基于工业余热协同处置固废制备胶凝材料的系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于工业余热协同处置固废制备胶凝材料的系统及方法，按照胶凝材料的组成选择固废的种类和固废的比例；将配合后的固废倒入预热粉碎机中进行粉碎、预热；经粉碎、预热后的固废输送至煅烧腔室中进行煅烧；煅烧后卸料；煅烧过程中产生的高温废气分别通过预热粉碎机的出口和粉碎刀片进入粉碎腔室中，对固废进行预热。利用高温尾气和高温钢渣中的余热对各类固废在粉磨过程中进行预热、碳化，提高固废的活性，实现了固废的资源化利用，又能对高温尾气进行降温，节能减排。

说明书

技术领域

本发明属于工业固体废物高温处理技术领域，具体涉及一种基于工业余热协同处置固废制备胶凝材料的系统及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

我国经济的快速发展、工业的突飞猛进推进了现代化建设的发展和提高了人民的生活水平，舒适的环境越来越成为人们生活的需要。工业发展消耗了大量资源的同时，也产生了大量的工业固废和高温废气，高温废气一般需要使用废气处理设备进行净化后才能排放，但是一般的废气处理设备的工艺要求气体温度不能过高，所以，对于温度较高的废气需要进行降温处理，废气的降温方式一般包括直接接触降温和间接接触降温两种，直接接触降温为烟气与冷却介质直接接触，并进行热交换，如，喷淋冷却，采用对流的喷淋形式进行冷却，该种方法设备费用低，占地空间小，能严格而迅速地控制温度，但运行过程中设备容易腐蚀，循环水长期富集污染物形成二次污染等；稀释冷却，在高温废气中混入一些冷风，从而使高温气体得到冷却，该种方法简单易行，设备费用和运行费用低，但增大了气体流量，增大了后续设备容量。间接接触冷却是烟气不与冷却介质直接接触，一般采用换热器进行换热，不改变烟气的性质，但是对烟气的冷却效果不佳。

工业固废包括高炉渣、钢渣、赤泥、有色金属渣、粉煤灰、煤渣、废石膏、电石渣以及盐泥等，工业固废的数量庞大、成分复杂、处理困难，工业固废的消极堆存不仅占用大量土地，而且工业固废中含有易溶于水的物质，容易通过淋溶污染土壤和水体。此外，高温钢渣的温度较高，但余热利用效率较低，一般采用热泼法、浅盘法、风淬法、滚筒法、粒化法等方法进行处理，热泼法冷却时间短，处理量大，但反应不封闭，环境污染严重，且处理后的钢渣稳定性差；浅盘法处理量大，但设备维护量大、易爆炸、环境污染严重；风淬法、水淬法、滚筒法和粒化法只适用于流动性好的液态渣。

所以，高温废气和工业固废的处理都会占用大量的人力物力财力，且较难进行资源化利用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于工业余热协同处置固废制备胶凝材料的系统及方法，利用高温尾气和高温钢渣中的余热对各类固废在粉磨过程中进行预热、碳化，提高固废的活性，实现了固废的资源化利用，又能对高温尾气进行降温，节能减排。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

基于工业余热协同处置固废制备胶凝材料的系统，包括：

预热粉碎机，包括外层壳体、内层壳体、转轴和若干刀片，内层壳体设置于外层壳体内部，两者之间围成腔室；转轴水平设置于内层壳体内，其一端延伸出外层壳体，与电机连接，若干刀片均布于粉碎转轴上，且转轴和刀片均为中空，转轴的位于所述腔室的部位设置通槽，刀片上设置若干通孔；预热粉碎机的上端设置物料进口，下端设置物料出口，出口处设置有过滤网；

高温处置装置，包括保温壳体和传热壳体，传热壳体套于保温壳体内部，两者之间围成保温层，传热壳体内部围成煅烧腔室，煅烧腔室的一端分别与预热粉碎机的出口和所述腔室连接，另一端与燃料气源连接；

以及废气处理器，与所述腔室连接，用于对利用后的废气进行处理。

煅烧腔室中固废的煅烧产生的大量的高温废气分别通过预热粉碎机的物料出口和依次通过腔室、中空转轴、中空刀片进入内层壳体内，对粉碎中的固废进行预热。通过中空刀片进入的高温废气可以在刀片对固废进行粉碎的过程中与固废接触，旋转的刀片起到搅拌作用，更容易实现高温废气与固废的均匀接触；而某些粒径较小的固废加入后，一般直接下落在预热粉碎机的底部，难以与刀片接触，从刀片中流出的高温废气则难以对该部分固废进行预热，而从预热粉碎机出口流入的高温废气则可以从下往上流经整个粉碎腔室，进而更好地对固废进行预热。而如果仅将高温废气从预热粉碎机的底部通入时，则较难保证高温废气在整个预热粉碎腔室内的均匀分布，所以需要两部分的协同处理。

