CN110864555A - 一种基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***与方法，属于环境工程技术领域。该***包括回转预热器、氧化窑、外加热烟箱、回转冷却器、换热夹套、热风炉和高温循环风机。回转预热器后部设置氧化窑，氧化窑外部设置外加热烟箱，依靠热烟气为氧化窑供热，氧化窑后部设置回转冷却器，回转冷却器内部通冷空气对物料进行冷却，回转冷却器外部设置换热夹套，换热夹套连接热风炉，热风炉连接高温循环风机。该***具有能耗低、氧化效率高、处理能力大等优点，适合工业化生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，特别是指一种基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***与方法。
背景技术
随着半干法脱硫技术广泛应用，尤其是在钢铁、电力行业，生产过程中，每年都产生大量脱硫废灰。脱硫废灰是半干法烟气脱硫工艺中烧结烟气与钙基脱硫剂反应后经旋风分离器、电除尘器或袋式除尘器分离后收集的由脱硫反应产物、未反应的脱硫吸收剂和烟道飞灰组成的干粉状混合物。由于脱硫废灰中含有大量亚硫酸钙（CaSO3），该物质稳定性差，水化反应慢，不能直接应用于水泥建材行业，难以将其进行资源化综合利用。目前各大企业所产生的脱硫废灰大都处于堆存状态，占用大量土地，并且脱硫废灰粒度较细，属于碱性物质，极易污染周边环境。因此，解决脱硫废灰的资源化综合利用的关键在于灰中亚硫酸钙如何高效、低耗的转化为硫酸钙（CaSO4）。
专利CN201410380659 .4公布了一种干法、半干法脱硫灰两段回转富氧外加热氧化工艺及装置，该工艺通往窑内的空气热量来自加热炉热烟气换热，换热效率低，物料预热效果差，能耗偏高；采用窑头进空气，与原料并流经预热段、氧化段，预热物料效果差，气流易携带未氧化颗粒至窑尾，与成品混合，导致成品亚硫酸钙含量高，不利于后续建材应用；该技术成品换热采用热管间接换热，换热效率低，不能有效降低产品温度，后续运输、储存存在较大问题。该装置因受回转滚筒材料强度影响，处理物料能力有限，年生产能力最高只有4万吨。
ZL201710150077.0“烧结脱硫灰处理***和方法”，将脱硫灰直接将脱硫灰加入渣沟，生产矿渣，灰中亚硫酸钙会在高温下分解出SO2，污染大气环境。
ZL201710123582.6“一种烧结半干法脱硫灰氧化改性的装置及氧化改性方法”和ZL201710123453.7“一种烧结烟气半干法脱硫灰酸式氧化改性的方法”，上述两种方法虽原理上可行，但从技术和设备上不适用于工业化大规模生产。
发明内容
本发明为了解决现有技术脱硫废灰氧化处理成本高、产生二次污染、氧化能耗高等问题，提供一种基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***与方法，使得氧化处理后的脱硫灰能够应用于水泥、石膏建材行业，实现资源化、高附加值利用。
该***包括回转预热器、氧化窑、外加热烟箱、回转冷却器、换热夹套、热风炉、高温循环风机、回转预热器排气口、回转预热器进料口、回转预热器进气口、回转预热器排料口、氧化窑排气口、氧化窑进料口、氧化窑进气口、氧化窑排料口、第一热烟气进口、第二热烟气进口、热烟气出口、回转冷却器排气口、回转冷却器进料口、回转冷却器进气口、回转冷却器排料口、助燃风进口一、助燃风出口、燃料气入口、助燃风进口二、循环烟气进口、高温烟气出口、烟气进口和烟气出口，回转预热器后部设置氧化窑，氧化窑外部设置外加热烟箱，氧化窑后部设置回转冷却器，回转冷却器内部通冷空气对物料进行冷却，回转冷却器外部设置换热夹套，换热夹套连接热风炉，热风炉连接外加热烟箱和高温循环风机，高温循环风机连接外加热烟箱。
其中，回转预热器前端设置回转预热器排气口和回转预热器进料口，回转预热器后端设置回转预热器进气口和回转预热器排料口，回转预热器进气口连接热烟气出口，回转预热器排料口连接氧化窑进料口。
氧化窑前端设置氧化窑排气口和氧化窑进料口，氧化窑后端设置氧化窑进气口和氧化窑排料口，氧化窑排气口连接回转预热器进气口，氧化窑进气口连接冷却窑排气口，氧化窑排料口连接冷却窑进料口；氧化窑外部包裹外加热烟箱，外加热烟箱前端设置热烟气出口，外加热烟箱后端设置第一热烟气进口和第二热烟气进口，第一热烟气进口和第二热烟气进口均连接高温烟气出口。
