本发明属于石膏制硫酸联产石灰领域，尤其涉及一种石膏制硫酸联产石灰的工艺及装置。
背景技术
现有技术和缺陷：
典型的工业副产石膏包括磷石膏、脱硫石膏、盐石膏、氟石膏等。我国磷石膏年排放量已超过5000万吨(累计堆放量超过2.5亿吨)，脱硫石膏年排放量已达4300万吨，盐石膏年排放量为500余万吨，而且这些工业副产石膏将随着磷复肥等工业的发展而持续增加。磷石膏因成分复杂，一般含有有害物质，其利用率更是不足20％，长期堆放不仅占用大量土地，而且易造成环境污染，其综合利用迫在眉睫。
目前石灰生产一般的原料为石灰石，一般生产的工艺为采用回转窑、立窑、麦尔玆窑三种方法，要求矿石原料的品位较高，对自然资源的较为依赖，如果能采用磷石膏等工业副产石膏替代石灰石生产石灰，烟气用来制硫酸，可以综合解决磷石膏的污染问题，同时实现一定的经济收益。硫酸是重要的基础化工原料，据了解，烟气中so2的浓度提高1％，制酸系统投资约降低10％。
有学者研发石膏悬浮态分解装置，但至今未实现工业化生产。由于悬浮态下，以焦炭为还原剂的固固反应不易发生，而以co为还原剂的气固反应更易发生，并且温度超过1200℃时流态化装置不易控制，物料发粘，系统的运转率得不到保证。也有单独采用回转窑煅烧磷石膏制石灰的报道，其缺点一是制酸烟气so2浓度较低，二是未回收利用系统的烟气余热，系统能耗较高。
解决上述技术问题的难度和意义：
因此，基于这些问题，提供一种能够降低生产石灰燃料消耗且能提高so2浓度的石膏制硫酸联产石灰的工艺及装置具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够降低生产石灰燃料消耗且能提高so2浓度的石膏制硫酸联产石灰的工艺。
本发明另一目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够降低生产石灰燃料消耗且能提高so2浓度的石膏制硫酸联产石灰的装置。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种石膏制硫酸联产石灰的工艺，所述石膏制硫酸联产石灰的工艺包括以下步骤：
步骤一：将含石膏和还原剂粉磨后的生料进行烘干，脱除生料中的物理水和结晶水；
步骤二：烘干后的生料进入预热后，进行煅烧分解，生成石灰。
本发明将石膏脱水消耗的热量从预热器的热耗中分离出来，减少产生这部分热量所需的燃料燃烧在烧成系统中产生的废气量，脱水形成的水蒸气不与制硫酸的烟气混合，制酸烟气中的水蒸气含量减少，烟气露点温度得以提高，可降低设备的腐蚀风险，整个工艺能耗低、使用燃料少进而产生的废气总量少，可提高烟气中so2的浓度，为后续的制硫酸工序创造有利条件；预热器对废气余热进行了充分利用，回转窑对物料的煅烧可控、生产效率高。本发明具有能耗低、可靠性高、so2烟气浓度高的优点，可进行规模化处置磷石膏生产石灰。
本发明还可以采用以下技术方案：
在上述的石膏制硫酸联产石灰的工艺中，进一步的，所述步骤一中烘干工艺所产生的气体进入粉磨工序。
本发明烘干装置的废气与预热器出口的废气隔离进入粉磨工序，用于原料磨烘干，由于烘干装置的热风源也可给原料磨系统供热风，作为原料粉磨的补充烘干热源，这样不必为原料磨系统单独设热风炉，可简化系统流程。
在上述的石膏制硫酸联产石灰的工艺中，进一步的，所述步骤二中预热工艺所产生的气体与自然空气换热后进入制酸程序，换热后的自然空气进入热风炉，热风炉出口气体进入烘干工艺。
本发明出回转窑的废气经预热器与生料换热降温后形成制酸烟气(260～400℃)，预热器出口的气体含so2可用于制酸，制酸烟气经过热交换器加热空气后进入制酸工序，同时，制酸烟气通过热交换器将热量传递给空气，空气进入热风炉，热风炉产生的高温气体进入烘干装置用来烘干脱水，回收了制酸烟气的热量。热风炉提供烘干装置的热源，降低了回转窑的燃料用量以及由此产生的废气，提高了制酸烟气的so2浓度至11％以上。
