一種磷石膏窯外懸浮分解制酸聯產水泥工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于磷化工、水泥生產與環保領域，具體涉及一種磷石膏窯外懸浮分解工
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【背景技術】
[0002]磷石膏是濕法磷酸生產過程排放的固體廢物，我國的年排放量在60Mt以上，大多采用露天堆放而棄之，不僅占用大量土地，還對環境產生十分不利的影響。磷石膏制酸聯產水泥工藝是磷石膏資源化利用的有效途徑之一，傳統工藝是在回轉窯中完成的，由于磷石膏分解是吸熱量較大的反應，且回轉窯中高溫氣體與磷石膏水泥生料之間的傳熱傳質效率較低，導致過程能耗較高和水泥產品質量不高與不穩定，嚴重制約該工藝技術的推廣使用。
[0003]流態化技術是一種強化流體(氣體或液體)與固體顆粒間相互作用的操作，它是利用流動流體的作用，將固體顆粒群懸浮起來，使固體顆粒與流體(氣體或液體)充分接觸，可以大幅提高傳熱傳質效率。早在1954年，美國1wa州立大學提出磷石膏預分解流程，即在流化床中用CO還原分解磷石膏，并將流化床分為還原區和氧化區，旨在降低回轉窯熱負荷。1968年美國1wa州立大學和Keetfeeds公司聯合提出磷石膏流化床分解新工藝，將流化床分解爐分成上下兩個床層，均以低速流態化操作，下層流化床進行燃燒及分解反應，上層流化床則用于預熱物料。1985年德國Lurgi公司開發出循環流化床分解爐，將磷石膏分解和水泥熟料燒成過程分別置于流化床分解爐和回轉窯中完成，分解爐采用雙氣氛反應機制，物料反復經過還原及氧化區。國內專利ZL 200820054541.2提出一種分解磷石膏的復合循環流化床裝置，旨在提高磷石膏分解率。這些循環流化床技術是通過循環磷石膏顆粒來延長分解反應時間，提高分解率，但由于循環流化床氣固比較高，導致煙氣SO2濃度較低，不能滿足硫酸生產要求。專利CN 101955166 B提出一種半水磷石膏的分解方法，通過懸浮預熱來提高磷石膏分解爐中分解溫度，使分解率得以提高，但仍未解決SO2濃度較低的冋題。
[0004]流態化技術雖然可以強化磷石膏分解反應的傳熱傳質過程，但磷石膏分解反應是一個吸熱量較大的反應，也就意味著需要向反應系統供應高強度的反應熱量。從現有的專利或文獻來看，還未見很好地解決此問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種用于磷石膏制酸聯產水泥的磷石膏窯外懸浮預熱分解工藝，該工藝可懸浮預熱回收來自分解爐的高溫氣體熱量以降低過程能耗；分解爐設置煤燃燒裝置提高系統供熱強度；燃料煤中添加部分硫磺以提高煙氣SO2濃度。
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為，一種磷石膏窯外懸浮分解制酸聯產水泥工藝，包括以下步驟:
[0007]I)磷石膏水泥生料制備:將磷石膏、焦炭、鋁礬土、頁巖和電爐渣按1000: (30?100): (5?12): (40?75): (6?13)的質量比進行混合，混合完成后經提升機送入高位料倉備用。
[0008]2)懸浮預熱:將磷石膏生料以0.3?0.7kg/Nm3的固氣比通過螺旋加料機加入懸浮預熱系統中，進行懸浮預熱升溫至750?1050°C。
[0009]3)窯外分解:來自懸浮預熱系統下料管的磷石膏水泥生料，通過熱風爐送來的高溫煙氣C以高速帶入U型反應管底部；所述U型反應管具有特殊的U型結構，可保證磷石膏水泥生料在反應管中具有足夠的停留時間(即分解反應時間)，進而提高磷石膏的分解率和所得高溫煙氣中SO2濃度；所述磷石膏在750?1050°C分解反應后，其分解率達到65?92%，脫硫率達59?85%。
[0010]4)分解反應完成后，出U型反應管的氣固混合物經旋風分離器分離氣固物料得固體顆粒和高溫煙氣A，從底部出來的固體顆粒送入回轉窯分解燒成水泥，從回轉窯上部出來的高溫煙氣B送入懸浮預熱系統回收熱量；所得高溫煙氣A進入懸浮預熱系統回收熱量，溫度降至130?350°C。
[0011]5)高溫煙氣A經懸浮預熱系統回收熱量后，送硫酸車間生產硫酸。
[0012]上述方案中，所述磷石膏、焦炭、鋁礬土、頁巖和電爐渣的粒徑均為10?80μπι。
[0013]上述方案中，所述磷石膏可為二水磷石膏或半水磷石膏。
