生产建筑石膏的新型工艺及装备
阅读说明：本技术 生产建筑石膏的新型工艺及装备 (Novel process and equipment for producing building gypsum ) 是由 张路 张宏伟 李明 晃阳 王容飞 王连伟 杭琪 王广兴 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种生产建筑石膏的新型工艺及装备,其中生产建筑石膏的新型装备包括一种生产建筑石膏的新型装备,包括进料系统、混料装置、颗粒传热烘干机、螺旋筛和沸腾式煅烧系统,以及与沸腾式煅烧系统连通的除尘系统,还包括连通混料装置与沸腾式煅烧系统的热物料返回系统；颗粒传热烘干机的出料端设有三级蒸汽余热换热装置。本发明通过蒸汽的三级梯度利用,实现生产优质建筑石膏的低温慢烧；减少系统外排湿热空气的热量,符合低碳、节能要求；通过颗粒传热烘干机,冷料和热料高效混合传热,迅速脱除吸附水,杜绝了设备的腐蚀漏气并降低了传动能耗；通过在沸腾炉内的二级慢速煅烧,避免了因过烧而产生无水石膏Ⅲ,提高了建筑石膏品质和稳定性。(The invention relates to a novel process and equipment for producing building gypsum, wherein the novel equipment for producing building gypsum comprises novel equipment for producing building gypsum, a dust removal system and a hot material return system, wherein the novel equipment comprises a feeding system, a mixing device, a particle heat transfer drying machine, a spiral screen, a boiling type calcining system, a dust removal system and a hot material return system, the dust removal system is communicated with the boiling type calcining system, and the hot material return system is communicated with the mixing device and the boiling type calcining system; the discharge end of the particle heat transfer dryer is provided with a three-level steam waste heat exchange device. According to the invention, the low-temperature slow burning for producing high-quality building gypsum is realized through three-level gradient utilization of steam; the heat of the damp and hot air exhausted by the system is reduced, and the requirements of low carbon and energy conservation are met; the cold material and the hot material are efficiently mixed and transfer heat through the particle heat transfer dryer, so that the adsorbed water is quickly removed, the corrosion