工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统及工艺，包括工业副产石膏储仓，工业副产石膏储仓与熔聚流化床分解炉连通，熔聚流化床分解炉底端与熔池烧成窑连通、顶部与碳热还原装置连通，碳热还原装置与换热器、硫磺回收装置、硫磺储罐依次相连；熔池烧成窑的侧壁底部熔液出口与熔液气泡雾化装置相通，喷嘴伸入余热锅炉中，余热锅炉出口连接电除尘，电除尘底部出口通过输送设备与水泥熟料成储仓相连。本发明专利技术的有益效果在于：同时将工业副产石膏和高温冶金渣熔液作为原料进行综合利用，生产硅酸盐水泥熟料并联产硫磺，消除工业副产石膏、冶金渣的堆存占地和环境污染，实现冶金渣、副产石膏的资源化多功能利用及余热回收。能利用及余热回收。能利用及余热回收。

【技术实现步骤摘要】
工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统及工艺


[0001]本专利技术涉及工业废料重新利用
，具体为工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统及工艺。

技术介绍

[0002]工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，也称化学石膏或工业废石膏。主要包括脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、钛石膏等，其中脱硫石膏和磷石膏的产生量约占全部工业副产石膏总量的85％。
[0003]当前，我国工业副产石膏年排放达2.2亿吨，堆存量超过8亿吨，综合利用率仅为38％。工业副产石膏大量堆存，既占用土地，又浪费资源，且含有的酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染，磷石膏的堆积导致了长江部分河段水体总磷严重超标，成为制约我国燃煤机组烟气脱硫和磷肥企业可持续发展的重要因素。
[0004]由含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧至熔融状态所得的以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质称为硅酸盐水泥熟料。生产硅酸盐水泥的主要原料为石灰原料和粘土质原料，石灰石是水泥生产的主要原料，每生产一吨熟料大约需要1.3吨石灰石，生料中80％以上是石灰石。年消耗石灰石约21亿吨，排放CO2近14.2亿吨、排放SO2和NOx等有害气体数千万吨，水泥生产消耗大量不可再生资源和能源并对环境造成极大的破坏。
[0005]我国冶金渣产生量已连续10个年头超过4亿吨，2020年达到了4.8亿吨。当前，我国冶金渣综合利用率平均达到65％，其中高炉渣的综合利用率达到85％以上，钢尾渣利用率约为25％，冶金渣大量的弃置堆积，既占用土地，又污染环境，浪费资源。
[0006]冶金渣的主要化学组成与普通胶凝材料的化学组成类似，CaO含量通常在30％
‑
60％，SiO2含量一般在8％～23％，FeOx含量一般在10％～30％，Al2O3含量一般在3％～8％范围，MgO含量为4％～11％。，与水泥熟料相比，钢渣中CaO含量偏低，FeO、MgO含量偏高。
[0007]液态冶金渣温度可达1450℃
‑
1650℃，比热容为1.2/(kg
·
℃)，热焓值达2000MJ/t，相当于6lkg标准煤，属于高品质的余热资源。
[0008]硫磺的主要用途为制备硫酸，用于磷肥生产，也用于氟化工、柠檬酸、橡胶等几乎所有含硫产品的生产，相比于以硫酸为产品的硫生产，硫磺具有应用范围更广，储存运输更为方便的特点，是硫生产中最理想的产品，我国是世界上第一大磷肥生产国,需要大量的硫磺来生产硫酸，而我国硫磺资源严重短缺，大部分依赖进口。
[0009]利用高温冶金渣熔液的显热和保温加热烟气分解工业石膏CaSO4，CaSO4分解的CaO落入冶金渣熔池，生成水泥熟料，烟气化的SO2通过碳热还原制成硫磺。
[0010]现目前，对于同时将工业副产石膏和高温冶金渣熔液作为原料进行综合利用，生产硅酸盐水泥熟料并联产硫磺的相关研究及工艺、系统装置，未见报道。

