CN110803876A - 一种ⅱ型无水石膏热耦合生产装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产装置，所述装置包括依次连接的干燥装置、流化反应器、旋流反应器和冷却单元，所述冷却单元包括至少一级冷却装置，所述冷却单元的冷源出口独立地与干燥装置、流化反应器和旋流反应器的气体入口相连。本发明利用装置的不同特性将石膏物料进行分级煅烧，控制反应进行，再经多级冷却，得到Ⅱ型无水石膏产品，实现了工业副产石膏的资源化利用；所述装置采用多级热耦合技术，将产品冷却阶段的热量充分用于干燥及反应阶段，系统内热量充分利用，实现节能降耗与装置的稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于工业固体废弃物利用技术领域，涉及一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产装置及方法。
背景技术
随着工业的快速发展，天然石膏资源的在开采与消耗的同时，也会排放大量的工业副产石膏，其中工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，也称化学石膏或工业废石膏，主要包括脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、钛石膏等，其中脱硫石膏和磷石膏的产生量约占全部工业副产石膏总量的85％。
工业副产石膏种类众多，不同的工艺操作条件及原料来源造成工业副产石膏成分各异，品质不稳定，由于含有的有害杂质成分多且复杂以及含酸含氟等诸多难题，很难实现一种工艺能够解决所有工业副产石膏的问题，造成其研究和综合应用进展缓慢，大量工业副产石膏的堆积，占用耕地，污染水体和土壤，极大危害了人类生活环境，给工业副产石膏排放企业造成巨大经济和环保压力。
目前，工业副产石膏综合利用主要有两个途径：一是用作水泥缓凝剂，约占工业副产石膏综合利用量的70％；二是生产石膏建材制品，包括纸面石膏板、石膏砌块、石膏空心条板、干混砂浆、石膏砖等，但上述利用途径中，只是对石膏的简单后的应用，石膏中的有害杂质并未充分去除，综合利用率低，而且用作建筑材料时，一般只能用于面材或装饰，难以用作主体结构材料，应用量及应用范围受到限制。因此，需要对石膏进行转化，使之能够代替传统水泥，从而可以大量消化工业副产石膏，解决环保问题。
CN 105985036A公开了一种磷石膏的加工方法，将磷石膏与石灰混合处理后加入烘干煅烧机中，端部配置喷火炉，烘干煅烧机的出口采用分级出口，分别得到半水石膏和无水石膏II，将出口石膏送入搅拌匀化还原输送装置将混合石膏与空气充分接触，将不同形式的石膏进行分配，合格的石膏进行晶体转化，得到成品石膏，但该方法中烘干煅烧机不能精确控制煅烧过程，需要设置分级出口，再进行混合陈化，其生产的是β型石膏粉；烘干煅烧机配置喷火炉，难以控制煅烧时间，造成产品波动较大。
CN 204138536U公开了一种用于干燥和煅烧脱硫石膏的装置，包括依次连接的进料结构、打散结构、气流干燥塔、脉冲布袋除尘器和引风机，所述脉冲布袋除尘器与煅烧沸腾炉连接，脉冲布袋除尘器底部设有螺旋输送结构，螺旋输送结构与煅烧沸腾炉的进料口连接，煅烧沸腾炉的余热出口通过风道与所述打散结构连接；该装置封闭性好，可以生产多种石膏产品，但干燥和煅烧的层次分布不明确，两者温度较低，只能得到半水石膏，应用范围受限。
综上所述，对于工业副产石膏的综合利用，还需要采用不同装置精确控制干燥、煅烧过程，制备应用范围更广的无水石膏产品，同时提高装置中热量的利用率，降低能耗。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产装置及方法，所述装置通过将石膏物料依次进行干燥、流化反应、旋流反应以及多级冷却，利用装置的特性进行分级煅烧，控制停留时间，得到Ⅱ型无水石膏，实现了工业副产石膏的资源化利用；同时采用多级热耦合技术，对装置内部热量充分利用，实现节能降耗。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产装置，所述装置包括依次连接的干燥装置、流化反应器、旋流反应器和冷却单元，所述冷却单元包括至少一级冷却装置，所述冷却单元的冷源出口独立地与干燥装置、流化反应器和旋流反应器的气体入口相连。
