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CN112880394B - 一种利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统及方法 - Google Patents

一种利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统及方法 Download PDF

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CN112880394B CN202110110281.6A CN202110110281A CN112880394B CN 112880394 B CN112880394 B CN 112880394B CN 202110110281 A CN202110110281 A CN 202110110281A CN 112880394 B CN112880394 B CN 112880394B
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Abstract

本发明提供了一种利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统及方法，属于陶瓷制品烧制及窑炉领域。所述窑炉系统包括干燥段、预热段、烧成段、均热段、冷却段，还包括：设置于所述干燥段和预热段间的脱碳段；脱碳段包括点火区、热风燃烧/热解区和余热回收管道，点火区引入热源使得区域内含有热值原料的陶粒温度为400～900℃，热风燃烧/热解区用于陶粒内含有热值原料内含碳物料及有机组分的燃烧或热解，余热回收管道用于排出脱碳烟气并回收烟气内含热值陶粒原料燃烧/热解后释放的热量。本发明扩大了陶粒的原料范围，避免了高掺量高热值固废产生陶粒黑心和质量下降，同时形成对脱碳热量的回收和利用，综合能耗低、温控均衡、绿色环保。

Description

一种利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统及 方法
技术领域
本发明属于陶制品烧制及窑炉领域，具体涉及一种利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统及方法。
背景技术
陶粒作为一种重要的建筑材料及耐火材料，通常采用回转窑或烧结机工艺烧制。其中，采用回转窑烧制陶粒，环境友好，温度可调，但是从窑头进行加热，热风从窑尾排出，整个过程烟气与陶粒的换热过程根据回转窑的长度、转速确定，没有根据物料加热需求来确定，且充填率仅为窑内体积的10％，热效率低，能耗高，产量低；而烧结机烧制陶粒，为内燃加热方式，产品类型多为低端产品，且烧制过程中陶粒暴露在空气中，热损失大，成品率低。
另外，含有热值的固废等通常用于工业的煅烧过程，但是上述两种陶粒烧制工艺中，生料球在烧结过程中，烧结的进度、温度、风量不能调节，原料中都不能加入大量含有热值的固废作为原料。在回转窑工艺中，含有碳或有机质较高的组分在烧制工艺中不能够完全燃烧或热解反应，就进入了烧成阶段，因此形成黑心，导致性能下降；在烧结机工艺中，热值过高导致生料球过烧，粘结或变形，产品性能难以保证。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种利用含热值原料的陶粒的烧制隧道窑系统及制备方法，通过设置独立的脱碳段，控制脱碳温度、气体量和氧气含量，从而控制陶粒中含热值原料的热解或燃烧过程，实现对陶粒中剩余热值的控制，保证烧成区脱碳后的陶粒获得良好性能，提高对含热值原料的利用率，同时产生了高温余热烟气副产品，降低系统能耗，绿色环保。
为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统，所述窑炉系统包括干燥段、预热段、烧成段、均热段、冷却段，所述窑炉系统还包括：设置于所述干燥段和预热段间的脱碳段；其中，所述脱碳段包括点火区、热风燃烧/热解区和余热回收管道，所述点火区引入热源使得区域内含有热值原料的陶粒温度为400～900℃，所述热风燃烧/热解区用于陶粒内含有热值原料内含碳物料及有机组分的燃烧或热解，所述余热回收管道用于脱碳烟气的排出和回收烟气内含热值陶粒原料燃烧/热解后释放的热量。
作为本发明的一个优选实施例，所述窑炉为带式焙烧机或者静态焙烧隧道窑。
作为本发明的一个优选实施例，所述点火区的热源，来自于从预热段和/或烧成段抽出的热风；或，所述点火区内设置有点火喷嘴，点火喷嘴用于为所述点火区提供热源。
作为本发明的一个优选实施例，所述热风燃烧/热解区设置有鼓风管道，鼓风管道用于鼓入通过余热回收管道预热的空气。
作为本发明的一个优选实施例，所述干燥段分为鼓风干燥段和抽风干燥段；其中，鼓风干燥段采用来自冷却段的热风，或者余热回收管道加热后的热风，或者冷却段热风与余热回收管道加热后的热风的混合热风，或者烧成段和均热段排出烟气经过混入冷风冷却到250～400℃的热风；抽风干燥段采用预热段排出的热风，或者烧成段和均热段排出的热风。
