CN1091432C - 机立窑直掺垃圾生产水泥的工艺方法及附加设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在机立窑中直掺垃圾生产水泥的工艺方法及附加设备。其主要特点是：在水泥生产的设备中增设了垃圾处理系统，利用处理后的垃圾与工业废渣、石灰石、劣质煤等，混合在机立窑中烧制，再将烧成的水泥熟料与工业废渣一同粉磨成水泥。与现有技术相比，本发明可减少垃圾焚烧时产生有害气体的二次污染，利于环保；同时又能利用垃圾中可燃物质，降低燃料消耗；并且还可降低烧制温度，节省能耗；工业废渣掺量大，节省矿产资源等。

Description

机立窑直掺垃圾生产水泥的工艺方法及附加设备

本发明涉及一种水泥的生产工艺技术，特别是利用垃圾作为基本原料生产水泥的工艺方法及附加设备。

城市垃圾是一种污染环境的废弃物，大量的垃圾作为废物堆积，占用土地、污染环境、造成公害。为解决垃圾的回收利用问题，近年来一些国家研究了利用垃圾废料作为生产水泥原料的新技术。例如，日本新能源产业技术综合开发机构和日本太平洋公司联合发明的利用城市垃圾焚化后的灰烬，下水道污染物与天然石灰石混合在回转窑中烧制，再将烧成的固体与石膏一同粉碎研磨而制成水泥的技术。但该技术存在以下几个方面的问题：

1、垃圾在焚烧成灰烬时，产生有毒有害气体，仍造成大量的空气污染，不利于环境保护。

2、垃圾中存有一些可燃物质，焚烧后浪费了有效可燃物质能源。

3、用回转窑烧制生产垃圾水泥，由于垃圾中含有氯离子，加之回转窑的结构特性所限，因此当烧制温度尚未达到烧结温度时，就会产生氯化碱，引起窑内的结圈结皮而易出现堵塞事故，给生产带来很大困难。另外，使用回转窑，一是建窑投资大，二是烧成燃料用优质煤。燃料耗量大，从而使成本增大。

本发明的目的是针对已有技术的不足而提供一种机立窑直掺垃圾生产水泥的工艺方法及辅助设备，它使垃圾不经过焚烧，直接掺入生产水泥的制作中。

为实现本发明的目的所采取的技术方案是：采用机械化立窑生产线烧制垃圾水泥。为将垃圾原料转化成符合水泥制作的水泥生料，在生产水泥原设备的工艺流程中，增设了垃圾处理系统，由该系统将垃圾进行破碎、灭菌、除铁、分类分离、细碎、烘干等处理后，成为颗粒状垃圾干燥料，再与工业废渣、石灰石或电石渣等物料制备成成份适宜、均匀、稳定的垃圾水泥生料，具体制备生料的方式为：将处理后的垃圾(组份1)与工业废渣(组份2)、石灰石或电石渣(组份3)、劣质煤(组份4)进行混合配比，配比组份为：组份1∶组份2∶组份3∶组份4＝1∶0.3∶3.7∶0.5。将配比好的垃圾水泥生料送入磨机，搅拌均化库进行粉磨、搅拌、均化成符合煅烧水泥熟料要求的化学成份即：生料中的CaO合格率＞80％，方可达到入窑水泥生料质量的要求，再将入窑的垃圾水泥生料预制成料球，送入机械化立窑中煅烧，其煅烧温度控制在1300℃～1400℃，比烧制普通水泥的温度降低100℃～150℃，将煅烧后的垃圾水泥熟料取50～70％，掺入25～45％的工业废渣，再加入5％的缓凝剂，送入熟料粉磨机中，研磨至水泥成品。

用垃圾作原料生产水泥，具有早强、高强、快凝性，因而可掺入大量的工业废渣，其中，在水泥生料的配比中，掺入的工业废渣可采用硫酸渣、电石渣、磷石膏、沸腾渣、粉煤灰煤渣等。在水泥熟料的配比中，掺入的工业废渣可采用沸腾渣、粉煤灰渣、钢渣、炼铁渣等，同时也可用工业废渣中的磷石膏、氟石膏作缓凝剂，或采用造纸工业的纸浆废液作缓凝剂，且有起到助磨剂的作用。从而达到改善水泥性质，提高水泥质量和降低水泥粉磨电耗的显著效果。另外，垃圾中含有的氯离子，大部分氯离子可在立窑的烧制中形成水泥熟料矿化物，另一部分氯离子随废气净化处理后，又返回立窑中，可以减少环境污染。

