CN101531454A - 直接利用粉粒状废渣和煤粉的矿棉沸腾熔炼方法 - Google Patents

直接利用粉粒状废渣和煤粉的矿棉沸腾熔炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直接利用粉粒状废渣和煤粉的矿棉沸腾熔炼方法,属于矿棉生产技术领域。该方法以粉粒状废渣等作为矿棉原料,连续定量地加入沸腾熔炉的熔池内,并将燃料(煤粉)通过喷嘴利用高压、高温空气将燃料喷入沸腾熔炉熔池液面以下的熔体之中;向沸腾熔炉的熔池提供熔化原料、辅料,使熔池产生激烈的沸腾,加速矿棉原料的熔化和均化;矿棉熔体通过可以调节熔体流量的可控流口,按照成纤离心机成纤量的需要控制流股的流量,再把流股引导到成纤离心机的佈料辊,进行正常的矿棉成纤过程。本发明熔炼热效率较高,可达40%以上,比普通矿棉冲天炉高10~15个百分点。并且能够大幅度降低矿棉的熔炼能耗。

Description

直接利用粉粒状废渣和煤粉的矿棉沸腾熔炼方法
技术领域
本发明属于矿棉生产技术领域,涉及一种直接利用粉粒状工业废渣和煤粉为原燃料 的低污染矿棉沸腾熔炼方法。 背景技术
矿棉熔炼的传统技术是以块状焦炭为燃料,以块状高炉渣、岩石或其他经造块加工的人 造原料为主要原料的矿棉冲天炉熔炼技术,这也是目前国内外仍然广泛采用的一种矿棉熔炼 方法。尽管矿棉冲天炉已经有一百多年的生产历史,鉴于它是一种竖式熔炉,由此而带来了 以下几个问题:
1 )矿棉冲天炉必须以块状焦炭为燃料
焦炭是由原焦煤经过选、洗、配、炼等复杂过程而形成的二次能源,生产一吨焦炭需要 消耗原配焦煤约2.7吨左右,为此焦炭的单位售价是煤炭的数倍之多,但是l吨焦炭的热值仅 为生产1吨焦炭所耗用原配焦煤热值的40〜45%左右,焦炭生产过程的能源转换效率较低,所 以在矿棉熔炼中使用焦炭是对能源的一种浪费。
2) 矿棉冲天炉熔炼必须使用块状原料
为了扩大高炉渣的利用率,中小炼铁厂的高炉渣都被制成颗粒状水淬渣供给水泥工业作 为掺合料使用,而矿棉冲天炉熔炼所必须使用的块状高炉渣仅有大型钢铁企业生产,由于布 局上的局限性,矿棉生产企业往往需要通过长途运输获得块状高炉渣,仅长途运输的费用有 时甚至超过高炉渣的出厂价,即使是利用粉煤灰为矿棉熔炼的原料,也必须经过造块之后方 能够入炉使用,使得矿棉熔炼的原料费用大幅度上升;
3) 矿棉冲天炉生产过程中烟尘污染严重
矿棉冲天炉在生产过程中产生大量烟尘,在通常情况下,其烟尘的起始排放浓度可达 5000毫克/立方米左右,而在投料瞬间烟尘的起始排放浓度可高达20000毫克/立方米(见内蒙 新型建材厂总工孙才著《岩棉生产粉尘的治理》第4页有关数据),即便采取严格的除尘措施 ,往往仍然远远超过国家允许的排放标准(低于100毫克/立方米),给环境带来了严重的影响。
4) 矿棉冲天炉烟气难以用于矿棉制品的成型固化
由于矿棉冲天炉为间歇加料,炉顶烟气温度波动很大,烟气量也相对较少,无法为后续 的矿棉制品成型和固化提供足够稳定的热量、而难以为后续工序所利用, 一般最多是经换热器之后将烟气除尘后放空。所以矿棉制品的成型和固化必须另设燃烧室,利用焦炭或者燃油 提供固化所必须的热量,增加了矿棉制品的生产能耗。
在当前的形势下,能源价格和运输成本不断上涨,对环境保护的要求越来越高,矿棉冲 天炉已经无法完全满足这些需要,成为制约矿棉生产企业继续发展的瓶颈,急需一种新型的 矿棉熔炼方法来取代矿棉冲天炉这种相对落后的生产设备,而直接利用粉粒状工业废渣和煤 粉进行低污染的矿棉沸腾熔炼技术就是在这样一个形势的要求下产生的。
发明内容
为了解决矿棉冲天炉固有的上述缺陷,本发明提出了直接以粉(粒)状工业废渣为主要 原料、以煤粉取代焦炭为主要的熔炼能源,在矿棉熔炼过程中以浸没燃烧来提高燃烧产物与 熔体之间的热交换强度,同时提高熔炉的捕渣率以降低烟气的烟尘含量。
本发明的技术方案是:
沸腾熔炉完全不使用焦炭,用一次高压空气将煤粉、重油、高炉煤气、焦炉煤气或天然 气等燃料通过喷嘴送入炉内熔体液面以下的矿棉熔体之中,并向喷嘴送入二次高温高压空气 助燃,使得燃料在熔体内部进行燃烧而直接加热熔体,而矿棉熔体也始终处于沸腾状态,与 此同时向炉内按需要连续定量地加入粉粒状工业废渣的矿棉原料,以达到连续熔炼矿棉熔体 的目的;矿棉原料经过熔化、调质和均化后,成为化学成分符合矿棉要求的熔体,通过可以
调节和控制熔体流股大小的可控流口 ,将矿棉熔体按离心机成纤要求所需要的熔体量送往成 纤离心机,完成矿棉的成纤过程。熔炉的高温烟气经过换热器加热空气之后,还可以在掺加 冷空气并达到要求温度之后用于矿棉板的成型和固化,使得矿棉板的固化过程无需再另外设 置燃烧室和耗费额外的燃料。
本发明的有益效果是:
1) 采用本发明在矿棉的正常化熔炼过程中,完全不使用焦炭,而是直接以煤粉或除焦炭 以外的其他燃料为能源,避免了由于原煤在生产焦炭过程中转换效率低下而造成的能源浪费 ,而且煤炭价格仅为焦炭的三分之一左右,有利于矿棉生产企业产品成本的降低。而矿棉冲 天炉必须以块状焦炭为燃料;
