磷石膏脱硫煅烧处理系统和处理方法与流程

本发明属于磷石膏煅烧处理技术领域，具体涉及一种磷石膏脱硫煅烧处理系统和处理方法。

背景技术：

随着我国磷复肥工业的发展，工业废渣磷石膏的利用成为行业发展不容忽视的问题。每生产一吨磷酸(100％p2o5)产生磷石膏5-6t(干基)，实物量约7t。磷石膏中除含caso4外，还含有未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等多种杂质，这些杂质在一定程度上影响着磷石膏的利用。据有关资料统计，我国磷石膏年产排量在5000-6000万吨，截止目前，磷石膏的累计堆存量已超过2亿吨。

目前，磷石膏综合利用的途径主要有：一是磷石膏制建材产品，如：建筑石膏粉、建筑砌块等。二是磷石膏制化工原料，如：磷石膏制硫酸联产水泥、磷石膏制硫酸钾、硫酸铵、硫酸钾铵等。三是磷石膏制水泥缓凝剂。四是磷石膏做盐碱土壤的改良剂。五是磷石膏制硫酸钙晶须(纤维石膏)。

磷石膏制硫酸联产水泥是磷石膏综合利用的重要方面。据资料报道，我国的硫资源对外的依存度高达60％以上，每年需要大量进口硫磺，磷石膏制硫酸联产水泥不仅能使磷石膏中的硫、钙等资源得到充分利用，而且可使我国的硫磺进口需求降至最低，有效平抑硫磺市场价格波动。因此，发展磷石膏制硫酸联产水泥，可以有效缓解我国硫资源短缺的状况。

磷石膏制硫酸联产水泥主要有以下问题：(1)制酸和制水泥同步进行两系统互相干扰，由于煅烧窑况复杂，一方面烧制的水泥熟料质量难以实现稳定优质高产，另一方面窑气中so2含量低，提纯制酸成本高；(2)磷石膏分解需要还原气氛，而水泥生产不能出现还原气氛，因此，一步法制酸联产水泥生产过程中存在无法解决的技术矛盾；(3)磷石膏制酸过程中为了提高窑气中so2含量采用加硫磺等作为还原剂，但是硫磺的升华熔融容易造成管道堵塞，影响水泥窑安全运转。

实用新型专利cn210419773u公开了一种规模化用工业废渣磷石膏制硬石膏粉的装备系统，包括配给料装置、立磨、立磨收尘装置、生粉输送装置、生粉库、生粉计量给料输送装置、组合型旋风预热器、流化床炉、热风炉、换热输送机、熟粉输送装置和熟粉库。利用本实用新型装备系统，以工业废渣磷石膏为原料制硬石膏粉，可以直接大量消纳含水磷石膏，对含水磷石膏进行同步改性、干燥、粉磨，并能快速完成“脱水+焙烧”过程，且易于有效控制焙烧质量，能耗低，该申请虽然是“脱水+焙烧”过程，但气制备的最终产物为硬石膏，实际为无水硫酸钙，仅实现了脱水过程，并没有实现真正的脱硫过程，其产物也不能用于制酸过程，仍然属于制备建筑石膏范畴，无法大批量处理磷石膏。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种磷石膏脱硫煅烧处理系统和处理方法，磷石膏通过低温烘干粉磨和高温闪烧除脱出自然水和结晶水后，进行高温煅烧，然后通过空气冷却后送到水泥生产线做为水泥原料，煅烧过程中产生的so2气体收集后送入制酸系统制备硫酸，减少脱硫工艺与水泥工艺的互相干扰，生产优质硅酸盐水泥和优质硫酸，实现磷石膏无害化、资源化和大批量处置。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供了磷石膏脱硫煅烧处理系统，包括低温脱水系统、高温煅烧系统和制酸系统，所述低温脱水系统依次包括烘干机、烘干磨机和管道炉，所述高温煅烧系统依次包括预热装置、回转窑和冷却机。