在生产垃圾水泥的设备中，附加的垃圾处理系统是由垃圾堆棚、桥式抓斗、辊式输送机、破碎机、皮带机、除铁器、灭菌器、垃圾物料分离机、切碎机、烘干机、提升机、储料库组成。系统中的各种机型设备均按垃圾处理工序的要求排列置放，并连接组装在一起，其连接组装方式如下：辊式输送机的下部连接有细料仓，运动方向端连接粗破碎机，在粗破碎机和碎料仓的下方位置设有皮带机，该机的输送端通向垃圾物料分离机，分离机的下部设有不同物料输送的皮带机和细破碎机。其中一个皮带机连接烘干机，用于将分离传输过来的物料进行烘干，并送至料斗提升机至储料库待用。另一个皮带机上是将分离出的可燃轻质物料送入切碎机，并经切碎机下方设置的皮带机将切碎的物料送至料斗提升机至储料库备用。在输送机和皮带机上均设有护罩，护罩用透明材料制成，也可采用薄铁皮材料。其中输送机和位于该机下方位置的皮带机护罩内设有拱型支架，其上分别固装有灭菌器和除铁器。该部位的护罩处采用窗口开闭的活动连接式，可定时拉开该处的护罩，用以清除除铁器上的铁质金属物及更换灭菌器。

用垃圾作原料生产水泥，是由于垃圾中含有石子、玻璃、陶瓷砖瓦、炉渣、灰土等多种无机成份，主要化学成份是CaO、SiO₂、AL₂O₃、Ft₂O₃、MgO等，这些成份都是水泥原料中所需成份。因此，将废弃的垃圾回收利用，变废为宝，保护环境，是有相当大的经济价值和社会效益的。按照上述技术方案生产垃圾水泥，其发明的优点及有益效果有以下几点：

(1)在本发明中，垃圾不用事先焚烧，可减少垃圾焚烧时，产生有毒有害气体的二次污染。

(2)水泥原料采用垃圾、工业废渣、劣质煤、工业废液等污染物，可以充分利用废物料取代资源有限的矿产资源，如用工业废渣中的磷石膏代替天然石膏等，可节省大量的自然资源。

(3)用机立窑直掺垃圾烧制水泥，垃圾中的有害有毒气体和重金属，如铬、铅等致癌物，可在高温下参与形成水泥熟料矿物反应，并在机立窑中被CaO和其它矿物所吸收，可形成铬酸钙、铬硅酸钙、铬铝酸钙等，这些生成的有用无害的矿物被固定在水泥熟料中，可避免二次污染。

(4)在立窑的烧制过程中，料球在窑中的烘干、预热以及加热到烧制温度所需的热量，一部分来自垃圾中所含燃料自燃而产生，另一部分是由掺入生料中的劣质煤作烧制燃料，不仅充分利用了垃圾中的可燃物料，而且还可降低标煤用量5％以上，以及CO的排放量，节省电耗和优质煤。

(5)用机立窑取代回转窑烧制垃圾水泥，投资少，投产快，其机立窑的建窑投资仅是回转窑的1/4，可节省建窑投资，降低成本。

下面利用附图进一步描述本发明的实施例。

图1是本发明中垃圾处理系统示意图；

图2是图1中垃圾物料分离机结构示意图；

参看图1，在生产垃圾水泥的设备中，除原有生产普通水泥所需的各种设备生产工艺线外，主要是增设了垃圾处理系统。该系统包括：垃圾堆棚1、桥式抓斗2、辊式输送机3、粗破碎机4、皮带机5、8、9、12、除铁器3a、5a、灭菌器5b、垃圾物料分离机6、细破碎机7、切碎机10、烘干机11、料斗提升机13、储料库14。

系统中的各种机型设备，在工艺流程的布置上均按垃圾处理工序的排列要求组装在一起，具体连接组装方式及机立窑直掺垃圾生产水泥的工艺方法，均按本发明中的技术方案所述的步骤实施。另外，在附加的垃圾处理系统中，除垃圾物料分离机是本发明中所设计的新结构外，其余机型及部件均属市场上可以采购到的公知设备，其结构不在赘述，包括原有公知的机立窑水泥生产线的工艺方法和设备结构也不在赘述。