2) 采用本发明在矿棉熔炼过程中,可以直接利用粉状或粒状原料,如高炉水渣、粉煤灰 、循环流化床废渣、粉煤灰、煤矸石、炼钢废渣、锅炉煤渣……等等,无需矿棉冲天炉在利 用上述粉状废渣时必须要有的造块工序,节约了建设投资,简化了生产程序,由于这些原料 容易就地取材,也降低了原料的运输成本;而矿棉冲天炉必须使用块状原料;3) 采用本发明在熔炼矿棉的过程中,所产生的烟尘含量很低, 一般情况下烟气的含尘量 在1000毫克/立方米左右,仅为矿棉冲天炉烟气起始含尘量的5〜20% (矿棉冲天炉烟气的起始 浓度请见"背景技术3)"有关说明)处理烟尘的难度就要低得多;
4) 本发明熔炉的流口采用可调整熔体流量的可控流口,可以随时调整出炉流股量的大 小,流口可以与成纤离心机联动,自动调节流股的大小,以提高离心机的成纤率;而矿棉冲 天炉使使用不可调的固定口径流口 ,无法调节矿棉熔体流股的流量;
5) 本发明的矿棉沸腾熔炉烟气温度较高,除了提供换热器加热入炉空气外(S?50(TC)
,换热器出口烟气掺入冷空气后,可以向后续的矿棉制品(主要是矿棉板)提供固化所需要 的全部热量,固化炉无需再设置单独的燃烧室和燃用其他的燃料,可大幅度降低制品的固化 能耗。
6) 本发明熔炼热效率较高,并且能够大幅度降低矿棉的熔炼能耗。由于在矿棉熔炼时 采用煤粉浸没燃烧技术,燃烧是在熔体内部进行,使熔体直接获得热量,同时产生剧烈的搅动, 为熔炼过程的气、液、固三相之间的反应创造了良好的动力学条件,使加热、熔化、均化等 物理化学过程得以加速进行,比表面积巨大的粉粒状原料进入熔体后立即被高温熔体所包围 ,并随熔体的强烈搅动、沸腾而迅速熔化,进而迅速均布于熔体之中,熔炼热效率得到大幅度 提高,据测算,本发明的熔炉热效率可达40%以上,比普通矿棉冲天炉高10〜15个百分点。
附图说明
本发明的工艺流程图。 具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。 实施例l
以粉粒状的高炉水渣、煤矸石、粉煤灰、炼钢废渣、锅炉煤渣其中的一种或几种 作为矿棉原料,连续定量地加入沸腾熔炉的熔池内,并将煤粉作为燃料,通过喷嘴利用高压 、高温空气(S?50(TC)将燃料喷入沸腾熔炉熔池液面以下的熔体之中,使得燃料在熔体内 部激烈燃烧,向熔池提供熔化原料、辅料和其他热量消耗所必须热量的同时,使熔池产生激 烈的沸腾,进而加速矿棉原料的熔化和均化,矿棉熔体通过可以调节熔体流量的可控流口, 按照成纤离心机成纤量的需要,将流股数量控制在要求的范围之内,再把流股引导到成纤离 心机的佈料辊,进行正常的矿棉成纤过程。经过离心机成纤产生的矿棉纤维,随即进入纤维 收集形成连续的矿棉毡,继而进入预压定型、加热固化、冷却切割和质量检验等常规生产程 序,最终生产出合格的矿棉板或其他矿棉制品。从沸腾熔炉中排出的高温烟气,先经过换热器将空气加热到50(TC以上,再将高温空气 送入沸腾熔炉助燃煤粉。从换热器排出的烟气再掺加冷空气,将烟气温度降低至25(TC左右 ,作为固化炉固化矿棉板的热源,其降温后烟气的热焓量可基本满足固化炉全部的热量需求
实施例2
将原有的、年产量为5000〜20000吨的独立矿棉生产线的矿棉冲天炉改建为沸腾熔炼炉 ,增加煤粉制备和输送系统、原料的储备输送系统和高温加热送风系统,与沸腾熔炼炉一起 构成新的矿棉熔炼系统,粉状矿棉原料和煤粉在炉内充分燃烧、反应后产生矿棉熔体,通过 可调流口控制流股大小,熔体流股引入离心机后将矿棉熔体转化为纤维状矿棉,接下来就与 原有的矿棉生产后续工序衔接,通过固化、定型、冷却、切割、检验等工序,生产出合格的 矿棉板成品。同时将从换热器出来的烟气掺加冷风后提供给矿棉板固化炉作为固化热源,取 消原有的固化炉燃烧室。
由于本发明的燃烧方式较为合理,在矿棉熔炼过程中能源得到最大限度的利用,所以可 以有效地降低熔炼能耗和产品成本。当采用沸腾熔炼炉全部使用粉状固体冷料,并以煤粉( 或者如前的其他形式燃料)为燃料。据测算,当生产线年产量为5000吨、热风温度大于500 °C时,每吨矿棉板的综合能耗比矿棉冲天炉板的综合能耗低20%左右;矿棉板的单位成本比矿 棉冲天炉板的单位成本低近15〜20%,吨板利润高l倍左右。
实施例3
与炼铁高炉或者发电厂旋风炉结合,利用高炉熔渣或旋风炉液态渣的显热进行矿棉的沸 腾熔炼,可更大幅度地降低熔炼能耗(与实施例2比较)。具体方法是:在炼铁高炉或发电 厂旋风炉附近建立矿棉沸腾熔炼炉及矿棉制品生产线,将高温的高炉熔渣或旋风炉液态渣作 为矿棉主要原料直接引入沸腾熔炼炉中(不使用冷态矿棉主料),然后向熔体中喷入煤粉或 其他燃料,以保持辅料熔化及其他热量的需要,并连续定量地添加辅料对熔体进行调质处理 ,将熔体化学成分调整至矿棉要求的范围之内。经过均化的矿棉熔体通过可控流口引入离心 机进入成纤工序。然后矿棉纤维同样经过固化、定型、冷却、切割、检验等工序成为合格的 矿棉板成品。
实施例3与实施例2不同之处在于:实施例2是使用冷态原料的,而实施例3是直接以高温,实施例2和3相比较,实施例3的优点是:
1) 由于充分利用了熔融高温炉渣的显热,可以在实施例2的基础上进一步降低能耗和生 产成本。据测算,同样为年产5000吨矿棉板的前提下,利用熔渣显热和沸腾熔炼法,每吨矿 棉板的综合能耗比矿棉冲天炉板的综合能耗低35%左右,矿棉板的单位成本比矿棉冲天炉板的 成本低20〜25%;
2) 大部分炼铁厂和所有的旋风炉电厂原都已经具备了独立的粉煤制备系统,所以在联合 这些单位进行矿棉的沸腾熔炼,就能够充分利用这些厂的粉煤制备系统,而无需新增额外的 粉煤制备系统,简化了建设项目和节约了投资。