[0014]上述方案中，所述磷石膏水泥生料的混合設備可為臥式螺帶混合機、立式混合機或各類磨機。
[0015]上述方案中，所述懸浮預熱系統為4級或5級旋風預熱器，磷石膏生料依次經C1M風筒、(:2旋風筒、C 3旋風筒、C 4旋風筒或繼續經過C 5旋風筒預熱升溫至750?1050 °C。
[0016]上述方案中，進入反應管的高溫煙氣C由燃煤器中的熱風爐燃燒燃料產生，所述燃煤器包括圓盤給料機、煤磨機與燃煤熱風爐等，燃料經過圓盤給料機定量向煤磨機添加，燃料經過粉磨后以高風量送入燃煤熱風爐，經過燃燒產生1150?1230°C的高溫煙氣C送U型反應管。
[0017]上述方案中，所述燃料為硫磺與燃煤的混合物；燃煤的熱值為5000?8900大卡/kg，硫磺與燃煤的混合質量比為1:10?10:1。將硫磺部分替代燃煤，然后進入圓盤給料機料斗，通過煤磨機送入熱風爐，產生含一定so2&度的高溫煙氣C，作為熱源送入U型反應管供磷石膏分解反應，可提升所得高溫煙氣A中SO2的濃度，煙氣中SO2濃度達I?12wt%。
[0018]上述方案中，所述燃煤為褐煤、煙煤、無煙煤或含硫煤，優選為含硫煤。
[0019]上述方案中，所述的旋風分離器為旋風筒，根據選用的旋風預熱器結構，選用(:5旋風筒或(:6旋風筒。
[0020]上述方案中，從U型反應管旋風分離器(C5旋風筒或(:6旋風筒)出來的高溫煙氣A的溫度為430?780°C，進旋風預熱系統回收熱量預熱磷石膏水泥生料，經C4旋風筒回收熱量后溫度降至360?710 °0，經C3旋風筒回收熱量后溫度降至330?660 °C，再經C2旋風筒回收熱量后溫度降至270?550°C，最后經C1旋風筒回收熱量后溫度降至130?350°C，最后送硫酸車間生產硫酸，整個懸浮預熱系統回收熱量為3241?4094kJ/kg磷石膏，節能降耗效果顯著。
[0021]本發明的有益效果為:
[0022]I)本發明采用U型反應管能有效延長磷石膏顆粒在反應管中的停留時間，增加磷石膏分解反應時間，進而提高磷石膏的分解率和所得高溫煙氣中SO2濃度。
[0023]2)采用熱風爐提供的高溫煙氣，可以強化磷石膏分解反應的供熱過程，進而提高磷石膏分解率和煙氣SO2濃度。
[0024]3)本發明用硫磺部分替代燃煤，可以大大提高所得煙氣中SO2濃度，這是煙氣送硫酸車間進行硫酸生產的重要保證，也是傳統磷石膏制酸聯產水泥工藝技術得以推廣的基礎。
[0025]4)本發明可回收高溫煙氣熱量3241?4094kJ/kg磷石膏，節能降耗效果顯著。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明所述磷石膏窯外懸浮分解工藝流程圖。
[0027]圖中，I為固體原料料倉；2為C1旋風筒；3為C2旋風筒；4為C 3旋風筒;5為C 4旋風筒；6為C5旋風筒；7為U型反應管；8為熱風爐。
【具體實施方式】
[0028]為了更好的理解本發明，下面結合附圖和實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
[0029]實施例1
[0030]一種磷石膏窯外懸浮分解制酸聯產水泥工藝，其工藝流程圖見圖1，熱風爐中采用的燃料煤為褐煤(熱值為5500?6500大卡/kg)，具體包括以下步驟:
[0031]I)將10?80 μ m的半水磷石膏與10?80 μ m的焦炭、鋁礬土、頁巖、電爐渣按1000:50:8:52:8的質量比加入臥式螺帶混合機中混合得磷石膏水泥生料；焦炭中的碳為還原劑，用以還原CaSO4生成CaO和SO2，碳含量大于75wt%，揮發分小于5%，效果好。碳含量越高，生料配料中焦炭摻量越少，帶入灰分越少，有利于生料成分的穩定。
[0032]2)磷石膏水泥生料均化后經提升機傳送到達高位料倉，然后以0.3?0.7kg/Nm3的固氣比通過螺旋加料機進入懸浮預熱系統，依次經(^旋風筒、C 2旋風筒、C 3旋風筒和C 4旋風筒逐級預熱升溫至750°c ;
[0033]3)來自懸浮預熱系統下料管的磷石膏水泥生料通過熱風爐送來的高溫煙氣C(溫度為1150°C )以高速進入U型反應管，在970°C下進行分解反應，主要反應方程式如式I和式2:
[0034]C+00,^ 200.....................................................................⑴
[0035]CaS04+C0 一 Ca0+S02+C02......