专利名称：快速流态化煅烧工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及煅烧反应技术领域，特别是一种快速流态化煅烧工艺。
背景技术：
目前，煅烧工艺有流化床、回转窑、多层炉、隧道窑等煅烧工艺。对于粉体物料煅烧反应，回转窑、多层炉、隧道窑煅烧炉内物料传热、传质差，物料受热慢，使得能耗高，单台设备产能低。虽然流态化技术具有传热、传质快，能耗的特点，但现有的流化床煅烧工艺，由于固体颗粒在流化床煅烧反应器内迅速混合，在粉体物料连续进料时，粉体颗粒在流化床煅烧反应器内停留时间不均匀，这样对于反应时间长的粉体物料，使得反应产物不均匀，导致产品转化率降低。
发明内容
本发明的目的是提高流化床煅烧工艺的反应时间均匀性及可调控性，以提高煅烧反应的产品转化率，为此，提供一种快速流态化煅烧工艺，它不仅具有物料传热、传质快，温度均匀，能耗低等特点；而且物料煅烧反应时间均匀且可调控，有效提高产品转化率，提高生产效率。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种快速流态化煅烧工艺，包括煅烧反应系统、预热系统、干燥系统、冷却系统，各系统按流程常规相互连通，其中，预热系统为多级旋风预热系统，冷却系统为多级水冷管式快速流态化冷却系统；其煅烧反应系统含有快速流态化隔焰煅烧加热炉和隔焰移动床煅烧反应器，在快速流态化隔焰煅烧加热炉内，利用高温烟气对物料形成气固快速流态化混合加热后，经高温气固分离器导入隔焰移动床煅烧反应器；在隔焰移动床煅烧反应器内进行恒温煅烧反应，该煅烧反应器内的物料产生整体平推流运动，物料煅烧反应时间均匀且可调控；同时，高温气固分离器分离出的热气体通过预热系统预热物料，然后，该热气体进入快速流态化干燥器干燥湿物料；在隔焰移动床煅烧反应器煅烧反应后的高温粉料产品，显热利用快速流态化冷却器回收，同时粉料产品冷却入库。
所述的煅烧工艺，其包括下列步骤a)点燃煅烧反应系统中快速流态化隔焰煅烧加热炉和隔焰移动床煅烧反应器的烧嘴，使高温火焰与高温烟气加热加热炉炉膛和移动床煅烧反应器；b)同时启动干燥引风机，并由加料器添加湿物料；干燥引风机将a)步中快速流态化隔焰煅烧加热炉和隔焰移动床煅烧反应器的高温气体，经预热系统引至干燥器，对湿物料进行流化态干燥；干燥后的物料经干燥系统的旋风分离器和收尘器将气固分离；c)将b)步分离后的干燥固体物料经预热系统的多级旋风预热器送进入快速流态化隔焰煅烧加热炉炉膛下部，在炉膛内，对预热的物料形成气固快速流态化混合加热，使得高温气体与物料产生高效的传热、传质；然后，加热的高温物料经高温气固分离器导入隔焰移动床煅烧反应器进行恒温煅烧反应；d)在隔焰移动床煅烧反应器内，物料产生整体平推流运动，进行恒温煅烧，物料煅烧反应时间均匀且可调控；e)在d)步中，隔焰移动床煅烧反应器恒温煅烧反应后的粉料产品，由冷却卸料器导入快速流态化冷却器；在引风机作用下，冷却流化气体在快速流态化冷却器内，与热粉料产品产生气固快速流态化混合状态，快速换热，显热被冷却器回收利用；f)在e)步中冷却的粉料产品由旋风分离器和袋收尘器处理后，经下料器收入产品仓，冷却气体经冷却引风机排空。
所述的煅烧工艺，其所述a)步中，快速流态化隔焰煅烧加热炉和隔焰移动床煅烧反应器内的温度，由燃烧器燃料量与风量调节控制，采用闭环自动控制或手动控制，内部温度在500℃～1300℃范围内任意调节。
