CN109200963B - 高效耦合、多联产、低氮的煤矸石活化工艺 - Google Patents

高效耦合、多联产、低氮的煤矸石活化工艺 Download PDF

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Abstract

一种高效耦合、多联产、低氮的煤矸石活化工艺，其工艺步骤包括：A.将煤矸石原料进行宽幅预热处理以获得：含水率低于0.8％的第一煤矸石；B.将第一煤矸石进行场效应低氮焙烧以获得：第一活化粉产品，和高温烟气；C.将高温烟气进行余热耦合调节以获得：第二活化粉产品，循环至步骤A参与宽幅预热的低温烟气，和循环至步骤B参与场效应低氮焙烧的低温空气。本发明通过采用了机械、高温、化学三种活化相结合，活化效果几乎达到极限，活化也不再是单一的焙烧过程，对其烟气中的热能充分利用，并设计耦合调节形式，除供给自身的物料干燥预热、燃烧风预热，还能对外供热。

Description

高效耦合、多联产、低氮的煤矸石活化工艺
【技术领域】
本发明涉及煤矸石综合利用技术领域，尤其是一种多方法相结合的，系统紧密的，节能环保型煤矸石活化工艺。
【背景技术】
目前，煤矸石是煤层间的脉石，其组成多样，是一种混合沉积岩，随煤炭一同被开采出来，由于其热值低，本身活性差，加工利用成本高，从来都是被当作废弃物来处理，其排放量巨大，占煤炭产量的10％～15％，目前每年排放量1.5亿吨，已经是我国最多的工业固体废弃物之一。由于其大量的占用土地，同时破坏了当地的环境，已经危害到煤炭行业的健康发展。煤矸石综合利用是循环经济和生态发展的理想思路，通过对煤矸石进行一系列加工，得到反应活性好的初级产品是，使煤矸石成为综合利用的一种资源，发挥其潜藏的工业价值。现有煤矸石利用率极低，少有大规模工业化应用，煤矸石的综合利用首先需要活化煤矸石，之后才能制取化工产品，煤矸石活化工艺比较单一，环境不友好，能源浪费严重，本发明可以改变现有的工业利用状态，提升工艺品质。
【发明内容】
旨于解决现有技术中的不足，本发明提供一种高效耦合低氮煤矸石活化工艺，其集成多种活化技术，集成多级能量利用，通过人为控制反应过程，使尾气中氮氧化物排放达标，并收集烟气中的二氧化硫，得到纯净的氮气和二氧化碳混合气，向工艺系统外部供给清洁的热能和二氧化碳，得到高效活化的煤矸石活化粉。
本发明的技术方案在于，提供了一种高效耦合、多联产、低氮的煤矸石活化工艺，其步骤包括：
A.将煤矸石原料进行宽幅预热处理以获得：
-含水率低于0.8％的第一煤矸石；
B.将第一煤矸石进行场效应低氮焙烧以获得：
-第一活化粉产品，和
-高温烟气；
C.将高温烟气进行余热耦合调节以获得：
-第二活化粉产品，
-循环至步骤A参与宽幅预热的低温烟气，和
-循环至步骤B参与场效应低氮焙烧的低温空气。
在一实施例中，步骤A包括：
A1.将煤矸石原料进行一级破碎，以获得粒度介于30mm～50mm的一级碎粒；
A2.将一级碎粒进行宽幅宽预热，以获得含水率低于0.8％的第一煤矸石。
在一实施例中，步骤B包括：
B1.将第一煤矸石进行二级破碎，以获得二级碎粒；
B2.将二级碎粒置于焙烧炉进行高温活化，同时加入活化剂进行化学活化，以获得第一活化粉产品和高温烟气。
在一实施例中，步骤C包括：
C1.将高温烟气进行高温除尘以获得第二活化产品，和无尘高温烟气；
C2.鼓入空气对无尘高温烟气进行余热回收，以获得低温烟气和高温空气；
C31.将低温烟气循环至步骤A的场所参与宽幅预热；
C32.进行C31的同时，将高温空气进行热能外供，以获得低温空气；
C41.将低温空气循环至步骤B的场所参与场效应低氮焙烧。
在一实施例中，步骤C还包括：