技术实现思路

[0011]为解决现有技术中的不足，本专利技术提供工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统及工艺，同时将工业副产石膏和高温冶金渣熔液作为原料进行综合利用，生产硅酸盐水泥熟料并联产硫磺，消除工业副产石膏、冶金渣的堆存占地和环境污染，实现冶金渣、副产石膏的资源化多功能利用。
[0012]本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统，包括工业副产石膏储仓，所述工业副产石膏储仓与熔聚流化床分解炉连通，所述熔聚流化床分解炉底端与熔池烧成窑连通、顶部与碳热还原装置连通，所述碳热还原装置与换热器、硫磺回收装置、硫磺储罐依次相连；所述熔池烧成窑的侧壁底部熔液出口与熔液气泡雾化装置相通，所述熔液气泡雾化装置的喷嘴伸入余热锅炉中，所述余热锅炉出口连接电除尘，所述电除尘底部固体粉料出口与输送设备相连，输送设备与水泥熟料成储仓相连。
[0013]其中，所述熔池烧成窑包括熔池烧成窑氧化区和熔池烧成窑还原区，所述熔池烧成窑氧化区和熔池烧成窑还原区中间由水冷元件制成的隔墙在气相中分开，所述熔池烧成窑还原区顶部连通熔聚流化床分解炉，所述池烧成窑氧化区与熔液气泡雾化装置连通，所述熔池烧成窑还原区一侧设置冶金渣溶液入口，冶金渣熔液入口设置气封装置，所述熔池烧成窑还原区底部设置铁水出口，所述熔池烧成窑还原区上设置风口，风口处设有燃烧喷枪。
[0014]目前由工业副产石膏制备硫酸或硫磺联产水泥的工艺和装置，普遍存在原料利用率不高、能耗过大的问题。为此，本专利技术利用高温冶金渣熔液熔池高温显热和保温加热的弱还原气氛的高温气流，为副产石膏分解提供了热量和还原性物质；另一方面熔池与熔聚流化床协同作用下，避免了副产石膏尚未分解完全就产生大量液相造成副产石膏分解不完全及窑炉结皮堵塞，本专利技术设置有碳热还原装置，所述碳热还原装置包括碳热还原塔Ⅰ和碳热还原塔Ⅱ，所述碳热还原塔Ⅰ进料口与碳材料储仓I连通、底部出口与熔聚流化床分解炉连通、上部出口与高温分离器Ⅰ入口相连，所述高温分离器Ⅰ底部出口通过W返料器分别连接碳热还原塔Ⅰ、熔熔池烧成窑还原区，所述高温分离器Ⅰ气体出口与碳热还原塔Ⅱ底部一侧入口相连，所述的碳热还原塔Ⅱ进料口碳材料储仓Ⅱ相连，所述碳热还原塔Ⅱ侧壁的出口与高温分离器Ⅱ相连，所述高温分离器Ⅱ底部出口通过W型返料器分别与所述碳还原塔Ⅱ、烧成窑氧化区相连，所述高温分离器Ⅱ顶部的出气口与换热器、硫磺回收装置、硫磺储罐依次相连。对气流中的SO2进行两次还原，将其直接还原为单质硫，不需要吸收剂和一系列复杂的吸收装置以及解吸再生装置；另一方面直接还原为单质硫的最佳温度700℃
‑
1000℃，与在熔池协同熔聚流态化床炉弱还原性气体的分解温度(800℃
‑
1100℃)相吻合，因此，将二者联用，大大提高了硫磺产品的转化率，而炭热还原反应后的乏焦又可作燃料用于熔池的保温和加热产生弱还原气，乏气则主要作为惰性气体用于副产石膏等物料和热量的运输和烘干，减少水分对各反应的影响。因此，本专利技术通过将高温冶金渣熔液和副产石膏分解、水泥熟料烧成、炭热还原四者有机的结合，有效地提高了原料的利用率和运行的能耗。并且，所述碳热还原塔Ⅰ底部与熔池烧成窑还原区区相通，从碳热还原塔Ⅰ底部排除的乏焦、与从高温分离器Ⅰ下部排出乏焦一起，形成碳滤层深度还原副产石膏中的磷酸钙和硫酸钙副反应硫化钙，又作为产生弱还原气氛的燃料，既实现了乏焦的循环利用、消除了炭热还原过程
中产生的固废(所述固废即乏焦)，同时，乏焦的热能和活性又促进了熔聚流化床分解炉分解效率的提高。
[0015]进一步的，所述工业副产石膏储仓与熔聚流化床分解炉之间设置有回转烘干窑，将副产石膏转换为无水硫酸钙，并将水汽排除，避免影响后续的分解反应，同时实现了系统余热的梯级利用。