回转冷却器前端设置回转冷却器排气口和回转冷却器进料口，回转冷却器后端设置回转冷却器进气口和回转冷却器排料口，回转冷却器排气口连接氧化窑进气口，回转冷却器进料口连接氧化窑排料口，回转冷却器外部包裹换热夹套，换热夹套前端设置助燃风出口，换热夹套后端设置助燃风进口一，助燃风出口连接助燃风进口二。
热风炉一端设置燃料气入口和助燃风进口二，另一端设置循环烟气进口和高温烟气出口，循环烟气进口连接烟气出口，烟气出口为高温循环风机的出口，高温循环风机另一端设置烟气进口。
回转预热器为钢滚筒结构，滚筒外采用硅酸铝保温棉进行外保温；氧化窑为外加热回转窑，氧化窑为钢滚筒结构，采用316或321不锈钢材料制作；回转冷却器为钢滚筒结构，滚筒采用304不锈钢材料制作，内部设置升举式扬料板和头尾部导流板，采用变频电机、减速机驱动。
外加热烟箱外层为圆柱状钢制外壳，中部保温层为硅酸铝纤维保温模块，内层为310不锈钢内壳，保温层与内层为圆柱状结构，圆柱中心与氧化窑滚筒中心一致，内层表面距氧化窑滚筒壁面距离为150~250mm，外层钢制外壳厚度4~8mm，中部保温层厚度为200~300mm，内层不锈钢内壳厚度为1~3mm。
换热夹套外层为圆柱状钢制外壳，中部为硅酸铝纤维保温模块保温层，内层为304不锈钢内壳，内层为圆柱状结构，圆柱中心与氧化窑滚筒中心一致，内层表面距氧化窑滚筒壁面距离为100~200mm，外层钢制外壳厚度4~8mm，中部保温层厚度为200~300mm，内层不锈钢内壳厚度为1~3mm。
应用该***的方法，包括步骤如下：
S1：物料预热：脱硫废灰送入回转预热器中，氧化窑内热烟气和外加热烟箱第一热烟气进口的烟气由回转预热器尾部送入，烟气与物料逆流换热，换热后烟气进入后端烟气处理***；
S2：物料氧化：S1中预热后的物料送入氧化窑中，与氧化窑内的高温空气进行反应，完成氧化过程，氧化窑内的高温空气从氧化窑窑尾送入，物料氧化热源来源于外部设置的热风炉，燃料气与高温助燃风燃烧放热产生高温烟气，与高温风机循环低温热烟气混合，达到要求温度后通入外加热烟箱，为物料升温和氧化反应供热；
S3：物料冷却：S2中氧化后的物料送入回转冷却器滚筒内，与回转冷却器尾部送入的冷空气进行逆流换热，从回转冷却器尾部排料口排出，冷空气被物料加热为高温空气，从回转冷却器前部的回转冷却器排气口排出送入氧化窑内部，换热夹套通入冷空气，对物料进行间接冷却，换热后的空气作为热风炉助燃空气。
所述S1中物料在回转预热器内停留时间为30~60min，氧化窑内热烟气温度为400~500℃，外加热烟箱第一热烟气进口进入的热烟气温度为500~600℃；所述S2中氧化窑内反应温度控制在600~650℃，物料在氧化窑窑内停留时间为30~60min，热风炉产生高温烟气温度为900~1100℃，高温循环风机循环低温热烟气温度为500~600℃，外加热烟箱进口烟气温度为700~900℃；所述S3中氧化后的物料在回转冷却器内停留时间为40~60min，温度降低至200℃以下，回转冷却器滚筒内换热后的高温空气温度为300~400℃，滚筒外换热夹套换热后助燃空气温度为100~200℃。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，采用回转预热器、氧化窑、回转冷却器三个设备来分别完成预热、氧化、冷却功能，根据物料在各个窑炉内工艺参数，可设计不同窑炉尺寸、转速等参数，可以有效提高外加热氧化窑的工作效率，单体设备年处理量可提高至7~8万吨。
本发明充分利用氧化窑热废气和外加热烟箱热烟气高温热量，在预热窑与物料进行直接逆流换热，换热效率高达70%，降低***能源消耗，提高物料预热温度。进一步，可减少物料在氧化窑内升温时间，提高氧化窑转速，进而提高产量。
本发明采用外部热风炉热烟气间接加热技术，可以利用低热值燃料，实现稳定燃烧供热，采用热烟气循环回用，可提高***热效率5~10%，降低生产燃料成本。氧化窑采用窑尾送入300~400℃高温空气，与物料逆流运动，可降低窑尾物料温度，避免因反应放热，窑尾物料温度超过670℃造成CaSO3分解SO2重新释放问题。采用高温烟气外加热形式，氧化窑滚筒受热均匀，物料换热面积大，提高传热效率，同时可防止CaSO3与高温火焰直接接触而分解发生。
本发明回转冷却器采用内外结合冷却的方式，本发明物料冷却采用气固直接换热和间接换热结合方式，能够回收产品余热，降低***能耗20%以上。同时物料排放温度低，有利于后续运输、储存。
附图说明
