CN116143434A - 一种用煤矸石烧制陶粒的新方法及其设备系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及烧制陶粒技术领域，更具体的，是一种用煤矸石烧制陶粒的新方法及其设备系统。烧制陶粒的方法是将煤矸石经过磨粉、制球、布料、烘干脱水、预热、点火、自焙烧、高温焙烧、两次冷却制得陶粒。设备系统包括：带式烧结机、罩体、鼓风机、第一引风机、第二引风机、第三引风机、第四引风机、余热回收系统、除尘系统。本申请将煤矸石制得高强度的陶粒，不仅解决了煤矸石大量沉积堆放带来的环境和占地问题，还可以变废为宝，应用于建筑行业，不仅避免了生产石子开山采石而破坏生态环境，在烧制陶粒过程中，通过合理的利用煤矸石自有热值，设计合理烧结工艺，将煤矸石自有热值最大化利用，多余热量进行余热回收，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及烧制陶粒技术领域，更具体的，是一种用煤矸石烧制陶粒的新方法及其设备系统。
背景技术
煤矸石：煤炭开采过程中的一种伴生矿石，含有很低的发热量，一般的煤矸石发热量分为300-1500kcal/kg，煤矸石大部分是在矸石山堆放等处理，在堆放过程中，里面可燃物会自燃，在自燃过程中会排出的有毒气体，既污染环境，也会对人造成伤害同时煤矸石堆放还占用大量耕地。煤炭是我国的主要能源，煤炭资源的开发对我国经济建设和社会发展起到了重要的支撑作用。我国煤炭占能源消费总量的60％左右，在煤矿开采和选煤厂作业中，会产生大量煤矸石，占煤炭产量的15％，通常作为固体废弃物排放到地面，形成矸石山。
陶粒：顾名思义，就是陶质的颗粒。陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体，但也有一些仿碎石陶粒不是圆形或椭圆形球体，而呈不规则碎石状。陶粒形状因工艺不同而各异。它的表面是一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高的强度。因为生产陶粒的原料很多，陶粒的品种也很多，因而颜色也就很多。焙烧陶粒的颜色大多为暗红色、赭红色，也有一些特殊品种为灰黄色、灰黑色、灰白色、青灰色等。陶粒的粒径一般为5-20㎜，最大的粒径为25㎜。陶粒一般用来取代混凝土中的碎石和卵石。轻质性是陶粒许多优良性能中最重要的一点，也是它能够取代重质砂石的主要原因。陶粒的内部结构特征呈细密蜂窝状微孔。这些微孔都是封闭型的，而不是连通型的。它是由于气体被包裹进壳内而形成的，这是陶粒质轻的主要原因。
砂石骨料：混凝土的主要组成原料，俗称为石子，一般都是通过开山采石所得。2020年，全国砂石行业平稳运行，据数据中心统计，2020年全年全国砂石消费量为178.26亿吨，同比增长1.39％。
现有的技术方案：以煤矸石、粉煤灰、污泥等废料为基础原料，先进行原料预混合、磨粉处理，再配加粘土等无机类粘结剂，进行制球，再进行烘干、预热、烧结、冷却的基本路线。烧制出陶粒，余热不能合理的利用，因其生产成本高，很难在建筑骨料中替代石子。
发明内容
本发明提出了一种用煤矸石烧制陶粒新工艺，通过对煤矸石破碎、磨粉、加湿、制球、烘干脱水、预热、点火自焙烧、高温焙烧、冷却，可以得到高强度的陶粒，可以应用于建筑行业，部分或完全替代混凝土中的砂石骨料。在烧制陶粒过程中，通过合理的利用煤矸石自有热值，设计合理烧结工艺，将煤矸石自有热值最大化利用，多余热量进行余热回收，降低生产成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用煤矸石烧制陶粒的新方法，包括：
磨粉,将煤矸石破碎、磨粉，形成煤矸石粉末；
加湿混碾,将经过在破碎、磨粉的煤矸石粉末加湿、混碾处理；
制球，将经过加湿混碾后煤矸石粉末在成球盘上制球成煤矸石球团；