本发明中，所述装置利用石膏物料不同阶段的特性依次进行干燥、流化反应、旋流反应以及多级冷却，流化反应和旋流反应为两级煅烧过程，选择不同设备控制停留时间，而成品的多级冷却阶段，热量转移到冷却介质后用于前述干燥、反应的供热，采用多级热耦合技术，将系统热量充分利用，实现节能降耗与装置的稳定运行。
作为本发明优选的技术方案，所述干燥装置包括气流干燥塔。
优选地，所述干燥装置的物料进口处设有打散组件。
本发明中，最初湿物料含水量大，游离水在物料表面，干燥速率快，可以应用闪蒸技术，在气流干燥塔内用气流干燥来完成。石膏物料通过螺旋输送器进入气流干燥器内，其接料部位安装可转动的刀片，确保物料落入气流干燥器内被打散。
气流干燥塔的进气，来自经冷却塔预热的空气，热空气吹浮起打散的湿物料，到达干燥塔上部时，干燥塔内气压降低，物料表面游离水闪蒸为蒸汽，被热空气带走，气流干燥塔出口采用引风机，使塔内保持负压，也有利于水分的分离。粉料经过气流干燥后，通过旋风分离器进行气固分离，粉料收集后通过卸料阀进入流化反应器，干燥乏气体通过除尘后排入大气。
作为本发明优选的技术方案，所述流化反应器的内壁上设有倾斜塔板，所述倾斜塔板的一端与内壁相连；其中相邻塔板设置于内壁上相对的两侧。
优选地，相邻两块倾斜塔板的倾斜方向相反。
优选地，所述倾斜塔板与水平方向的夹角为30～60度，例如30度、35度、40度、45度、50度、55度或60度等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述倾斜塔板上设有泡罩和加热盘管。
优选地，所述加热盘管包括上层加热盘管和下层加热盘管，对应地设置于倾斜塔板的上侧和下侧。
本发明中，所述流化反应器为塔板式加热，塔板倾斜设置，分层折流，板上开孔，孔上安装有泡罩，泡罩上开孔，下方气流通过泡罩与物料直接接触换热，对物料有导流、搅拌作用，塔板上方布置加热盘管，加热盘管内的气体来自旋流反应器的乏气，与物料进行间接换热，在重力和气流的作用下，物料沿着倾斜的塔向下流动，在流动的过程中物料受热反应，其反应温度受加热盘管内热空气温度、流量的控制，物料在反应器内的流速受扰流气体量的控制。
本发明中，流化反应器顶部的乏气，通过旋风分离器进行气固分离，少量粉料收集后通过卸料阀被输送入旋流反应器，气体用于加热气流干燥塔的进风，通过加热盘管内的热空气也进入空气加热器用于加热气流干燥塔的进风。
作为本发明优选的技术方案，所述旋流反应器内设有旋流板。
优选地，所述旋流板的数量为2～8个，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个等。
优选地，所述旋流板呈锥形结构。
本发明中，旋流反应器中布置有多层旋流内件，控制气流螺旋上升，热风炉中燃料燃烧产生的热烟气从旋流反应器下部进入，夹带物料通过旋流板后气流呈螺旋流动，固体物料在离心力和螺旋气流的带动下，沿反应器内壁螺旋上升，当到达下一个旋流板，气流进入设置在旋流板中心的螺旋通道，从中心向上螺旋流动，部分物料在旋流板下外缘没有气流而下落，下落过程中又被上升气流带起。固体物料多次的下落上升并在螺旋气流的带动下缓慢通过旋流反应器；旋流板的数量及气体的流量均可控制物料在反应器内的停留时间。
作为本发明优选的技术方案，所述冷却单元包括依次连接的第一冷却塔、搅龙式冷却器和第二冷却塔，所述第一冷却塔的冷源出口通过热风炉连接至旋流反应器的气体入口，所述旋流反应器的气体出口与流化反应器的气体入口相连，所述第二冷却塔的冷源出口与干燥装置的气体入口相连。
优选地，所述第二冷却塔的冷源出口通过气体加热器与气流干燥塔的气体入口相连。
优选地，所述气体加热器的热源入口与流化反应器的气体出口和/或搅龙式冷却器的冷源出口相连。
本发明中，旋流反应器出料进行多级冷却，出第一冷却塔的热空气一部分输送到流化反应器下部进气，对流化反应器的粉料扰流加热，另一部分进入热风炉与燃料混合燃烧后，进入旋流反应器提供热量；