利用煅烧过程中产生的高温废气对固废进行预热，一方面可以对该部分高温废气起到冷却作用，使冷却后的废气可以直接使用废气处理器进行净化，减少了对高温废气冷却的设备投资；第二方面，通过高温废气对固废进行物理活化，高温作用下使分子中的Al-O键、Si-O键断裂，可以提高固废的胶凝活性；第三方面，对固废进行预热，可以提高固废的温度，进而减少了固废煅烧时的热量投入，节能减排。

在一些实施例中，所述腔室中设置有隔板，将腔室分隔成两部分，高温废气的进口和出口分别位于隔板的两侧；

所述转轴的内部与高温废气进口一侧的腔室连通，内层壳体与高温废气出口一侧的腔室连通。

采用该种结构时，高温废气进入腔室后，先通过转轴和刀片进入内层壳体内部，对固废进行预热，冷却后的废气从内层壳体流至腔室中，并从废气出口流至废气处理器进行处理。更容易对高温废气中的热量进行回收。

在一些实施例中，所述预热粉碎机的出口与煅烧腔室之间通过管道连接，该管道自预热粉碎机向煅烧腔室向下倾斜设置。便于将粉碎后的物料顺利输送至煅烧腔室。

进一步的，所述煅烧腔室的端部设置有入料仓，入料仓与预热粉碎机连接，所述腔室通过管道与入料仓连通。

煅烧过程产生的高温废气进入入料仓，再进入预热粉碎机对固废进行预热，可以防止煅烧过程中煅烧腔室内的热量损失。

在一些实施例中，所述过滤网为自动筛料装置，该自动筛料装置为市售的惯性分级机，分级机与预热粉碎机配套使用，可根据需求实现大小颗粒的分级。

在一些实施例中，所述高温处置装置，在转动装置的作用下转动(与回转窑的转动相似)，物料从入料仓送入煅烧腔室，物料在高温处置装置的转动和倾斜装置作用下，做着即围绕筒体的圆周运动又从高端向低端的运动。物料在煅烧腔室内经过煅烧的工艺过程在出料口排出进入冷却室。煅烧腔室内壁设置为螺纹型扬料带，该螺纹型扬料带延伸方向与高温处置装置转动方向一致,可连续提升翻转物料，起到物料混匀的效果。

在一些实施例中，所述煅烧腔室的与预热粉碎机相对的一侧设置有冷却室，冷却室的下端设置有出料口。冷却室可以对煅烧完的物料进行冷却。

在一些实施例中，所述系统还包括余热回收装置，余热回收装置包括内筒和外筒，内筒套于外筒内部，两者之间围成集热腔，集热腔通过管道与风机连接，集热腔的出口通过管道与所述腔室的进口连接，内筒的上部设置进料口，下部设置出料口，出料口与所述煅烧腔室连接。

可以将高温熔融的钢渣倒入内筒中，并通过风机向集热腔中输送冷风，冷风与钢渣换热，被加热后的冷风输送至腔室中，进入预热粉碎机对固废进行预热。冷却后的钢渣直接进入煅烧腔室，与其他固废配合煅烧，生成特定组成的胶凝材料。所以，采用该种系统时，可以直接利用高温熔融钢渣。

进一步的，所述内筒内部设置有搅拌桨，搅拌桨由电机带动。

搅拌作用下可以加速钢渣与冷风的换热。

进一步的，所述集热腔内设置有换热器。

换热器能够回收余热、废热，提高热能利用率，该换热器为市面常见设备。

在一些实施例中，所述系统还包括碳化塔，碳化塔与煅烧腔室连通。

煅烧过程中会产生含有大量CO₂的高温尾气，利用该部分高温尾气对固废进行炭化，结合碳化塔本身的控压系统和控湿系统，可以有效提高固废的活性。

基于工业预热协同处置固废制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：

按照胶凝材料的组成选择固废的种类和固废的比例；

将配合后的固废倒入预热粉碎机中进行粉碎、预热；

经粉碎、预热后的固废输送至煅烧腔室中进行煅烧；煅烧后卸料；

煅烧过程中产生的高温废气分别通过预热粉碎机的出口和粉碎刀片进入粉碎腔室中，对固废进行预热。

在一些实施例中，所述方法还包括利用冷风回收高温钢渣中的热量对固废进行预热的步骤。

在一些实施例中，所述方法还包括将煅烧过程中产生的高温废气通入碳化塔中，对固废进行碳化的步骤。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例的结构示意图。

图中：1-废气处理器，2-集气管，3-投料漏斗，4-预热粉碎室，5-刀片，6-电机，7-转轴，8-腔室，9-预热粉碎机，10-过滤网，11-出料漏斗，12-投料漏斗，13-热风管道，14-投料盖，15-内筒，16-外筒，17-集热腔，18-热处理器，19-出料漏斗，20-热风管道，21-热风管道，22-碳化塔，23-入料仓，24-高温处置装置，25-保温层，26-传热壳体，27-燃烧室，28-鼓风机，29-天然气储罐，30-助燃气体储罐，31-鼓风机，32-燃料管道，33-冷却室，34-出料口。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，一种基于工业余热协同处置固废制备胶凝材料的系统，包括预热粉碎机、高温处置装置、废气处理器、余热回收装置和碳化塔。