布料，将制好的球团通过大小球筛进行筛分，筛分合格的球团通过布料机布料到烧结机上；
烘干脱水，通过供入富含热量气体，对球团进行烘干脱水；
预热，通过供入富含热量气体，对球团进行预热；
点火，通过点火烧嘴将煤矸石球团点燃，从上而下进行球团焙烧；
自焙烧，点燃的煤矸石球团，从上而下进行球团焙烧，以使球团中有机可燃物燃烧且脱去其中的碳；
高温焙烧，通过高温焙烧烧嘴加热经过自焙烧的球团，用以将球团中剩余碳的脱除，并使球团强度达到陶粒要求的强度；
冷却，通过冷却得到陶粒，包括第一次换热冷却和第二次换热冷却，常温气体依次通过第一次换热冷却、第二次换热冷却。
进一步的，在煤矸石磨粉后的粉料含水量5％左右；磨粉粒度200目过筛率不小于70％；煤矸石球团制球粒度为5-25mm；烧结机上球团铺料厚度300 —500mm。
进一步的，烘干脱水过程中供入的气体风温度＜300℃，使用预热过程排出的气体作为热源，通过加入冷风调节风温，进行烘干脱水和物料升温；
预热过程中供入的气体风温度＜600℃，使用点火和自焙烧排出的气体作为热源，通过加入冷风调节风温；
点火过程温度900-1100℃；点火过程使用冷却过程换热后排出的含氧高温风助燃；
自焙烧过程温度700-1050℃，并通过控制风量来调整球团温度；自焙烧过程使用冷却过程换热后排出的含氧高温风助燃，含氧高温助燃风温度500 —600℃；
高温焙烧过程使用冷却过程换热后排出的含氧高温风助燃，高温焙烧温度1000-1100℃；
冷却过程中经过换热后高温助燃风温度在500-600℃；经过冷却后的球团陶粒温度＜100℃。
进一步的，冷却过程中，第一次换热冷却发生在冷却二段，第二次换热冷却发生在冷却一段，鼓风机将常温空气供入冷却二段，经由第一引风机抽出冷却二段发生第一次换热冷却，再供入冷却一段发生第二次换热冷却；
经过冷却一段发生第二次换热冷却后的气体排出，供入点火段、自焙烧段、高温焙烧段，各段助燃风风量可调；
预热过程中，通过第二引风机将点火段和自焙烧段的气体抽来并供入预热段；
烘干脱水过程中，通过第三引风机将预热段的气体抽来并供入烘干脱水段；经过烘干脱水段的气体，经由第四引风机，通过除尘器后送入脱硫塔，经脱硫后排入空中；尾气气体温度为＜100℃。
进一步的，高温焙烧过程排出的气体由锅炉风机经由余热锅炉抽出，余热锅炉对高温焙烧排出的气体进行余热回收。
更进一步的，经过余热锅炉进行余热回收的气体供入煤矸石磨粉系统，为其提供煤矸石烘干热源，以使煤矸石原料脱水。
进一步的，陶粒筒压强度≥5.5MPa，堆积密度＜1000kg/m3，含硫量＜ 0.1％，含碳及烧矢量＜0.6％，陶粒残留热值＜200KJ/kg。
一种用煤矸石烧制陶粒的设备系统，包括：
带式烧结机，所述带式烧结机依次划分为烘干脱水段、预热段、点火段、自焙烧段、高温焙烧段、冷却一段、冷却二段；
罩体，罩体分段设置在所述带式烧结机上部；罩体包括烘干脱水段、预热段、点火段、自焙烧段、高温焙烧段、冷却一段、冷却二段的罩体；
鼓风机，用以从下部为冷却二段供风；
第一引风机，用以将冷却二段罩体排出的气体供入冷却一段下部；
冷却一段罩体排出的气体分别并列供入高温焙烧段、自焙烧段、点火段；
余热回收系统，用以收集高温焙烧段下部排出的气体以余热回收；
第二引风机，用以将自焙烧段下部、点火段下部排出的气体供入预热段罩体；
第三引风机，用以将自预热段下部排出的气体供入烘干脱水段下部；
除尘系统，包括除尘器、第四引风机，用以将烘干脱水段罩体排出的气体送入除尘器经除尘后，经由第四引风机送入脱硫塔，经脱硫后排空。
进一步的，所述余热回收系统包括余热锅炉进行余热回收；经过所述余热锅炉余热回收后的气体通过锅炉风机供入磨粉系统，经磨粉系统排出后送入尾气处理系统。
进一步的，所述高温焙烧段两侧设置有高温焙烧烧嘴，所述点火段上部设置有点火烧嘴。
本申请的有益效果：