作为本发明的一个优选实施例，所述陶粒在经过脱碳区后，在脱碳区出口处的陶粒热值不高于400kJ/kg。
第二方面，本发明实施例还提供了一种利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的方法，所述方法包括：
将含热值原料及辅助原料配料后造粒，形成平均粒径3～15mm的生料球；
将所述生料球在窑车或台车上布料形成300～500mm高的陶粒料层，料层下部和两侧布置烧成后的返料陶粒；
将所述窑车送入如上所述的窑炉系统，经过干燥段、脱碳段、预热段、烧成段、均热段及冷却段，制备得到堆积密度0.5～1.5g/cm3的陶粒；同时在所述脱碳段通过余热回收管道回收余热。
作为本发明的一个优选实施例，所述含热值原料为含有500～8500kJ/kg热值的固废，包括煤矸石、煤泥、粉煤灰、炉渣、流化床灰渣、煤气化灰渣、油泥、污泥、油页岩、有机固废和/或生活垃圾，和/或热值为8500～30000kJ/kg的废焦炭、煤渣。
作为本发明的一个优选实施例，所述含热值原料及辅助原料配料，其中含热值原料热值含量为500～8500kJ/kg时，掺量为30-100％；热值含量为8500～30000kJ/kg时，掺量为0.5-25％；生料球的热值为500～8500kJ/kg。
作为本发明的一个优选实施例，所述堆积密度0.5～1.5g/cm3的陶粒，包括堆积密度0.5～1.0g/cm3的开孔的多孔轻质陶粒，或堆积密度1.0～1.5g/cm3的普通陶粒。
本发明具有如下有益效果：
本发明实施例所提供的利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统及方法，通过在窑炉系统的干燥段和预热段之间增设脱碳段，扩大了陶粒的原料范围，大掺量利用含有500～3500kJ/kg热值的固废等原料，包括煤矸石、煤泥、油泥、污泥、油页岩、有机固废、生活垃圾，以及与煤、碳、焦、油、油漆等混合难以分离的物料等，烧制陶粒，解决了高掺量高热值固废导致陶粒黑心和质量下降的问题；同时在大宗量制备陶粒、利用固废的过程中，同步形成对热量的回收和利用，使得含热值固废的物质和热量都获得规模化和高效利用，整个系统的综合能耗低、温控均衡、绿色环保，具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1所述含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统结构示意图；
图2为本发明实施例2所述含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统结构示意图；
图3为本发明实施例3所述含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统，其中，所述窑炉为静态焙烧隧道窑或带式焙烧机。本实施例以隧道窑为例进行说明，下述说明同样适用于带式焙烧机。
如图1所示，所述隧道窑系统包括由干燥段、脱碳段3、预热段4、烧成段5、均热段6、冷却段组成的全封闭式的窑炉本体及窑炉各段设置的风道；其中，所述脱碳段3包括点火区、热风燃烧/热解区和余热回收管道19。
所述干燥段分为鼓风干燥段1和抽风干燥段2，且分别连接有第一烟气处理系统14和第二烟气处理系统16。所述鼓风干燥段1的热风来自于冷却段250～400℃的热空气，通过鼓风机24从管道13鼓入，热空气干燥陶粒后进一步排入第一烟气处理系统14。所述抽风干燥段2的热风来自于烧成段5和均热段6的热风，通过抽风机23从抽风管道15引入，热风干燥完所述陶粒后进一步排入第二烟气处理系统16。在另外的实施例中，所述鼓风干燥段1的热风还可以来自于余热回收管道19加热后的热风，或者冷却段热风与余热回收管道19加热后的热风的混合热风，或者烧成段5和均热段6排出烟气经过混入冷风冷却到250～400℃的热风，或冷却段热风与从管道12引入的空气混合后的热风。
所述脱碳段3依次包括点火区、热风燃烧/热解区和余热回收管道19，所述余热回收管道19与所述热风燃烧/热解区连通。其中，所述点火区的热量来自于预热段和/或烧成段排出的高温烟气，通过管道18进入点火区；热风燃烧/热解区中需要保证充分的氧化含量使陶粒中的有机组分或含热值原料进行充分的热解或燃烧，通过管道17通入热风。所述热风燃烧/热解区的热风来自于冷却段冷却陶粒而被预热的空气，预热的空气中含有大量的氧气，使得燃烧充分进行；当氧气含量较少时，发生热解反应，足够的温度使得热解反应进行比较充分和彻底。陶粒在脱碳段热风燃烧/热解区燃烧或热解后，形350-850℃的高温烟气，所述高温烟气携带副产的余热，热量对于整个陶粒煅烧过程是富裕热量，通过余热回收管道19对余热进行回收，用于发电、加热蒸汽、制备材料或提供原料余热等。所述脱碳段排出的烟气的热量可直接或间接利用，也可以二次燃烧后再利用。利用后的余热烟气尾气，在余热利用管道后段增加第三烟气处理系统，也可以接入第一烟气处理系统14或第二烟气处理系统16，与窑炉干燥段排出的湿烟气进行统一的环保处理和排放。