在上述的石膏制硫酸联产石灰的工艺中，进一步的，所述步骤二中预热工艺所产生的气体与自然空气换热后进入制酸程序，换热后的自然空气进入热风炉，热风炉出口气体进入粉磨工序。
本发明热风炉出口，可预留去原料磨的旁路，热风炉也可直接给原料磨系统供热风，作为原料粉磨的补充烘干热源。
在上述的石膏制硫酸联产石灰的工艺中，进一步的，所述石膏为磷石膏、脱硫石膏、氟石膏和天然石膏中的至少一种，所述还原剂是焦炭、无烟煤、石油焦和高硫煤中的至少一种，所述还原剂的n(c)/n(so3)为0.5～0.8，所述磷石膏制硫酸联产石灰的工艺所使用的燃料是煤粉、天然气和重油中的至少一种。
一种石膏制硫酸联产石灰的装置，所述石膏制硫酸联产石灰的装置包括依次连接的烘干装置、预热器、回转窑和冷却机。
在上述的石膏制硫酸联产石灰的装置中，进一步的，所述磷石膏制硫酸联产石灰的装置还包括与预热器相通的热交换器和热风炉，所述热交换器对预热器所产生的气体与空气进行换热，换热后的空气通过管道进入所述热风炉。
本发明预热器出口的制酸烟气通过管道与热交换器连接，冷空气通过热交换器与烟气间接换热后进入热风炉作为助燃空气，热风炉提供热源即热风进入烘干装置。
在上述的石膏制硫酸联产石灰的装置中，进一步的，所述烘干装置包括烘干管道和与所述烘干管道相连接的收尘旋风筒，所述收尘旋风筒下面安装有分料阀，所述烘干管道的进口设有撒料装置。
本发明烘干装置的收尘旋风筒收下来的物料进入预热器，出口废气送入粉磨工序，烘干管道上设有用于喂入生料的撒料装置，烘干管道的热源来自热风炉。
在上述的石膏制硫酸联产石灰的装置中，进一步的，所述预热器为一级旋风筒至四级旋风筒串联，所述烘干装置的收尘旋风筒的下料管通过分料阀与所述预热器的每个旋风筒的进风管分别连接，最上一级旋风筒出口的废气与所述热交换器相连，最下一级旋风筒与所述回转窑连接。物料来自于烘干装置，预热器的气体来自于回转窑。
本发明烘干装置需要根据系统运行的不同情况，喂入其下不同位置的旋风筒，以便控制预热器出口的制酸烟气温度和生料在预热器中的料温，避免还原剂提前燃烧，烘干装置的物料通过分料阀可根据需要进入预热器不同部位。
在上述的石膏制硫酸联产石灰的装置中，进一步的，所述回转窑转速为0～4rpm。
本发明回转窑提供了合理的停留时间供石膏分解，比悬浮煅烧更容易控制煅烧温度(1100～1300℃)，防止以往专利沸腾煅烧产生的预热器堵塞。
综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：
1、本发明将石膏的烘干脱水过程由以往的在预热器系统内或者回转窑内移至烘干装置内，使石膏脱水消耗的热量从烧成系统的热耗中分离出来，从而减少产生这部分热量所需的燃料燃烧在烧成系统中产生的废气量，并且脱水形成的水蒸气不与制硫酸的烟气相混，可提高烟气中so2的浓度，为后续的制硫酸工序创造有利条件。
2、本发明制酸烟气中的水蒸气含量减少，烟气露点温度得以提高，可降低设备的腐蚀风险。
3、本发明出烘干装置的废气用于原料磨烘干，出预热器的制酸烟气通过热交换器加热空气，并将热空气引至热风炉使用，可有效利用废气的余热，降低系统热耗。
4、本发明烘干装置的热风源也可给原料磨系统供热风，作为原料粉磨的补充烘干热源，这样不必为原料磨系统单独设热风炉，可简化系统流程。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明的结构示意图。
图中：
1、烘干装置，2、预热器，3、回转窑，4、冷却机，5、热交换器，6、热风炉；
1-1、撒料装置，1-2、烘干管道，1-3、收尘旋风筒，1-4、分料阀；
2-1、一级旋风筒，2-2、二级旋风筒，2-3、三级旋风筒，2-4、四级旋风，2-5，预热器与回转窑连接管道；
3-1、烟室，3-2、窑头燃烧器。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的石膏制硫酸联产石灰的工艺及装置的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。