图1为本发明的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***结构示意图。
其中：1-回转预热器；2-氧化窑；3-外加热烟箱；4-回转冷却器；5-换热夹套；6-热风炉；7-高温循环风机；101-回转预热器排气口；102-回转预热器进料口；103-回转预热器进气口；104-回转预热器排料口；201-氧化窑排气口；202-氧化窑进料口；203-氧化窑进气口；204-氧化窑排料口；301-第一热烟气进口；302-第二热烟气进口，303-热烟气出口；401-回转冷却器排气口；402-回转冷却器进料口；403-回转冷却器进气口；404-回转冷却器排料口；501-助燃风进口一；502-助燃风出口；601-燃料气入口；602-助燃风进口二；603-循环烟气进口；604-高温烟气出口；701-烟气进口；702-烟气出口。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***与方法。
如图1所示，该***中，回转预热器1后部设置氧化窑2，氧化窑2外部设置外加热烟箱3，氧化窑2后部设置回转冷却器4，回转冷却器4内部通冷空气对物料进行冷却，回转冷却器4外部设置换热夹套5，换热夹套5连接热风炉6，热风炉6连接外加热烟箱3和高温循环风机7，高温循环风机7连接外加热烟箱3。
回转预热器1前端设置回转预热器排气口101和回转预热器进料口102，回转预热器1后端设置回转预热器进气口103和回转预热器排料口104，回转预热器进气口103连接热烟气出口303，回转预热器排料口104连接氧化窑进料口202。
氧化窑2前端设置氧化窑排气口201和氧化窑进料口202，氧化窑2后端设置氧化窑进气口203和氧化窑排料口204，氧化窑排气口201连接回转预热器进气口103，氧化窑进气口203连接冷却窑排气口401，氧化窑排料口204连接冷却窑进料口402；氧化窑2外部包裹外加热烟箱3，外加热烟箱3前端设置热烟气出口303，外加热烟箱3后端设置第一热烟气进口301和第二热烟气进口302，第一热烟气进口301和第二热烟气进口302均连接高温烟气出口504。
回转冷却器4前端设置回转冷却器排气口401和回转冷却器进料口402，回转冷却器4后端设置回转冷却器进气口403和回转冷却器排料口404，回转冷却器排气口401连接氧化窑进气口203，回转冷却器进料口402连接氧化窑排料口204，回转冷却器4外部包裹换热夹套5，换热夹套5前端设置助燃风出口502，换热夹套5后端设置助燃风进口一501，助燃风出口502连接助燃风进口二602。
热风炉6一端设置燃料气入口601和助燃风进口二602，另一端设置循环烟气进口603和高温烟气出口604，循环烟气进口603连接烟气出口702，烟气出口702为高温循环风机7的出口，高温循环风机7另一端设置烟气进口701。
在应用中，回转预热器1内物料与窑尾送入的混合烟气进行气固逆流换热，促进物料干燥预热，物料温度升至150~300℃，在回转预热器1内停留时间为30~60min。预热后的脱硫废灰送入氧化窑2中，与高温空气进行反应，完成氧化过程, 窑内反应温度控制在600~650℃。物料氧化窑2内停留时间为30~60min。热风炉6产生热烟气与高温循环风机7回收氧化窑外加热烟箱4排出部分热烟气进行混合，达到700~900℃的高温烟气分别从第一热烟气进口301、第二热烟气进口302进入外加热烟箱3，为氧化窑2供热。氧化后温度为550~600℃的成品灰送入冷却窑，与窑尾送入的冷空气进行逆流换热，产品灰在窑内停留时间30~60min，温度降低至200℃以下，从冷却窑尾部出料端罩排出。换热夹套5内部通入空气，换热后的低温空气作为热风炉6的助燃空气。高温循环风机7将一部分氧化窑外加热烟箱4排出热烟气循环回用，不仅达到调节热风炉6出口烟气温度的目的，而且可以降低***能耗。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
本实施例采用图1所示的***，对脱硫废灰进行氧化处理。本实施例中处理脱硫废灰，CaSO3含量为39%，CaSO4含量为15%，其余成分为CaCO3、Ca(OH)2。
处理具体过程如下：
预热：脱硫废灰进入预热窑内，窑尾通入450℃的混合烟气对物料进行加热，运动至窑尾时，可被加热至150℃，窑内停留时间为30min。
氧化：升温至150℃脱硫废灰进入氧化窑，外加热烟箱通入温度为900℃的热烟气间接加热，窑内物料反应温度控制在650℃，在向窑尾运动过程中完成氧化过程，窑内停留时间为30min。