经第一冷却塔冷却后的成品物料进入搅龙式冷却器，所用介质水被加热或形成蒸汽为气流干燥塔的热风提供热量；之后物料再经第二冷却塔冷却，加热后的空气介质进入气流干燥塔，进行热量回收利用。
优选地，所述装置还包括固液分离装置，所述固液分离装置设置于干燥装置前。
优选地，所述固液分离装置包括离心机。
本发明中，待处理的石膏原料由于含有杂质，需要进行预处理，有时会得到石膏浆液，因此需要先进行初步固液分离。
另一方面，本发明提供了一种采用上述装置热耦合生产Ⅱ型无水石膏的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)石膏物料经干燥后进行流化反应，生成半水石膏；
(2)将步骤(1)得到的半水石膏进行旋流反应，得到Ⅱ型无水石膏；
(3)步骤(2)得到Ⅱ型无水石膏进行冷却，冷却过程中作为冷源的介质升温后为步骤(1)和步骤(2)中的反应供热。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述石膏物料的来源为工业副产石膏。
优选地，步骤(1)所述石膏物料由石膏浆液经固液分离得到。
优选地，步骤(1)所述石膏物料的游离水含量为20～25wt％，例如20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％或25wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述石膏物料干燥前先进行打散，然后进行气流干燥。
优选地，步骤(1)所述干燥后，石膏物料温度为60～80℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述干燥后，石膏物料的游离水含量不大于1wt％，例如1wt％、0.9wt％、0.8wt％、0.7wt％、0.6wt％、0.5wt％或0.4wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述流化反应在流化反应器内进行。
优选地，步骤(1)所述流化反应的温度为130～160℃，例如130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃或160℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述流化反应的时间为20～30min，例如20min、22min、24min、25min、26min、28min或30min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，在上述流化反应条件下，干燥后的石膏物料CaSO4·2H2O脱除部分结合水，转化为CaSO4·0.5H2O。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述旋流反应在旋流反应器内进行。
优选地，步骤(2)所述旋流反应的温度为500～600℃，例如500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述旋流反应器的时间为40～60min，例如40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述旋流反应所需热量由热风炉提供。
优选地，所述热风炉的出口气体温度为750～850℃，例如750℃、760℃、780℃、800℃、820℃、840℃或850℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，热风炉单独设置，可以油、气或煤作为燃料，控制热风炉气体出口温度，进入旋流反应器，将半水石膏CaSO4·0.5H2O进一步转化为无水石膏。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述冷却包括三级冷却，依次在第一冷却塔、搅龙式冷却器和第二冷却塔内进行。