烘干机的进料口与物料传送装置相连，烘干机的出料口与烘干磨机的进料口相连，烘干磨机的出料口与管道炉的进料口相连，管道炉的出料口与预热装置的进风口相连，预热装置的出风口与制酸系统相连，预热装置的出料口与回转窑的进料口相连，回转窑的烟气出口与预热装置的进风口相连，回转窑的出料口与冷却机的进料口相连；所述制酸系统的低温水蒸气通过管道与烘干机的水蒸气管道进口相连。

在一个优选的实施方案中，所述烘干机为网带式烘干机，采用低温蒸汽和低温烟气为烘干热源，网带式烘干机的烟气出口与布袋除尘器的进风口相连，净化后烟气通过排风机无害排放，布袋除尘器的出料口与网带式烘干机的进料口相连。

在一个优选的实施方案中，所述烘干磨机的底部设有烟气进口，所述烟气进口与沸腾炉相连，所述管道炉为中空管状结构，上部设有出料口，下部设有进料口，所述管道炉垂直度不小于75度。

在一个优选的实施方案中，所述管道炉与预热装置之间还设有旋风分离器，所述管道炉的出料口与旋风分离器的进风口相连，旋风分离器的出风口与烘干机的进风口相连。

在一个优选的实施方案中，所述预热装置由至少2级旋风预热器竖向串联组成，第一级旋风预热器的出风口与制酸系统相连，第二级旋风预热器的出风管道与第一级旋风预热器的进风管道相连，第一级旋风预热器的出料口通过管道与第二级旋风预热器的进风管道相连，依次类推，最后一级旋风预热器的进风管道与回转窑窑尾烟气室相连，最后一级旋风预热器的出料口与回转窑窑尾进料口相连。

在一个优选的实施方案中，所述回转窑窑尾烟气室还与还原剂库相连，回转窑窑头设有窑头罩，所述窑头罩内设有燃烧器，所述燃烧器与燃料库相连，所述窑头罩下部与所述冷却机进料口相连，所述回转窑从进料端向出料端倾斜，斜度度为3-5％。

在一个优选的实施方案中，所述冷却机下部设有高温段进风口和低温段进风口，冷却机出风口通过旋风除尘装置后与冷却机高温段进风口相连。

在一个优选的实施方案中，处理系统还包括炉渣储存装置，所述炉渣储存装置包括炉渣储存库，所述炉渣储存库进料口处通过抽风装置与除尘器相连，除尘器出风口与冷却机低温段进风口相连。

在一个优选的实施方案中，第一级旋风预热器的出风口与制酸系统之间还设有空气换热器和高温收尘器，空气换热器烟气进口与第一级旋风预热器的出风口相连，空气换热器烟气出口与高温收尘器烟气进口相连，高温收尘器烟气出口与制酸系统相连。

在一个优选的实施方案中，所述烘干磨机包括立式磨机、风扫钢球磨机、辊压机、柱磨机中的一种。

本发明第二方面提供了磷石膏脱硫煅烧处理方法，包括以下步骤：

s1、将磷石膏在网带式烘干机中120-160℃中烘干除去磷石膏中的自然水，再通过烘干磨机粉末后在500℃条件下烘干后除去结晶水，生成无水石膏粉末然后经过管道炉输送到预热装置内；

s2、将s1制备的无水石膏粉末预热到800-850℃时送入回转窑，在回转窑内加入燃料和还原剂后进行高温煅烧，煅烧温度为1000-1400℃，生成的炉渣通过空气进行冷却后储存；

