本發(fā)明涉及含硫礦物質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝備，尤其涉及一種研究旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)含硫礦物分解的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

水泥工業(yè)是我國(guó)最重要的原材料生產(chǎn)工業(yè)之一。由于水泥生產(chǎn)過程的高溫及含硫礦物的分解，水泥窯窯尾會(huì)排放大量的二氧化硫。由于水泥行業(yè)使用含硫量很高的低品質(zhì)石灰石，促使水泥行業(yè)成為僅次于火電行業(yè)和煉鋼行業(yè)的第三大二氧化硫排放源。同時(shí)，國(guó)家水泥行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)二氧化硫的排放限值也日趨嚴(yán)格。脫硫技術(shù)在水泥行業(yè)中的應(yīng)用日益受到關(guān)注。我國(guó)水泥窯脫硫技術(shù)還處于起步階段，探索水泥窯中硫分釋放動(dòng)力學(xué)過程并研發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的水泥窯煙氣脫硫技術(shù)是這一領(lǐng)域的主要研究方向。

干法煙氣脫硫技術(shù)是上世紀(jì)國(guó)外學(xué)者發(fā)明的一種在適宜溫度下利用鈣基脫硫劑與二氧化硫氣體反應(yīng)的脫硫技術(shù)。相比于濕法、半干法煙氣脫硫技術(shù)，干法煙氣脫硫具有成本低、對(duì)水泥窯窯況影響小、無(wú)廢水廢渣排出等優(yōu)點(diǎn)，并且在火電等行業(yè)的應(yīng)用已趨于成熟。在新型干法水泥窯的五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器中，二氧化硫氣體大量生成，因此人們注意到了將干法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用于水泥窯旋風(fēng)預(yù)熱器的可行性。國(guó)外早有將干法煙氣脫硫應(yīng)有于工程項(xiàng)目的案例，但這些案例中的脫硫效果不甚理想。主要原因在于水泥生料中含硫礦物種類多變、硫含量波動(dòng)大，且五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)氣體流速快，有效脫硫時(shí)間短，脫硫劑缺乏高效催化劑等。如何使干法煙氣脫硫技術(shù)在水泥窯上的應(yīng)用變得更高效成為人們關(guān)注的課題。而探索水泥窯旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)水泥生料硫釋放動(dòng)力學(xué)和干法煙氣脫硫的脫硫動(dòng)力學(xué)對(duì)這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有指導(dǎo)意義。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于水泥窯旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)含硫礦物分解動(dòng)力學(xué)和水泥窯煙氣脫硫過程的研究中，主要采用的加熱方式為靜態(tài)加熱，與實(shí)際旋風(fēng)預(yù)熱器中的加熱方式相比，物料與氣體的接觸方式、脫硫劑的投加方式、傳熱效率等都存在很大差別，并不能很好地模擬水泥窯旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)的情形，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性不高。因此，迫切需要開發(fā)一種研究旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)含硫礦物釋放動(dòng)力學(xué)及脫硫過程的實(shí)驗(yàn)裝置和方法，以期進(jìn)一步揭示水泥窯煙氣脫硫反應(yīng)機(jī)理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種研究旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)含硫礦物分解的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。主要用于模擬新型干法水泥窯預(yù)熱器系統(tǒng)，進(jìn)而研究旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)含硫礦物分解動(dòng)力學(xué)過程和煙氣脫硫過程，對(duì)揭示水泥窯煙氣脫硫反應(yīng)機(jī)理具有科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于研究含硫礦物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括如下部件：

安裝有可調(diào)式減壓閥6的空壓機(jī)5；

氣力輸送器8，氣力輸送器8下方設(shè)置有物料倉(cāng)9；

投料漏斗10；

水平管式爐12；

冷凝器13；

旋風(fēng)分離器14；

氣泵16；

氣體分析儀17；

氣體供給裝置；

通過管路依次連接的部件為：可調(diào)式減壓閥6、氣力輸送器8、投料漏斗10、水平管式爐12、冷凝器13、旋風(fēng)分離器14、氣泵16、氣體分析儀17；