所述的煅烧工艺，其所述b)步中由加料器添加湿物料，湿物料在干燥器中的搅拌粉碎装置作用下，与高温气体形成快速流态化混合状态，进行快速传热、传质、干燥后，由顶端经管道进入旋风分离器和袋式收尘器；干燥器中的温度为110℃～130℃，干燥器内所产生的流化气体速度为1～6.0米/秒；湿物料状态为泥料或流体浆料，泥料用螺旋给料器进料，流体浆料用喷雾进料器进料。
所述的煅烧工艺，其所述b)步，干燥后的物料进入旋风分离器气固分离，分出气体由顶端经管道进入袋式收尘器，再由袋式收尘器顶端经管道被干燥引风机抽出从烟筒排空；分出的固体，从旋风分离器和袋式收尘器下端的下料器进入中间储料仓，再供预热系统预热。
所述的煅烧工艺，其所述中间储料仓中的干燥固体物料，其团聚体平均粒径在数微米至1000微米范围。。
所述的煅烧工艺，其所述c)步中，干燥固体物料在炉膛内形成气固快速流态化混合加热后，由顶部进入高温气固分离器，分出气体由顶端经管道进入预热系统，供物料预热；分出的固体，从锁气阀进入隔焰移动床煅烧反应器；炉膛内所产生的流化气体速度为1～6.0米/秒。
所述的煅烧工艺，其所述物料煅烧反应时间均匀且可调控，是由反应器内存料量与反应器下端的冷却卸料器卸料量的调整来调控，其调节控制范围在几分钟到数小时之间。
所述的煅烧工艺，其所述e)步中，反应器恒温煅烧反应后的粉料产品，进入下端的冷却卸料器，在冷却卸料器内，由鼓风机吹冷风冷却后，送入快速流态化冷却器下端，与流化气体混合，形成热的气固似流体乳浊相，在冷却引风机作用下，同冷却器中水冷管式换热组件进行热交换，回收热能；快速流态化冷却器内的流化气体速度为1～6.0米/秒。
所述的煅烧工艺，其所述f)步中，粉料产品冷却到要求温度后，由顶端经管道进入冷却旋风分离器和冷却袋式收尘器，冷却的粉料产品经冷却旋风分离器和冷却袋式收尘器下端的卸料器进入料仓，分离的气体由冷却引风机排空。
所述的煅烧工艺，其所述燃烧器的燃料，为燃气、燃油或煤粉。
本发明的快速流态化煅烧工艺，不仅具有传热、传质快，换热速率快，温度均匀，有效回收利用热物料和热烟气显热的热量，能耗低的特点；而且物料煅烧反应时间均匀且可调节控制，产品转化率高。
本发明的快速流态化煅烧工艺具有以下主要特点(1)物料加热速度快，传质速度快，温度均匀，温差在±5℃范围。
(2)物料煅烧反应时间均匀且可调控，产品转化率高，近100％。
(3)有效回收利用热烟气和热产品物料显热的热量。
(4)能耗低、效率高，单条线产能大。
本发明快速流态化煅烧工艺，适用于物质脱碳、有机质、结晶水、结构水、CO2及固相反应等煅烧反应，尤其对于煅烧温度范围窄、反应时间均匀的高活性粉体物质煅烧。如，高岭土、菱镁矿、滑石、石灰石、氢氧化铝等物质的活化煅烧制备高性能粉体。
图1本发明快速流态化煅烧工艺的工艺流程图。
具体实施例方式
如图1所示，为本发明快速流态化煅烧工艺的工艺流程图，其中的设备有冷却引风机1，冷却袋收尘器2，冷却下料器3，产品仓4，冷却旋风分离器5，快速流态化冷却器6，冷却鼓风机7，冷却卸料器8，隔焰移动床煅烧反应器9，锁气阀10，高温气固分离器11，快速流态化隔焰煅烧加热炉12，燃烧器烧嘴13，旋风预热器14，锁气阀15，旋风预热器16，锁气阀17，快速流态化干燥器18，加料器19，中间储料仓20，下料器21，旋风分离器22，中间储料仓23，下料器24，袋式收尘器25，干燥引风机26，烟囱27，燃烧器烧嘴28，烟气出口29，搅拌粉碎装置30，下料器31，下料器32；各部件按流程常规相互连通。