本发明提出了一种用煤矸石烧制陶粒新工艺，通过对煤矸石破碎、磨粉、加湿、制球、烘干脱水、预热、点火自焙烧、高温焙烧、冷却，可以得到高强度的陶粒，可以应用于建筑行业，部分或完全替代混凝土中的砂石骨料。由于密度小，是装配式建筑非常好的建材骨料，不仅解决了煤矸石等大宗固废的大量沉积堆放带来的环境和占地问题，还可以变废为宝，成为有用的陶粒，应用于建筑行业，不仅避免了生产石子开山采石而破坏生态环境，在烧制陶粒过程中，通过合理的利用煤矸石自有热值，设计合理烧结工艺，将煤矸石自有热值最大化利用，多余热量进行余热回收，降低生产成本。
附图说明
图1为本申请的工艺流程示意图。
图2为本申请的设备结构示意图。
其中：
1、带式烧结机，2、冷却二段，3、冷却一段，4、高温焙烧段，5、高温焙烧烧嘴，6、自焙烧段，7、点火段，8、点火烧嘴，9、预热段，10、烘干脱水段，11、除尘器，12、第四引风机，13、第三引风机，14、第二引风机， 15、磨粉系统，16、锅炉风机，17、余热锅炉，18、第一引风机，19、鼓风机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
国内目前烧制陶粒的工艺大部分是采用回转窑进行烧制，也有采用烧结机进行烧制的，但是都不能有效合理利用煤矸石的固有热值。
回转窑法传统工艺方案主要存在以下几个问题：
其一，完全采用煤矸石进行烧制陶粒，由于煤矸石本身有热值，尾气温度过高，风温没法调整，湿球团烘干时因脱水过快会爆裂，不能烧制出合格的陶粒，只能使用部分煤矸石，再配加大量粘土等无机类原料，这会给生产增加成本，也会消耗大量土壤资源。
其二，不能合理利用煤矸石本身的自有热值，需要配加大量的外加能源进行烧制，生产成本很高，以目前市场，采用天然气为外加能源，传统工艺需要消耗60m3天然气(热量约为2000000KJ)，才能烧制出1m3陶粒，烧制出的陶粒如果用在混凝土上，成本太高没有市场竞争力。
其三，回转窑法烧制好的高温陶粒一般都是采用筒式冷却，陶粒的显热都是损失了，没有进行合理利用。
其四，传统回转窑法烧制陶粒，单条回转窑最大年产能在20万m3，产能受到限制，(工艺设备不能大型化)，不能有效解决大量煤矸石的堆放问题。
烧结机法传统工艺方案主要存在以下问题：
国内现有资料介绍使用烧结机进行烧制陶粒，国外也有类似报道，国内没有生产线大量生产陶粒，建有小规模试验线，但煤矸石烧制陶粒时热能没有得到充分利用，主要采用外来热源加热，大量热能流失，加热消耗能源大，成本高，需要消耗20m3天然气(热量约为670000KJ)，才能烧制出1m3陶粒。
主要突出上述两种方法能耗偏高，热利用率低，不符合国家现有节能、减排、降耗的产业政策，再突出本方法充分利用自身放热能力，外加能耗消耗小，综合能耗低，生产成本低。
现阶段都是采用煤矸石为主原料，需要添加其他辅助物料，进行焙烧利用。目前还没有完全采用煤矸石进行配料处理，得到本发明提到以高效低耗的方式烧制陶粒的方法。
本发明基于以上问题，采用冶金球团烧结用的带式烧结机烧制煤矸石陶粒，煤矸石通过配料、磨粉、制球，在冶金球团带式烧结机的基础上，通过改变工艺配风，将带式烧结机分为烘干脱水段、预热段、点火段、自焙烧段、高温焙烧段、冷却一段、冷却二段等七段，烘干脱水段、预热段使用热风温度可以按工艺要求加入冷空气调整，煤矸石球团烘干时不会发生球团爆裂问题。烧结机排出热风不高于100℃，煤矸石陶粒成品排出温度＜100℃，本发明烧制煤矸石陶粒时热能得到充分利用，可以高效低耗的烧制出陶粒，陶粒生产成本低于目前砂石骨料的市场价格，可以大量替代混凝土。
烧结机各段都有独立风机控制，可以加入冷空气调整温度，各段温度可以加入冷风调整达到工艺要求温度。回转窑一个直筒，一个风机抽风，风温不可控。回转窑方式，不能烧制高热值的原料，需要通过配加不含热值的粘土等物料降低热值，且回转窑模式产能低，余热不能充分回收，能耗高。