C42.进行C41的同时，将低温空气循环至C2的场所参与余热回收。
在一实施例中，其步骤还包括：
D.将参与宽幅预热后的低温烟气进行脱硫压缩，以外供至用碳车间。
在一实施例中，所述二级碎粒的粒度为5～8mm、1～3mm或80～325目三种粒度范围中的一种。
在一实施例中，该装置包括：
粉碎机1，用于将煤矸石原料进行一级破碎以形成一级碎粒；
回转预热器2，从粉碎机获取一级碎粒进行宽幅预热以形成第一煤矸石；
粉磨机3，从回转预热器获取第一煤矸石进行二级破碎以形成二级碎粒；
焙烧炉4，从粉磨机获取二级碎粒进行高温活化，同时加入激活剂进行化学活化，以获得第一活化粉产品和高温烟气；
除尘器5，从焙烧炉获取高温烟气进行高温除尘，以获得第二活化粉产品和无尘高温烟气；
余热回收系统6，从除尘器获取无尘高温烟气进行换热，以获得低温烟气和高温空气；
耦合风机7，用于向预热回收系统鼓入空气或低温空气，
脱硫塔8，从回转预热器获取参与宽幅预热后的低温烟气进行脱硫净化，以获得氮气和二氧化碳的混合气体，
二氧化碳压缩机9，从脱硫塔获取混合气体进行压缩，以供给用碳车间。
在一实施例中，所述焙烧炉4采用区域分块化炉内布风结构的活化焙烧炉，包括高温活化模块10，以燃烧均匀形成平稳的温度场，避免烟气中氮氧化合物浓度增加。
在一实施例中，所述活化焙烧炉还包括化学活化模块11，其用于在二级碎粒中添加活化剂，所述活化剂为碳酸钙、熟石灰、生石灰、二氧化锰、氯化钠、醇类、胺类中的一种或多种的组合。
本发明解决了如何提供一种高效耦合低氮煤矸石活化工艺的技术问题。本发明通过采用了机械、高温、化学三种活化相结合，活化效果几乎达到极限，最大程度的改变了煤矸石原有的晶体形态，使煤矸石原料利用率更高，更彻底。通过一级破碎和二级破碎，对煤矸石施加了机械力，煤矸石在机械力作用下会产生晶格畸变和局部破坏，并形成各种缺陷，导致其内能增大，反应活性增强，从而可以实现煤矸石在较低浸取剂浓度和温度下的浸出，以实现机械活化。通过采用布风结构区域分块化设计的活化焙烧炉，以实现高温活化和化学活化，获得第一活化粉产品和高温烟气，通过对高温烟气进行高温除尘，获得第二活化粉产品和无尘高温烟气，通过将无尘高温烟气送入余热回收装置，得到低温烟气和高温空气，分别循环至预热器和焙烧炉，以实现热能的循环再利用，通过对烟气的脱硫净化和压缩供给用碳车间，使得活化不再是单一的焙烧过程，对其烟气中的热能充分利用，并设计耦合调节形式，除供给自身的物料干燥预热、燃烧风预热，还能对外供热。副产品二氧化碳为碳化车间提供廉价的原料气来源。本工艺充分体现了高效、调节性强(耦合)、多联产的特点。
【附图说明】
图1是本发明的工艺结构框图；
图2是本发明的装置结构框图；
图3是本发明的工艺流程图。
图中：粉碎机～1；回转预热器～2；粉磨机～3；焙烧炉～4；除尘器～5；余热回收系统～6；耦合风机～7；脱硫塔～8；二氧化碳压缩机～9；高温活化模块～10；化学活化模块～11
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
应当知晓的是，本实施例所述的高温与低温是相对而言的概念，除非明确限定了温度的数值，否则不对本发明的保护范围造成限制，本发明的高温和低温是本领域技术人员结合技术方案能够明确无误知晓其相对概念在技术原理中所起的作用，不应从保护范围是否明确的角度去理解。
参见图2，具体实施方式公开一种用于所述煤矸石活化工艺的装置，该装置包括：
粉碎机1，用于将煤矸石原料进行一级破碎以形成一级碎粒；
回转预热器2，从粉碎机获取一级碎粒进行宽幅预热以形成第一煤矸石；
粉磨机3，从回转预热器获取第一煤矸石进行二级破碎以形成二级碎粒；