隔焰移动床煅烧反应器9和快速流态化隔焰煅烧加热炉12，为本发明人前不久申请的发明专利，隔焰移动床煅烧反应器9使用的名称为“隔焰移动床煅烧装置”，申请号为200410101869.1，快速流态化隔焰煅烧加热炉12使用的名称为“隔焰流态化煅烧炉”，申请号为200410098988.6。它们的结构描述，请查阅相关文件，在这里不作赘述。本案中，是将快速流态化隔焰煅烧加热炉12插入隔焰移动床煅烧装置的反应通路中，处于隔焰移动床煅烧装置的隔焰移动床煅烧反应器9和多级旋风预热系统之间，按流程常规相互连通。
本发明快速流态化煅烧工艺的工作过程如下燃料通过烧嘴13燃烧时，产生的高温火焰与高温烟气加热快速流态化煅烧加热炉12炉膛；同时燃料经烧嘴28燃烧产生的高温火焰与高温烟气隔焰间接加热移动床煅烧反应器9，然后，高温烟气经移动床煅烧反应器烟气出口29通向快速流态化煅烧加热炉12。在干燥引风机26作用下，由快速流态化煅烧加热炉和移动床煅烧反应器产生的高温气体，在快速流态化煅烧加热炉内，对预热的物料形成气固快速流态化混合加热，使得高温气体与物料产生高效的传热、传质；物料加热至所需温度时，经过高温气固分离器11气固分离后，加热物料经锁气阀10进入移动床煅烧反应器，进行恒温煅烧反应。中间储料仓20和23的干燥物料，由下料器32和31进入预热系统，与高温气固分离器分离出的含尘热气体通过旋风预热器14、16进行预热，预热后的物料通过锁气阀15和17进入快速流态化煅烧加热炉进行加热。由旋风预热器16分离出的含尘热气体进入快速流态化干燥器18，它为干燥介质和流化气体，与由加料器19加入的湿物料在搅拌粉碎装置30作用下形成快速流态化混合状态，进行快速传热、传质，从而高效干燥物料。干燥好的物料经旋风分离器22和袋式收尘器25由下料器21和24进入中间储料仓20和23，以供预热系统预热；烟气由引风机26经烟囱27排空。在移动床煅烧反应器9内，物料产生整体平推流运动，同时通过调节移动床煅烧反应器9内存料量与其底部的冷却卸料器8卸料量，来控制物料煅烧反应时间，这样使得物料煅烧反应时间均匀且可调控，转化率高。移动床煅烧反应器恒温煅烧反应后的粉料产品，由冷却卸料器8导入快速流态化冷却器6；在冷却引风机1作用下，冷却流化气体在快速流态化冷却器内，与热物料产生气固快速流态化混合状态，快速换热；同时，热气固似流体乳浊相与快速流态化冷却器内设置的水冷管式换热组件进行换热，回收热量，从而高效冷却气固混合物；冷却的物料由冷却旋风分离器5和冷却袋收尘器2经冷却下料器3收入产品仓4，冷却气体经冷却引风机1排空。快速流态化煅烧加热炉12和移动床煅烧反应器9内温度由燃烧器燃料量与风量调节控制(闭环自动控制或手动控制)，它们的温度设定温度930℃；袋收尘器25内温度由加料器19加入湿物料量控制在所要求温度，采用闭环自动控制，控制温度120±10℃；当加热炉与反应器内加热到设定温度时，它们上部、中部、下部温度在930±5℃内，此时，将中间储料仓20和23中的干燥煤系高岭土粉料(颗粒平均粒径2微米)，由下料器32和31进入预热系统进行预热，经锁气阀15和17进入快速流态化煅烧加热炉12内进行加热，然后，经过高温气固分离器11气固分离后，加热物料经锁气阀10进入移动床煅烧反应器，进行恒温煅烧反应。