本发明的技术方案是：将煤矸石破碎、磨粉，磨粉粒度要求200目过筛率70％以上，为了确保制球的性能，进行加湿和混碾，加湿混碾后的粉料含水量控制在5％左右，混好的物料采用成球盘进行制球，制球粒度为5-25mm，制好的球通过大小球筛进行筛分，合格球团通过布料机布料到烧结机上，为了确保高温焙烧温度，在烧结机的点火段和高温焙烧段配置加热用烧嘴，热源为天然气或者其他可燃气体。在点火段点火烧嘴将煤矸石球团点燃后，通过不断通入高温含氧热风，将烧结机上厚度300—500mm煤矸石球团，从上而下烧透，并将煤矸石球团里有机可燃物全部燃烧并脱去煤矸石球团里的碳，使煤矸石球团温达到1000℃以上，升温阶段，球团温度逐渐升高，空间温度是 700-1050的范围，通过控制风量来调整球团温度，以免过烧和烧不透。高温焙烧段通过烧嘴加热，使陶粒达到要求强度，并将球团内剩余碳脱除。高温焙烧段排出的高温尾气进行余热回收，每生产1m3陶粒(煤矸石热值按2100KJ/Kg)，可至少余热回收300kg高温高压的过热蒸汽，资源综合利用最大化。烧制好的陶粒筒压强度≥5.5MPa，堆积密度＜1000kg/m3，含硫量(SO3) ＜0.1％，含碳及烧矢量＜0.6％，陶粒残留热值＜200KJ/kg。可部分替代混凝土中的石子。
本申请公开了一种用煤矸石烧制陶粒的设备系统，包括：
带式烧结机，所述带式烧结机依次划分为烘干脱水段、预热段、点火段、自焙烧段、高温焙烧段、冷却一段、冷却二段；
罩体，罩体分段设置在所述带式烧结机上部；罩体包括烘干脱水段、预热段、点火段、自焙烧段、高温焙烧段、冷却一段、冷却二段的罩体；
鼓风机，用以从下部为冷却二段供风；
第一引风机，用以将冷却二段罩体排出的气体供入冷却一段下部；
冷却一段罩体排出的气体分别并列供入高温焙烧段、自焙烧段、点火段；
余热回收系统，用以收集高温焙烧段下部排出的气体以余热回收；
第二引风机，用以将自焙烧段下部、点火段下部排出的气体供入预热段罩体；
第三引风机，用以将自预热段下部排出的气体供入烘干脱水段下部；
除尘系统，包括除尘器、第四引风机，用以将烘干脱水段罩体排出的气体送入除尘器经除尘后，经由第四引风机送入脱硫塔，脱硫后排入空中。
进一步的，所述余热回收系统包括余热锅炉进行余热回收；经过所述余热锅炉余热回收后的气体通过锅炉风机供入磨粉系统，经磨粉系统排出后送入尾气处理系统。
进一步的，所述高温焙烧段两侧设置有高温焙烧烧嘴，所述点火段上部设置有点火烧嘴。
我公司已申请的专利一种烧制陶粒用轻型带式焙烧机中已经公开了带式焙烧机的装料台车、链条、头部链轮、尾部链轮、布料机的设置，在本申请中不再做详细的描述。
本申请公开的一种用煤矸石烧制陶粒的新方法，包括：
磨粉,将煤矸石破碎、磨粉，在破碎、磨粉过程中加湿、混碾；
制球，将经过破碎、磨粉后煤矸石粉末在成球盘上制球成煤矸石球团；
布料，将制好的球团通过大小球筛进行筛分，筛分合格的球团通过布料机布料到烧结机上；
烘干脱水，通过供入富含热量气体，对球团进行烘干脱水；
预热，通过供入富含热量气体，对球团进行预热；
点火，通过点火烧嘴将煤矸石球团点燃，从上而下进行球团焙烧；
自焙烧，点燃的煤矸石球团，从上而下进行球团焙烧，以使球团中有机可燃物燃烧且脱去其中的碳；
高温焙烧，通过高温焙烧烧嘴加热经过自焙烧的球团，用以将球团中剩余碳脱除，并使球团强度达到陶粒要求的强度；
冷却，通过冷却得到陶粒，包括第一次换热冷却和第二次换热冷却，常温气体依次通过第一次换热冷却、第二次换热冷却。
进一步的，在煤矸石磨粉后的粉料含水量5％左右；磨粉粒度200目过筛率不小于70％；煤矸石球团制球粒度为5-25mm；烧结机上球团铺料厚度300 —500mm。
进一步的，烘干脱水过程中供入的气体风温度＜300℃，使用预热过程排出的气体作为热源，通过加入冷空气调节供入的气体温度，进行烘干脱水和物料升温；
预热过程中供入的气体风温度＜600℃，通过加入冷空气调节供入的气体温。使用点火和自焙烧排出的气体作为热源；