焙烧炉4，从粉磨机获取二级碎粒进行高温活化，同时加入激活剂进行化学活化，以获得第一活化粉产品和高温烟气；
其中，所述焙烧炉4采用区域分块化炉内布风结构的活化焙烧炉，包括高温活化模块10，以燃烧均匀形成平稳的温度场，避免烟气中氮氧化合物浓度增加。
其中，所述焙烧炉还包括化学活化模块11，其用于在二级碎粒中添加活化剂，所述活化剂为碳酸钙、熟石灰、生石灰、二氧化锰、氯化钠、醇类、胺类中的一种或多种的组合。
除尘器5，从焙烧炉获取高温烟气进行高温除尘，以获得第二活化粉产品和无尘高温烟气；
余热回收系统6，从除尘器获取无尘高温烟气进行换热，以获得低温烟气和高温空气；
耦合风机7，用于向预热回收系统鼓入空气或低温空气，
脱硫塔8，从回转预热器获取参与宽幅预热后的低温烟气进行脱硫净化，以获得氮气和二氧化碳的混合气体，
二氧化碳压缩机9，从脱硫塔获取混合气体进行压缩，以供给用碳车间。
可以理解的是，上述各部件之间的关系主要是物料在各部件之间位置关系的转移，所述装置可以是一体式的装置，也可以各部分独立的装置，本实施例所述的获取、获得、送入、加入可以理解为技术人员主动采取使得物料位置关系产生转移的动作，也可以理解为通过输送带、管道、机械手等自动化方式使得各部件间的物料位置产生转移的连接关系。因此上述各部件可以是存在直接的连接关系，也可以不存在直接的连接关系，应当以各部件在本发明的工艺流程中所起到的作用具体理解。
参见图1和图3，本具体实施方式公开的装置用来实现以下工艺：
实施例一
本实施例的一种高效耦合、多联产、低氮的煤矸石活化工艺，其步骤包括：
步骤A.将煤矸石原料进行宽幅预热处理以获得：
-含水率低于0.8％的第一煤矸石；
具体地，所述宽幅预热处理采用的是煤矸石宽幅预热技术：将矿区开采出来的煤矸石运送至现场，经过初步破碎后，进入回转预热器，将煤矸石的含水率降到0.8％以下。
具体地，步骤A包括：
步骤A1.将煤矸石原料进行一级破碎，以获得粒度介于20mm～50mm的一级碎粒；本实施例的一级碎粒的粒度为20mm。
其中，所述一级破碎在粉碎机1中进行，所述粉碎机采用现有技术中常见的机械式粉碎机，通过对煤矸石原料施加机械压力产生晶格畸变和局部破坏，并形成各种缺陷，导致其内能增大，反应活性增强，属于机械活化的一个环节。
步骤A2.将一级碎粒进行宽幅宽预热，以获得含水率低于0.8％的第一煤矸石。
其中，所述宽幅预热的反应场所为回转预热器，回转预热器通过具体物料物性参数，可以采取逆向进热烟气，也可以同向进热烟气，来预热原料。本实施中，烟气是来自预热回收系统6的低温烟气，烟气余热系统可采用宽幅波动调整技术，使得低温烟气的温度可控制在145℃～350℃，这样可以使煤矸石原料含水量在3％～20％的情况下，都能够充分的被预热到0.8％以下，以满足下一步工艺要求。
步骤B.将第一煤矸石进行场效应低氮焙烧以获得：
-第一活化粉产品，和
-高温烟气；
具体地，所述场效应低氮焙烧指的是通过对焙烧炉炉内燃烧程度的精准控制实现平稳的温度场，达到物料被高温活化，同时实现烟气中NOX含量达标。在炉内进行高温活化的同时，还利用了化学活化，在物料中添加活化剂，使活化剂随物料在炉内充分混合，完成高温+化学复合活化过程。
具体地，步骤B包括：
步骤B1.将第一煤矸石进行二级破碎，以获得二级碎粒；
其中，所述二级破碎的场所为粉磨机，从回转预热器出口得到的含水低于0.8％的物料送入粉磨机3进一步粉碎，通过对一级碎粒施加机械压力产生更严重的晶格畸变和局部破坏，并形成进一步的缺陷，导致其内能继续增大，反应活性增强，属于机械活化的另一个环节。
其中，所述二级碎粒的粒度为5～8mm、1～3mm或80～325目三种粒度范围中的一种。本实施例中，根据下游工艺得到二级碎粒的粒度为5～8mm，这时煤矸石的热值约在900卡～1800卡之间，通过输送器进入焙烧炉，在焙烧炉内进行燃烧。