所述投料漏斗10與水平管式爐12之間的管路上設(shè)有三通接頭，該三通接頭分別用于連接投料漏斗10的出口、氣體供給裝置的出口以及水平管式爐12內(nèi)的懸浮反應(yīng)器11的入口。

所述空壓機(jī)5、氣力輸送器8和投料漏斗10構(gòu)成物料投加單元；

所述懸浮反應(yīng)器11和水平管式爐12構(gòu)成懸浮加熱單元；

所述冷凝器13、旋風(fēng)分離器14和氣體分析儀17構(gòu)成煙氣分離及在線監(jiān)測(cè)單元。

所述懸浮反應(yīng)器11包括五段盤管，每段盤管之間的直管連接段18的長(zhǎng)度自介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向依次遞減。所述依次遞減是指長(zhǎng)度依次為10cm、8cm、6cm、4cm。

所述氣體供給裝置包括管路依次連接的氣瓶1、緩沖瓶3、預(yù)熱管4；所述預(yù)熱管4的出口連接該三通接頭的其中一個(gè)接口；

所述氣瓶1、緩沖瓶3、預(yù)熱管4和氣泵16構(gòu)成氣氛控制單元。

所述氣瓶1由四個(gè)并列在管路上的，分別裝有二氧化碳、氮?dú)?、二氧化硫和氧氣的氣瓶陣列?gòu)成氣體組分；每個(gè)氣瓶上各自設(shè)有閥門及氣體流量計(jì)2。

所述可調(diào)式減壓閥6與氣力輸送器8之間的管路上設(shè)置有氣體流量計(jì)7。

所述旋風(fēng)分離器14的下部設(shè)有收集瓶15。

一種用于研究旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)含硫礦物分解的實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

步驟一：連接氣路，打開水平管式爐12，設(shè)置水平管式爐12升溫程序；

步驟二：?jiǎn)?dòng)水平管式爐12升溫程序，同時(shí)只向懸浮反應(yīng)器11中通入空氣，并打開氣泵16；

步驟三：水平管式爐12的升溫程序升到指定溫度，并且懸浮反應(yīng)器11內(nèi)溫度穩(wěn)定時(shí)，將氣體組分按實(shí)驗(yàn)研究目的通過各自氣瓶上的閥門調(diào)至實(shí)驗(yàn)值；

步驟四：待氣體穩(wěn)定后，運(yùn)行物料投加單元，通過調(diào)節(jié)壓縮空氣流速，將物料和脫硫劑按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊院愣ㄋ俾瘦斔椭镣读下┒?0處；

步驟五：裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，啟動(dòng)氣體分析儀17，測(cè)量煙氣中各氣體組分的濃度；

步驟六：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后；并將旋風(fēng)分離器14分離的物料取出，用于測(cè)硫儀分析硫含量；

步驟七：根據(jù)研究需要，改變物料中含硫礦物、脫硫劑組成特別是催化劑、氣相組成和反應(yīng)溫度等因素，重復(fù)步驟一至步驟六。

上述步驟三所述水平管式爐12的升溫程序升到指定溫度，具體過程如下：

混合物料在氣體帶動(dòng)下，由盤管的第一節(jié)空心玻璃盤管進(jìn)入，氣體和物料在空心玻璃盤管內(nèi)部沿螺旋管道運(yùn)動(dòng)，同時(shí)水平管式爐12對(duì)其進(jìn)行加熱?？招牟ＡПP管的螺旋結(jié)構(gòu)將氣體和物料在水平管式爐12內(nèi)特定溫度點(diǎn)，即200℃、400℃、900℃的懸浮加熱時(shí)間延長(zhǎng)至4～5s；通過第一節(jié)空心玻璃盤管后，氣體和物料經(jīng)過直管連接段18，在直管連接段18中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間約為1s，接著進(jìn)入第二節(jié)空心玻璃盤管，進(jìn)行更高溫度的懸浮加熱，依此類推，完成在五節(jié)空心玻璃盤管中、不同溫度下的懸浮加熱。