将理解，当据称将部件“连接”到另一个部件时，它可以直接连接到另一个部件或可以存在中间部件。相反，当据称将部件“直接连接”到另一个部件时，则表示不存在中间部件。
图1给出了本发明的工艺流程示意图，并且通过图2示出了本发明的结构示意图，下面就结合图1至图2具体说明本发明。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
一种石膏制硫酸联产石灰的工艺，所述石膏制硫酸联产石灰的工艺包括以下步骤：
步骤一：将含石膏和还原剂粉磨后的生料进行烘干，脱除生料中的物理水和结晶水；
步骤二：烘干后的生料进入预热后，进行煅烧分解，生成石灰。
本发明将石膏脱水消耗的热量从预热器2的热耗中分离出来，减少产生这部分热量所需的燃料燃烧在烧成系统中产生的废气量，脱水形成的水蒸气不与制硫酸的烟气混合，制酸烟气中的水蒸气含量减少，烟气露点温度得以提高，可降低设备的腐蚀风险，整个工艺能耗低、使用燃料少进而产生的废气总量少，可提高烟气中so2的浓度，为后续的制硫酸工序创造有利条件；预热器2对废气余热进行了充分利用，回转窑3对物料的煅烧可控、生产效率高。本发明具有能耗低、可靠性高、so2烟气浓度高的优点，可进行规模化处置磷石膏生产石灰。
更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述步骤一中烘干工艺所产生的气体进入粉磨工序。
本发明烘干装置1的废气与预热器2出口的废气隔离进入粉磨工序，用于原料磨烘干，由于烘干装置1的热风源也可给原料磨系统供热风，作为原料粉磨的补充烘干热源，这样不必为原料磨系统单独设热风炉6，可简化系统流程。
更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述步骤二中预热工艺所产生的气体与自然空气换热后进入制酸程序，换热后的自然空气进入热风炉6，热风炉6出口气体进入烘干工艺。
本发明出回转窑3的废气经预热器2与生料换热降温后形成制酸烟气(260～400℃)，预热器2出口的气体含so2可用于制酸，制酸烟气经过热交换器5加热空气后进入制酸工序，同时，制酸烟气通过热交换器5将热量传递给空气，空气进入热风炉6，热风炉6产生的高温气体进入烘干装置1用来烘干脱水，回收了制酸烟气的热量。热风炉6提供烘干装置1的热源，降低了回转窑3的燃料用量以及由此产生的废气，提高了制酸烟气的so2浓度。
出回转窑3的废气经预热器2与生料换热降温后形成制酸烟气(260～400℃)经热交换器5进入制酸工序，烘干装置1的废气与预热器2出口的废气隔离进入粉磨工序，预热器2出口的制酸烟气经过热交换器5回收热量加热冷空气进入热风炉6，烘干装置1的热源来自于热风炉6降低了回转窑3的燃料用量以及由此产生的废气，预热器2进行了热回收降低了燃料用量及由此产生的废气，此三种途径提高了制酸烟气的so2浓度。
需要指出的是，所述步骤二中预热工艺所产生的气体与自然空气换热后进入制酸程序，换热后的自然空气进入热风炉6，热风炉6出口气体进入粉磨工序，所述步骤二中冷却机4产生的热空气一分部进入回转窑3，余下部分进入热风炉6。
本发明热风炉6出口，可预留去原料磨的旁路，热风炉6也可直接给原料磨系统供热风，作为原料粉磨的补充烘干热源。
需要指出的是，所述石膏为磷石膏、脱硫石膏、氟石膏和天然石膏中的至少一种，所述还原剂是焦炭、无烟煤、石油焦和高硫煤中的至少一种，要求挥发分尽可能低(≤8％)；所述还原剂的挥发分尽可能低，挥发分过高，越容易提前释放热量，容易产生结皮，一般我们要求5％，所述还原剂的n(c)/n(so3)为0.5～0.8，所述磷石膏制硫酸联产石灰的工艺所使用的燃料是煤粉、天然气和重油中的至少一种。
实施例一：采用磷石膏和焦炭配料，磷石膏质量占比90％-95％，焦炭质量占比10-5％，预热器2采用四级预热器2时，热耗为1150-1450kcal/kg石灰产品，预热器2出口so2浓度≥11.6％。