步骤B2.将二级碎粒进行高温活化，同时加入活化剂进行化学活化，以获得第一活化粉产品和高温烟气。
其中，所述高温活化和化学活化都在焙烧炉中进行，
具体地，本实施例的焙烧炉炉内布风结构和炉膛的设计采用了区域分块化设计，共有三次进风，六个区块，对称进风，将空气分级给量，通过仪表反馈和电子阀门的控制，使炉内布料均匀，同时控制空气的过量系数在0.7～0.8之间，使燃烧温度保持在600℃～800℃之间，导烟口设计为伞状，使烟气没有偏流和回流，最短时间内导出路外，这样炉内形成平稳的温度场，分离迅速的烟气气流场，达到不会因温度超高，和烟气停留时间过长，引起烟气中的NOx浓度增加，完成工艺过程。本发明采用的焙烧炉可以是现有技术中能够实现上述功能的焙烧炉，也可以参考申请人同日提交的专利“方型矿石细粉活化焙烧炉”，在本发明中，焙烧炉的具体结构不应当理解为对本发明技术方案的限制。
具体地，在炉内进行高温活化的同时，还利用了化学活化，在物料中添加激活剂，根据最终综合利用方向的不同和原料种类的不同，活化剂可以是碳酸钙、熟石灰、生石灰、二氧化锰、氯化钠、醇类、胺类等，其掺混量为原料量的0.1％～0.5％，本实施一采用的掺混量为原料量的0.1％，使活化剂随物料在炉内充分混合，完成高温+化学复合活化过程。煤矸石根据不同的粒度，经过足够的时间烧透后排出炉外，得到活化粉产品。
步骤C.将高温烟气进行余热耦合调节以获得：
-第二活化粉产品，
-循环至步骤A参与宽幅预热的低温烟气，和
-循环至步骤B参与场效应低氮焙烧的低温空气。
具体地，所述余热耦合调节指的焙烧炉的高温烟气经过高温除尘器除尘后，进入余热回收系统，该系统采用空气与高温烟气间接换热的形式，使得高温烟气成为低温烟气，而空气成为高温空气，这股高温空气作为洁净的热能，可以为车间其他地方供热，最终空气温度降到50℃以下，成为低温空气，这股低温空气分为两条支路，一个支路作为燃烧风，送入焙烧炉，一个支路作为回流，进入耦合风机，从而实现余热的耦合调节。
其中，步骤C包括：
步骤C1.将高温烟气进行高温除尘以获得第二活化产品，和无尘高温烟气；
具体地，所述除尘器为石墨管除尘器或陶瓷除尘器中的一种，本实施例采用的是石墨管除尘器。
步骤C2.鼓入空气对无尘高温烟气进行余热回收，以获得低温烟气和高温空气；
具体地，得到的低温烟气温度介于145℃～350℃，得到的高温空气温度介于270℃～450℃，本实施例得到的低温烟气为145℃，该低温烟气被管道循环至预热器参与宽幅预热。本实施例得到的高温空气为270℃，该高温空气被热能外供给其他用热场所，例如为冬日的车间供暖等。
步骤C31.将低温烟气循环至步骤A的场所参与宽幅预热；
具体地，根据低温烟气进入预热器时的温度，可以对高温空气输出的热风量进行调节，当低温烟气温度偏低时，加大高温空气对焙烧炉和耦合风机的热风量，当低温烟气温度偏高时，减小高温空气对焙烧炉和耦合风机的热风量。热风量的调节可以调节耦合风机频率和空气风机回流的量，或采用现有技术中的管道气流调节技术，例如设置调压阀、节流阀等等加以实现。
步骤C32.进行C31的同时，将高温空气进行热能外供，以获得低温空气；
具体地，高温空气的热风量还可以根据车间其他工段对热风量和温度的需要，调节耦合风机频率和空气风机回流的量，最终满足不同煤矸石原料的生产用热。所述高温空气经过外部供热后，最终低温空气温度降到50℃以下，本实施例中，低温空气温度为49℃。
步骤C41.将低温空气循环至步骤B的场所参与场效应低氮焙烧。