and air leakage of equipment are avoided, and the transmission energy consumption is reduced; through the secondary slow calcination in the fluidized bed furnace, the anhydrous gypsum III generated by overburning is avoided, and the quality and the stability of the building gypsum are improved.)
技术领域
本发明涉及石膏生产技术领域，尤其涉及到二水石膏到半水石膏的转化技术，具体是指一种生产建筑石膏的新型工艺及装备。
背景技术
大量的工业副产石膏是含吸附水的二水石膏，通常将其进行加热脱去吸附水和1.5个结晶水而获得半水石膏，用以生产石膏板、石膏砂浆等制品，实现固体废弃物的利用。目前，在进行二水石膏向半水石膏转化时，主要采用一步法和两步法两种工艺，其中，一步法工艺在一个设备中完成吸附水和1.5个结晶水同时完成，两步法工艺在一个设备中先完成吸附水去除后，在后续煅烧设备中去除1.5个结晶水。一步法工艺，多采用高温热风为热源，由于工业副产石膏的吸附水波动大，热源温度高，物料在去除吸附水和1.5个结晶水过程中，部分半水石膏会转化为无水石膏，这种工艺生产的建筑石膏含有少量的二水石膏和大量的无水石膏三型，这种无水石膏三型具有快凝、于潮还原的性能，造成成品质量波动大，轻度低。同时这种工艺外排湿空气温度较高、风量大，能耗偏高。二步法工艺多采用低温热源，先用烘干机去除吸附水，然后用煅烧机去除1.5个结晶水。和一步法相比，优化了质量控制，减少了外排湿空气的温度和风量，但去除吸附水的烘干设备，由于物料的腐蚀，造成设备维修率偏高，同时低温热源只能满足二级利用，外排的蒸汽冷凝水温度高于100度，造成能耗浪费。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种生产建筑石膏的新型工艺及装备，采用真正低温慢烧的方式，提高了所获产物中的半水石膏含量，大幅减小了二水石膏和无水石膏的含量，保证了产品的稳定性，同时满足减少烘干维修量、系统节能的目的。
本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种生产建筑石膏的新型装备，包括沿物料输送方向依次设置的进料计量输送系统、混料装置、颗粒传热烘干机、物料输送螺旋筛和沸腾式煅烧系统，以及与沸腾式煅烧系统连通的除尘系统，进料计量输送系统的出料端与混料装置的进料口对应，混料装置的出料口与颗粒传热烘干机的进料口对应，颗粒传热烘干机的出料口与物料输送螺旋筛的进料口对应，物料输送螺旋筛的出料口与沸腾式煅烧系统的进料口对应；
还包括连通混料装置进料口与沸腾式煅烧系统的热物料返回系统；
所述颗粒传热烘干机包括转动设置的回转筒和搅拌混合轴，搅拌混合轴沿轴向延伸至回转筒内，且在搅拌混合轴上安装有将物料由回转筒的进料端推向回转筒出料端的推料搅拌叶片，颗粒传热烘干机的出料端内部设有加热物料的三级蒸汽余热换热装置。
本方案在使用时，物料由进料计量输送系统依次经过混料装置、颗粒传热烘干机、物料输送螺旋筛和沸腾式煅烧系统，烘干和煅烧时产生的含尘湿空气由除尘系统进行过滤分离，外排的湿空气满足环保要求排放；通过设置热物料返回系统，将沸腾式煅烧系统的部分热料引至混料装置中，利用混料装置对冷料和热料进行初步混合换热，通过回转筒和搅拌轴的差速转动，使热料和冷料进行充分的混合换热完成均匀干燥，提高了物料受热的均匀性；通过蒸汽余热换热装置对干燥后的物料进行进一步加热，提高物料温度并降低外排冷凝水的温度，可实现系统节能。也避免了半水石膏向二水石膏的转化。
