磷石膏循环流化床分解制含二氧化硫气体的装置及方法与流程

1.本发明涉及磷石膏资源化利用技术领域，具体涉及磷石膏循环流化床分解制含二氧化硫气体的装置及方法。


背景技术：

2.磷石膏是湿法磷酸工业的副产物，主要成份为硫酸钙，我国磷石膏产量已达7500万吨/年。磷石膏堆放不仅占用大量土地，而且由于磷石膏经雨水浸泡，其中的可溶性p2o5和氟化物等有害物质通过水体向周围环境传递，引起土壤、水系、大气的严重污染。磷石膏的大量堆放已成为制约磷肥工业可持续发展的瓶颈。
3.磷石膏制硫酸联产水泥的工艺路线是磷肥行业内循环经济资源化利用的最有效途径之一，但目前采用的磷石膏回转窑分解技术存在技术落后、能耗高、磷石膏分解率低导致烟气浓度低、水泥熟料品质不稳定等技术问题,难以推广应用。
4.另外，由于磷石膏被列为危险固废，直接作为石膏板等建材及其他方面的使用已受到市场限制。因此，磷石膏无害化处理及综合利用成为固体废物处理处置与资源化领域的研究热点，也是磷化工持续发展的迫切需要。


技术实现要素：

5.本发明专利的目的是提供一种磷石膏循环流化床分解制含二氧化硫气体的装置及方法，解决了磷石膏分解提硫联产水泥技术以及一些固体废物研究综合利用过程中存在的主要问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.磷石膏循环流化床分解制含二氧化硫气体的装置，该装置包括循环流化床、一级旋风分离器和二级旋风分离器；
8.煤进料管线和磷石膏进料管线与常压仓相连，所述的常压仓依次通过锁斗罐和给料仓相连，所述的给料仓通过循环流化床与一级旋风分离器相连，所述一级旋风分离器的顶部输出端依次通过二级旋风分离器、补燃系统与废热锅炉相连。
9.本发明技术方案中：常压仓、锁斗罐和给料仓均与低压氮气的输出管道相连。
10.本发明技术方案中：一级旋风分离器的底部与外置床换热器相连，所述外置床换热器和二级旋风分离器的固体输出端为氧化钙产品，外置床换热器和废热锅炉的气体输出端为蒸汽。
11.本发明技术方案中：废热锅炉的一个输出端与制酸系统相连，另一个输出端依次通过循环风机、混合器和循环流化床的底部相连。
12.一种利用上述的装置实现磷石膏循环流化床分解制含二氧化硫气体的方法，该方法的步骤如下：
13.来自界区的合格原料经煤碳进料管线和磷石膏进料管线按磷石膏与煤质量比3～5:1 混合进入常压仓，然后在锁斗罐中被低压氮气加压，经给料仓送入循环流化床，在co的
气氛下，生成cao和so2；循环流化床运行在常压下，流化床温度1050～1150℃，且磷石膏颗粒在床内停留时间约18-23min；
14.磷石膏煅烧后，烟气从流化床顶部出口先输送至一级旋风分离器进行分离，一级旋风分离器分离后的烟气输送至二级旋风分离器进行分离；烟气中夹带的床料经一级旋风分离器分离后进入外置床换热器回收热量，其中部分返回炉膛，剩余部分与二级旋风分离器中分离出的床料汇总后由总管排出系统；
15.经二级分离的烟气进入补燃系统，与来自界区的补充氧气完全燃烧，燃烧产生的烟气进废热锅炉回收热量，外置床换热器与废热锅炉产生蒸汽经蒸汽总管送出界区；废锅出来的气体，大部分作为循环气，增压后加入氧气进入炉膛，作为煤燃烧与循环流化床流化介质；另一部分送出界区作为制酸工艺原料气。
16.本发明技术方案中：流化床的气化剂为体积比为1～3：1～3的氧气和二氧化碳，流化床炉膛截面积8-10m2，三级布风方式，流化床底部进风60-80％，二次风和三次风各占10-20％。
17.本发明的有益效果：
18.循环流化床作为磷石膏还原分解反应器，将磷石膏在1100℃下与高硫煤进行反应，优化流程的有益效果如下：(1)用高硫煤代替传统焦炭，有效减少原材料成本，降低企业的生产总成本；(2)使高硫煤资源得倒合理利用，开发潜在的硫资源，即实现了磷石膏综合利用，同时缓解了我国硫资源短缺的现状。(3)利用循环流化床对磷石膏进行分解试验研究，旋风分离器分离出磷石膏返回气化炉，提高磷石膏转化率；(4)较高的反应温度(1100℃)能够加速磷石膏分解速率，促进硫酸钙与一氧化碳反应生成氧化钙的主反应进行，减少副反应的发生，提高生产目标产物(cao so2 co2)的反应性能；(5)优化了煤与磷石膏的混合比例，产生还原性气体的同时分解硫酸钙；(6)外置床换热器与废锅共同回收余热产生蒸汽，提高余热利用能力，节能环保。(7)含so2气体中so2浓度可达 20％，可直接作制硫酸工艺原料气，可进一步降低下游制酸成本。(8)将磷石膏处于悬浮态分散在热气流中，分解效率是传统回转窑的20倍。(9)采用纯氧煅烧，可以提高反应效率，同时降低污染物排放。(10)二次补氧燃烧，可提高磷石膏转化率。(11)采用二级旋风分离，可以进一步提高除尘效果。(12)磷石膏分解采用循环流化床，保证磷石膏在塔内停留时间，使其能充分分解，从而大大提高磷石膏的分解率。