实施例二：采用脱硫石膏和焦炭配料，磷石膏质量占比90％-95％，焦炭质量占比10-5％，预热器2采用四级预热器2时，热耗为1150-1450kcal/kg石灰产品，预热器2出口so2浓度≥11.6％。
实施例三：采用氟石膏和焦炭配料，磷石膏质量占比90％-95％，焦炭质量占比10-5％，预热器2采用四级预热器2时，热耗为1150-1450kcal/kg石灰产品，预热器2出口so2浓度≥11.6％。
磷石膏、氟石膏、脱硫石膏，性质都差不多，有害成分略有差别，可以控制在一样的能耗和so2。
实施例四：采用天然石膏和焦炭配料，天然石膏质量占比90％-95％，焦炭质量占比10-5％，预热器2采用四级预热器2时，热耗为1150-1450kcal/kg石灰产品；预热器2出口so2浓度≥12.3％。
实施例五：采用磷石膏和焦炭配料，磷石膏质量占比90％-95％，焦炭质量占比10-5％，预热器2采用三级预热器2时，热耗为1250-1550kcal/kg石灰产品，预热器2出口so2浓度≥10％。
实施例六：采用脱硫石膏和石油焦配料，磷石膏质量占比90％-95％，石油焦质量占比10-5％，预热器2采用三级预热器2时，热耗为1300-1500kcal/kg石灰产品，预热器2出口so2浓度≥10.0％。
实施例七：采用脱硫石膏和高硫煤配料，磷石膏质量占比90％-95％，石油焦质量占比10-5％，预热器2采用三级预热器2时，热耗为1300-1500kcal/kg石灰产品，预热器2出口so2浓度≥10.0％。
实施例八：采用氟石膏和石油焦配料，磷石膏质量占比90％-95％，石油焦质量占比10-5％，预热器2采用三级预热器2时，热耗为1300-1500kcal/kg石灰产品，预热器2出口so2浓度≥10.0％。
实施例九：采用氟石膏和高硫煤配料，磷石膏质量占比90％-95％，石油焦质量占比10-5％，预热器2采用三级预热器2时，热耗为1300-1500kcal/kg石灰产品，预热器2出口so2浓度≥10.0％。
一种石膏制硫酸联产石灰的装置，所述石膏制硫酸联产石灰的装置包括依次连接的烘干装置1、预热器2、回转窑3和冷却机4。
更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述磷石膏制硫酸联产石灰的装置还包括与预热器2相通的热交换器5和热风炉6，所述热交换器5对预热器2所产生的气体与空气进行换热，换热后的空气通过管道进入所述热风炉6。所述预热器2与回转窑3通过预热器与回转窑连接管道2-5连接。
本发明预热器2出口的制酸烟气通过管道与热交换器5连接，冷空气通过热交换器5与烟气间接换热后进入热风炉6作为助燃空气，热风炉6提供热源即热风进入烘干装置1。
需要指出的是，所述烘干装置1包括烘干管道1-2和与所述烘干管道1-2相连接的收尘旋风筒1-3，所述收尘旋风筒1-3下面安装有分料阀1-4，所述烘干管道1-2的进口设有撒料装置1-1。
本发明烘干装置1的收尘旋风筒1-3收下来的物料进入预热器2，出口废气送入粉磨工序，烘干管道1-2上设有用于喂入生料的撒料装置1-1，烘干管道1-2的热源来自热风炉6。
需要指出的是，所述预热器2为一级旋风筒2-1至四级旋风筒2-4串联，所述烘干装置1的收尘旋风筒1-3的下料管通过分料阀1-4与所述预热器2的每个旋风筒的进风管分别连接，最上一级旋风筒出口的废气与所述热交换器5相连，最下一级旋风筒与所述回转窑3连接。物料来自于烘干装置1，预热器2的气体来自于回转窑3。
所述预热器2包括一级旋风筒2-1、二级旋风筒2-2、三级旋风筒2-3和四级旋风筒2-4。同时，所述预热器2中旋风筒的个数不仅限于四个。
本发明烘干装置1需要根据系统运行的不同情况，喂入其下不同位置的旋风筒，以便控制预热器2出口的制酸烟气温度和生料在预热器2中的料温，避免还原剂提前燃烧，烘干装置1的物料通过分料阀1-4可根据需要进入预热器2不同部位。