优选地，步骤(3)所述冷却前，Ⅱ型无水石膏的温度为450℃以上，例如450℃、480℃、500℃、520℃、540℃或550℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，一级冷却后物料温度为240～300℃，例如240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，一级冷却所用介质为空气，加热后的空气进入热风炉，与燃料燃烧后依次为旋流反应、流化反应供热。
优选地，二级冷却后物料温度为130～160℃，例如130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃或160℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，二级冷却所用介质为水，加热后形成蒸汽。
优选地，三级冷却后物料温度为40～60℃，例如40℃、45℃、50℃、55℃、或60℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，三级冷却所用介质为空气，再经流化反应器排出气和/或二级冷却后的蒸汽加热后为步骤(1)所述干燥供热。
本发明中，石膏物料从气流干燥塔经过流化反应器，再到旋流反应器，温度逐级升高，三个阶段升温脱水的核心设备其结构形式不同，以适合物流脱水过程的特点，完全脱水后的Ⅱ无水石膏温度高达450℃以上，采用三级冷却，将温度降至适宜温度，送入成品料仓。其中，空气经过第一冷却塔、热风炉是一升温过程，再经流化反应器、空气加热器为降温过程，这是空气在系统内层多级耦合；搅龙式冷却器所产生的蒸汽给热空气再进一步升温，进入干燥塔，这是系统水蒸汽在外层的热耦合；内外层的热耦合将热风炉所产生的热量基本全用于物料的脱水，生产过程的前后升温和降温工序之间采用耦合热交换，以充分利用热能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明利用装置的不同特性将石膏物料进行分级煅烧，控制反应进行，再经多级冷却，得到Ⅱ型无水石膏的纯度满足质量要求，实现了工业副产石膏的资源化利用；
(2)本发明所述装置采用多级热耦合技术，将产品冷却阶段的热量充分用于干燥及反应阶段，系统内热量充分利用，实现节能降耗与装置的稳定运行，热量消耗减少50％以上。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的Ⅱ型无水石膏热耦合生产装置的结构连接示意图；
图2是本发明实施例1提供的流化反应器的内部局部结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的旋流反应器的内部横截面结构示意图；
其中，1-固液分离装置，2-干燥装置，3-流化反应器，31-倾斜塔板，32-泡罩，33-上层加热盘管，34-下层加热盘管，4-旋流反应器，41-旋流板，42-中心风挡，5-第一冷却塔，6-搅龙式冷却器，7-第二冷却塔，8-热风炉，9-第一气体加热器，10-第二气体加热器，11-第三气体加热器。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明，但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产装置及方法，所述装置包括依次连接的干燥装置2、流化反应器3、旋流反应器4和冷却单元，所述冷却单元包括至少一级冷却装置，所述冷却单元的冷源出口独立地与干燥装置2、流化反应器3和旋流反应器4的气体入口相连。
所述方法包括以下步骤：
(1)石膏物料经干燥后进行流化反应，生成半水石膏；
(2)将步骤(1)得到的半水石膏进行旋流反应，得到Ⅱ型无水石膏；
(3)步骤(2)得到Ⅱ型无水石膏进行冷却，冷却过程中作为冷源的介质升温后为步骤(1)和步骤(2)中的反应供热。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产装置，所述装置的结构连接示意图如图1所示，包括依次连接的干燥装置2、流化反应器3、旋流反应器4和冷却单元，所述冷却单元包括至少一级冷却装置，所述冷却单元的冷源出口独立地与干燥装置2、流化反应器3和旋流反应器4的气体入口相连。
