CN109704292B - 一种用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉，包括加热炉炉体、燃烧器和换热器，硫酸钙/硝酸钙从炉体顶部加入，在底部流化气的作用下，在流化床内呈现出类似于流体的微流化状态，然后在另一侧高温烟气的加热作用下，被加热至分解温度。本公开可实现高温烟气与气体分解产物的有效分离，极大的提高气体分解产物的纯度，并且本公开中高温烟气与物料整体呈现出逆式换热，并在炉内底部增设流化装置使物料呈现出微流化状态，可以增强床内扰动，增大炉内换热系数。
Description
技术领域
本公开涉及工业固体废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉。
背景技术
随着我国高浓度磷肥和磷酸工业的快速发展，副产物磷石膏的产量急剧增加，磷石膏的主要成分是CaSO4·2H2O，同时也含有少量的其他金属离子硫酸盐。目前我国磷石膏年排放量近亿吨，累积堆积量近5亿吨。目前国内磷石膏虽然有一定的利用途径，但都存在的一定的问题，且处理量较小，无法缓解我国磷石膏的污染现状。磷石膏含有酸性及有害物质，必须专门堆放，既占地又浪费资源，且磷石膏长期堆放会污染地下水。
二氧化硫作为主要污染物之一，已经引起了严重的环境问题，引发政府的强烈关注；2014年国务院首次发文要求新建燃煤机组污染物排放水平达到燃气轮机机组，对于二氧化硫的排放水平要求达到35mg/m3。我国目前95％的发电机组采用石灰石-石膏湿法脱硫技术，该技术具有系统简单、脱硫效率高和运行稳定等优点，但是需要大量开采石灰石，造成山体破坏和威胁生态环境，该方法是一个固硫排碳的过程，每年副产劣质石膏2.15亿吨。劣质石膏性质较差，且含有较多重金属等有害物质，因此难以利用，大量的脱硫石膏堆积也严重破坏了生态环境。
利用低品位石膏资源化再生出脱硫剂(氧化钙)循环使用，并且可以产生高浓度的SO2气体可作为生产硫酸和硫磺的原料气。我国是硫磺资源短缺型国家，每年硫磺进口以及消耗量位居世界前列，对外依存度高，硫磺作为重要的化工原料之一，其市场价值和应用价值均大于硫酸。
因此实现目前广泛使用的烟气脱硫剂氧化钙的再生以及二氧化硫的资源化利用是解决环境保护问题以及减少对外依存度的有效措施。但就发明人所知，在现有的煅烧炉以及焚烧炉中广泛使用的是链条炉排炉以及回转窑转炉，主要是通过燃烧煤以及天然气加热物料达到煅烧和分解温度完成反应。但是燃烧产生的高温烟气与硫酸钙产生的SO2混合在一起，降低了SO2的纯度，因此传统的煅烧炉不利于回收煅烧硫酸钙的气态产物SO2。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉，
为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：
一种用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉，包括加热炉炉体，所述加热炉炉体上部设有加热炉上部气空间，所述加热炉上部气空间设有物料入口和分解气体出口，所述加热炉炉体内部设有槽式换热器，所述槽式换热器内物料走道与高温烟气走道纵向交错布置，所述物料走道底部与微流化床加热炉风箱相连通，所述微流化床加热炉风箱用于提供使物料流化的流化气；
所述硫酸钙/硝酸钙从物料入口进入换热器内物料走道后，在底部流化气的作用下呈现出微流化状态，然后在高温烟气作用下进行高温分解。
进一步的，所述微流化床加热炉风箱与物料走道底部的连通处设有流化风帽，所述流化风帽用于稳定流化气。
进一步的，当进行硫酸钙煅烧时，所述流化气为含硫乏气，所述物料走道内添加有碳材料，所述硫酸钙与碳材料和含硫乏气按照设定的比例混合后在高温烟气作用下进行高温分解，所述碳材料和含硫乏气用于降低硫酸钙的分解温度；当进行硝酸钙煅烧时，所述流化气为空气或氮气。