根据图1所示，垃圾处理系统由垃圾堆棚1、桥式抓斗2、输送机3、粗细破碎机4、7、皮带机5、8、9、12灭菌器5b、除铁器3a、5a、垃圾物料分离机6、切碎机10、烘干机11、斗式提升机13、储料库14组成，系统中的各机分别按照垃圾处理工序流程连接组装，其中，辊式输送机3的下部连接有碎料仓3b，运动方向端连接粗破碎机4，皮带传输机5设置在粗破碎机4和碎料仓3b的下方位置，皮带机5输送端通向垃圾物料分离机6，分离机的下部设有两条皮带机8、9和细破碎机7，皮带机9连接烘干机11，皮带机8通向切碎机10，切碎机10的下方设有皮带机12，输送端通向料斗提升机13。

在垃圾的处理过程中，垃圾在垃圾堆棚1中通过桥式抓斗2布点取料送入输送机3，该输送机3为间隙均布的辊式输送机，大块垃圾由输送机3沿斜面经除铁器3a除铁后入粗破碎机4中，较碎的细料经输送机3辊子间的缝隙入垃圾碎料仓3b中，经初筛和初碎的物料由皮带机5经灭菌器5b除铁器5a灭菌除铁后，送入垃圾物料分离机6，通过分离机将垃圾物料分离为细料、块料和轻型物料，如废纸、废塑等，块料经细破碎机7破碎后，连同细料一起由皮带机8送入烘干机11中烘干水分，，废纸、废塑经切碎机10切碎后，由皮带机12同烘干后的垃圾干燥物料一起经料斗提升机13送入储料库14备用。为防止垃圾中含有的可燃物料在烘干过程中温度过高而造成能量损失，其烘干温度可由烘干机上的调温器来控制，必要时，可进行低温烘干，烘干出来的垃圾物料为颗粒状垃圾干燥料。图中标号11a、11b为烘干机上原有的净化器和电除尘器。在本发明中，输送机3和各皮带机上均设有护罩，护罩最好采用透明材料制成，可以看清垃圾物料在输送过程中的情况。在输送机3和皮带机5的护罩内，装有拱型支架(图中未示)，架上通过紧固件装有除铁器3a、5a和灭菌器5b，该部位的护罩采用窗口开闭的活动连接式。除铁器3a、5a采用电磁铁或吸铁石；灭菌器5b采用喷雾式，是由装在拱型支架上的喷雾头及通过软管连接外部置放的消毒药液罐组成。

参看图2，垃圾物料分离机是由接受垃圾物料的机体61，一个位于机体61内将垃圾筛选分离的回转筛62、主排风机69、辅助风机63、收尘器64、电机70组成，其中，机体61内设有碎料I室、块料II室、轻型物料、废纸、废塑III、IV室，各室及收尘器的底部为向下收缩的漏斗形，机体61的一端装有用于吹散分离物料的辅助风机63，上部通过电机70带动可绕其转轴转动的回转筛62，另一端装有用于接受粉尘的旋风收尘器64，收尘器64的顶部通过弯管64a连接主排风机69和排风管65，排风管65的侧壁装有反吹气管67，并通向反吹气室68，反吹气体由管路上设置的气阀66控制，反吹气室68中装有带气孔排状置放的篦管68a，篦管68a伸入在机体61内并位于轻型物料III、IV室的上方，I、II、III、IV室及收尘器的底部均为向下收缩的漏斗型。在垃圾分离过程中，垃圾由皮带机传输进入分离机的回转筛62中，一部分细碎料被筛下进入碎料I室，块状料由回转筛62出口进入块料室II，在主排风机69和辅助风机63的作用下，气体由机体61的一端不断吹向机体内，并将筛下的物料吹散，粉尘被吹入收尘室64，轻质物料浮入III、IV室，废纸、废塑片状料被挡在或贴紧在反吹气室的篦管68a上，通过定时开启反吹气管上的气阀66，使反吹气体经篦管68a上的小孔将其上吸附的纸类或其它附着物吹落到III、IV室内，反吹气体的供给是由主排风机69供给，通过调节主排风机69的风量，可调节机体1内气流速度，使轻重物料分离，同时可在收尘室内形成旋风，用以将气体中的粉尘分离沉降，净风通过排风管65 I排入大气。

