[发明专利]用煤在多级多气氛流化床炉中还原石膏生产SO2和CaO

说明书

所属技术领域

本发明是一种用煤还原石膏生产SO₂和CaO，特别是在多级多气氛流化床炉中还原石膏生产SO₂和CaO的技术。 

背景技术

高温下分解石膏的方法很多，以加热设备分为回转窑和流化床炉两类，其基本区分是回转窑处于高温运作，而从石膏中分解出来的CaO用于制水泥；流化床炉温度低得多，固体产物仍为CaO。鉴于回转窑分解石膏工艺有许多问题难以解决，我国水泥熟料产量又趋于饱和，本发明选择流化床炉。 

在氧化气氛下，石膏的分解温度高达1350℃以上，而在较强的还原气氛下，在950～1000℃时即可完成分解，其主反应式可以表示为： 

CaSO₄+CO＝CaO+SO₂+CO₂

在这一温度区间，燃煤流化床炉可以良好运行。但是，用于还原石膏会出现许多问题。 

首先，该反应是强吸热反应，而反应温度区的上限应低于物料的软化温度，下限不低于950℃，其范围太窄，因此物料只有在一个能良好供热的环境下，反应才能连续进行，实现良好供热一般靠大的温压或大的传热系数，受温度上限影响，无法得到大的温压，只能依赖大的传热系数，只有流化床炉的密相区具有这一条件； 

其次，该反应产物气体量大于反应前，因此在反应颗粒周围存在斯蒂芬流，阻碍CO向颗粒扩散，只有强化颗粒表面的质交换方能加速反应的进行，同样，只有流化床炉的密相区具有这一条件，可以认为，待反应物料在流化床炉的密相区有足够长的停留时间是必要条件； 

流化床炉适于处理与气流有较大滑移速度的物料，这种物料与气流间质热交换都较强烈，它们或可长期在密相区停留，或可被分离器分离，形成循环，同样可在密相区有较长的停留时间。然而，大量的工业副产石膏，如磷石膏、氟石膏和烟气脱硫石膏干燥后的粒径都很细小，分解后的CaO颗粒就更细而且重度小，不进一步加工，它们在流化床炉中难以保证有足够的停留时间，反应率将很低； 

供热的煤燃烧和石膏还原分解两个反应同时在流化床炉的密相区进行，它们对气氛的要求存在矛盾，现有燃煤流化床炉均采用较高气速，高气速流化床中这一矛盾更为突出，即使乳化团内达到强还原气氛，仍然可能有部分氧通过气泡逸出，另外，要在高气速床密相区内有较长的停留时间，必须增加料层厚度，需要高的动力消耗； 

高温反应产物必须在还原气氛下完成气固分离，而没有完成良好分离的含SO₂和CaO的气固混合物，一旦转入氧化气氛和低于950℃，SO₂和CaO以及O₂又将重新化合，逆反应将显著降低分解率，常用于高温气固分离的旋风分离器难以使粒径小于50μ的颗粒得到较高效率的分离，这一状况也决定不宜使用细小的物料； 

另外，强还原气氛将会带来一系列的负面效应，需要采取措施加以消除。第一个负面效应是副反应产物，如CaS、H₂S以及单体硫，需要将反应产物再氧化才能消除这些副反应产物；其次是固体和气体排出物中含有相当多的可燃物 一碳或CO，它们也需要进一步燃尽，如果燃尽全部是在主反应炉外完成，CO或碳含量过高均将带来较高的温升，影响安全运行，因此要求在炉内就进行气氛的适当转化； 

由于石膏分解是强吸热反应，为提供热量而燃煤所产生的烟气将稀释产品气中的SO₂浓度，而该浓度值与制硫酸工艺的环境影响及经济性有关，提高SO₂浓度的主要方法是提高入炉固体和气体物料的温度，减少主反应过程所需物理热以及降低离开主反应区的气体中的CO含量。如果是通过回收排出物料的热量来实现，还将降低系统的总能耗，但在回收技术路线上有较大差异，常见的是用多级旋风分离器进行气固热交换，这种方法适于粉料而不适合粒料。另外，如果SO₂的无氧浓度为11％时，受气体热焓量和旋风分离器内换热效果差的限制，固体物料的终温将比气体的初温低400℃以上，在主反应区内还需要较多的温升热量。 

发明内容