当系统达到物料平衡、热量平衡时，高温气固分离器11内温度930±5℃，旋风预热器14温度约620℃，旋风预热器16温度约450℃，快速流态化干燥器18内温度控制温度120±10℃，加热炉与反应器内上部、中部、下部温度仍控制在930±5℃内。热物料在移动床煅烧反应器的煅烧反应时间由其存料量和冷却卸料器8卸料速度控制。物料经煅烧温度930±5℃、煅烧反应时间约30分钟后，由来自鼓风机7的冷风在冷却卸料器8中部分冷却，然后，导入快速流态化冷却器6，与冷却流化气体形成气固似流体乳浊相，进行快速换热；同时，热气固似流体乳浊相与快速流态化冷却器内设置的水冷管式换热组件进行换热，回收热量。物料经快速流态化冷却器冷却后的温度80℃左右。
表一为煤系高岭土粉料不同煅烧方式的试样分析结果，从产物烧失、白度、晶型结构指标反映出本发明快速流态化煅烧工艺煅烧反应时间均匀、煅烧温度均匀、转化率高的特点。
表一.煤系高岭土粉料不同煅烧方式的试样情况
权利要求
1.一种快速流态化煅烧工艺，包括煅烧反应系统、预热系统、干燥系统、冷却系统，各系统按流程常规相互连通，其中，预热系统为多级旋风预热系统，干燥系统为快速流态化干燥系统，冷却系统为多级水冷管式快速流态化冷却系统；其特征在于，煅烧反应系统含有快速流态化隔焰煅烧加热炉和隔焰移动床煅烧反应器，在快速流态化隔焰煅烧加热炉内，利用高温烟气对物料形成气固快速流态化混合加热后，经高温气固分离器导入隔焰移动床煅烧反应器；在隔焰移动床煅烧反应器内进行恒温煅烧反应，该煅烧反应器内的物料产生整体平推流运动，物料煅烧反应时间均匀且可调控；同时，高温气固分离器分离出的热气体通过预热系统预热物料，然后，该热气体进入快速流态化干燥器干燥湿物料；在隔焰移动床煅烧反应器煅烧反应后的高温粉料产品，显热利用快速流态化冷却器回收，同时粉料产品冷却入库。
2.如权利要求1所述的煅烧工艺，其特征在于，包括下列步骤a)点燃煅烧反应系统中快速流态化隔焰煅烧加热炉和隔焰移动床煅烧反应器的烧嘴，使高温火焰与高温烟气加热加热炉炉膛和移动床煅烧反应器；b)同时启动干燥引风机，并由加料器添加湿物料；干燥引风机将a)步中快速流态化隔焰煅烧加热炉和隔焰移动床煅烧反应器的高温气体，经预热系统引至干燥器，对湿物料进行流化态干燥；干燥后的物料经干燥系统的旋风分离器和收尘器将气固分离；c)将b)步分离后的干燥固体物料经预热系统的多级旋风预热器送进入快速流态化隔焰煅烧加热炉炉膛下部，在炉膛内，对预热的物料形成气固快速流态化混合加热，使得高温气体与物料产生高效的传热、传质；然后，加热的高温物料经高温气固分离器导入隔焰移动床煅烧反应器进行恒温煅烧反应；d)在隔焰移动床煅烧反应器内，物料产生整体平推流运动，进行恒温煅烧，物料煅烧反应时间均匀且可调控；e)在d)步中，隔焰移动床煅烧反应器恒温煅烧反应后的粉料产品，由冷却卸料器导入快速流态化冷却器；在引风机作用下，冷却流化气体在快速流态化冷却器内，与热粉料产品产生气固快速流态化混合状态，快速换热，显热被冷却器回收利用；f)在e)步中冷却的粉料产品由旋风分离器和袋收尘器处理后，经下料器收入产品仓，冷却气体经冷却引风机排空。
3.如权利要求2所述的煅烧工艺，其特征在于，所述a)步中，快速流态化隔焰煅烧加热炉和隔焰移动床煅烧反应器内的温度，由燃烧器燃料量与风量调节控制，采用闭环自动控制或手动控制，内部温度在500℃～1300℃范围内任意调节。