通過改變步驟三所述氣體組分的氣體成分、流速、溫度等，即可研究懸浮加熱過程中含硫礦物分解動(dòng)力學(xué)；

通過改變含硫礦物、脫硫劑組成(特別是催化劑)、反應(yīng)溫度等，即可研究懸浮加熱過程中煙氣脫硫的速率與效率。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

懸浮反應(yīng)器每段盤管(空心玻璃盤管)之間的連接管的長(zhǎng)度自介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向依次遞減。懸浮反應(yīng)器中的盤管的溫度及氣體在其中的停留時(shí)間均參考了水泥窯五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)的真實(shí)條件，與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室中的靜態(tài)加熱裝置相比，能更好地模擬水泥窯旋風(fēng)預(yù)熱器的逐級(jí)懸浮加熱過程(氣固接觸方式、單級(jí)加熱時(shí)間、傳熱效率等)，使實(shí)驗(yàn)參數(shù)與真實(shí)情況更吻合，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具有科學(xué)性、真實(shí)性和精確性；本發(fā)明中的實(shí)驗(yàn)方法可通過改變氣體成分、流速、溫度等，即可研究懸浮加熱過程中含硫礦物分解過程(分解溫度、分解率等)和煙氣脫硫過程(反應(yīng)溫度、反應(yīng)效率等)，對(duì)揭示水泥窯煙氣脫硫反應(yīng)機(jī)理具有科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。

圖2是懸浮反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

實(shí)施例

本發(fā)明用于研究新型干法水泥窯旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)含硫礦物分解動(dòng)力學(xué)及煙氣脫硫速率與效率的實(shí)驗(yàn)裝置。

所述實(shí)驗(yàn)裝置由四部分組成：氣氛控制單元、物料投加單元、懸浮加熱(反應(yīng))單元、煙氣分離及在線監(jiān)測(cè)單元；

如圖1所示，氣氛控制單元。由氣瓶1、氣體流量計(jì)2、緩沖瓶3、預(yù)熱管4和氣泵16組成。模擬煙氣中的氮?dú)?、氧氣、二氧化碳來自于氣?，空氣組分來自于周圍空氣，每種氣體分別由各自的氣體流量計(jì)2控制流量。氣體組分以及空氣在經(jīng)過各自的氣體流量計(jì)2后進(jìn)入緩沖瓶3，以使各氣體組分混合均勻。混合氣體在進(jìn)入懸浮反應(yīng)器11前，先進(jìn)入預(yù)熱管4以使混合氣體初步加熱至水泥窯一、二級(jí)預(yù)熱器間溫度范圍。為減少氣體管路對(duì)氣體組分的影響，連接各部件的氣路采用聚四氟乙烯軟管。

物料投加單元。由空壓機(jī)5、可調(diào)式減壓閥6、氣體流量計(jì)7、氣力輸送器8、物料倉(cāng)9和投料漏斗10組成。按照一定比例混合的含硫礦物和脫硫劑儲(chǔ)存在物料倉(cāng)9中。穩(wěn)定流速的壓縮空氣由空壓機(jī)5產(chǎn)生后，通過調(diào)節(jié)可調(diào)式減壓閥6和氣體流量計(jì)7，獲取不同流速的壓縮空氣。如圖2所示，經(jīng)調(diào)節(jié)后的壓縮空氣從氣力輸送器7的側(cè)向入口進(jìn)入，并在垂直入氣口方向產(chǎn)生自下而上的高速氣流，從而在氣力輸送器7的腔體中產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，將物料倉(cāng)9中的混合物料以恒定速率自下而上吸引、輸送至投料漏斗10處。