作为优化，颗粒传热烘干机还包括固定设置的进料箱和出料箱，进料箱、出料箱分别位于回转筒的两端，且在进料箱和出料箱上分别开设有与回转筒适配的回转孔，颗粒传热烘干机的进料口设置在进料箱，颗粒传热烘干机的出料口设置在出料箱，蒸汽余热换热装置设置在出料箱内。本优化方案通过设置进料箱和出料箱，方便颗粒传热烘干机的进料口和出料口设置，实现在回转筒转动的情况下进料和出料，同时也方便蒸汽余热换热装置的设置，在出料箱设置蒸汽余热换热装置，物料对换热装置的腐蚀很小，也便于防护维修，物料与换热装置通过辐射、传导和对流换热，提高了换热装置的加热效果。
作为优化，出料箱上设有与除尘系统连通的收尘排潮风口。本优化方案通过设置与除尘系统连通的收尘排潮口，使灰尘和潮气进入除尘系统进行气固分离，90℃左右的排潮空气既能满足除尘器不结露，又能降低滤袋温度，延长滤袋使用寿命。
作为优化，沸腾式煅烧系统包括沿物料输送方向依次设置且相互连通的第一沸腾炉和第二沸腾炉，以及蒸汽供给系统，返料螺旋与第一沸腾炉连通，第一沸腾炉和第二沸腾炉内均设有蒸汽换热管，第一沸腾炉内的蒸汽换热管进口与蒸汽供给系统连通，第一沸腾炉内的蒸汽换热管出口经过疏水器后与第二沸腾炉内的蒸汽换热管进口连通。本优化方案利用高温蒸汽对第一沸腾炉内的物料进行高温恒速煅烧，煅烧后的物料一部分进入第二沸腾炉，一部分经热物料返回系统进入混料装置；在第一沸腾炉换热后的高温蒸汽变为冷凝水，通过疏水器后进入第二沸腾炉的换热管，冷凝水扩容曝汽变为中温蒸汽，利用中温蒸汽对内的物料进行慢速煅烧，避免过烧而产生无水石膏；利用蒸汽作为热源，清洁环保，并且实现了蒸汽的二级利用，更加节能。
作为优化，蒸汽余热换热装置包括固设在出料箱内的冷凝水管，冷凝水管的进口与第二沸腾炉内的蒸汽换热管出口连通，冷凝水管的出口延伸至蒸汽供给系统的集水池。本优化方案的设置，利用在第二沸腾炉内换热后的低温蒸汽或冷凝水对颗粒传热烘干机出料箱的物料进行加热，实现了蒸汽的第三极利用，进一步提高了低碳、节能效果。
作为优化，颗粒传热烘干机的出料口与物料输送螺旋筛的进料口通过第一螺旋输送机连通，更方便控制物料输送量。
作为优化，热物料返回系统包括返料螺旋、返料提升机和第二螺旋输送机，返料螺旋的进料口与沸腾式煅烧系统连通，返料螺旋的出料口与返料提升机的进料口连通，返料提升机的出料口与混料装置的进料口连通；第二螺旋输送机的进料口与除尘系统的排料口连通，第二螺旋输送机的出料口与返料螺旋的进料口连通。本优化方案将沸腾式煅烧系统的部分热物料和除尘系统分离的粉尘输送至混料装置，减小了物料浪费，同时更方便设备和返料管路的布置。
本方案还提供一种生产建筑石膏的新型工艺，包括如下方面：
1、二水石膏经计量、筛分和除铁后，从进料系统依次经混料装置、颗粒传热烘干机、物料输送螺旋筛和沸腾式煅烧系统后，进入冷却陈化系统，通过蒸汽供给系统提供的蒸汽给沸腾式煅烧系统提供煅烧热量；
2、在沸腾式煅烧系统的第一沸腾炉内，新进的物料迅速与热床物料混合换热，热床热源来自蒸汽换热管内的高温蒸汽，热床温度在140℃~150℃；在石膏脱水产生的大量水蒸气和来自设备底部罗茨风机的流化风作用下，使物料呈沸腾状混合，物料脱水均匀；部分被加热的物料经过热物料返回系统流动至混料装置，其他物料溢流到煅烧系统的第二沸腾炉内，通过在第一沸腾炉内换热后的中温蒸汽对物料进行慢速煅烧，并通过罗茨风机的作用使物料呈沸腾状混合，煅烧温度在120℃~130℃，煅烧时间为80~120分钟，慢速煅烧后得到的半水石膏进入冷却陈化系统，实现了蒸汽的二级利用；
3、在混料装置内，由第一沸腾炉流入的热料与进料系统通入的冷料混合，实现热料对冷料的初步加热，并将冷料与热料的混合料输送至颗粒传热烘干机，通入的热料温度在140℃~150℃；
4、在颗粒传热烘干机中，利用搅拌混合轴与回转筒同向方向的转动，实现冷料与热料的充分混合、换热，通过热料的热量对冷料进行预热，预热温度为80℃~90℃；在颗粒传热烘干机的出料箱中，利用在第二沸腾炉内换热后的低温蒸汽对物料进行进一步预热，同时实现了蒸汽的第三级利用。
本发明的有益效果为：利用蒸汽提供热量进行预热、烘干和煅烧，并通过蒸汽的三级梯度利用，实现了生产优质建筑石膏的低温慢烧；减少系统外排湿热空气的热量，符合低碳、节能要求；物料通过混料装置，提高了物料温度和流动性；通过颗粒传热烘干机，冷料和热料高效混合传热，迅速脱除吸附水，杜绝了设备的腐蚀漏气并降低了传动能耗。通过在沸腾炉内的二级慢速煅烧，避免了因过烧而产生无水石膏Ⅲ，提高了建筑石膏品质和稳定性。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图；