进一步的，所述高温烟气走道一端与燃烧室出口相连通，一端与设置于加热炉炉体侧部的高温烟气出口相连通，所述高温烟气温度为1100℃-1300℃。
一种用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉，包括加热炉炉体，所述加热炉炉体内设有管束式换热器，所述管束式换热器包括若干换热管，所述换热管管内为高温烟气流道，管外为物料流道，所述物料流道底端设有流化床喷动管，所述喷动管用于喷入流化气；
所述硫酸钙/硝酸钙进入物料流道后，在底部流化气的作用下呈现出微流化状态，然后在高温烟气作用下进行高温分解。
进一步的，当进行硫酸钙煅烧时，所述流化气为含硫乏气，所述物料流道内添加有碳材料，所述硫酸钙与碳材料和含硫乏气按照设定的比例混合后在高温烟气作用下进行高温分解，所述碳材料和含硫乏气用于降低硫酸钙的分解温度；当进行硝酸钙煅烧时，所述流化气为空气或氮气。
进一步的，所述换热管顶端与高温烟气出口相连通，底端与燃烧室相连通，所述高温烟气温度为1100℃-1300℃。
进一步的，所述碳材料的粒径为60μm-3mm，所述碳材料包括但不限于煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料和石墨。
进一步的，所述含硫乏气来自碳热还原系统尾部排气，所述含硫乏气温度为800℃-1200℃，其成分包括N2、S蒸汽、CO和CO2。
进一步的，所述加热炉炉体底部设有固体分解产物出口。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开提出一种用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉，并且提出在同一作用下的两种布置方式，针对目前煅烧加热炉中链条炉排炉和回转窑转炉高温烟气与物料分解产生的分解气混合的问题，利用本公开的流化床间接加热炉可实现高温烟气与硫酸钙分解产生的高浓度SO2分解气分离，极大的提高SO2气氛的纯度，间接提高制备硫磺和硫酸的纯净度；并且本公开中高温烟气与物料整体呈现出逆式换热，并在炉内底部增设流化装置使物料呈现出微流化状态，可以增强床内扰动，增大炉内换热系数，具有广阔的应用前景。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉某一实施例的主视示意图；
图2为本公开用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉某一实施例的左视示意图；
图3为本公开用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉某一实施例的俯视示意图；
图4为本公开用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉另一实施例的主视示意图；
图5为本公开用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉另一实施例的左视示意图；
图6为本公开用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉另一实施例的俯视示意图；
图中：1、加热炉炉体；2、加热炉上部气空间；3、微流化床加热炉风箱；4、燃烧室；5、燃烧器；6、高温烟气走道；7、物料走道；8、流化风帽；9、换热管；10、喷动管；11、热烟集气箱。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本公开做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