冷却：氧化后温度为600℃的成品灰送入所述冷却窑，与窑尾送入的冷空气进行逆流换热，产品灰在窑内停留时间30min，温度降低至200℃，从冷却窑尾部出料端罩排出。经过换热后高温空气温度300℃。
氧化后产品灰通过GB/T 5484-2012石膏化学分析方法，检测CaSO3含量为2.1%，CaSO4含量为54.3%。
实施例2
本实施例采用图1所示的***，对脱硫废灰进行氧化处理。本实施例中处理脱硫废灰，CaSO3含量为39%，CaSO4含量为15%，其余成分为CaCO3、Ca(OH)2。
具体处理过程如下：
预热：脱硫废灰进入预热窑内，窑尾通入550℃的混合烟气对物料进行加热，运动至窑尾时，可被加热至220℃，窑内停留时间为60min。
氧化：升温至220℃脱硫废灰进入氧化窑，外加热烟箱通入温度为700℃的热烟气间接加热，窑内物料反应温度控制在600℃，在向窑尾运动过程中完成氧化过程，窑内停留时间为60min。
冷却：氧化后温度为550℃的成品灰送入所述冷却窑，与窑尾送入的冷空气进行逆流换热，产品灰在窑内停留时间60min，温度降低至200℃，从冷却窑尾部出料端罩排出。经过换热后高温空气温度400℃。
氧化后温度为550℃的成品灰送入所述冷却窑，与窑尾送入的冷空气进行逆流换热，产品灰在窑内停留时间60min，温度降低至150℃，从冷却窑尾部出料端罩排出。经过换热后高温空气温度400℃。
氧化后产品灰通过GB/T 5484-2012石膏化学分析方法，检测CaSO3含量为2.6%，CaSO4含量为54.6%。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***，其特征在于：包括回转预热器（1）、氧化窑（2）、外加热烟箱（3）、回转冷却器（4）、换热夹套（5）、热风炉（6）、高温循环风机（7）、回转预热器排气口（101）、回转预热器进料口（102）、回转预热器进气口（103）、回转预热器排料口（104）、氧化窑排气口（201）、氧化窑进料口（202）、氧化窑进气口（203）、氧化窑排料口（204）、第一热烟气进口（301）、第二热烟气进口（302）、热烟气出口（303）、回转冷却器排气口（401）、回转冷却器进料口（402）、回转冷却器进气口（403）、回转冷却器排料口（404）、助燃风进口一（501）、助燃风出口（502）、燃料气入口（601）、助燃风进口二（602）、循环烟气进口（603）、高温烟气出口（604）、烟气进口（701）和烟气出口（702），回转预热器（1）后部设置氧化窑（2），氧化窑（2）外部设置外加热烟箱（3），氧化窑（2）后部设置回转冷却器（4），回转冷却器（4）内部通冷空气对物料进行冷却，回转冷却器（4）外部设置换热夹套（5），换热夹套（5）连接热风炉（6），热风炉（6）连接外加热烟箱（3）和高温循环风机（7），高温循环风机（7）连接外加热烟箱（3）。
2.根据权利要求1所述的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***，其特征在于：所述回转预热器（1）前端设置回转预热器排气口（101）和回转预热器进料口（102），回转预热器（1）后端设置回转预热器进气口（103）和回转预热器排料口（104），回转预热器进气口（103）连接热烟气出口（303），回转预热器排料口（104）连接氧化窑进料口（202）。
3.根据权利要求1所述的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***，其特征在于：所述氧化窑（2）前端设置氧化窑排气口（201）和氧化窑进料口（202），氧化窑（2）后端设置氧化窑进气口（203）和氧化窑排料口（204），氧化窑排气口（201）连接回转预热器进气口（103），氧化窑进气口（203）连接冷却窑排气口（401），氧化窑排料口（204）连接冷却窑进料口（402）；氧化窑（2）外部包裹外加热烟箱（3），外加热烟箱（3）前端设置热烟气出口（303），外加热烟箱（3）后端设置第一热烟气进口（301）和第二热烟气进口（302），第一热烟气进口（301）和第二热烟气进口（302）均连接高温烟气出口（504）。
