn)工藝，其特征在于所說的主反應器一次風是經(jīng)回轉窯廢氣預熱后進入主反應器的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進的石膏窯外分解技術。本發(fā)明將循環(huán)流化床技術應用到石膏分解制硫酸和水泥熟料上，石膏不必再入窯分解，而是在分解爐的流化床式反應器中循環(huán)分解。本發(fā)明裝置包括由主體反應器、偏錐式無內(nèi)筒旋風分離器和固體分料器組成的分解爐主體部分和旋風預熱體系。本發(fā)明工藝特點包括石膏粉料在主體反應器中停留時間20—60秒，固體分解物料從分料器中返回主體反應器的返回量為70—90％等。
文檔編號C04B11/036GK1079724SQ9311127
公開日1993年12月22日 申請日期1993年6月5日 優(yōu)先權日1993年6月5日
發(fā)明者馮怡生, 劉希崗, 吳天寶, 王玉瑞, 馮久田 申請人:山東省魯北化工總廠