图2为图1中沸腾式煅烧系统的放大图；
图3为图1中颗粒传热烘干机系统放大图；
图4为图3中出料箱局部放大图；
图5为图1中进料系统放大图；
图6为图1中蒸汽供给系统放大图；
图7为图1中除尘系统放大图；
图8为图1中热物料返回系统放大图；
图中所示：
1、回转筒，2、搅拌混合轴，3、混料装置，4、第一入料口，5、第二入料口，6、第一螺旋输送机，7、蒸汽余热换热装置，8、收尘排潮口， 9、出料箱，10、推料搅拌叶片，11、低料位计，12、冷凝水管的出口，13、冷凝水管的进口，14、高料位计，15、进料箱。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
如图1一种生产建筑石膏的新型装备，包括沿物料输送方向依次设置的进料系统、混料装置3、颗粒传热烘干机、物料输送螺旋筛和沸腾式煅烧系统，以及与沸腾式煅烧系统连通的热物料返回系统和除尘系统，进料系统为具有计量和输送功能的进料计量输送系统，热物料返回系统连通混料装置进料口与沸腾式煅烧系统。进料系统的出料端与混料装置的进料口对应，混料装置的出料口与颗粒传热烘干机的进料口对应，颗粒传热烘干机的出料口与物料输送螺旋筛的进料口对应，物料输送螺旋筛的出料口与沸腾式煅烧系统的进料口对应，物料从进料系统依次经混料装置、颗粒传热烘干机、物料输送螺旋筛后，进入沸腾式煅烧系统，经沸腾式煅烧系统煅烧后的物料进入冷却陈化系统进行冷却。
热物料返回系统包括返料螺旋、返料提升机和第二螺旋输送机，返料螺旋的进料口与沸腾式煅烧系统的第一沸腾炉通过返料阀连通，返料螺旋的出料口与返料提升机的进料口连通，返料提升机的出料口与混料装置的进料口连通；第二螺旋输送机的进料口与除尘系统的排料口连通，第二螺旋输送机的出料口与返料螺旋的进料口连通。第一沸腾炉内的部分热料经返料螺旋和返料提升机进入混料装置3。本实施例的混料装置3为双轴螺旋混料机，提高混料效果，混料装置的顶部开设有第一入料口4和第二入料口5，第一入料口4承接进料系统输送的物料，第二入料口5承接返料提升机输送的物料。
本实施例采用储热床颗粒换热技术，通过颗粒传热烘干机将冷料和热料进行混合，实现对物料的烘干。具体的，颗粒传热烘干机包括固定设置的进料箱15和出料箱9，以及转动设置的回转筒1和搅拌混合轴2，进料箱、出料箱分别位于回转筒的两端，且在进料箱和出料箱上分别开设有与回转筒适配的回转孔，回转筒和搅拌混合轴的转向一致，速度分别可调，靠速差调整物料流速，搅拌混合轴沿轴向延伸至回转筒内，且在搅拌混合轴上安装有将物料由回转筒的进料端推向回转筒出料端的推料搅拌叶片10，颗粒传热烘干机的出料端内部设有加热物料的蒸汽余热换热装置7。颗粒传热烘干机的进料口设置在进料箱顶部，颗粒传热烘干机的出料口设置在出料箱底部，出料箱的顶部设有与除尘系统连通的收尘排潮风口8，排潮的动力来自于除尘系统的引风机。出料箱的侧壁上安装有高料位计14和低料位计11，用于检测出料箱内物料的高、低料位，避免出现物料过多或缺料，保证生产顺利进行。
物料在混料装置、颗粒传热烘干机中，主要利用恒速煅烧段的150℃左右的热物料（以半水石膏为主，含部分二水石膏）传热给原料，颗粒传热比较迅速，可以快速提高物料的流动性和温度，在此阶段，物料主要成分还是半水石膏和二水石膏，只是热的半水石膏因为传热降温，不再继续脱结晶水。
蒸汽余热换热装置7设置在出料箱内，蒸汽余热换热装置7包括固设在出料箱内的冷凝水管，冷凝水管的进口13与第二沸腾炉内的蒸汽换热盘管出口连通，冷凝水管的出口12延伸至蒸汽供给系统的集水池。
沸腾式煅烧系统包括沿物料输送方向依次设置且相互连通的第一沸腾炉和第二沸腾炉，以及蒸汽供给系统，返料螺旋与第一沸腾炉通过返料阀连通，第一沸腾炉和第二沸腾炉内均设有蒸汽换热盘管，第一沸腾炉内的蒸汽换热盘管进口与蒸汽供给系统连通，第一沸腾炉内的蒸汽换热盘管出口通过疏水器后与第二沸腾炉内的蒸汽换热盘管进口连通。第一沸腾炉和第二沸腾炉内的上部集气箱设置换热器，利用煅烧石膏排出的150℃左右的湿空气加热管程内的自然空气，加热后的空气进入煅烧系统下部的罗茨风机。