s3、步骤s2煅烧过程中产生的二氧化硫气体收集后送入制酸系统制备硫酸，储存的炉渣送到水泥生产线做为水泥原料。

本发明有益效果如下：

(1)本发明采用网带式烘干机、烘干磨机和管道炉进行烘干，利用多级旋风预热器进行预热，最后利用回转窑进行悬浮煅烧，将磷石膏的低温脱水和高温分解分两步完成，磷石膏通过网带式烘干机烘干后去除自然水，控制了进入烘干磨机的水分，不会造成管道等装置的堵塞，低温烘干粉磨不仅降低了磷石膏细度，为加快脱水和脱硫速度创造了条件，同时在烘干粉磨过程中通过高温加热脱出结晶水获得无水石膏，然后再经过管道炉进入预热装置内，无水石膏进入由旋风预热器、回转窑、冷却机组成的脱硫煅烧系统后，通过旋风预热器预热、回转窑内高温还原气氛下磷石膏分解，从窑气中回收so2并加工成硫酸，炉渣为高cao渣，既可以作为水泥生产的钙质原料替代石灰石使用，也可以作为基本原料用作建筑石灰、建筑砌块、低标号水泥等使用。

(2)本发明的网带式烘干机采用制酸系统中产生的低温余热作为热源，有利于节约能源，采用兼具烘干和粉末功能的烘干磨机，烘干粉磨后的磷石膏粒度均匀，可以根据需要提高产品细度，有利于加快磷石膏脱水和煅烧分解。采用旋风预热器和回转窑组成的煅烧系统，使脱水后的磷石膏预热后温度达到850℃后进入回转窑煅烧，煅烧温度可以达到1200℃左右，在回转窑内缺氧状态下燃烧产生还原气氛，有效的加快分解反应。

(3)本发明中采用经过改良的冷却机，采用空气强制吹冷炉渣，经热交换后，加热空气进入回转窑内，为了控制窑内空气量，本申请采用串联方式将低温段冷却风经除尘后作为高温段风使用，以减少入窑空气量并提高入窑温度。同时，炉渣中残留的cas被空气中的氧气进一步氧化生成cao，从而彻底去除磷石膏中的硫。

(4)本发明将磷石膏制酸和水泥系统分开，包括磷石膏脱水、磷石膏分解和窑气制酸及窑渣的资源化综合利用，可以减少脱硫工艺与水泥工艺的互相干扰，可以生产优质硅酸盐水泥和优质硫酸。整个系统设备先进可靠，节省基建投资，与其他窑型相比，能够实现能源的科学和综合利用，总的能源消耗低，石膏分解率高，处理能力大，生产规模大。

附图说明

图1为本发明处理系统的结构示意图；

上述附图标记：

11、计量称；12、皮带输送机；13、烘干机；14、布袋除尘器；15、烘干磨机；16、沸腾炉；17、管道炉；18、旋风分离器；

211、第一级旋风预热器；212、第二级旋风预热器；213、第三级旋风预热器；214、第四级旋风预热器；

22、回转窑；23、还原剂库；24、燃烧器；25、燃料库；26、冷却机；27、旋风除尘装置；

221、烟气室；222、窑头罩；

31、空气换热器；32、高温除尘器；33、制酸系统；

41、炉渣储存库；42、除尘器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种磷石膏脱硫煅烧处理系统，包括低温脱水系统、高温煅烧系统和制酸系统，其中低温脱水系统依次包括烘干机13、烘干磨机15和管道炉17，高温煅烧系统依次包括预热装置、回转窑22和冷却机26。

烘干机13的进料口与物料传送装置相连，烘干机13的出料口与烘干磨机15的进料口相连，烘干磨机15的出料口与管道炉17的进料口相连，管道炉17的出料口与预热装置的进风口相连，预热装置的出风口与制酸系统33相连，预热装置的出料口与回转窑22的进料口相连，回转窑22的烟气出口与预热装置的进风口相连，回转窑22的出料口与冷却机26的进料口相连，制酸系统33的低温水蒸气管道与烘干机13的的低温水蒸气管道进口相连。

优选地，烘干机13为网带式烘干机，采用低温蒸汽和低温烟气为烘干热源，网带式烘干机的烟气出口与布袋除尘器14的进风口相连，净化后烟气通过排风机无害排放，布袋除尘器14的出料口与网带式烘干机的进料口相连。