预热粉碎机9，包括外层壳体、内层壳体、转轴和若干刀片，内层壳体设置于外层壳体内部，两者之间围成腔室8，内层壳体内部为预热粉碎室4；转轴7水平设置于内层壳体内，其一端延伸出外层壳体，与电机6连接，若干刀片5均布于转轴7上，且转轴7和刀片5均为中空，转轴7的位于所述腔室8的部位设置通槽，刀片5上设置若干通孔；预热粉碎机9的上端设置物料进口，物料进口设置投料漏斗12，下端设置物料出口，出口处设置有过滤网10，过滤网10的下方设置出料漏斗11；所述过滤网10为自动筛料装置。可根据需求调节孔径大小。

腔室8中设置有隔板，将腔室分隔成两部分，高温废气的进口和出口分别位于隔板的两侧；所述转轴7的内部与高温废气进口一侧的腔室连通，内层壳体与高温废气出口一侧的腔室连通。

高温处置装置24，包括保温壳体和传热壳体26，传热壳体套于保温壳体内部，两者之间围成保温层25，传热壳体26内部围成煅烧腔室，煅烧腔室的一端分别与预热粉碎机9的出口和所述腔室8连接，另一端与燃料气源连接，燃料气源包括天然气储罐29和助燃气体储罐30，两个储罐均设置有鼓风机28，两个储罐均通过同一根燃料管道32与煅烧腔室连接，用于提供足够的燃料。

传热壳体26为耐火传热材料或者耐热合金钢制成，能够充分收集热量，减少热能散失。

煅烧腔室的端部设置有入料仓23，入料仓23与预热粉碎机9连接，所述腔室8通过管道与入料仓23连通，该管道自预热粉碎机9向煅烧腔室向下倾斜设置。便于将粉碎后的物料顺利输送至煅烧腔室。

煅烧腔室的与预热粉碎机相对的一侧设置有冷却室33，冷却室33的下端设置有出料口34。冷却室33可以对煅烧完的物料进行冷却，冷却后的物料及时排放。

所述高温处置装置，在转动装置的作用下转动，物料从入料仓23送入煅烧腔室，物料在高温处置装置的转动和倾斜装置作用下，做着即围绕筒体的圆周运动又从高端向低端的符合运动。物料在煅烧腔室内经过煅烧的工艺过程在出料口排出进入冷却室33。煅烧腔室内壁设置为螺纹型扬料带，该螺纹型扬料带延伸方向与高温处置装置转动方向一致,可连续提升翻转物料，起到物料混匀的效果。

余热回收装置包括内筒15和外筒16，内筒15套于外筒16内部，两者之间围成集热腔17，集热腔17通过管道与风机连接，集热腔17的出口通过热风管道13与所述腔室8的进口连接，内筒15的上部设置进料口，进料口设置投料盖14，下部设置出料口，出料口设置出料漏斗，出料口与所述煅烧腔室连接。将高温熔融的钢渣倒入内筒15中，并通过风机向集热腔17中输送冷风，冷风与钢渣换热，被加热后的冷风输送至腔室中，进入预热粉碎机对固废进行预热。冷却后的钢渣直接进入煅烧腔室，与其他固废配合煅烧，生成特定组成的胶凝材料。

可以在内筒15的内部设置有搅拌桨，搅拌桨由电机带动。搅拌作用下可以加速钢渣与冷风的换热。

集热腔内设置有换热器。该换热器为市面常见设备。能够回收余热、废热，提高热能利用率。

废气处理器1，与所述腔室8连接，用于对利用后的废气进行收集。

碳化塔22与煅烧腔室连通，煅烧过程中会产生含有大量CO₂的高温尾气，利用该部分高温尾气对固废进行炭化，结合碳化塔本身的控压系统和控湿系统，可以有效提高固废的活性。

实施例1

基于工业预热协同处置固废制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：

按照胶凝材料的组成选择固废的种类和固废的比例；其中，固废种类为赤泥、钢渣、铁尾矿，质量比为3:2:1；

将配合后的固废倒入预热粉碎机中进行粉碎、预热、过筛，根据需求进行100目、200目、300目分级；

经粉碎、预热、分级后的固废输送至入料仓于熔融钢渣混合，将混合料置于煅烧腔室中煅烧80分钟，温度维持在1250℃；煅烧过程中产生的高温废气分别通过预热粉碎机的出口和粉碎刀片进入粉碎腔室中，对固废进行预热；

煅烧后卸料，冷却后即得处理后的胶凝材料。

利用冷风回收高温钢渣中(1450-1650℃)的热量对固废进行预热的步骤。其冷风回收的入口风温为162℃，风速为9m/s。

将煅烧过程中产生的高温废气通入碳化塔中，对固废进行预热，用于制备免煅烧产品。

制备得到的胶凝材料，性能如下：

表1

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。