具体地，焙烧炉控制低温空气的过量系数在0.7～0.8之间，使燃烧温度保持在600℃～800℃之间，本实施例的空气过量系数为0.7，使燃烧温度保持在600℃～800℃之间，本实施例的燃烧温度为600℃。结合需要将导烟口设计为伞状，使烟气没有偏流和回流，最短时间内导出路外，这样炉内形成平稳的温度场，分离迅速的烟气气流场，达到不会因温度超高和烟气停留时间过长引起烟气中的NOx浓度增加，起到低氮燃烧的作用，使NOx浓度达标。
步骤C42.进行C41的同时，将低温空气循环至C2的场所参与余热回收。具体地，通过调节耦合风机的回流量，可以控制热空气量、高温空气温度、低温烟气温度，回炉燃烧风温度，这样使系统的弹性变大，可调节性增强，用于适用不同含水量、挥发分量的煤矸石原料。
其中，耦合风机进风可以是新空气，也可以是新空气和回流空气的混合气，通过调节回流空气的流量，调节整个余热系统的运行状态。
步骤D.将参与宽幅预热后的低温烟气进行脱硫压缩，以外供至用碳车间。
具体地，通过预热器的低温烟气经过喷淋脱硫塔再次净化，得到是比较洁净的氮气和二氧化碳混合气，氮气是在常温下是惰性气体，可以对混合气进行加压送入碳化车间，充分利用二氧化碳，也减少了碳排量。
综上，通过机械活化、高温活化、化学活化三合一，利用了三种不同原理的活化方式，使煤矸石活化更彻底，得到更好的初级原料。工艺系统多联产，得到活化煤矸石粉产品、热能、二氧化碳副产品。
实施例二
本实施例的一种高效耦合、多联产、低氮的煤矸石活化工艺，其步骤包括：
步骤A.将煤矸石原料进行宽幅预热处理以获得：
-含水率低于0.8％的第一煤矸石；
具体地，所述宽幅预热处理采用的是煤矸石宽幅预热技术：将矿区开采出来的煤矸石运送至现场，经过初步破碎后，进入回转预热器，将煤矸石的含水率降到0.8％以下。
具体地，步骤A包括：
步骤A1.将煤矸石原料进行一级破碎，以获得粒度介于20mm～50mm的一级碎粒；本实施例的一级碎粒的粒度为30mm。
其中，所述一级破碎在粉碎机1中进行，所述粉碎机采用现有技术中常见的机械式粉碎机，通过对煤矸石原料施加机械压力产生晶格畸变和局部破坏，并形成各种缺陷，导致其内能增大，反应活性增强，属于机械活化的一个环节。
步骤A2.将一级碎粒进行宽幅宽预热，以获得含水率低于0.8％的第一煤矸石。
其中，所述宽幅预热的反应场所为回转预热器，回转预热器通过具体物料物性参数，可以采取逆向进热烟气，也可以同向进热烟气，来预热原料。本实施中，烟气是来自预热回收系统6的低温烟气，烟气余热系统可采用宽幅波动调整技术，使得低温烟气的温度可控制在145℃～350℃，这样可以使煤矸石原料含水量在3％～20％的情况下，都能够充分的被预热到0.8％以下，以满足下一步工艺要求。
步骤B.将第一煤矸石进行场效应低氮焙烧以获得：
-第一活化粉产品，和
-高温烟气；
具体地，所述场效应低氮焙烧指的是通过对焙烧炉炉内燃烧程度的精准控制实现平稳的温度场，达到物料被高温活化，同时实现烟气中NOX含量达标。在炉内进行高温活化的同时，还利用了化学活化，在物料中添加活化剂，使活化剂随物料在炉内充分混合，完成高温+化学复合活化过程。
具体地，步骤B包括：
步骤B1.将第一煤矸石进行二级破碎，以获得二级碎粒；
其中，所述二级破碎的场所为粉磨机，从回转预热器出口得到的含水低于0.8％的物料送入粉磨机3进一步粉碎，通过对一级碎粒施加机械压力产生更严重的晶格畸变和局部破坏，并形成进一步的缺陷，导致其内能继续增大，反应活性增强，属于机械活化的另一个环节。
其中，所述二级碎粒的粒度为5～8mm、1～3mm或80～325目三种粒度范围中的一种。本实施例中，根据下游工艺得到二级碎粒的粒度为1～3mm，这时煤矸石的热值约在900卡～1800卡之间，通过输送器进入焙烧炉，在焙烧炉内进行燃烧。