附图说明
19.图1是本发明专利结构示意图。
20.图中：1、煤进料管线；2、磷石膏进料管线；3、第一低压氮气；4、第二低压氮气； 5、废渣管线；6、氧气管线；7、蒸汽；8、锅炉给水进料管线；10、含二氧化硫气体；11、氧化钙产品；12、循环流化床；13、外置床换热器；14、混合器；15、补燃系统；16、废热锅炉；17、给料仓；18、循环风机；19、一级旋风分离器；20、二级旋风分离器；21、常压仓；22、锁斗罐。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
22.如图1，磷石膏循环流化床分解制含二氧化硫气体的装置，该装置包括循环流化床
12、一级旋风分离器19和二级旋风分离器20；
23.煤进料管线1和磷石膏进料管线2与常压仓21相连，所述的常压仓21依次通过锁斗罐22和给料仓17相连，所述的给料仓17通过循环流化床12与一级旋风分离器19相连，所述一级旋风分离器19的顶部输出端依次通过二级旋风分离器20、补燃系统15与废热锅炉16相连。常压仓21、锁斗罐22和给料仓17均与低压氮气的输出管道相连。一级旋风分离器19的底部与外置床换热器13相连，所述外置床换热器13和二级旋风分离器20 的固体输出端为氧化钙产品，外置床换热器13和废热锅炉16的气体输出端为蒸汽。废热锅炉16的一个输出端与制酸系统相连，另一个输出端依次通过循环风机18、混合器14 和循环流化床12的底部相连。
24.据图方法如下：
25.来自界区的合格原料经煤碳进料管线1和磷石膏进料管线2按磷石膏与煤质量比4:1 混合进入常压仓21，然后在锁斗罐22中被低压氮气加压，经给料仓17送入循环流化床 12，在co气氛下，生成cao和so2。循环流化床运行在常压下，流化床温度1100℃，且磷石膏颗粒在床内停留时间约18-23min。磷石膏煅烧后，烟气从流化床顶部出口进两级旋风分离器。烟气从流化床顶部出口先输送至一级旋风分离器19进行分离，一级旋风分离器19分离后的烟气输送至二级旋风分离器20进行分离；烟气中夹带的大部分床料经一级旋风分离器19分离后进入外置床换热器13回收热量，其中部分返回炉膛(控制循环倍率30％-35％)，另一部分与二级旋风分离器20中分离出的床料汇总后由总管11排出系统。
26.经二级分离的烟气进入补燃系统15，与来自界区的补充氧气6完全燃烧，燃烧产生的烟气进废热锅炉16回收热量，外置床换热器13与废热锅炉16产生蒸汽经蒸汽总管7 送出界区。废锅出来的气体(so2浓度20％)，大部分作为循环气，增压后加入氧气进入炉膛，作为煤燃烧与循环流化床流化介质；另一部分送出界区作为制酸工艺原料气。
27.本发明开发了磷石膏循环流化床分解制含二氧化硫气体工艺流程，以高硫煤为燃料，富氧燃烧，且通过固体颗粒循环量来控制床内颗粒浓度，保证磷石膏在流化床内的停留时间，使其能充分分解，从而大大提高磷石膏的分解率。以1000吨/天磷石膏处理量为例，气化剂选择体积分数50％氧气 体积分数50％二氧化碳，流化床运行温度1100℃，流化床炉膛截面积8-10m2，三级布风方式，流化床底部进风60-80％，二次风和三次风各占 10-20％，两级旋风除尘，循环倍率30-35。通过控制还原区co浓度1-2％，氧化区o2浓度0.5-1.5％，生成的尾气中二氧化硫浓度为20.48％(干气)。煤与磷石膏在循环流化床中共同气化与燃烧，煤一方面为磷石膏分解提供热量，另一方面为磷石膏分解提供氧化及还原环境，磷石膏转化率不低于99％，流化床出口尾气中so2浓度可到20％。本发明充分利用磷石膏中的潜在硫资源,缓解我国硫资源短缺的现状,解决磷石膏污染问题；同时还可以解决现行钙法烟气脱硫副产物和冶炼厂处理污酸产生的废渣,以及其它生产中产生的废石膏渣资源化利用问题。