点火过程温度900-1100℃；点火过程使用冷却过程换热后排出的含氧高温风助燃；
自焙烧过程温度700-1050℃，并通过控制风量来调整球团温度；自焙烧过程使用冷却过程换热后排出的含氧高温风助燃；
高温焙烧过程使用冷却过程换热后排出的含氧高温风助燃，高温焙烧温度1000-1100℃；
冷却过程中经过换热后热空气温度在500-600℃；经过冷却后的球团陶粒温度＜100℃。
进一步的，冷却过程中，第一次换热冷却发生在冷却二段，第二次换热冷却发生在冷却一段，鼓风机将常温空气供入冷却二段，经由第一引风机抽出冷却二段发生第一次换热冷却，再供入冷却一段发生第二次换热冷却；
经过冷却一段发生第二次换热冷却后的含氧高温风排出，供入点火段、自焙烧段、高温焙烧段，各段助燃风风量可调；
预热过程中，通过第二引风机将点火段和自焙烧段的气体抽来并供入预热段，通过加入冷却风来保证工艺风温度(＜600℃)。
烘干脱水过程中，通过第三引风机将预热段的气体抽来并供入烘干脱水段，通过加入冷却风来保证工艺风温度(＜300℃)；经过烘干脱水段的气体，经除尘器经除尘后，经由第四引风机送入脱硫塔，脱硫后排空。
尾气系统气体温度为＜100℃。
进一步的，高温焙烧过程排出的气体由锅炉风机经由余热锅炉抽出，余热锅炉对高温焙烧排出的气体进行余热回收。
更进一步的，经过余热锅炉进行余热回收的气体供入煤矸石磨粉系统，为其提供煤矸石烘干热源，以使煤矸石原料脱水。
进一步的，陶粒筒压强度≥5.5MPa，堆积密度＜1000kg/m3，含硫量＜ 0.1％，含碳及烧矢量＜0.6％，陶粒残留热值＜200KJ/kg。
本发明是利用煤矸石自有热量，通过点火自焙烧烧制陶粒，根据原料热值成分，采用不同热值煤矸石(或气化渣、粉煤灰等)进行配料，使原料的热值为2000KJ/kg-3500KJ/kg，使球团达到自焙烧条件，降低生产成本，减少能耗。带式烧结机1各工艺段有明确的特性和工艺条件，烘干脱水段10工艺加热风温度要求＜300℃，采用预热段9的尾气显热作为热源,通过第三引风机13将预热段9的尾气抽来并打入烘干脱水段10，进行烘干脱水和物料升温，最终由第四引风机12，通过除尘器11，将尾气抽出后打入脱硫塔，脱硫后排入空中，此时尾气温度为＜100℃；预热段9工艺要求加热风温度为＜600℃，完全采用点火段7和自焙烧段6的尾气显热为热源，由第二引风机14将点火段7和自焙烧段6的尾气抽出，并打入预热段9，该尾气含氧量很低，只对物料进行提温；点火段7的工艺温度900-1100℃，热源采用外加热源，通过点火烧嘴8提供，助燃风是冷却一段3及冷却二段2置换出的含氧热风，温度500—600℃；自焙烧段6工艺温度700-1050℃，热源是煤矸石球团内可燃物，助燃风是冷却一段3及冷却二段2置换出的含氧热风，温度500—600℃，首先由鼓风机19，将常温空气打入冷却二段2，再由第一引风机18抽出冷却二段2，再打入冷却一段3，换热后热空气温度在500-600℃，直接通入高温焙烧段4、自焙烧段6和点火段7，各段助燃风风量可调。高温焙烧段4工艺温度为1000-1100℃，热源是燃气和球团中剩余碳，助燃风为冷却一段3和冷却二段2置换的含氧热风，热源由高温焙烧烧嘴5提供。高温焙烧段4主要是进行脱除煤矸石剩余的碳和硫并烧制出陶粒要求的强度。高温焙烧段4的尾气主要用于余热回收，由锅炉风机16经由余热锅炉17抽出，由余热锅炉17 对高温焙烧段4的尾气进行余热回收，可得到高温高压蒸汽，余热回收后的 200℃尾气，由锅炉风机16直接打到煤矸石磨粉系统15，提供烘干热源，对原料进行脱水，提高磨粉效率，最终排入尾气处理系统的尾气温度＜100℃，系统热能最大限度利用，不计焙烧系统设备和管道散热，全系统热能利用率高达85％以上。冷却一段3和二段2，采用冷空气为冷却介质，对烧制好的高温陶粒进行冷却，冷却后的陶粒温度在100℃以下，换热后的热风给高温焙烧段4、自焙烧段6和点火段7，提供显热余热和助燃风。通过合理利用煤矸石的自有热值，烧制1m3陶粒，需要的外加热源热量为200000KJ-350000KJ。采用此种形式的焙烧设备，单台设备最大年产量可达100万方以上。