步骤B2.将二级碎粒进行高温活化，同时加入活化剂进行化学活化，以获得第一活化粉产品和高温烟气。
其中，所述高温活化和化学活化都在焙烧炉中进行，
具体地，本实施例的焙烧炉炉内布风结构和炉膛的设计采用了区域分块化设计，共有三次进风，六个区块，对称进风，将空气分级给量，通过仪表反馈和电子阀门的控制，使炉内布料均匀，同时控制空气的过量系数在0.7～0.8之间，使燃烧温度保持在600℃～800℃之间，导烟口设计为伞状，使烟气没有偏流和回流，最短时间内导出路外，这样炉内形成平稳的温度场，分离迅速的烟气气流场，达到不会因温度超高，和烟气停留时间过长，引起烟气中的NOx浓度增加，完成工艺过程。本发明采用的焙烧炉可以是现有技术中能够实现上述功能的焙烧炉，也可以参考申请人同日提交的专利“方型矿石细粉活化焙烧炉”，在本发明中，焙烧炉的具体结构不应当理解为对本发明技术方案的限制。
具体地，在炉内进行高温活化的同时，还利用了化学活化，在物料中添加激活剂，根据最终综合利用方向的不同和原料种类的不同，活化剂可以是碳酸钙、熟石灰、生石灰、二氧化锰、氯化钠、醇类、胺类等，其掺混量为原料量的0.1％～0.5％，本实施二采用的掺混量为原料量的0.3％，使活化剂随物料在炉内充分混合，完成高温+化学复合活化过程。煤矸石根据不同的粒度，经过足够的时间烧透后排出炉外，得到活化粉产品。
步骤C.将高温烟气进行余热耦合调节以获得：
-第二活化粉产品，
-循环至步骤A参与宽幅预热的低温烟气，和
-循环至步骤B参与场效应低氮焙烧的低温空气。
具体地，所述余热耦合调节指的焙烧炉的高温烟气经过高温除尘器除尘后，进入余热回收系统，该系统采用空气与高温烟气间接换热的形式，使得高温烟气成为低温烟气，而空气成为高温空气，这股高温空气作为洁净的热能，可以为车间其他地方供热，最终空气温度降到50℃以下，成为低温空气，这股低温空气分为两条支路，一个支路作为燃烧风，送入焙烧炉，一个支路作为回流，进入耦合风机，从而实现余热的耦合调节。
其中，步骤C包括：
步骤C1.将高温烟气进行高温除尘以获得第二活化产品，和无尘高温烟气；
具体地，所述除尘器为石墨管除尘器或陶瓷除尘器中的一种，本实施例采用的是陶瓷除尘器。
步骤C2.鼓入空气对无尘高温烟气进行余热回收，以获得低温烟气和高温空气；
具体地，得到的低温烟气温度介于145℃～350℃，得到的高温空气温度介于270℃～450℃，本实施例得到的低温烟气为220℃，该低温烟气被管道循环至预热器参与宽幅预热。本实施例得到的高温空气为330℃，该高温空气被热能外供给其他用热场所，例如为冬日的车间供暖等。
步骤C31.将低温烟气循环至步骤A的场所参与宽幅预热；
具体地，根据低温烟气进入预热器时的温度，可以对高温空气输出的热风量进行调节，当低温烟气温度偏低时，加大高温空气对焙烧炉和耦合风机的热风量，当低温烟气温度偏高时，减小高温空气对焙烧炉和耦合风机的热风量。热风量的调节可以调节耦合风机频率和空气风机回流的量，或采用现有技术中的管道气流调节技术，例如设置调压阀、节流阀等等加以实现。
步骤C32.进行C31的同时，将高温空气进行热能外供，以获得低温空气；
具体地，高温空气的热风量还可以根据车间其他工段对热风量和温度的需要，调节耦合风机频率和空气风机回流的量，最终满足不同煤矸石原料的生产用热。所述高温空气经过外部供热后，最终低温空气温度降到50℃以下，本实施例中，低温空气温度为35℃。
步骤C41.将低温空气循环至步骤B的场所参与场效应低氮焙烧。
具体地，焙烧炉控制低温空气的过量系数在0.7～0.8之间，本实施例的空气过量系数为0.75，使燃烧温度保持在600℃～800℃之间，本实施例的燃烧温度为700℃。结合需要将导烟口设计为伞状，使烟气没有偏流和回流，最短时间内导出路外，这样炉内形成平稳的温度场，分离迅速的烟气气流场，达到不会因温度超高和烟气停留时间过长引起烟气中的NOx浓度增加，起到低氮燃烧的作用，使NOx浓度达标。
