CN1050559C - 粉煤灰城市垃圾和污泥全面无废利用法 - Google Patents

Abstract

粉煤灰城市垃圾和污泥全面无废利用法是利用粉煤灰、垃圾和污泥中的有机质即可燃部分作能源、无机部分作为免烧砖的和水泥熟料的原料(生料)的主要部分，再对照产品的质量对原料的要求(即配方)，加配原料所缺的成分，利用特殊堆窑煅烧免烧砖原料和水泥熟料的方法。生产过程不用或很少添加燃料，一般可将上述三类废物全部利用，无二次污染，免烧砖强度和水泥标号满足一般使用要求。

Description

粉煤灰城市垃圾和污泥全面无废利用法

本发明提供一种粉煤灰、城市垃圾和污泥制造免烧砖原料和水泥熟料的综合利用技术，属于环境科学和建筑材料生产技术。

我国火电厂每年排粉煤灰1亿余吨，世界排出量当以百亿吨计。排灰场不仅大量占地，且是水体的重要污染源，会造成水体矿化度、总硬度、硫酸盐、氯化物等增高和超标，且影响范围广、期限长、点多面广。它的无废全面利用，是全国乃至世界的一个大难题。近年有用它制砖、水泥掺和料等利用方法，但其利用量不大，且产品质量不高。城市垃圾的产量正逐年增长。对它的处理，我国主要采用填埋方法；国外除填埋外，还有分类后作燃料发电、制肥料和回收其中的金属的。但填埋占地大，污染地下水和大气；其余方法的处理量有限，且垃圾成分决定其应用价值。各种污水经物理、化学或生物方法处理后的污泥或沉渣，往往成了二次污染物，很少有能彻底利用的。上述三类固体、半流体污染物由于产量大点多面广，是全球环境污染、生态环境破坏的主要原因之一。目前各种处理方法的共同缺点是：①未能集约化处理；②未能实现资源化和综合化；③各种单独处理方法所得产品质量差，产值低，多未能全面利用其中的可燃物质和矿物成分；④多存在二次污染。

本发明提供一种无二次污染、能统一全面利用上述三类废物的简易方法，是本发明人的“煤矸石全面无废利用法”(公开号CN1098669A)在利用上述三类废物方面的拓广和发展。

城市垃圾和污泥(包括下水道污泥、水经生化或某些化学处理后的沉淀物及有机物丰富的池沼底污泥)都有不同比例的有机成分，是一些低热值的燃料，在一定条件下可以利用它们来煅烧建材原料—免烧砖原料和水泥熟料。除有机成分外，它们还含无机成分，其中主要为粘土或粉砂级的砂粒，这部分与煤矸石的部分组成相近似，因此，都是可用于制砖或水泥原料的部分。粉煤灰经过高温，有机质(煤)消耗殆尽，但它的主要部分无机成分，与煤矸石相差不大，且已有一定活性，所以也可作为烧砖和水泥的原料的配料。污泥中有大量粘土和水分，正是将粉煤灰等粉料制成生料球所需要的粘结剂。因此，在监测煤矸石、污泥和粉煤灰的发热量无机成分后，按烧砖或水泥对生料的要求，补充其所缺的矿物成分(矸石和城市垃圾需适当分类和破碎)；在保温很良好的煅烧条件下，一般可不加或略为补充一些劣质燃料(如煤泥、洗矸和油页岩等)，使它们充分均匀混合后制成的生料球成分符合煅烧免烧砖原料或水泥熟料的要求(这过程还起灭菌作用)，就可以实现对它们的全面无废利用。