所述干燥装置2包括气流干燥塔，所述干燥装置2的物料进口处设有打散组件。
所述流化反应器3的内部局部结构示意图如图2所示，其两侧内壁上自上而下交替设有倾斜塔板31，相邻两块倾斜塔板31的倾斜方向相反，所述倾斜塔板31与水平方向的夹角为50度；
所述倾斜塔板31上设有泡罩32和加热盘管；所述加热盘管包括上层加热盘管33和下层加热盘管34，对应地设置于倾斜塔板31的上侧和下侧。
所述旋流反应器4的内部横截面结构示意图如图3所示，旋流反应器4内设有旋流板41和中心风挡42，所述旋流板41的数量为6个，呈锥形结构；所述中心风挡42呈半球形结构。
所述冷却单元包括依次连接的第一冷却塔5、搅龙式冷却器6和第二冷却塔7，所述第一冷却塔5的气体出口通过热风炉8连接至旋流反应器4的气体入口，所述旋流反应器4的气体出口与流化反应器3的气体入口相连，所述第二冷却塔7的气体出口与干燥装置2的气体入口相连。
所述第二冷却塔7的气体出口依次通过第一气体加热器9、第二气体加热器10和第三气体加热器11与气流干燥塔的气体入口相连。
所述第二气体加热器10的热源入口与流化反应器3的气体出口相连，所述第三气体加热器11的热源入口与搅龙式冷却器6的冷源出口相连。
所述装置还包括固液分离装置1，所述固液分离装置1设置于干燥装置2前，所述固液分离装置1包括离心机。
实施例2：
本实施例提供了一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产装置，所述装置包括依次连接的干燥装置2、流化反应器3、旋流反应器4和冷却单元，所述冷却单元包括至少一级冷却装置，所述冷却单元的冷源出口独立地与干燥装置2、流化反应器3和旋流反应器4的气体入口相连。
所述干燥装置2包括气流干燥塔，所述干燥装置2的物料进口处设有打散组件。
所述流化反应器3的两侧内壁上自上而下交替设有倾斜塔板31，相邻两块倾斜塔板31的倾斜方向相反，所述倾斜塔板31与水平方向的夹角为30度；
所述倾斜塔板31上设有泡罩32和加热盘管；所述加热盘管包括上层加热盘管33和下层加热盘管34，对应地设置于倾斜塔板31的上侧和下侧。
所述旋流反应器4内设有旋流板41和中心风挡42，所述旋流板41的数量为3个，呈锥形结构；所述中心风挡42呈半球形结构。
所述冷却单元包括依次连接的第一冷却塔5、搅龙式冷却器6和第二冷却塔7，所述第一冷却塔5的气体出口分两支，一支通过热风炉8连接至旋流反应器4的气体入口，另一支连接至流化反应器3的下部气体入口，所述旋流反应器4的气体出口与流化反应器3中加热盘管的气体入口相连，所述第二冷却塔7的气体出口与干燥装置2的气体入口相连。
所述第二冷却塔7的气体出口依次通过第二气体加热器10和第三气体加热器11与气流干燥塔的气体入口相连。
所述第二气体加热器10的热源入口与流化反应器3的气体出口相连，所述第三气体加热器11的热源入口与搅龙式冷却器6的冷源出口相连。
实施例3：
本实施例提供了一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：
(1)将工业副产的石膏浆液先进行离心分离，得到游离水含量为20wt％的石膏物料，然后采用气流干燥塔进行打散、干燥，干燥后石膏物料温度为65℃，游离水含量为0.8wt％，在流化反应器3内进行流化反应，反应温度为150℃，反应时间为30min，生成半水石膏；
(2)将步骤(1)得到的半水石膏在旋流反应器4内进行旋流反应，旋流反应温度为500℃，时间为60min，得到Ⅱ型无水石膏，旋流反应所需热量由燃料燃烧提供，燃烧产生的气体温度为800℃；
(3)将步骤(2)得到Ⅱ型无水石膏进行三级冷却，一级冷却在第一冷却塔5内进行，物料由500℃降至250℃，所用介质空气被加热后进入热风炉8，与燃料燃烧后依次为旋流反应、流化反应供热，二级冷却在搅龙式冷却器6内进行，冷却后物料温度为150℃，所用介质水被加热后形成蒸汽，三级冷却在第二冷却塔7内进行，冷却后物料温度为50℃，所用介质空气被加热后被流化反应乏气和二级冷却后的蒸汽加热为步骤(1)中干燥供热。
本实施例中，石膏物料经过干燥、分级煅烧和多级冷却，得到的Ⅱ型无水石膏的纯度满足质量要求，该过程采用多级热耦合技术，将产品冷却阶段的热量充分用于干燥及反应阶段，系统内热量充分利用，实现节能降耗，热量消耗可减少50％以上。
