一种石膏制酸热工工艺及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石膏制硫酸联产水泥技术领域，特别涉及一种石膏制酸热工工艺及装置。
【背景技术】
[0002]目前，我国磷石膏年排放量已超过5000万吨(累计堆放量超过2.5亿吨)，脱硫石膏年排放量已达3000万吨，盐石膏年排放量为500余万吨，而且这些工业石膏将随着磷复月巴、电力、海盐业的发展而持续增加。工业石膏一般含有有害物质，长期堆放不仅占用大量土地，而且易造成环境污染，其综合利用迫在眉睫。石膏制硫酸联产水泥技术不仅可以大量处置磷石膏、脱硫石膏、盐石膏等工业废渣，而且可以降低硫矿和石灰石矿的开采，减少二氧化碳排放，是一项具有推广应用前景的资源综合利用技术。
[0003]石膏制硫酸联产水泥技术是德国人在第一次世界大战期间发明的，并在当时的德国兴建了一个日产40吨硫酸的装置。而以磷石膏为原料制硫酸和水泥的开发研究始于上世纪六十年代，奥地利林茨化学公司于1968年建成了第一家利用磷石膏制硫酸联产水泥的工厂，日产硫酸350吨。为了提高过程的热效率，林茨公司采取在回转窑的气体出口加装逆流热交换器，使过程的热耗有所降低。然而，石膏法制水泥能耗指标仍远高于石灰石法生产水泥。1986年德国鲁齐公司开发了循环流化床节能型磷石膏热分解法制硫酸联产水泥技术，并进行了中试，将过去磷石膏脱水、分解和水泥煅烧在一个长窑中进行的生产方式，改变成在循环流化床中进行磷石膏脱水和分解，在短窑中进行水泥煅烧，但一直未见工业化应用。
[0004]我国早在上世纪五十年代就开始了石膏制硫酸联产水泥技术的研究。上世纪八十年代，国家科委组织了 “磷石膏制硫酸联产水泥”的攻关试验，在山东无棣硫酸厂进行生产试验取得成功之后，在全国新建了 7套年产4万吨硫酸、6万吨水泥的工程项目，但大多运营状况不佳，甚至停产、改产。上世纪九十年代末鲁北化工在国家的扶持下，建成了年产15万吨磷铵、副产磷石膏制20万吨硫酸联产30万吨水泥大型装置，成为世界石膏制硫酸史上技术最先进、规模最大的联产装置。
[0005]然而，即使是现有先进的石膏制硫酸联产水泥技术也普遍存在以下问题:1)石膏以焦炭或煤为还原剂，理论炭硫摩尔比为0.5，但考虑到在烧成系统中一部分还原剂会燃烧损失掉，因此实际配料时炭硫摩尔比要提高到0.65?0.8，过量配入的焦炭或煤导致成本增加。2)为了防止还原剂在预热器系统中燃烧损耗并导致结皮堵塞，要严格控制预热器系统中物料的温度低于650°C，因此石膏制酸生产线的预热器级数最多仅四级，经常按三级运行，导致出预热器烟气温度高，系统热耗大。3)石膏的分解和熟料的烧结同在回转窑内完成，而石膏分解需要还原气氛，熟料烧结需要氧化气氛，窑内气氛难以协调，只能采取折中的弱氧化气氛，既不利于提高石膏分解率，也不利于改善熟料质量。4)石膏脱水和分解的热耗大，导致燃烧烟气量大，且过剩还原剂燃烧产生的烟气量及还原剂与石膏反应生成的CO2均进入制酸烟气中，使得制酸烟气中的SO 2浓度低，增加了烟气制酸系统的投资和运行成本。
【发明内容】
[0006]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种石膏制酸热工工艺及装置，该工艺和装置便于操控，能够减少还原剂用量，减少热耗，降低成本，改善熟料质量。
[0007]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是:一种石膏制酸热工工艺，包括以下步骤:a)采用脱水炉对不含还原剂的石膏生料进行烘干脱水；b)烘干脱水后的生料经气固分离后喂入多级预热器充分预热；c)预热后的生料至少有一部分喂入预还原炉，剩余部分喂入回转窑；在预还原炉内，以一氧化碳作为还原剂，将占石膏生料中硫酸钙总量20?35%的硫酸钙还原为硫化钙，出预还原炉的烟气进入脱水炉，出预还原炉的热生料经气固分离后喂入回转窑；d)在回转窑内硫化钙与硫酸钙反应，生成二氧化硫和氧化钙，所述二氧化硫随出回转窑的烟气经多级预热器降温后进入制酸工序，所述氧化钙在回转窑内与石膏生料中的其它成分煅烧成水泥熟料出窑，并经冷却机冷却后输出。