Claims (3)

  1. 【权利要求1】一种直接利用粉粒状废渣和煤粉的矿棉沸腾熔炼方法,其特征在于;(1)以粉粒状废渣作为矿棉原料,连续定量地加入沸腾熔炉的熔池内,并将燃料(煤粉)通过喷嘴利用高压、不小于500℃的高温空气将燃料喷入沸腾熔炉熔池液面以下的熔体之中,使熔体始终处于沸腾状态;(2)向沸腾熔炉的熔池连续定量地提供粉粒状矿棉原料,在熔池激烈的沸腾状态下,加速矿棉原料的熔化和均化;(3)矿棉熔体通过可以调节熔体流量的可控流口,按照成纤离心机成纤量的需要控制流股的流量,再把流股引导到成纤离心机的怖料辊,进行正常的矿棉成纤过程;经过离心机成纤产生的矿棉纤维,随即进入纤维收集形成连续的矿棉毡,然后进入矿棉常规生产程序。
  2. 2.根据权利要求l所述的直接利用粉粒状废渣的矿棉沸腾熔炼方法, 其特征在于:从沸腾熔炉中排出的高温烟气,先经过换热器将空气加热到50(TC以上,再将 高温空气送入沸腾熔炉助燃煤粉;从换热器排出的烟气再掺加冷空气,将烟气温度降低至 25(TC左右,作为固化炉固化矿棉板的热源。
  3. 3.根据权利要求l所述的直接利用粉粒状废渣的矿棉沸腾熔炼方法, 其特征是:以煤粉、重油、高炉煤气、焦炉煤气或天然气作为燃料。
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