需要指出的是，所述回转窑3转速为0～4rpm，所述回转窑3带有烟室3-1和窑头燃烧器3-2，所述回转窑3烟室3-1内设有温度测点。
本发明回转窑3提供了合理的停留时间供石膏分解，比悬浮煅烧更容易控制煅烧温度(1100～1300℃)，这样烟室3-1的温度易于控制(烟室3-1带有温度测点，控制范围550-850℃)，防止以往专利沸腾煅烧产生的预热器2堵塞。
所述冷却机4为篦式冷却机4、回转式冷却机4或者第三代冷却机4，冷却机4的冷空气经过回转窑3出来的热料热交换加热后，进入窑助燃燃料，余下部分进入热风炉6。
作为举例，在本发明中，采取以下步骤：
步骤一：将含石膏和还原剂粉磨后的生料通过烘干装置1完全脱除生料中的物理水和结晶水；
步骤二：烘干后的生料进入预热器2与回转窑3内出来的废气换热后，进入回转窑3煅烧分解生成石灰；
步骤三：进入冷却机4冷却，获得最终石灰产品。
所述冷却机4为篦式冷却机4、回转式冷却机4或者第三代冷却机4，自然空气作为冷却风，自然通入或者通过鼓风机进入冷却机4。冷却机4的冷空气经过回转窑3出来的热料热交换加热后，进入窑助燃燃料，余下部分进入热风炉6。
本发明将生料脱水过程从预热器2中脱离出来在烘干装置1中单独进行。利用回转窑3对预热生料进行煅烧。窑尾出预热器2废气用于加热空气，热空气所携带热量用于烘干装置1对生料进行脱水。烘干装置1的下料管通过分料阀1-4可以与预热器2的每个旋风筒的进风管进行连接，实现预热器2旋风筒不同级数之间的切换。
本发明的工作过程及原理：
将含石膏和还原剂的生料喂入烘干装置1，利用由热风源提供的热风对生料进行烘干和脱水，以去除生料中尚存的少量物理水和石膏中的结晶水，通过控制烘干脱水装置的出口温度，可以保证完全脱除生料中的物理水和结晶水。烘干装置1包括烘干管道1-2炉和收尘旋风筒1-3，含尘气体经收尘旋风筒1-3实现气料分离后，根据系统运行的不同情况，本着还原剂在预热器2中不能被点燃且尽量提高原料入窑温度的原则，通过调节连接烘干装置1与预热器2下料的分料阀1-4，将热生料喂入预热器2的某级旋风筒的进风管，进行后续换热，出最下一级旋风筒2-1的热生料进入回转窑3进行分解和煅烧。出烘干装置1的烘干废气引至原料磨作为烘干热源；出预热器2的制酸烟气管道上设置热交换器5，利用热交换器5回收的热焓加热空气，并将热空气引至热风炉6使用，降温后的烟气经净化处理后用于制硫酸。
所述的烘干装置1可为管道式或流化床式等结构型式，其进风口与热风炉6的供风管道相连接，出风口也是出料口与预热器2相连接；烘干装置1内热风与生料以悬浮态进行换热，可在管道式烘干装置1上设置数个缩口，以形成喷腾效应，强化气、料之间的换热；充分换热后的含尘气流温度控制在150～300℃，在保证完全脱除生料中的物理水和结晶水的情况下，尽量将含尘气流的温度控制得低一些，以减少烘干热耗。烘干装置1的布置可以嵌入预热器2塔架中，使得整个系统的设计更加紧凑。
本发明可通过控制烘干装置1的出口温度，确保将生料中的物理水和结晶水完全脱除，使石膏脱水消耗的热量从烧成系统的热耗中分离出来，从而减少产生这部分热量所需的燃料燃烧在烧成系统中产生的废气量，并且脱水形成的水蒸气也不与制硫酸的烟气相混，从而提高烟气中so2的浓度，为后续的制硫酸工序创造有利条件。同时，由于烟气中水蒸气含量减少，烟气露点温度得以提高，可降低设备的腐蚀风险。烘干后的热生料直接进入预热器2，减少以往工艺过程中的中间储存环节，有利于利用出烘干系统的生料热焓，降低烧成系统的热耗。出烘干装置1的烘干废气用于原料磨烘干，出预热器2的制酸烟气通过热交换器5可加热空气，并将热空气引至热风炉6使用，有效利用废气的余热。通过有效利用烘干废气和制酸烟气的余热，达到了系统节能的目的，降低系统热耗。
综上所述，本发明可提供一种能够降低生产石灰燃料消耗且能提高so2浓度的石膏制硫酸联产石灰的工艺及装置。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。