Claims (5)

1、一种机立窑直掺垃圾生产水泥的工艺方法，其特征在于：它包括以下几个步骤：

(1)垃圾的处理：将城市垃圾送入本发明中的垃圾处理系统中进行破碎、灭菌、除铁、分类分离、细碎、烘干等处理后，成为颗粒状垃圾干燥料；

(2)垃圾水泥生料的配比：将垃圾干燥料与工业废渣、石灰石或电石渣、劣质煤混和配比成垃圾水泥生料，其配比为：垃圾干燥料∶工业废渣∶石灰石或电石渣∶劣质煤＝1∶0.3∶3.7∶0.5；

(3)制备成份适宜的垃圾水泥生料：将配比的垃圾水泥生料送入磨机，搅拌均化至入窑水泥生料质量的要求；

(4)将垃圾水泥生料预制成料球，送入机械化立窑中煅烧，其烧制温度控制在1300℃～1400℃，煅烧成垃圾水泥熟料：

(5)取垃圾水泥熟料50～70％，掺入25～45％的工业废渣，并加入5％的缓凝剂，送入熟料粉磨机中粉磨至水泥成品。

2、根据权利要求1所述的机立窑直掺垃圾生产水泥的工艺方法，其特征在于：所述水泥生料配比中的工业废渣采用硫酸渣、电石渣、磷石膏、沸腾渣、粉煤灰煤渣：水泥熟料配比中的工业废渣采用沸腾渣、粉煤灰煤渣、钢渣、炼铁渣；缓凝剂采用磷石膏、氟石膏或采用造纸工业的纸浆废液。

3、一种如权利要求1所述的机立窑直掺垃圾生产水泥工艺方法的附加设备，其特征在于：在生产水泥原有的工艺流程中增设了垃圾处理系统，该系统由垃圾堆棚(1)、桥式抓斗(2)、输送机(3)、粗细破碎机(4、7)、皮带机(5、8、9、12)灭菌器(5b)除铁器(3a、5a)、垃圾物料分离机(6)、切碎机(10)、烘干机(11)、斗式提升机(13)、储料库(14)组成，系统中的各机分别按照垃圾处理工序流程连接组装，其中，辊式输送机(3)的下部连接有碎料仓(3b)，运动方向端连接粗破碎机(4)，皮带传输机(5)设置在粗破碎机(4)和碎料仓(3b)的下方位置，皮带机(5)输送端通向垃圾物料分离机(6)，分离机的下部设有两条皮带机(8、9)和细破碎机(7)，皮带机(9)连接烘干机(11)，皮带机(8)通向切碎机(10)，切碎机(10)的下方设有皮带机(12)，输送端通向料斗提升机(13)。

4、根据权利要求3所述的机立窑直掺垃圾生产水泥工艺方法的附加设备，其特征在于：输送机(3)、皮带机(5、8、9、12)上均装有护罩，护罩采用透明材料或薄铁皮制成，其中在输送机(3)、皮带机(5)护罩内设有拱型支架，其上分别固装有除铁器(3a、5a)和灭菌器(5b)，该部位的护罩采用窗口开闭的活动连接式。

5、根据权利要求3所述的机立窑直掺垃圾生产水泥工艺方法的附加设备，其特征在于：垃圾物料分离机(6)是由机体(61)、回转筛(62)、辅助风机(63)、主排风机(69)收尘器(64)、电机(70)组成，机体(61)中设有碎料I室、块料II室、轻型纸、塑等料III、IV室，各室及收尘器(64)的底部为向下收缩的漏斗形，机体的一端装有辅助风机(63)，上部装有回转筛(62)，另一端装有收尘器(64)，其顶部通过弯管(64a)连接主排风机(69)和排风管(65)，排风管(65)的侧壁装有反吹气管(67)，管路上装有控制气阀(66)，反吹气管(67)通向反吹气室(68)，室中装有带气孔的排状篦管(68a)，篦管(68a)伸入在机体(61)内并位于轻型物料III、IV室的上方。

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