[0016]进一步的，所述硫磺回收装置的气体出口分别与回转烘干窑、熔聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统，其特征在于：包括工业副产石膏储仓(1)，所述工业副产石膏储仓(1)与熔聚流化床分解炉(3)连通，所述熔聚流化床分解炉(3)底端与熔池烧成窑(4)连通、顶部与碳热还原装置连通，所述碳热还原装置与换热器(13)、硫磺回收装置(19)、硫磺储罐(20)依次相连；所述熔池烧成窑(4)的侧壁底部熔液出口与熔液气泡雾化装置(14)相通，所述熔液气泡雾化装置(14)的喷嘴伸入余热锅炉(16)中，所述余热锅炉(16)出口连接电除尘(17)，所述电除尘(17)底部固体粉料出口与输送设备相连，输送设备与水泥熟料成储仓(18)相连。2.根据权利要求1所述的工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统，其特征在于：所述熔池烧成窑(4)包括熔池烧成窑氧化区(11)和熔池烧成窑还原区(21)，所述熔池烧成窑氧化区(11)和熔池烧成窑还原区(21)中间由水冷元件制成的隔墙在气相中分开，所述熔池烧成窑还原区(21)顶部连通熔聚流化床分解炉(3)，所述池烧成窑氧化区(11)与熔液气泡雾化装置(14)连通。3.根据权利要求2所述的工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统，其特征在于：所述碳热还原装置包括碳热还原塔Ⅰ(5)和碳热还原塔Ⅱ(8)，所述碳热还原塔Ⅰ(5)进料口与碳材料储仓I(6)连通、底部出口与熔聚流化床分解炉(3)连通、上部出口与高温分离器Ⅰ(7)入口相连，所述高温分离器Ⅰ(7)底部出口通过W返料器分别连接碳热还原塔Ⅰ(5)、熔熔池烧成窑还原区(21)，所述高温分离器Ⅰ(7)气体出口与碳热还原塔Ⅱ(8)底部一侧入口相连，所述的碳热还原塔Ⅱ(8)进料口碳材料储仓Ⅱ(9)相连，所述碳热还原塔Ⅱ(8)侧壁的出口与高温分离器Ⅱ(10)相连，所述高温分离器Ⅱ(10)底部出口通过W型返料器分别与所述碳还原塔Ⅱ(8)、烧成窑氧化区(11)相连，所述高温分离器Ⅱ(10)顶部的出气口与换热器(13)、硫磺回收装置(19)、硫磺储罐(20)依次相连。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统，其特征在于：所述工业副产石膏储仓(1)与熔聚流化床分解炉(3)之间设置有回转烘干窑(2)。5.根据权利要求4所述的工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的系统，其特征在于：所述硫磺回收装置(19)的气体出口分别与回转烘干窑(2)、熔聚流化床分解炉(3)、换热器(13)连通。6.工业副产品石膏协同冶金渣熔液生产硫磺联产水泥熟料的工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、将从冶金窑炉中排出的高温渣液通过渣沟引流或渣液罐运至熔池烧成窑(4)中，在熔池烧成窑(4)一侧喷入燃料和助燃剂；S2、将放置在工业副产石膏储仓(1)的工业副产石膏传送到回转烘干窑(2)，向回转烘干窑(2)中通入回收硫磺后乏气，对石膏进行烘干余热，使其脱除、烘干尾气分流，烘干后的石膏经回收硫磺后乏气输送进入熔聚流化床分解炉(3)，石膏分解为SO2气体和固体氧化钙粉末；S3、熔聚流化床分解炉(3)中的SO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志远，郁国忠，
申请(专利权)人：上海驰春节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：