本发明中，进厂原料先进行指标检测，以确定原料的热值，根据不同热值的原料，通过高低热值料按一定比例混合方式进行配料，根据原料热值成分，采用不同热值煤矸石进行配料，使得原料的热值为2000KJ/kg-3500KJ/kg，为自焙烧段6完成自燃焙烧提供基础热源，不添加任何其他辅料。
本发明带式烧结机1各工艺段有明确的特性和工艺条件，烘干脱水段10 工艺加热风温度要求＜300℃，采用预热段9的尾气显热作为热源,通过第三引风机10将预热段9的尾气抽来并打入烘干脱水段10，进行烘干脱水和物料升温，最终由第四引风机12，通过除尘器11，将尾气送入脱硫塔，脱硫后排空。此时尾气温度为＜100℃；预热段9工艺要求加热风温度为＜600℃，采用点火段7和自焙烧段6的尾气显热为热源，由第二引风机14将点火段7和自焙烧段6的尾气抽出，并打入预热段9，该尾气含氧量很低，只对物料进行提温；点火段7的工艺温度900-1100℃，热源采用外加热源，通过点火烧嘴 8提供，助燃风是冷却一段3及冷却二段2置换出的含氧热风，温度500— 600℃；自焙烧段6工艺温度700-1050℃，热源是煤矸石球团内可燃物，助燃风是冷却一段3及冷却二段2置换出的含氧热风，温度500—600℃，首先由鼓风机19，将常温空气打入冷却二段2，再由第一引风机18抽出冷却二段2，再打入冷却一段3，换热后热空气温度在500-600℃，直接通入高温焙烧段4、自焙烧段6和点火段7。高温焙烧段4工艺温度为1000-1100℃，热源是燃气和球团中剩余碳，助燃风为冷却一段3和冷却二段2置换的含氧热风，热源由高温焙烧烧嘴5提供。高温焙烧段4主要是进行脱除煤矸石剩余的碳和硫，并烧制出陶粒要求的强度。高温焙烧段4的尾气主要用于余热回收，由锅炉风机16经由余热锅炉17抽出，由余热锅炉17对高温焙烧段4的尾气进行余热回收，可得到高温高压蒸汽，余热回收后的200℃尾气，由锅炉风机16直接打到煤矸石磨粉系统15，提供烘干热源，对原料进行脱水，提高磨粉效率，最终排入尾气处理系统的尾气温度＜100℃，系统热能最大限度利用，不计焙烧系统设备和管道散热，全系统热能利用率高达85％以上。冷却一段3和二段 2，采用冷空气为冷却介质，对烧制好的高温陶粒进行冷却，冷却后的陶粒温度在100℃以下，换热后的热风给高温焙烧段4、自焙烧段6和点火段7，提供显热余热和助燃风。通过合理利用煤矸石的自有热值，烧制1m3陶粒，需要的外加热源热量为200000KJ-350000KJ，采用此种形式的烧结设备，单台设备最大年产量可达100万方以上。
在烧制高强度陶粒的过程中，充分利用煤矸石自有热值，烧制1m3陶粒只需外加热源热量约为200000KJ-350000KJ，并进行余热回收，余热主要是高温焙烧段的全部尾气显热，烧制1m3陶粒(针对2100KJ/Kg煤矸石)可余热回收 300kg高温高压的过热蒸汽，回收热量达1000000KJ以上，最大程度的能源资源化，不计焙烧系统设备和管道散热，全系统热能利用率高达85％以上。
本发明采用煤矸石烧制陶粒，充分利用煤矸石的自有热值，采用煤矸石自焙烧方式提温加热，合理利用余热回收，生产1m3陶粒的直接热源消耗，只需消耗热量200000KJ-350000KJ，且可余热回收300kg高温高压过热蒸汽，回收热量高达1000000KJ以上。
本发明焙烧方式，单机最大年产能可达100万方以上。
本发明以低成本高效率的方式处理煤矸石，不仅有效解决了煤矸石大宗固废的处置问题，有巨大社会效益，企业还有一定的经济效益。
本发明中进厂原料先进行指标检测，以确定原料的热值，根据不同热值的原料，通过高低热值料按一定比例混合方式进行配料，采用煤矸石进行配料，通过烘干脱水、预热、点火自焙烧、高温焙烧、冷却，得到高强度的陶粒，由于烧制的陶粒比原砂石骨料的容重要小的多，应用于建筑行业，可以降低混凝土本身自重，尤其在装配式建筑和桥梁建设等领域使用。