4.如权利要求2所述的煅烧工艺，其特征在于，所述b)步中由加料器添加湿物料，湿物料在干燥器中的搅拌粉碎装置作用下，与高温气体形成快速流态化混合状态，进行快速传热、传质、干燥后，由顶端经管道进入旋风分离器和袋式收尘器；干燥器中的温度为110℃～130℃，干燥器内所产生的流化气体速度为1～6.0米/秒；湿物料状态为泥料或流体浆料，泥料用螺旋给料器进料，流体浆料用喷雾进料器进料。
5.如权利要求2或4所述的煅烧工艺，其特征在于，所述b)步，干燥后的物料进入旋风分离器气固分离，分出气体由顶端经管道进入袋式收尘器，再由袋式收尘器顶端经管道被干燥引风机抽出从烟筒排空；分出的固体，从旋风分离器和袋式收尘器下端的下料器进入中间储料仓，再供预热系统预热。
6.如权利要求5所述的煅烧工艺，其特征在于，所述中间储料仓中的干燥固体物料，其团聚体平均粒径在数微米至1000微米范围。
7.如权利要求2所述的煅烧工艺，其特征在于，所述c)步中，干燥固体物料在炉膛内形成气固快速流态化混合加热后，由顶部进入高温气固分离器，分出气体由顶端经管道进入预热系统，供物料预热；分出的固体，从锁气阀进入隔焰移动床煅烧反应器；炉膛内所产生的流化气体速度为1～6.0米/秒。
8.如权利要求1或2所述的煅烧工艺，其特征在于，所述物料煅烧反应时间均匀且可调控，是由反应器内存料量与反应器下端的冷却卸料器卸料量的调整来调控，其调节控制范围在几分钟到数小时之间。
9.如权利要求2所述的煅烧工艺，其特征在于，所述e)步中，反应器恒温煅烧反应后的粉料产品，进入下端的冷却卸料器，在冷却卸料器内，由鼓风机吹冷风冷却后，送入快速流态化冷却器下端，与流化气体混合，形成热的气固似流体乳浊相，在冷却引风机作用下，同冷却器中水冷管式换热组件进行热交换，回收热能；快速流态化冷却器内的流化气体速度为1～6.0米/秒。
10.如权利要求2所述的煅烧工艺，其特征在于，所述f)步中，粉料产品冷却到要求温度后，由顶端经管道进入冷却旋风分离器和冷却袋式收尘器，冷却的粉料产品经冷却旋风分离器和冷却袋式收尘器下端的卸料器进入料仓，分离的气体由冷却引风机排空。
11.如权利要求3所述的煅烧工艺，其特征在于，所述燃烧器的燃料，为燃气、燃油或煤粉。
12.如权利要求1或2所述的煅烧工艺，其特征在于，适用于物质脱碳、有机质、结晶水、结构水、CO2及固相反应的煅烧反应；适用于煅烧温度范围窄、反应时间均匀的高活性粉体物质，活化煅烧制备高性能粉体；该高活性粉体物质为高岭土、菱镁矿、滑石、石灰石、氢氧化铝。
全文摘要
本发明是一种新型的快速流态化煅烧工艺，有效提高了物料快速流态化煅烧反应的转化率。它是采用高温烟气对物料形成气固快速流态化混合加热，利用快速流态化特点，物料快速加热、传质，然后经高温气固分离器高温物料进入移动床煅烧反应器；利用移动床中物料的平推流，使得物料的煅烧反应时间均匀，煅烧反应充分、转化率高；同时，高温气固分离器分离出的热气体通过预热器预热物料后进入快速流态化干燥器干燥湿物料；煅烧后的高温物料显热利用快速流态化冷却器回收，同时物料冷却。本发明煅烧工艺具有能耗低、产能大；易于放大的特点，物料煅烧温度在500℃～1300℃可调节，煅烧反应时间可从几分钟到数小时调节。
文档编号F27B15/00GK1632436SQ20051000457
公开日2005年6月29日 申请日期2005年1月18日 优先权日2005年1月18日
发明者卢旭晨 申请人:中国科学院过程工程研究所