实施例4：
本实施例提供了一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：
(1)将工业副产的石膏浆液先进行离心分离，得到游离水含量为25wt％的石膏物料，然后采用气流干燥塔进行打散、干燥，干燥后石膏物料温度为75℃，游离水含量为1wt％，在流化反应器3内进行流化反应，反应温度为135℃，反应时间为25min，生成半水石膏；
(2)将步骤(1)得到的半水石膏在旋流反应器4内进行旋流反应，旋流反应温度为600℃，时间为40min，得到Ⅱ型无水石膏，旋流反应所需热量由燃料燃烧提供，燃烧产生的气体温度为850℃；
(3)将步骤(2)得到Ⅱ型无水石膏进行三级冷却，一级冷却在第一冷却塔5内进行，物料由550℃降至280℃，所用介质空气被加热后进入热风炉8，与燃料燃烧后依次为旋流反应、流化反应供热，二级冷却在搅龙式冷却器6内进行，冷却后物料温度为160℃，所用介质水被加热后形成蒸汽，三级冷却在第二冷却塔7内进行，冷却后物料温度为60℃，所用介质空气被加热后被流化反应乏气和二级冷却后的蒸汽加热为步骤(1)中干燥供热。
本实施例中，石膏物料经过干燥、分级煅烧和多级冷却，得到的Ⅱ型无水石膏的纯度满足质量要求，该过程采用多级热耦合技术，将产品冷却阶段的热量充分用于干燥及反应阶段，系统内热量充分利用，实现节能降耗，热量消耗可减少50％以上。
实施例5：
本实施例提供了一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产方法，所述方法采用实施例2中的装置进行，包括以下步骤：
(1)将工业副产的游离水含量为22wt％的石膏物料采用气流干燥塔进行打散、干燥，干燥后石膏物料温度为60℃，游离水含量为0.6wt％，在流化反应器3内进行流化反应，反应温度为160℃，反应时间为20min，生成半水石膏；
(2)将步骤(1)得到的半水石膏在旋流反应器4内进行旋流反应，旋流反应温度为550℃，时间为50min，得到Ⅱ型无水石膏，旋流反应所需热量由燃料燃烧提供，燃烧产生的气体温度为750℃；
(3)将步骤(2)得到Ⅱ型无水石膏进行三级冷却，一级冷却在第一冷却塔5内进行，物料由520℃降至240℃，所用介质空气被加热后一部分进入流化反应器3，另一部分进入热风炉8，与燃料燃烧后依次为旋流反应、流化反应供热，二级冷却在搅龙式冷却器6内进行，冷却后物料温度为130℃，所用介质水被加热后形成蒸汽，三级冷却在第二冷却塔7内进行，冷却后物料温度为40℃，所用介质空气被加热后被流化反应乏气和二级冷却后的蒸汽加热为步骤(1)中干燥供热。
本实施例中，石膏物料经过干燥、分级煅烧和多级冷却，得到的Ⅱ型无水石膏的纯度满足质量要求，该过程采用多级热耦合技术，将产品冷却阶段的热量充分用于干燥及反应阶段，系统内热量充分利用，实现节能降耗，热量消耗可减少50％以上。
综合上述实施例可以看出，本发明利用装置的不同特性将石膏物料进行分级煅烧，控制反应进行，再经多级冷却，得到Ⅱ型无水石膏的纯度满足质量要求，实现了工业副产石膏的资源化利用；所述装置采用多级热耦合技术，将产品冷却阶段的热量充分用于干燥及反应阶段，系统内热量充分利用，实现节能降耗与装置的稳定运行。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置与方法，但本发明并不局限于上述详细装置与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置的等效替换及辅助装置的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种Ⅱ型无水石膏热耦合生产装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的干燥装置、流化反应器、旋流反应器和冷却单元，所述冷却单元包括至少一级冷却装置，所述冷却单元的冷源出口独立地与干燥装置、流化反应器和旋流反应器的气体入口相连。
