一种工业建筑石膏绿能生产系统

本发明涉及脱硫石膏或磷石膏闪速生产建筑石膏的系统。

背景技术：

1、石膏是一种自然界广泛存在的硫酸盐矿产资源，同样石膏也是一种历史悠久的胶凝材料，它与石灰、水泥并列为无机胶凝材料的中的三大支柱。石膏分为天然石膏和工业石膏。目前，工业石膏主要为磷石膏和脱硫石膏。

2、磷石膏是湿法磷酸工业的副产物，每生产1吨磷肥(以p2o5计算)约产生4.5-5.0吨磷石膏。磷石膏就近堆放，企业每年为此花费大量的经费用于建设渣场及其运行管理。磷石膏含未分解磷矿、游离磷酸、氟化物等杂质，大量堆放会带来环境问题，污染土壤、大气和水体。如何对其进行合理地处置和处理是其面临的重要问题。

3、脱硫石膏是火力发电厂采用石灰石/石膏法烟气脱硫的产物。目前我国脱硫石膏的产量大约在8000万t，脱硫石膏的处理和综合利用问题已变得日益紧迫。目前，脱硫石膏主要应用于制造纸面石膏板、腻子石膏与粉刷石膏、水泥缓凝剂等。

4、在caso4-h2o系统中，一般公认的石膏相有五种形态，七个变种，它们是二水石膏(caso4·2h2o)；α型与β型半水石膏(α-caso4·0.5h2o，β-caso4·0.5h2o)；α型与β型无水石膏ⅲ(α-caso4ⅲ，β-caso4ⅲ)，ⅱ型无水石膏(caso4ⅱ)及ⅰ型无水石膏(caso4ⅰ)，α型与β型无水石膏ⅲ，分别在20-180℃潮湿环境很容易转变为α型与β型半水石膏。β型半水石膏，即建筑石膏，具有良好的延展性和可塑性，易硬化和成型，具有微孔结构，保水性好，吸湿性强，常用于生产纸面石膏板。

5、用工业石膏为为二水石膏，以其为原料生产的建筑石膏为工业建筑石膏，以脱硫石膏为原料生产的建筑石膏为脱硫建筑石膏，以磷石膏为原料生产的建筑石膏为磷建筑石膏。目前建筑石膏的生产工艺主要使用沸腾炉，但其石膏煅烧时间长，生产能耗高，亟需开发一种新型煅烧工艺。生产建筑石膏使用的燃料主要为化石燃料，排放二氧化碳。另外，沸腾炉的传热为间接传热，即燃料加热烟气，烟气再将热量传给石膏，由于烟气的比热低，需要大量的烟气才能得到合格的产品，由于烟气量大，烟气排出后带走的热量多，从而导致能耗较高。

6、氢气作为一种价值丰富的商品气体和化学原料，可以成为可再生能源转换的能量储存载体。将电解水技术与可再生能源发电相结合，可将多余的电能以化学能的方式储存在氢气中，平抑可再生能源波动，提高消纳水平，推进能源清洁化替代[赵雪莹，李根蒂，孙晓彤，等.“双碳”目标下电解制氢关键技术及其应用进展[j].全球能源互联网，2021，4(5)：436-446]。利用可再生能源制取的“绿氢”还可直接应用于煅烧工业替代化石燃料，为实现深度碳减排提供有效途径。

7、风电和光伏发电为可再生的清洁能源，但具有来源不稳定的特点。利用水电解制氢，将富裕的绿电用氢气存储。窑炉在生产过程中，在绿电丰富时采用绿电，在绿电较少时使用氢气，实现绿电和绿氢协同，即绿能替代化石燃料，保障工业石膏窑炉能源的稳定供应，确保窑炉温度的恒定，使窑炉能正常生产，也避免了温度波动影响窑炉的使用寿命，并实现工业建筑石膏工业的碳中和。

8、目前还没有用绿能生产工业建筑石膏的生产系统，本系统还具有生产效率高、设备投资少、场地使用少、零排碳的特点。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种工业建筑石膏绿能生产系统，同已有生产系统相比，本系统生产效率高，并实现工业建筑石膏生产碳中和。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种工业建筑石膏绿能生产系统，包括烟囱、引风机、布袋收尘器、高温风机、旋风筒1、打散烘干机、旋风筒2、绿能炉、旋风筒3；其特征在于，所述烟囱与引风机出口相连通，引风机入口与布袋收尘器出口相连通，布袋收尘器入口与高温风机出口相连通，高温风机入口与旋风筒1出口相连通，旋风筒1入口与打散烘干机出口相连通、打散烘干机入口与旋风筒2出口相连通，旋风筒2入口与绿能炉出口相连通、绿能炉入口与旋风筒3出口相连通。