[0008]预还原炉采用的一氧化碳由炉内煤粉不完全燃烧产生，或者由外部输入。
[0009]—氧化碳的外部输入源是水煤气、高炉煤气、电石炉尾气和黄磷尾气中的任意一种。
[0010]在预还原炉的下部和上部分别引入来自冷却机的热风或环境空气。
[0011]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的另一个技术方案是:一种应用上述工艺的装置，包括脱水炉、旋风分离器I1、旋风分离器1、多级预热器、预还原炉、回转窑和冷却机，所述脱水炉的底部与所述旋风分离器I的出风口连接，所述脱水炉的顶部与所述旋风分离器II的进风口连接，所述旋风分离器II的出料口通过分料阀II与所述多级预热器的进风管连接，多级预热器最下一级旋风筒的进风口与所述回转窑出风口连接，多级预热器最下一级旋风筒的出料口通过分料阀I与所述预还原炉和所述回转窑分别连接，所述多级预热器的出风口与制酸系统相连；所述预还原炉的下部设有还原剂入口和燃料入口 ；所述预还原炉的出口与所述旋风分离器I的进风口连接，所述旋风分离器I的出料口与所述回转窑进料口连接；所述回转窑的出料口与冷却机连接。
[0012]所述预还原炉的上部通过热风管I与冷却机连接，在所述热风管I上设有冷风阀，所述预还原炉的下部通过热风管II与冷却机连接。
[0013]所述多级预热器为3?6级旋风预热器。
[0014]所述旋风分离器II的出风口与该热工装置以外的原料磨相连。
[0015]本发明具有的优点和积极效果是:
[0016]I)石膏生料不含还原剂，因此不会出现还原剂在预热器系统中燃烧损耗并导致结皮堵塞等问题，无需限制预热器系统中物料的温度，预热器级数可以从节能降耗的角度进行设计，以降低烟气带走热量，减少系统的热量损失。
[0017]2)还原剂直接加入预还原炉内，省去了在预热器中的损耗，因此可以减少还原剂的用量，降低生产成本。
[0018]3)石膏的第一步氧化还原反应(即生成硫化钙的反应)在预还原炉内进行，熟料烧结在回转窑内进行，因而可以根据需要分别控制预还原炉和回转窑的气氛，有利于提高石膏的反应效率并改善熟料质量，便于操控。
[0019]4)石膏脱水和第一步氧化还原反应产生的烟气与出回转窑的制酸烟气不相混，制酸烟气中二氧化硫浓度可以大幅提高，有利于降低烟气制酸系统的投资和运行成本。
【附图说明】
[0020]图1是应用本发明一种石膏制酸热工工艺的装置结构示意图。
[0021]图中:I是脱水炉，2是旋风分离器II，3是一级旋风筒，4是二级旋风筒，5是三级旋风筒，6是四级旋风筒，7是五级旋风筒，8是预还原炉，9是旋风分离器I，10是回转窑，11是冷却机，12-1是分料阀I，12-2是分料阀II，13是冷风阀。
【具体实施方式】
[0022]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0023]请参见图1，一种石膏制酸热工工艺，包括以下步骤:
[0024]a)采用脱水炉I对不含还原剂的石膏生料进行烘干脱水；
[0025]b)烘干脱水后的生料经气固分离后喂入多级预热器充分预热；
[0026]c)预热后的生料至少有一部分喂入预还原炉8，剩余部分喂入回转窑10 ;在预还原炉8内，以一氧化碳作为还原剂，将占石膏生料中硫酸钙总量20?35%的硫酸钙还原为硫化钙。预还原炉8采用一氧化碳作为还原剂，通过加入燃料燃烧，使炉内温度维持在700?1000°C，在还原气氛下将占石膏生料中硫酸钙总量20?35%的硫酸钙还原为硫化钙，其反应式为:
[0027]CaS04+4C0 — CaS+4C02
[0028]出预还原炉8的烟气进入脱水炉1，出预还原炉8的热生料经气固分离后喂入回转窑10;
[0029]d)在回转窑10内硫化钙与硫酸钙反应，生成二氧化硫和氧化钙，其反应式为:
[0030]3CaS04+CaS — 4Ca0+4S02