2.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于，所述干燥装置包括气流干燥塔；
优选地，所述干燥装置的物料进口处设有打散组件。
3.根据权利要求1或2所述的生产装置，其特征在于，所述流化反应器的内壁上设有倾斜塔板，所述倾斜塔板的一端与内壁相连；
优选地，相邻两块倾斜塔板的倾斜方向相反；
优选地，所述倾斜塔板与水平方向的夹角为30～60度；
优选地，所述倾斜塔板上设有泡罩和加热盘管；
优选地，所述加热盘管包括上层加热盘管和下层加热盘管，对应地设置于倾斜塔板的上侧和下侧。
4.根据权利要求1-3任一项所述的生产装置，其特征在于，所述旋流反应器内设有旋流板；
优选地，所述旋流板的数量为2～8个；
优选地，所述旋流板呈锥形结构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的生产装置，其特征在于，所述冷却单元包括依次连接的第一冷却塔、搅龙式冷却器和第二冷却塔，所述第一冷却塔的冷源出口通过热风炉连接至旋流反应器的气体入口，所述旋流反应器的气体出口与流化反应器的气体入口相连，所述第二冷却塔的冷源出口与干燥装置的气体入口相连；
优选地，所述第二冷却塔的冷源出口通过气体加热器与气流干燥塔的气体入口相连；
优选地，所述气体加热器的热源入口与流化反应器的气体出口和/或搅龙式冷却器的冷源出口相连；
优选地，所述装置还包括固液分离装置，所述固液分离装置设置于干燥装置前；
优选地，所述固液分离装置包括离心机。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述的装置热耦合生产Ⅱ型无水石膏的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)石膏物料经干燥后进行流化反应，生成半水石膏；
(2)将步骤(1)得到的半水石膏进行旋流反应，得到Ⅱ型无水石膏；
(3)将步骤(2)得到Ⅱ型无水石膏进行冷却，冷却过程中作为冷源的介质升温后为步骤(1)和步骤(2)中的反应供热。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述石膏物料的来源为工业副产石膏；
优选地，步骤(1)所述石膏物料由石膏浆液经固液分离得到；
优选地，步骤(1)所述石膏物料的游离水含量为20～25wt％；
优选地，步骤(1)所述石膏物料干燥前先进行打散，然后进行气流干燥；
优选地，步骤(1)所述干燥后，石膏物料温度为60～80℃；
优选地，步骤(1)所述干燥后，石膏物料的游离水含量不大于1wt％。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述流化反应在流化反应器内进行；
优选地，步骤(1)所述流化反应的温度为130～160℃；
优选地，步骤(1)所述流化反应的时间为20～30min。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述旋流反应在旋流反应器内进行；
优选地，步骤(2)所述旋流反应的温度为500～600℃；
优选地，步骤(2)所述旋流反应器的时间为40～60min；
优选地，步骤(2)所述旋流反应所需热量由热风炉提供；
优选地，所述热风炉的出口气体温度为750～850℃。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述冷却包括三级冷却，依次在第一冷却塔、搅龙式冷却器和第二冷却塔内进行；
优选地，步骤(3)所述冷却前，Ⅱ型无水石膏的温度为450℃以上，一级冷却后物料温度为240～300℃；
优选地，一级冷却所用介质为空气，加热后的空气进入热风炉，与燃料燃烧后依次为旋流反应、流化反应供热；
优选地，二级冷却后物料温度为130～160℃；
优选地，二级冷却所用介质为水，加热后形成蒸汽；
优选地，三级冷却后物料温度为40～60℃；
优选地，三级冷却所用介质为空气，再经流化反应器排出气和/或二级冷却后的蒸汽加热后为步骤(1)所述干燥供热。
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