优选地，烘干磨机15的底部设有烟气进口，其中烟气进口与沸腾炉16相连，管道炉17为中空管状结构，上部设有出料口，下部设有进料口，管道炉17垂直度不小于75度。

优选地，管道炉17与预热装置之间还设有旋风分离器18，管道炉17的出料口与旋风分离器18的进风口相连，旋风分离器18的出风口与烘干机13的进风口相连。

在本实施例中，磷石膏通过车辆入厂后送入卸料库内的卸料坑内进行卸料，通过计量称11称量后，通过皮带输送机12送入烘干机13中进行烘干，烘干温度约为120-160℃左右，用于除去磷石膏中的自然水，烘干热源来自于制酸系统33产生低温余热和管道炉17排出物料经旋风分离器18分离后产生的热烟气，烘干后产生的烟气通过烘干机13上部的烟气出口送入布袋除尘器14中，净化后气体可以无污染排放。在本实施例中，布袋除尘器14为抗结露布袋除尘器。

从烘干机13出来后的磷石膏进入烘干磨机15中进行粉末和烘干，控制粉末的颗粒为30-65um，烘干磨机15用于烘干的热烟气来自于沸腾炉16煅烧煤炭产生的高温烟气，通过高温风机将约500℃左右烟气输送至烘干磨机15中；在生产过程中，烘干磨机15所需的烘干用烟气来自于预热装置排出的经过空气换热器31的热量，烘干磨机15中的磷石膏颗粒在约500℃的温度下脱出结晶水。在具体实施方式中，烘干磨机15包括立式磨机、风扫钢球磨机、辊压机、柱磨机或雷蒙磨机等，在本实施例中使用的是立式磨机。在本实施例中，管道炉17为一根垂直竖立的管道，上部设有出料口，下部设有进料口，管内风速8-15m/s，磷石膏粉末颗粒经管道炉17后进入旋风分离器18中。

在本实施例中，经过高温快速脱出结晶水的磷石膏颗粒经过管道炉17后进入旋风分离器18进行固体和气体分离，分离后的气体通过旋风分离器18顶部的出风口排出后送入烘干机13的进风口内，作为烘干机13烘干用热烟气。固体从旋风收尘器18下部出料口排出后送入预热装置内。

优选地，预热装置由至少2级旋风预热器竖向串联组成，第一级旋风预热器211的出风口与制酸系统相连，第二级旋风预热器212的出风管道与第一级旋风预热器211的进风管道相连，第一级旋风预热器211的出料口通过管道与第二级旋风预热器212的进风管道相连，依次类推，最后一级旋风预热器的进风管道与回转窑22窑尾烟气室221相连，最后一级旋风预热器的出料口与回转窑22窑尾进料口相连。

在本实施例中，预热装置由四级旋风预热器竖向串联组成，第一级旋风预热器211的出风口与制酸系统33相连，第一级旋风预热器211进风管道与第二级旋风预热器212的出风管道相连，第一级旋风预热器211的出料口通过管道与第二级旋风预热器212的进风管道相连，第二级旋风预热器212的进风管道与第三级旋风预热器213的出风管到相连，依次类推，第三级旋风预热器213的出料口与回转窑22窑尾的烟气室221相连，第四级旋风预热器214的进风管道与回转窑22窑尾的烟气室221相连，第四级旋风预热器214的出料口与回转窑22窑尾进料口相连，物料刚进入旋风预热器的温度为350℃左右，经四级预热后加热到850℃左右进入回转窑22。

优选地，回转窑22窑尾烟气室221还与还原剂库23相连，回转窑22窑头设有窑头罩222，其中窑头罩内222设有燃烧器24，燃烧器24与燃料库25相连，窑头罩222下部与冷却机26进料口相连，回转窑22从进料端向出料端倾斜，斜度度为3-5％。