截至目前，我公司已经在该方面做了探索实践和生产实践，取得了较好的效果。
实例1：小时生产1m3建筑陶粒的试验生产线，每小时处理1t煤矸石，煤矸石固有热值为2130KJ/kg，小时外加天然气15m3，小时总热量输入为： 2631600KJ，外排烟气小时总量为1400Nm3，尾气温度为60℃，尾气带走显热量为：144900KJ，1立方陶粒温度为60℃，陶粒带走显热量为：54000KJ，陶粒带走潜热为：188100KJ，不计系统散热，全部热收入热能利用率约为：85.3％。余热回收蒸汽热量：1003320KJ，外加天然气热值：501600KJ，回收热量远大于外加热源热量，该方式处理煤矸石的方法，基本达到将煤矸石自有热值充分利用，试验线的保温措施不佳，外加的热源略微偏高。
实例2：年生产70万m3建筑用陶粒示范生产线，年可处理70万吨煤矸石，生产出建筑用陶粒70万m3，可余热回收饱和蒸汽年25万吨。
对于本领域的普通技术人员而言，上述已经展示和描述了本发明的实施例，就实现上述所述的功能技术特点，在程序编程和技术运算实现层面都不存在难度，对于可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用煤矸石烧制陶粒的新方法，其特征在于，包括：
磨粉,将煤矸石破碎、磨粉，形成煤矸石粉末；
加湿混碾,将经过在破碎、磨粉的煤矸石粉末加湿、混碾处理；
制球，将经过加湿混碾后煤矸石粉末在成球盘上制球成煤矸石球团；
布料，将制好的球团通过大小球筛进行筛分，筛分合格的球团通过布料机布料到烧结机上；筛分不合格的球团送入加湿混碾系统；
烘干脱水，通过供入富含热量气体，对球团进行烘干脱水；
预热，通过供入富含热量气体，对球团进行预热；
点火，通过点火烧嘴将煤矸石球团点燃，从上而下进行球团焙烧；
自焙烧，点燃的煤矸石球团，从上而下进行球团焙烧，以使球团中有机可燃物燃烧且脱去其中碳；
高温焙烧，通过高温焙烧烧嘴加热经过自焙烧的球团，用以将球团中剩余碳脱除，并使球团强度达到陶粒的强度；
冷却，通过风冷却降低陶粒温度，包括第一次换热冷却和第二次换热冷却，常温气体依次通过第一次换热冷却、第二次换热冷却转换成含氧高温风，含氧高温风供入点火、自焙烧及高温焙烧过程。
2.根据权利要求1所述的一种用煤矸石烧制陶粒的新方法，其特征在于，在煤矸石磨粉后的粉料含水量5％左右；磨粉粒度200目过筛率不小于70％；煤矸石球团制球粒度为5-25mm；烧结机上球团铺料厚度300—500mm。
3.根据权利要求1所述的一种用煤矸石烧制陶粒的新方法，其特征在于，
烘干脱水过程中供入的气体风温度＜300℃，使用预热过程排出的气体作为热源，通过加入冷风调节风温，进行烘干脱水和物料升温；
预热过程中供入的气体风温度＜600℃，使用点火和自焙烧排出的气体作为热源，通过加入冷风调节风温，使球团温度提高；
点火过程温度900-1100℃；点火过程使用冷却过程换热后排出的含氧高温风助燃；
自焙烧过程温度700-1050℃，并通过控制风量来调整球团温度；自焙烧过程使用冷却过程换热后排出的含氧高温风助燃；
高温焙烧过程使用冷却过程换热后排出的含氧高温风助燃，高温焙烧温度1000-1100℃；
冷却过程中经过换热后热空气温度在500-600℃；经过冷却后的球团陶粒温度＜100℃。
4.根据权利要求1所述的一种用煤矸石烧制陶粒的新方法，其特征在于，
冷却过程中，第一次换热冷却发生在冷却二段，第二次换热冷却发生在冷却一段，鼓风机将常温空气供入冷却二段，经由第一引风机抽出冷却二段发生第一次换热冷却，再供入冷却一段发生第二次换热冷却；
经过冷却一段发生第二次换热冷却后的气体排出，供入点火段、自焙烧段、高温焙烧段，各段助燃风风量可调；