步骤C42.进行C41的同时，将低温空气循环至C2的场所参与余热回收。具体地，通过调节耦合风机的回流量，可以控制热空气量、高温空气温度、低温烟气温度，回炉燃烧风温度，这样使系统的弹性变大，可调节性增强，用于适用不同含水量、挥发分量的煤矸石原料。
其中，耦合风机进风可以是新空气，也可以是新空气和回流空气的混合气，通过调节回流空气的流量，调节整个余热系统的运行状态。
步骤D.将参与宽幅预热后的低温烟气进行脱硫压缩，以外供至用碳车间。
具体地，通过预热器的低温烟气经过喷淋脱硫塔再次净化，得到是比较洁净的氮气和二氧化碳混合气，氮气是在常温下是惰性气体，可以对混合气进行加压送入碳化车间，充分利用二氧化碳，也减少了碳排量。
实施例三
本实施例的一种高效耦合、多联产、低氮的煤矸石活化工艺，其步骤包括：
步骤A.将煤矸石原料进行宽幅预热处理以获得：
-含水率低于0.8％的第一煤矸石；
具体地，所述宽幅预热处理采用的是煤矸石宽幅预热技术：将矿区开采出来的煤矸石运送至现场，经过初步破碎后，进入回转预热器，将煤矸石的含水率降到0.8％以下。
具体地，步骤A包括：
步骤A1.将煤矸石原料进行一级破碎，以获得粒度介于20mm～50mm的一级碎粒；本实施例的一级碎粒的粒度为50mm。
其中，所述一级破碎在粉碎机1中进行，所述粉碎机采用现有技术中常见的机械式粉碎机，通过对煤矸石原料施加机械压力产生晶格畸变和局部破坏，并形成各种缺陷，导致其内能增大，反应活性增强，属于机械活化的一个环节。
步骤A2.将一级碎粒进行宽幅宽预热，以获得含水率低于0.8％的第一煤矸石。
其中，所述宽幅预热的反应场所为回转预热器，回转预热器通过具体物料物性参数，可以采取逆向进热烟气，也可以同向进热烟气，来预热原料。本实施中，烟气是来自预热回收系统6的低温烟气，烟气余热系统可采用宽幅波动调整技术，使得低温烟气的温度可控制在145℃～350℃，这样可以使煤矸石原料含水量在3％～20％的情况下，都能够充分的被预热到0.8％以下，以满足下一步工艺要求。
步骤B.将第一煤矸石进行场效应低氮焙烧以获得：
-第一活化粉产品，和
-高温烟气；
具体地，所述场效应低氮焙烧指的是通过对焙烧炉炉内燃烧程度的精准控制实现平稳的温度场，达到物料被高温活化，同时实现烟气中NOX含量达标。在炉内进行高温活化的同时，还利用了化学活化，在物料中添加活化剂，使活化剂随物料在炉内充分混合，完成高温+化学复合活化过程。
具体地，步骤B包括：
步骤B1.将第一煤矸石进行二级破碎，以获得二级碎粒；
其中，所述二级破碎的场所为粉磨机，从回转预热器出口得到的含水低于0.8％的物料送入粉磨机3进一步粉碎，通过对一级碎粒施加机械压力产生更严重的晶格畸变和局部破坏，并形成进一步的缺陷，导致其内能继续增大，反应活性增强，属于机械活化的另一个环节。
其中，所述二级碎粒的粒度为5～8mm、1～3mm或80～325目三种粒度范围中的一种。本实施例中，根据下游工艺得到二级碎粒的粒度为80～325目，这时煤矸石的热值约在900卡～1800卡之间，通过输送器进入焙烧炉，在焙烧炉内进行燃烧。
步骤B2.将二级碎粒进行高温活化，同时加入活化剂进行化学活化，以获得第一活化粉产品和高温烟气。
其中，所述高温活化和化学活化都在焙烧炉中进行，