本发明是这样实现的：

设置一特殊“堆窑堆”(附图1和2)，这是一个具煅烧与气化功能的联合装置，它分两大部分。中心部分为堆窑1，它由个字形孔的耐火砌块2砌成的圆形窑腔壁3、拱形顶盖4、排气管道5、和底部的承重送气孔板(孔管组)6组成。这些部件都是拼合式的。窑内腔堆水泥生料球，煅烧结束后，可拆卸，以便取用窑腔内已煅烧好的水泥熟料，部件可复用。窑壁之下为内环形供气管道7、和起支撑、承重作用的环形墙8、整个装置位于经处理的地基9之上。堆窑的高径比可取4±。堆窑之外为制砖生料球堆10。其主要产品为供制免烧砖用的、具有一些硅酸盐水泥成份的熟料和煤气(CO为主)。此堆之上亦为免烧砖生料球11堆成。堆置时由上而下地倾倒，以保持疏松堆积，有最大的孔隙。整个矸石堆呈圆台形，台面12与水平面的夹角为生料球的自然休止角。台底有外环形供气管道(组)13，此管道的上面为多孔承重拱形板(组)14，它上面可根据圆台底半径和高度以及生料球堆透气性要求，拼装若干个字形孔耐火砌块柱15，台面之上有隔气罩16，它由玻璃纤维布涂以树脂等制成，它的上缘、下缘和中间还有起加强、定形作用的玻璃钢质圆环17、18和19，它们之同有若干T型支撑板20。玻璃钢比重为钢的1/4，比强度为钢的一半，耐-20-200℃温度。密封罩装置在完成炉料煅烧和气化后，可用千斤顶整体支起，起防雨作用；各种熟料用完后它可整体移动，去罩复新的堆窑堆圆台体。

为监测煅烧窑和圆台体内温度，以便逐渐改进生产工艺，还设置了若干热电偶和压力计；为安全起见，有分别连通窑腔和圆台内部的多孔管安全阀；玻璃钢质圆环之同有许多纵向肋板；对透气性差的生料球堆，在台面上亦可按设个字形孔耐火砌块。这些在图中均未画出。

生产时圆台的大小和高低，从生产效果看，宜大不宜小。当原料垃圾或粉煤灰产量不大时，可以几个矿、厂、城市共用几个联合装置。可以一个装置在堆砌和装料中，一个在煅烧和气化中，一个已煅烧完，正在取用熟料中。煅烧窑的容积和窑外生料球的体积之比，可视当地对水泥的需求量而定。窑内亦可填以制砖用生料球，这时窑内外一样，产品均为免烧砖的原料和煤气。

生产工艺流程如下：

根据水泥和免烧砖的需要量，决定窑内外不同生料球的比例。检测两种生料的可燃组分及无机组分，与配方比较后加校正材料。砖生料球用的只加适量的石灰岩；对制水泥生料球用料，必须严格按配方配料，必要时增添石灰岩和铁质原料等外加剂，以保证成球质量。

窑内外生料球与圆形窑腔壁同步堆筑(砌)增高。

窑腔达预定高度后，安置拱形顶盖和加接排气管。当堆窑堆半径较大时，排气管道可设几个。铺设隔气密封罩等。

用罗茨或叶氏风机为各种管道供(排)气。罗茨A为密封罩供气气体主要成分为二氧化碳，气体压力为P1。

用罗茨B向外环形供气管道供气，点火时用氧气，正常生产时用空气，供气压力为P2。

用罗茨C控制内环形管道的供气成分、压力和温度，供气压力为P3。当罗茨C供给二氧化碳，且压力大于P4时，可防止窑腔内的边风和外部漏气及塌边现象。当窑内熟料烧成后，可通入低温二氧化碳，使熟料急冷，以提高熟料的易磨性和水泥的抗硫酸性。当窑内燃料耗尽(熟料烧成并冷却后)通以空气，可以增加对堆窑堆特别是其上部的生料球供气氧化。实际上，随着由下而上的燃料的逐渐耗尽，氧化层和其上的还原层亦逐渐上移。在还原层形成以CO为主的可燃气体，从上排气口排出。所以内环形管道及其上的个字形孔砌块构成之圆形窑腔壁是该装置的重要部分；必要时可设两套，由两台罗茨(C和C’)分别控制供气成分和压力。