预热过程中，通过第二引风机将点火段和自焙烧段的气体抽来并供入预热段；
烘干脱水过程中，通过第三引风机将预热段的气体抽来并供入烘干脱水段；经过烘干脱水段的气体，经由第四引风机，通过除尘器将气体抽出除尘，脱硫后排入空中；尾气温度为＜100℃。
5.根据权利要求1所述的一种用煤矸石烧制陶粒的新方法，其特征在于，高温焙烧过程排出的气体由锅炉风机经由余热锅炉抽出，余热锅炉对高温焙烧排出的气体进行余热回收。
6.根据权利要求5所述的一种用煤矸石烧制陶粒的新方法，其特征在于，经过余热锅炉进行余热回收的气体供入煤矸石磨粉系统，为其提供煤矸石烘干热源，以使煤矸石原料脱水。
7.根据权利要求1所述的一种用煤矸石烧制陶粒的新方法，其特征在于，陶粒筒压强度≥5.5MPa，堆积密度＜1000kg/m3，含硫量＜0.1％，含碳及烧矢量＜0.6％，陶粒残留热值＜200KJ/kg。
8.一种用煤矸石烧制陶粒的设备系统，其特征在于，包括：
带式烧结机，所述带式烧结机依次划分为烘干脱水段、预热段、点火段、自焙烧段、高温焙烧段、冷却一段、冷却二段；
罩体，罩体分段设置在所述带式烧结机上部；罩体包括烘干脱水段、预热段、点火段、自焙烧段、高温焙烧段、冷却一段、冷却二段的罩体；
鼓风机，用以从下部为冷却二段供风；
第一引风机，用以将冷却二段罩体排出的气体供入冷却一段下部；
冷却一段罩体排出的气体分别并列供入高温焙烧段、自焙烧段、点火段；
余热回收系统，用以收集高温焙烧段下部排出的气体以余热回收；
第二引风机，用以将自焙烧段下部、点火段下部排出的气体供入预热段罩体；
第三引风机，用以将自预热段下部排出的气体供入烘干脱水段下部；
除尘系统，包括除尘器、第四引风机，用以将烘干脱水段罩体排出的气体送入除尘器经除尘后，经由第四引风机送入脱硫塔，经脱硫后排空。
9.根据权利要求8所述的一种用煤矸石烧制陶粒的设备系统，其特征在于，所述余热回收系统包括余热锅炉进行余热回收；经过所述余热锅炉余热回收后的气体通过锅炉风机供入磨粉系统，经磨粉系统排出后送入尾气处理系统。
10.根据权利要求8所述的一种用煤矸石烧制陶粒的设备系统，其特征在于，所述高温焙烧段两侧设置有高温焙烧烧嘴，所述点火段上部设置有点火烧嘴。
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|---|---|---|---|
| CN202111394719.4A CN116143434A (zh) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | 一种用煤矸石烧制陶粒的新方法及其设备系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117510116A (zh) * | 2023-11-07 | 2024-02-06 | 国能神东煤炭集团有限责任公司 | 煤矸石混合烧制方法 |
| CN119176682A (zh) * | 2024-11-20 | 2024-12-24 | 山东恒远利废技术股份有限公司 | 一种高热值煤矸石制高强轻骨料的工艺 |
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2021
- 2021-11-23 CN CN202111394719.4A patent/CN116143434A/zh active Pending
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| CN119176682A (zh) * | 2024-11-20 | 2024-12-24 | 山东恒远利废技术股份有限公司 | 一种高热值煤矸石制高强轻骨料的工艺 |
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