优选地，冷却机26下部设有高温段进风口和低温段进风口，冷却机出风口通过旋风除尘装置27后与冷却机高温段进风口相连。

在本实施例中，回转窑22窑尾上部设有烟气室221，窑尾设有进料口，窑头处设有出料口，出料进设有窑头罩222，窑头罩222内设有煤粉燃烧器24与燃料库25相连，下部出料口设有锁风阀门，下部与计量称相连。燃料为无烟煤、烟煤和高硫煤，优选热值较高的高硫煤作为燃料。窑尾烟气室221与还原剂库23相连，还原剂库23下部出料口设有锁风阀门，下部与计量称相连，在本实施例中，还原剂为焦炭粉或无烟煤，细度控制在0.5-1mm左右，按照磷石膏干基重量的10-30％加入。回转窑22从进料端向出料端倾斜，斜度度为3-5％，回转窑22的长度以保证磷石膏足够的停留时间为准，一般设计为停留设计0.5-2h。

回转窑22窑头罩222下部与冷却机26相连，冷却机26通过空气冷却，下部设有高温段进风口和低温段进风口，冷却机26出风口通过旋风除尘装置27后与冷却机26高温段进风口相连，在本实施例中，冷却机26为篦式冷却机。

在具体实施过程中，无水磷石膏预热后温度达到850℃后进入回转窑22煅烧，回转窑22窑头喷入燃料进行燃烧使回转窑22内煅烧温度可以达到1000-1400℃，窑尾处加入还原剂使燃料在缺氧状态下燃烧产生还原氛围，其中还原剂为采用煤炭或焦炭粉，回转窑22内在煅烧过程中，产生的炉渣排出后进入篦式冷却机内通过空气冷却，通入空气后将炉渣中残留的cas完全氧化为cao，此处为了减少入窑风量，可采用富氧空气。在本实施例中，为减少入窑风量，提高入窑风温，将低温段冷却风通过冷却机后收集，通过旋风除尘装置27后作为高温段冷却风使用。回转窑22内由于窑尾加入的煤炭在缺氧状态下与磷石膏产生炭热还原反应，为保证还原气氛，篦式冷却机多余的冷却风通过旁路管道直接送到预热装置内，出回转窑22烟气中控制co含量为3-5％，进入旋风预热器系统后由于可能的漏风带入了o2氧化，使烟气中co全部氧化成co2。

优选地，第一级旋风预热器211的出风口与制酸系统33之间还设有空气换热器31和高温收尘器32，空气换热器31烟气进口与第一级旋风预热器211的出风口相连，空气换热器31烟气出口与高温收尘器32烟气进口相连，高温收尘器32烟气出口与制酸系统33相连。

在本实施例中，回转窑22内经煅烧分解产生的so2气体通过回转窑22窑尾烟气室221进入预热装置内，从第一级旋风预热器211排出后经空气热换气器31内进行热量交换后进入高温除尘器32除尘后，进入公知的so2气体制酸系统33，交换后的热量输送到烘干磨机中用于磷石膏。

优选地，处理系统还包括炉渣储存装置，所述炉渣储存装置包括炉渣储存库41，炉渣储存库进料口处通过抽风装置与除尘器42相连，除尘器42出风口与冷却机低温段进风口相连。

在本实施例中，经过脱硫煅烧系统获得的炉渣冷却后采用密闭的提升机直接送到炉渣储存库41储存，输送设备和炉渣储存库41采用风机集中抽风并经收尘器42处理后作为篦式冷却机低温段用风，其中进炉渣入公知的水泥生产线作为水泥原料。本系统内的所有风管和设备均粘贴保温材料。

实施例2

运用本处理系统进行生活垃圾的处理步骤如下；

一、制备无水磷石膏

磷石膏通过车辆入厂后送入卸料库内的卸料坑内进行卸料，通过计量称称量后，通过皮带输送机送入网带式烘干机中进行烘干，大约120-160℃的温度下低温加热脱出自然水，烘干热源来自于制酸系统产生低温余热和管道炉排出物料经旋风分离器分离后产生的热烟气，烘干后产生的烟气通过烘干机上部的烟气出口送入布袋除尘器中，净化后气体可以无污染排放。