在另外的实施例中，所述热风燃烧/热解区还设置有鼓风管道17，鼓风管道17用于鼓入通过余热回收管道预热的空气。
所述预热段4、烧成段5和均热段6的热量来源均为天燃气点火嘴22，通过燃烧天然气并和从管道11抽入的冷却段预热空气充分燃烧后释放的热量。所述冷却段分为快速冷却段7和慢速冷却段8，冷却介质为通过鼓风机24从管道10鼓入的空气。
其中，所述余热回收管道所回收的热量，可以用来余热发电或工业锅炉加热等。在利用余热发电或工业锅炉加热的过程中，可以利用空气预热器等利用热量，空气预热器中预热的空气，可以混入冷却段预热空气中或鼓入脱碳段的热风燃烧/热解区。
本实施例中每个区域内的烟气，通过风口或风箱实现抽风引入或鼓风引出，这一部分属于现有技术，实现烟气自上而下或者自下而上经过窑车上陶粒料层的纵向流动，在此不再赘述。
基于图1所示的一种含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统，本实施例还提供了一种含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的方法，所述方法包括如下步骤：
利用煤矸石、煤泥、油泥、污泥、油页岩、有机固废、生活垃圾等含有热值的固废，及辅助原料配料后，造粒，形成平均粒径3～15mm的生料球。上述固废热值含量为500～3500kJ/kg，固废掺量为30-100％，生料球的热值为500～3000kJ/kg。
将所述生料球经过初步干燥后在窑车21上布料形成300～500mm高的陶粒料层，料层下部和两侧布置烧成后的返料陶粒。
生料球连续布料，窑车载的生料球首先经过鼓风干燥段和抽风干燥段。来自冷却段的热风，鼓入鼓风干燥段，热风自下而上经过窑车上陶粒料层纵向流动，对生料球进行干燥；来自烧成和均热段的热风经抽风机抽入抽风干燥段，热风自上而下经过窑车上陶粒料层纵向流动，对生料球进行干燥。此时干燥后的生料球进入脱碳段。干燥段排出的湿冷风通过烟气处理系统经环保处理后排入大气。
在脱碳段的点火区，来自预热段的高温烟气对生料球进行加热，使得生料球中的有机组分或含热值原料达到着火点；而后进入热风燃烧/热解区。生料球中的含热值原料或有机组分在热风燃烧/热解区开始燃烧或热解，从而避免了陶粒产生黑心。在该区平均温度达到400～900℃，并释放出携带大量热量、温度高达350-850℃的高温烟气。
所述脱碳段排出的高温烟气，通过余热回收管道，进行回收再利用，从而实现副产余热的回收。
生料球在脱碳段出口处的热值不高于400kJ/kg。
载有生料球的窑车经过脱碳段后，再依次经过预热段、烧成段、均热段和冷却段，制备得到堆积密度0.5～1.0g/cm3的开孔的多孔轻质陶粒。
实施例2
本实施例提供了一种含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统，其中，所述窑炉为静态焙烧隧道窑或带式焙烧机。本实施例以隧道窑为例进行说明，下述说明同样适用于带式焙烧机。
如图2所示，本实施例所提供的窑炉系统，与实施例1的分段状态相同，所不同的是：
所述脱碳段3的点火区的热量，来自于设置于所述点火区上方的燃烧嘴，通过所述燃烧嘴进行对所述生料球中的含热值原料及有机组分进行点火，达到着火点；所述点火区同时引入来自冷却段被预热的空气，从而实现燃烧嘴处天然气的充分燃烧，为点火提供充分热源；所述脱碳段的点火区还与抽风干燥段的烟气处理系统连通，用于点火后的烟气与抽风干燥段的烟气一起抽出并排入烟气处理系统。
本实施例也提供了一种基于图2所示的窑炉系统的含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的方法，所述方法与实施例1基本不同，不同之处在于：
生料球配料不同。本实施例利用废焦炭、煤渣等含有热值的固废，及辅助原料配料后，造粒，形成平均粒径5～15mm的生料球。上述固废热值含量为8500～30000kJ/kg g，固废掺量为0.5-25％，生料球的热值为500～3000kJ/kg。
由于脱碳段处的设置不同所引起和点火方式、烟气处理方式的不同，其余热回收也是通过脱碳段的余热回收管道实现，最后经冷却段后获得堆积密度1.0～1.5g/cm3的普通陶粒。
实施例3
本实施例提供了一种含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统，其中，所述窑炉为静态焙烧隧道窑或带式焙烧机。本实施例以隧道窑为例进行说明，下述说明同样适用于带式焙烧机。
如图3所示，本实施例所提供的窑炉系统，与实施例1的分段状态相同，所不同的是：
所述鼓风干燥段1的热风来自于烧成段5和均热段6的热风与冷空气混合后降温所获得的热风；所述抽风干燥段的热风来自于烧成段5。