懸浮加熱(反應(yīng))單元。由懸浮反應(yīng)器11和水平管式爐12組成。在水平管式爐12內(nèi)，自加熱點(diǎn)位置至左端開口處，溫度呈現(xiàn)非均勻分布的連續(xù)溫度帶，為懸浮反應(yīng)器11提供了一條溫度連續(xù)變化的加熱帶。懸浮反應(yīng)器11由間距不同的五節(jié)盤管(空心玻璃盤管)及直管連接段18組成?；旌衔锪显跉怏w帶動(dòng)下，由第一節(jié)空心玻璃盤管進(jìn)入，氣體和物料在空心玻璃盤管內(nèi)部沿螺旋管道運(yùn)動(dòng)，同時(shí)水平管式爐12對(duì)其進(jìn)行加熱。空心玻璃盤管的螺旋結(jié)構(gòu)將氣體和物料在水平管式爐12內(nèi)特定溫度點(diǎn)，即200℃、400℃、900℃的懸浮加熱時(shí)間延長(zhǎng)至4～5s。通過第一節(jié)空心玻璃盤管后，氣體和物料經(jīng)過直管連接段18，在直管連接段18中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間約為1s，接著進(jìn)入第二節(jié)空心玻璃盤管，進(jìn)行更高溫度的懸浮加熱，依此類推，完成在五節(jié)空心玻璃盤管中、不同溫度下的懸浮加熱。在懸浮加熱過程中，含硫礦物發(fā)生分解并釋放二氧化硫氣體，同時(shí)脫硫劑與二氧化硫氣體反應(yīng)。

煙氣分離及在線監(jiān)測(cè)單元。由冷凝管13、旋風(fēng)分離器14、收集瓶15和氣體分析儀17組成。經(jīng)懸浮反應(yīng)器11加熱后的氣體和物料進(jìn)入循環(huán)水的冷凝器13中冷卻，接著進(jìn)入旋風(fēng)分離器14完成氣固分離，分離后的物料墜落至收集瓶15中，分離后的氣體經(jīng)氣泵16后，進(jìn)入氣體分析儀17進(jìn)行分析。收集的物料用于測(cè)硫儀分析。

下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行說明。

將氣瓶1、氣體流量計(jì)2、緩沖瓶3、預(yù)熱管4、冷凝管13、旋風(fēng)分離器14、收集瓶15、氣泵16、氣體分析儀17及物料投加單元之間用聚四氟乙烯軟管連接。打開氣泵16電源進(jìn)行預(yù)熱，并設(shè)置水平管式爐12的升溫程序。

啟動(dòng)管式爐升溫程序開始對(duì)懸浮反應(yīng)器11加熱，同時(shí)調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)2，向懸浮反應(yīng)器中通入與實(shí)驗(yàn)流量相當(dāng)?shù)目諝?，以使懸浮反?yīng)器11內(nèi)的溫度分布較快穩(wěn)定至實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度分布。

升溫程序升到指定溫度并且懸浮反應(yīng)器11內(nèi)溫度穩(wěn)定時(shí)，將氣體組分按實(shí)驗(yàn)研究目的調(diào)至實(shí)驗(yàn)值。

待氣體穩(wěn)定后，啟動(dòng)物料投加單元中的空壓機(jī)5，通過調(diào)節(jié)壓縮空氣流速，將混合物料按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊院愣ㄋ俾瘦斔椭镣读下┒?0處。

運(yùn)行穩(wěn)定后，利用氣體分析儀17測(cè)量煙氣中各氣體組分的濃度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用空氣吹洗懸浮反應(yīng)器11，關(guān)閉各儀器；并將收集瓶15中的物料取出，用于測(cè)硫儀分析硫含量。

本發(fā)明中的實(shí)驗(yàn)裝置與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室中的靜態(tài)加熱裝置相比，能更好地模擬水泥窯旋風(fēng)預(yù)熱器的逐級(jí)懸浮加熱過程(氣固接觸方式、單級(jí)加熱時(shí)間、傳熱效率等)，使實(shí)驗(yàn)參數(shù)與真實(shí)情況更吻合，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具有科學(xué)性、真實(shí)性和精確性；本發(fā)明中的實(shí)驗(yàn)方法通過改變含硫礦物、脫硫劑組成(特別是催化劑)、氣相組成和反應(yīng)溫度等條件，即可研究懸浮加熱過程中含硫礦物分解過程(分解溫度、分解率等)和煙氣脫硫過程(反應(yīng)溫度、反應(yīng)效率等)，對(duì)揭示水泥窯煙氣脫硫反應(yīng)機(jī)理具有科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。