4、与现有技术相比，本发明的优点在于：

5、烟囱由钢管制成，为中空圆柱体，钢管内外壁喷涂有耐高温涂料，耐高温涂料的工作温度为100-180℃，耐高温涂料可提高烟囱的使用寿命。耐高温涂料为环氧酚醛漆、有机硅耐高温漆中的一种，均能达到目的。

6、引风机为离心式锅炉引风机，工作温度为150-250℃，材质为316不锈钢或304不锈钢中的一种，具有耐腐蚀的特点；还具有运行稳定，能耗低的特点。

7、布袋收尘器为高温气箱脉冲袋式收尘器，滤袋材料为玄武岩纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维中的一种，均能达到目的，工作温度为150-200℃，出口含尘浓度小于10mg/nm3的特点，尾气可达标排放。

8、高温风机为高温离心式风机，工作温度为200-350℃，材质为316不锈钢或304不锈钢中的一种，均能实现目的，具有耐腐蚀的特点；还具有运行稳定，能耗低的特点。

9、旋风筒，根据史密斯型旋风筒的结构原理设计制造，具有气流阻力低，运行节能的特点，用于含粉体物料气体的气固分离。旋风筒、管道内部均衬有铝酸盐水泥浇注料，具有保护旋风筒、管道碳钢壳体和避免热量损失的作用。旋风筒1将打散烘干机排出来的含物料气体中的物料收集下来，气体中剩余的粉尘由布袋收尘器收集，尾气达标排放。旋风筒2对绿能炉出来的含物料气体进行气固分离，旋风筒2收集下来的物料进入旋风筒3。旋风筒3中的物料与冷却气体混合，对物料进行冷却，并对物料热量进行回收，收集下来的物料为建筑石膏产品，产品的温度为110-120℃，性能达到沸腾炉生产的同类产品。

10、打散烘干机为锤式打散烘干机，根据锤式破碎机的结构原理设计制造，物料与热烟气同时进入烘干机，同步实现打散和烘干，具有生产效率高的特点。物料通过打散烘干后，吸附水从10-15％降低到1-3％，使物料呈现松散态，有利于在绿能炉中悬浮煅烧。

11、提升机为胶带斗式提升机，工作温度为100-150℃，具有运行稳定，设备成本低的特点。

12、螺旋输送机，是一种利用电机带动螺旋回转，推移物料移动以实现输送目的的机械，具有结构简单、横截面积小、操作方便、维修容易、便于封闭运输等优点。

13、绿能炉为可以同时或分别使用氢气和绿电的加热炉，工作温度为600-1000℃。绿电为风电或光伏产生的电，绿电电解水产生的氢气为绿氢，绿电和绿氢统称为绿能。用电加热时，物料绕炉壁螺旋上升，物料与炉壁直接接触，传热效率高。氢气加热时，氢气在炉内物料中无焰燃烧，将热量直接传递给绕炉壁螺旋上升的物料，传热效率高。本专利绿能炉与传统沸腾炉相比，节能30-50％。

14、绿能炉结构包括炉盖、炉体、炉底，该三部分采用螺栓连接，便于安装。炉体为陶瓷筒、电热丝、隔热材料、炉体壳、燃烧器组成。陶瓷筒材料为莫来石、堇青石中的一种，陶瓷筒的内侧为炉膛，物料在炉膛中被加热；陶瓷筒的外侧有凹槽，电热丝螺旋缠绕在陶瓷筒外侧，并固定在凹槽中；电热丝为铁铬铝合金、镍铬合金中的一种，均能实现目的。陶瓷筒与炉壳的间隙充填隔热材料；隔热材料为莫来石纤维、氧化铝纤维中的一种，均能实现目的，具有质量轻、隔热效果好的特点。炉体壳用碳钢制成，具有强度高、成本低的特点。在绿能炉的炉体壁上，留有燃烧器喷嘴孔，用于安装燃烧器；燃烧器用电解水产生的氢气为燃料，电解水产生的氧气为助燃气体。燃烧器采用两通道燃烧器，氢气和氧气在燃烧器出口混合燃烧；燃烧器出口安装有钝体，防止回火，还具有分散燃料的作用；该燃烧器具有结构简单，燃烧速度可调的优点。炉盖和炉底由铝酸盐水泥浇注料和碳钢金属壳组成。

15、绿能炉采用绿电或绿氢作为能源，脱硫石膏发生相变生成建筑石膏的过程中仅仅排放水蒸气，生产系统所用辅助设备均使用绿电，实现了建筑石膏生产零碳排放。另外，绿氢可以使用燃料电池发电，满足系统使用。

16、旋风筒3采用的冷却气为引风机排出的尾气，该尾气为水蒸气，比空气比热大，冷却效果好。水蒸气有利于工业石膏过烧产生的无水石膏转变为半水石膏，有利于建筑石膏产品稳定。

17、物料，即工业石膏，在本系统停留时间为5-19秒，小于20秒，实现了工业建筑石膏的闪速生产。