罗茨D给窑腔供气，点火时用氧气，正常生产时用空气，供气压力为P4。

罗茨E接排气管道抽气，早、中期抽出的为经过堆窑堆的炽热带后形成的、CO为主的气体，后期为二氧化碳和其它有害气体为主。压力为P5。

为保证氧和空气流入和渗入堆窑堆内部，使二氧化碳也渗入其内，不使热量随二氧化碳外逸，使所有气态物质(包括烟尘等)均由罗茨E抽出。一般要求整个生产过程保持P1＞P2＞P5，P5为负压，P4一般等于P2，P3视情况用于调控气体成分和气流强度与方向。

罗茨E抽出的气体可供给附近的企业作能源；也可直接供给罗茨D，以加速窑内煅烧，或者供热降温后贮存备企业使用。煤气燃烧后产生的二氧化碳，可降温后供给罗茨A；多余的可直接排空；或供给塑料大棚，使棚内农作物有充足二氧化碳，这将有利于农作物之增产。

在罗茨E、罗茨D和罗茨A中循环的部分气体中，其中的不燃部分如各种氮氧化物等会得到浓缩，可在浓度较大时回收利用。至于煤气中的硫的各种氧化物，在其形成的同时即与石灰岩中的钙结合而形成硫酸钙，它正是水泥熟料所需要的，当然它不宜超量。免烧砖原料与水泥熟料烧成后即可将隔气密封罩用千斤顶支起，这时隔气罩起防雨作用。制砖工序为：从中取出免烧砖原料，适当粉磨后加水搅拌、成型，在保湿、严冬保温条件下养护几天即可出厂。制水泥的后续工序，与一般水泥厂相同。堆窑的上排气可以在锻烧过程回收、利用与净化：在煅烧初期和中期，上排气主要为CO，其余为各种氮的氧化物和硫化氢等化合物，到后期CO减少，二氧化碳增加。故初中期的上排气可回送至堆窑下部作气态燃料，在这循环过程CO等可燃气体消耗，二氧化碳增加，各种氮的氧化物等有害气体浓度增大，这些气体都可回收，或将它们通入(溶入)水中，含它们的废水再用生物方法净化，其生物膜等构成之有机污泥水，可拌入制生料球的粉料之中，从而完全实现无二次污染。

由于城市垃圾和污泥来源复杂，为确保建材产品使用中对人体无害，在制出成品、出厂前应检测其化学成分和放射性，然后确定其用途(有害化学成分超标的可用于公路、机场等；个别有放射性超标的，可分许多次掺入熟料中，使混合料中的放射强度不超过安全标准)。

附图说明：

图1是本发明正视图，

图2是图1装置的俯视图。

Claims (5)

1、粉煤灰城市垃圾和污泥全面无废利用法以特殊堆窑实现对这三类废物的统一的无害化和资源化的利用方法，其特征为：

a、堆窑是以有“个”字形耐火砌块为主要特征的煅烧装置；

b、由5台罗茨风机及它们各自的风路系统实现对窑内、外供气和排气以及风压、风量和温度的调控；

c、以三类废物的成分为燃料和原料的主体或全部，制作水泥的和免烧砖的生料球；

d、以污水和污泥作生料球的粘结剂；

e、窑内外分装水泥的和免烧砖的生料球；

2、根据权利要求1所述特征，当可燃成分提供的热能不能满足生料煅烧成熟料要求时，球料中添加适量的煤泥等燃料；

3、根据权利要求1所述特征，对照生料球配方和三类废物的具体成分，添加所缺的无机成分，对免烧砖生料球通常加石灰岩，对水泥生料球通常加石灰岩和铁质原料；

4、根据权利要求1所述特征，要在堆窑和相应工艺下实施煅烧以及上排气的净化、回收，对煅烧过程的上排气循环利用、回收其中有益成份或供给蔬菜大棚；

5、根据权利要求4所述，其特征在于，以水洗涤上排气，洗涤过的废水用于制生料球。

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