从网带式烘干机出来的磷石膏进入到烘干磨机中进行粉末和烘干，控制粉末的颗粒为30-65um，烘干磨机的用于烘干的热烟气来自于沸腾炉煅烧煤炭产生的高温烟气，通过高温风机将约500℃左右烟气输送至立式磨机中，用于脱出磷石膏剩余的结晶水；在生产过程中，立式磨机所需的烘干用烟气还可以来自于经空气热换气器内进行热量交换后产生的热量。

经过高温快速脱出结晶水的磷石膏粉末颗粒经管道炉后送入旋风分离器中，通过旋风分离器进行固体和气体分离，分离后的气体通过旋风分离器顶部的出风口排出后送入立式磨机的进风口内，作为立式磨机烘干用热烟气。固体从旋风收尘器下部出料口排出后送入预热装置内。

二、磷石膏脱硫煅烧系统

磷石膏粉末颗粒刚进入旋风预热器的温度为350℃左右，经四级旋风预热器后加热到850℃左右进入回转窑，回转窑窑头喷入燃料进行燃烧使回转窑内煅烧温度可以达到1000-1400℃，优选为1200℃，燃料为无烟煤、烟煤和高硫煤，优选热值较高的高硫煤作为燃料。窑尾处加入还原剂使燃料在缺氧状态下燃烧，产生还原氛围，其中还原剂为煤炭或焦炭粉，使磷石膏在回转窑内燃烧生成cas、cao以及so2、co2和co气体。燃烧后产生的炉渣排出后进入分段式篦式冷却机内通过富氧空气冷却，通入空气后将炉渣中残留的cas完全氧化为cao，从而彻底去除磷石膏中的硫。

为减少入窑风量，提高入窑风温，将低温段冷却风通过冷却机后收集，通过旋风除尘装置后作为高温段冷却风使用。回转窑内由于窑尾加入的煤炭在缺氧状态下与磷石膏产生炭热还原反应，为保证还原气氛，篦式冷却机多余的冷却风通过旁路管道直接送到预热器内。

出回转窑烟气中控制co含量为3-5％，进入旋风预热器系统后由于可能的漏风带入了o2氧化，使烟气中co全部氧化成co2。回转窑内经煅烧分解产生的so2气体通过回转窑烟气室进入旋风预热器随烟气排出，通过空气换热器后进入高温除尘器除尘后进入公知的制酸系统，即将二氧化硫氧化成三氧化硫后，用稀硫酸水洗涤后成为硫酸。而气体中的二氧化碳不会进入溶液。

三、炉渣处理

炉渣冷却后采用密闭的提升机直接送到炉渣储存储存，输送设备和炉渣储存采用风机集中抽风并经收尘器处理后作为篦式冷却机低温段用风，其中进炉渣入公知的水泥生产线作为水泥原料。

本申请采用悬浮预热和悬浮煅烧的先进技术将磷石膏的低温脱水和高温分解分两步完成，即磷石膏通过低温烘干粉磨不仅降低了磷石膏细度，为加快脱水和脱硫速度创造了条件，同时在烘干粉磨过程中通过低温加热脱出自然水和部分结晶水，然后再经过高温闪烧除去结晶水获得无水石膏，无水石膏进入由旋风预热器、回转窑、冷却机组成的脱硫煅烧系统后，通过旋风预热器预热、回转窑内高温还原气氛下磷石膏分解，从窑气中回收so2并加工成硫酸，炉渣为高cao渣，既可以作为水泥生产的钙质原料替代石灰石使用，也可以作为基本原料用作建筑石灰、建筑砌块、低标号水泥等使用。本申请将磷石膏制酸和水泥系统分开，包括磷石膏脱水、磷石膏分解和窑气制酸及窑渣的资源化综合利用，可以减少脱硫工艺与水泥工艺的互相干扰，可以生产优质硅酸盐水泥和优质硫酸。整个系统设备先进可靠，节省基建投资，与其他窑型相比，能够实现能源的科学和综合利用，总的能源消耗低，石膏分解率高，处理能力大，生产规模大。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。