颗粒传热烘干机的出料口与物料输送螺旋筛的进料口通过第一螺旋输送机连通。具体的，第一螺旋输送机的进料口与颗粒传热烘干机的出料口对应，第一螺旋输送机出料口螺旋筛的进料口对应，螺旋筛的出料口与沸腾式煅烧系统的进料口对应，也可设置打散机粉碎颗粒。
使用本实施例的装备进行的一种生产建筑石膏的新型工艺，包括如下方面：
1、二水石膏经计量、筛分和除铁后，从进料系统依次经混料装置、颗粒传热烘干机、物料输送螺旋筛和沸腾式煅烧系统后，进入冷却陈化系统，通过蒸汽供给系统提供的蒸汽给沸腾式煅烧系统提供煅烧热量。
2、在沸腾式煅烧系统的第一沸腾炉内进行恒速煅烧，新进的物料迅速与热床物料混合换热，热床热源来自蒸汽换热管内的高温蒸汽，热床温度在140℃~150℃；在石膏脱水产生的大量水蒸气和来自设备底部罗茨风机的流化风作用下，使物料呈沸腾状混合，物料脱水均匀；部分被加热的物料经过热物料返回系统流动至混料装置，其他物料溢流到煅烧系统的第二沸腾炉内，通过在第一沸腾炉内换热后的中温蒸汽对物料进行慢速煅烧，并通过罗茨风机的作用使物料呈沸腾状混合，煅烧温度在120℃~130℃，煅烧时间为80~120分钟，慢速煅烧后得到的半水石膏进入冷却陈化系统，实现了蒸汽的二级利用；恒速煅烧段，物料温度140-150℃，二水石膏脱结晶水需要大量的分解热，热量来自换热管内的1.3Mpa左右的蒸汽，这个阶段是结晶水脱除的最佳阶段，调整蒸汽流量和进料量，可保持料床温度的恒定，温度脱水，这个阶段结晶水含量减少最大；慢速煅烧阶段，物料基本是半水石膏，和残余少量的二水石膏，在本阶段，利用蒸汽扩容曝汽后余热继续供给物料的脱水反应，又不会因为温度高造成半水石膏继续脱水产生无水石膏Ⅲ。
恒速煅烧和慢速煅烧，是指脱水速率的差异，这与脱水温度有关系，控制换热床内的蒸汽压力和流量，可以调节料床的温度。恒速煅烧用的蒸汽压力高，慢速煅烧用的是恒速煅烧做功后的冷凝水或中温蒸汽，料床温度低，石膏的脱水速率就大大降低。石膏脱水时间及换热量是由煅烧设备的换热容积及换热面积决定的，所以恒速及慢速煅烧段的沸腾炉需要根据工艺设计的脱水时间和换热量来设计制作。
3、在混料装置内，由第一沸腾炉流入的热料与进料系统通入的冷料混合，实现热料对冷料的初步加热，并将冷料与热料的混合料输送至颗粒传热烘干机，通入的热料温度在140℃~150℃。
4、在颗粒传热烘干机中，利用搅拌混合轴与回转筒同向的转动，实现冷料与热料的充分混合、换热，通过热料的热量对冷料进行预热，预热温度为80℃~90℃；在颗粒传热烘干机的出料箱中，利用在第二沸腾炉内换热后的低温蒸汽对物料进行进一步预热，同时实现了蒸汽的第三级利用。
5、蒸汽供给系统的蒸汽来自于电厂蒸汽管网，蒸汽余热换热装置换热后的冷凝水流至集水池，由集水池输送至电厂或用于采暖、外卖。
二水石膏在130-170度范围内脱水，基本以半水石膏为主，温度低，脱水速率低，温度越高，脱水速率越快；适宜的脱水时间、脱水温度是控制半水石膏含量的重要手段。本发明的工艺及设备，通过混料装置和颗粒传热烘干机完成石膏的吸附水脱除，由于物料温度小于90度，烘干后的热物料基本是二水石膏和半水石膏；物料进入沸腾式煅烧系统，沸腾式煅烧系统为两级蒸汽换热的流化床，物料先进入第一沸腾炉的一级蒸汽换热流化床，迅速和床热料换热，达到快速脱水的温度（150℃左右），该部分换热利用蒸汽汽化热，调节蒸汽流量可以调节换热床的温度。物料流经一级换热床后进入第二沸腾炉的二级换热床，该床的蒸汽是来自一级流化床换热器的冷凝水经过疏水器（节省蒸汽）扩容曝汽的二级利用，汽化热传给流化床物料，物料温度120-130℃，在此温度下，可以充分完成残余的二水石膏转化为半水石膏，半水石膏也不会因为脱水时间长转化为无水石膏Ⅲ。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
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