作为一种或多种实施例，如图1-3所示，一种用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉，包括加热炉炉体1，所述加热炉炉体1上部设有加热炉上部气空间2，所述加热炉上部气空间2设有物料入口和分解气体出口，所述加热炉炉体1内部设有槽式换热器，所述槽式换热器内物料走道7与高温烟气走道6纵向交错布置，所述物料走道7底部与微流化床加热炉风箱3相连通，所述微流化床加热炉风箱3用于提供使物料流化的流化气；
所述硫酸钙/硝酸钙从物料入口进入换热器内物料走道7后，在底部流化气的作用下呈现出微流化状态，在高温烟气作用下进行高温分解。
所述微流化床加热炉风箱3与物料走道7底部的连通处设有流化风帽8，所述流化风帽8用于稳定流化气。
本实施例中，当进行硫酸钙煅烧时，所述流化气为含硫乏气，所述物料走道7内添加有碳材料，所述硫酸钙与碳材料和含硫乏气按照设定的比例混合后在高温烟气作用下进行高温分解，所述碳材料和含硫乏气用于降低硫酸钙的分解温度；当进行硝酸钙煅烧时，所述流化气为空气或氮气。
硝酸钙不通含硫乏气和炭材料；涉及到硝酸盐的分解指的是纯盐的分解，没有其他反应物，相当于煅烧炉。
所述碳材料通过炉子顶部下料管直接加入到炉内料位线以下，实现埋管加料，防止气体反窜。
所述高温烟气走道6一端与燃烧室4出口相连通，一端与设置于加热炉炉体侧部的高温烟气出口相连通，所述高温烟气温度为1100℃-1300℃。
所述燃烧室4布置有燃烧器5。
所述分解气体由加热炉上部气空间2的分解气体出口排出口进入其他系统加以利用，经加热炉上部气空间2可以实现固体产物粉末的自然沉降，达到高浓度分解气体净化的目的。
所述物料走道7与高温烟气走道6纵向交错布置可以增大物料与换热器的接触面积，增大换热效果。
所述槽式换热器材质要耐高温和气态产物腐蚀，可考虑310s或陶瓷材料。
所述碳材料的粒径为60μm-3mm，所述碳材料包括但不限于煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料和石墨。
所述含硫乏气来自碳热还原系统尾部排气，所述含硫乏气温度为800℃-1200℃，其成分包括N2、S蒸汽、CO和CO2。碳热还原过程中产生的含硫乏气作为流化气为还原剂参与反应，不仅降低了反应温度，同时增大了床内物料扰动，增大了物料与高温烟气的换热效果，提高了换热系数。
所述加热炉炉体1底部设有固体分解产物出口。
作为一种或多种实施例，如图4-6所示，一种用于煅烧硫酸钙/硝酸钙的流化床间接加热炉，包括加热炉炉体1，所述加热炉炉体1内设有管束式换热器，所述管束式换热器包括若干换热管9，所述换热管9管内为高温烟气流道，管外为物料流道，所述物料流道底端设有流化床喷动管10，所述喷动管10用于喷入流化气；
所述硫酸钙/硝酸钙进入物料流道后，在底部流化气的作用下呈现出微流化状态，然后在高温烟气作用下进行高温分解。
本实施例中，当进行硫酸钙煅烧时，所述流化气为含硫乏气，所述物料流道内添加有碳材料，所述硫酸钙与碳材料和含硫乏气按照设定的比例混合后在高温烟气作用下进行高温分解，所述碳材料和含硫乏气用于降低硫酸钙的分解温度；当进行硝酸钙煅烧时，所述流化气为空气或氮气。
硝酸钙不通含硫乏气和炭材料；涉及到硝酸盐的分解指的是纯盐的分解，没有其他反应物，相当于煅烧炉。
所述碳材料通过炉子顶部下料管直接加入到炉内料位线以下，实现埋管加料，防止气体反窜。
所述喷动管10可以增加床内物料扰动，提高换热效果。
所述换热管9顶端与高温烟气出口相连通，底端与燃烧室4相连通，所述高温烟气温度为1100℃-1300℃。
本实施例中，所述高温烟气出口布置于热烟集气箱11上，热烟集气箱11布置于炉体上方，燃烧室4布置于炉体下方，燃烧器5布置于燃烧室4内。
所述管式换热器材质要耐高温和气态产物腐蚀，可考虑310s或陶瓷材料。
所述碳材料的粒径为60μm-3mm，所述碳材料包括但不限于煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料和石墨。