所述脱碳段的点火区的热量，来自于设置于所述点火区上方的燃烧嘴，通过所述燃烧嘴进行对所述生料球中的含热值原料及有机组分进行点火，达到着火点；所述点火区同时引入来自冷却段被预热的空气，从而实现燃烧嘴处天然气的充分燃烧，为点火提供充分热源；所述脱碳段的点火区还与抽风干燥段的烟气处理系统连通，用于点火后的烟气与抽风干燥段的烟气一起抽出并排入烟气处理系统。
本实施例也提供了一种基于图3所示的窑炉系统的含有热值原料的陶粒烧制及副产余热的方法，所述方法与实施例1基本不同，不同之处在于：
生料球配料不同。本实施例利用热值含量为500～3500kJ/kg的煤矸石、煤泥、油泥、污泥、油页岩、有机固废和热值含量为8500～30000kJ/kg的废焦炭、煤渣等含有热值的固废，及辅助原料配料后，造粒，形成平均粒径5～15mm的生料球。生料球的热值为500～3000kJ/kg。
由于脱碳段处的设置不同所引起和点火方式、烟气处理方式的不同，其余热回收也是通过脱碳段的余热回收管道实现，最后经冷却段后获得堆积密度0.5～1.0g/cm3的开孔的多孔轻质陶粒。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统，所述窑炉系统包括干燥段、预热段、烧成段、均热段、冷却段，其特征在于，所述窑炉系统还包括：设置于所述干燥段和预热段间的脱碳段；其中，
所述脱碳段包括点火区、热风燃烧/热解区和余热回收管道，所述点火区引入热源使得区域内含有热值原料的陶粒温度为400~900℃，所述热风燃烧/热解区用于陶粒内含有热值原料内含碳物料及有机组分的燃烧或热解，所述余热回收管道用于脱碳烟气的排出和回收烟气内含热值陶粒原料燃烧/热解后释放的热量；所述点火区的热源，来自于从预热段和/或烧成段抽出的热风；或，所述点火区内设置有点火喷嘴，点火喷嘴用于为所述点火区提供热源；
所述干燥段分为鼓风干燥段和抽风干燥段；其中，鼓风干燥段采用来自冷却段的热风，或者余热回收管道加热后的热风，或者冷却段热风与余热回收管道加热后的热风的混合热风，或者烧成段和均热段排出烟气经过混入冷风冷却到250~400℃的热风；抽风干燥段采用预热段排出的热风，或者烧成段和均热段排出的热风；
所述陶粒在经过脱碳区后，在脱碳区出口处的陶粒热值不高于400kJ/kg。
2.根据权利要求1所述的利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统，其特征在于，所述窑炉为带式焙烧机或者静态焙烧隧道窑。
3.根据权利要求1所述的利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的窑炉系统，其特征在于，所述热风燃烧/热解区设置有鼓风管道，鼓风管道用于鼓入通过余热回收管道预热的空气。
4.一种利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的方法，其特征在于，所述方法包括：
将含热值原料及辅助原料配料后造粒，形成平均粒径3~15mm的生料球；
将所述生料球在窑车或台车上布料形成300~500mm高的陶粒料层，料层下部和两侧布置烧成后的返料陶粒；
将所述窑车送入如权利要求1至3任一项所述的窑炉系统，经过干燥段、脱碳段、预热段、烧成段、均热段及冷却段，制备得到堆积密度0.5~1.5g/cm3的陶粒；同时在所述脱碳段通过余热回收管道回收余热；
所述干燥段分为鼓风干燥段和抽风干燥段；其中，鼓风干燥段采用来自冷却段的热风，或者余热回收管道加热后的热风，或者冷却段热风与余热回收管道加热后的热风的混合热风，或者烧成段和均热段排出烟气经过混入冷风冷却到250~400℃的热风；抽风干燥段采用预热段排出的热风，或者烧成段和均热段排出的热风；
所述陶粒在经过脱碳区后，在脱碳区出口处的陶粒热值不高于400kJ/kg。
5.根据权利要求4所述的利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的方法，其特征在于，所述含热值原料为含有500~8500kJ/kg热值的固废，包括煤矸石、煤泥、粉煤灰、炉渣、流化床灰渣、煤气化灰渣、油泥、污泥、油页岩、有机固废和/或生活垃圾，和/或热值为8500~30000kJ/kg的废焦炭、煤渣。
6.根据权利要求4所述的利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的方法，其特征在于，所述含热值原料及辅助原料配料，其中含热值原料热值含量为500~8500kJ/kg时，掺量为30-100%；热值含量为8500~30000kJ/kg时，掺量为0.5-25%；生料球的热值为500~8500kJ/kg。
7.根据权利要求4所述的利用含热值原料的陶粒烧制及副产余热的方法，其特征在于，所述堆积密度0.5~1.5g/cm3的陶粒，包括堆积密度0.5~1.0g/cm3的开孔的多孔轻质陶粒，或堆积密度1.0~1.5g/cm3的普通陶粒。
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