4.根据权利要求1所述的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***，其特征在于：所述回转冷却器（4）前端设置回转冷却器排气口（401）和回转冷却器进料口（402），回转冷却器（4）后端设置回转冷却器进气口（403）和回转冷却器排料口（404），回转冷却器排气口（401）连接氧化窑进气口（203），回转冷却器进料口（402）连接氧化窑排料口（204），回转冷却器（4）外部包裹换热夹套（5），换热夹套（5）前端设置助燃风出口（502），换热夹套（5）后端设置助燃风进口一（501），助燃风出口（502）连接助燃风进口二（602）。
5.根据权利要求1所述的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***，其特征在于：所述热风炉（6）一端设置燃料气入口（601）和助燃风进口二（602），另一端设置循环烟气进口（603）和高温烟气出口（604），循环烟气进口（603）连接烟气出口（702），烟气出口（702）为高温循环风机（7）的出口，高温循环风机（7）另一端设置烟气进口（701）。
6.根据权利要求1所述的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***，其特征在于：所述回转预热器（1）为钢滚筒结构，滚筒外采用硅酸铝保温棉进行外保温；氧化窑（2）为外加热回转窑，氧化窑（2）为钢滚筒结构，采用316或321不锈钢材料制作；回转冷却器（4）为钢滚筒结构，滚筒采用304不锈钢材料制作。
7.根据权利要求1所述的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***，其特征在于：所述外加热烟箱（3）外层为圆柱状钢制外壳，中部保温层为硅酸铝纤维保温模块，内层为310不锈钢内壳，保温层与内层为圆柱状结构，圆柱中心与氧化窑（2）滚筒中心一致，内层表面距氧化窑（3）滚筒壁面距离为150~250mm，外层钢制外壳厚度4~8mm，中部保温层厚度为200~300mm，内层不锈钢内壳厚度为1~3mm。
8.根据权利要求1所述的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***，其特征在于：所述换热夹套（5）外层为圆柱状钢制外壳，中部为硅酸铝纤维保温模块保温层，内层为304不锈钢内壳，内层为圆柱状结构，圆柱中心与氧化窑（2）滚筒中心一致，内层表面距氧化窑（2）滚筒壁面距离为100~200mm，外层钢制外壳厚度4~8mm，中部保温层厚度为200~300mm，内层不锈钢内壳厚度为1~3mm。
9.应用权利要求1所述的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***的方法，其特征在于：包括步骤如下：
S1：物料预热：脱硫废灰送入回转预热器中，氧化窑内热烟气和外加热烟箱第一热烟气进口的烟气由回转预热器尾部送入，烟气与物料逆流换热，换热后烟气进入后端烟气处理***；
S2：物料氧化：S1中预热后的物料送入氧化窑中，与氧化窑内的高温空气进行反应，完成氧化过程，氧化窑内的高温空气从氧化窑窑尾送入，物料氧化热源来源于外部设置的热风炉，燃料气与高温助燃风燃烧放热产生高温烟气，与高温风机循环低温热烟气混合，达到要求温度后通入外加热烟箱，为物料升温和氧化反应供热；
S3：物料冷却：S2中氧化后的物料送入回转冷却器滚筒内，与回转冷却器尾部送入的冷空气进行逆流换热，从回转冷却器尾部排料口排出，冷空气被物料加热为高温空气，从回转冷却器前部的回转冷却器排气口排出送入氧化窑内部，换热夹套通入冷空气，对物料进行间接冷却，换热后的空气作为热风炉助燃空气。
10.根据权利要求9所述的基于热烟气循环间接加热脱硫灰氧化改性***的应用方法，其特征在于：所述S1中物料在回转预热器内停留时间为30~60min，氧化窑内热烟气温度为400~500℃，外加热烟箱第一热烟气进口进入的热烟气温度为500~600℃；所述S2中氧化窑内反应温度控制在600~650℃，物料在氧化窑窑内停留时间为30~60min，热风炉产生高温烟气温度为900~1100℃，高温循环风机循环低温热烟气温度为500~600℃，外加热烟箱进口烟气温度为700~900℃；所述S3中氧化后的物料在回转冷却器内停留时间为40~60min，温度降低至200℃以下，回转冷却器滚筒内换热后的高温空气温度为300~400℃，滚筒外换热夹套换热后助燃空气温度为100~200℃。
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