所述含硫乏气来自碳热还原系统尾部排气，所述含硫乏气温度为800℃-1200℃，其成分包括N2、S蒸汽、CO和CO2。碳热还原过程中产生的含硫乏气作为流化气为还原剂参与反应，不仅降低了反应温度，同时增大了床内物料扰动，增大了物料与高温烟气的换热效果，提高了换热系数。
所述加热炉炉体底部设有固体分解产物出口。
以硫酸钙分解为例，在上述两种流化床间接加热炉中，硫酸钙与高温烟气之间采用间壁式换热方式，解析出的SO2气体与高温烟气不混合，可以提高SO2原料气的纯度，间接提高制备的硫酸以及硫磺的纯净度。
具体实施中，硫酸钙从流化床加热炉顶部加入，在底部流化气的作用下，硫酸钙在床内呈现出类似于流体的微流化状态，在加热炉中与碳材料和含硫乏气按照一定的比例混合后在另一侧高温烟气的加热作用下，硫酸钙被加热至800～1200℃的温度范围内，在炉内停留时间为10～60s；反应产生的固体产物主要是氧化钙晶体，从加热炉的底部排出，硫酸钙与高温烟气间整体呈现出逆式换热，可以增大换热温差，获得更好的换热效果；反应产生的气相产物为高浓度SO2(气体中SO2浓度为5％～30％)，气体温度在700～1000℃之间，经相关研究及文献表明，此温度为碳热还原制备硫磺的最佳温度段，因此，将其送入碳热还原反应系统可以大大提高制备的硫磺纯度和转化率，因此在技术可以实现目前难以处理的磷石膏(CaSO4·2H2O)和脱硫石膏的再生以及SO2的资源化利用。同时高浓度SO2气体还可用于制备工业原料硫酸。
在上述硫酸钙高温分解过程中加入碳材料和含硫乏气是因为，根据已有相关文献证明，硫酸钙的分解温度较高，要在1350℃～1400℃之间硫酸钙才能完全分解，分解温度较高意味着需要更高的能耗；但是在加入碳材料和硫磺等还原性物质后，硫酸钙的分解温度大大降低，分解温度约为800℃～1100℃，大大降低了物料分解能耗，达到节能减排以及硫资源化利用的目的
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (4)
1.一种用于煅烧硫酸钙的流化床间接加热炉，其特征在于，包括加热炉炉体，所述加热炉炉体上部设有加热炉上部气空间，所述加热炉上部气空间设有物料入口和分解气体出口，所述加热炉炉体内部设有槽式换热器，所述槽式换热器内物料走道与高温烟气走道纵向交错布置，所述物料走道底部与微流化床加热炉风箱相连通，所述微流化床加热炉风箱用于提供使物料流化的流化气；
所述硫酸钙从物料入口进入换热器内物料走道后，在底部流化气的作用下呈现出微流化状态，然后在高温烟气作用下进行高温分解；
当进行硫酸钙煅烧时，所述流化气为含硫乏气，所述物料走道内添加有碳材料，所述硫酸钙与碳材料和含硫乏气按照设定的比例混合后在高温烟气作用下进行高温分解，所述碳材料和含硫乏气用于降低硫酸钙的分解温度；硫酸钙与高温烟气之间采用间壁式换热方式，解析出的SO2气体与高温烟气不混合；
所述分解气体由加热炉上部气空间的分解气体出口排出口进入其他系统加以利用；
所述微流化床加热炉风箱与物料走道底部的连通处设有流化风帽，所述流化风帽用于稳定流化气；
所述碳材料通过炉子顶部下料管直接加入到炉内料位线以下；
所述含硫乏气来自碳热还原系统尾部排气，所述含硫乏气温度为800℃-1200℃，其成分包括N2、S蒸汽、CO和CO2。
2.如权利要求1所述的一种用于煅烧硫酸钙的流化床间接加热炉，其特征在于，所述高温烟气走道一端与燃烧室出口相连通，一端与设置于加热炉炉体侧部的高温烟气出口相连通，所述高温烟气温度为1100℃-1300℃。
3.如权利要求1所述的一种用于煅烧硫酸钙的流化床间接加热炉，其特征在于，所述碳材料的粒径为60µm-3mm，所述碳材料包括煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料和石墨。
4.如权利要求1所述的一种用于煅烧硫酸钙的流化床间接加热炉，其特征在于，所述加热炉炉体底部设有固体分解产物出口。
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