具体地，本实施例的焙烧炉炉内布风结构和炉膛的设计采用了区域分块化设计，共有三次进风，六个区块，对称进风，将空气分级给量，通过仪表反馈和电子阀门的控制，使炉内布料均匀，同时控制空气的过量系数在0.7～0.8之间，使燃烧温度保持在600℃～800℃之间，导烟口设计为伞状，使烟气没有偏流和回流，最短时间内导出路外，这样炉内形成平稳的温度场，分离迅速的烟气气流场，达到不会因温度超高，和烟气停留时间过长，引起烟气中的NOx浓度增加，完成工艺过程。本发明采用的焙烧炉可以是现有技术中能够实现上述功能的焙烧炉，也可以参考申请人同日提交的专利“方型矿石细粉活化焙烧炉”，在本发明中，焙烧炉的具体结构不应当理解为对本发明技术方案的限制。
具体地，在炉内进行高温活化的同时，还利用了化学活化，在物料中添加激活剂，根据最终综合利用方向的不同和原料种类的不同，活化剂可以是碳酸钙、熟石灰、生石灰、二氧化锰、氯化钠、醇类、胺类等，其掺混量为原料量的0.1％～0.5％，本实施例采用的掺混量为原料量的0.5％，使活化剂随物料在炉内充分混合，完成高温+化学复合活化过程。煤矸石根据不同的粒度，经过足够的时间烧透后排出炉外，得到活化粉产品。
步骤C.将高温烟气进行余热耦合调节以获得：
-第二活化粉产品，
-循环至步骤A参与宽幅预热的低温烟气，和
-循环至步骤B参与场效应低氮焙烧的低温空气。
具体地，所述余热耦合调节指的焙烧炉的高温烟气经过高温除尘器除尘后，进入余热回收系统，该系统采用空气与高温烟气间接换热的形式，使得高温烟气成为低温烟气，而空气成为高温空气，这股高温空气作为洁净的热能，可以为车间其他地方供热，最终空气温度降到50℃以下，成为低温空气，这股低温空气分为两条支路，一个支路作为燃烧风，送入焙烧炉，一个支路作为回流，进入耦合风机，从而实现余热的耦合调节。
其中，步骤C包括：
步骤C1.将高温烟气进行高温除尘以获得第二活化产品，和无尘高温烟气；
具体地，所述除尘器为石墨管除尘器或陶瓷除尘器中的一种，本实施例采用的是陶瓷除尘器。
步骤C2.鼓入空气对无尘高温烟气进行余热回收，以获得低温烟气和高温空气；
具体地，得到的低温烟气温度介于145℃～350℃，得到的高温空气温度介于270℃～450℃，本实施例得到的低温烟气为350℃，该低温烟气被管道循环至预热器参与宽幅预热。本实施例得到的高温空气为450℃，该高温空气被热能外供给其他用热场所，例如为冬日的车间供暖等。
步骤C31.将低温烟气循环至步骤A的场所参与宽幅预热；
具体地，根据低温烟气进入预热器时的温度，可以对高温空气输出的热风量进行调节，当低温烟气温度偏低时，加大高温空气对焙烧炉和耦合风机的热风量，当低温烟气温度偏高时，减小高温空气对焙烧炉和耦合风机的热风量。热风量的调节可以调节耦合风机频率和空气风机回流的量，或采用现有技术中的管道气流调节技术，例如设置调压阀、节流阀等等加以实现。
步骤C32.进行C31的同时，将高温空气进行热能外供，以获得低温空气；
具体地，高温空气的热风量还可以根据车间其他工段对热风量和温度的需要，调节耦合风机频率和空气风机回流的量，最终满足不同煤矸石原料的生产用热。所述高温空气经过外部供热后，最终低温空气温度降到50℃以下，本实施例中，低温空气温度为30℃。
步骤C41.将低温空气循环至步骤B的场所参与场效应低氮焙烧。
具体地，焙烧炉控制低温空气的过量系数在0.7～0.8之间，本实施例的空气过量系数为0.8，使燃烧温度保持在600℃～800℃之间，本实施例的燃烧温度为800℃。结合需要将导烟口设计为伞状，使烟气没有偏流和回流，最短时间内导出路外，这样炉内形成平稳的温度场，分离迅速的烟气气流场，达到不会因温度超高和烟气停留时间过长引起烟气中的NOx浓度增加，起到低氮燃烧的作用，使NOx浓度达标。
步骤C42.进行C41的同时，将低温空气循环至C2的场所参与余热回收。具体地，通过调节耦合风机的回流量，可以控制热空气量、高温空气温度、低温烟气温度，回炉燃烧风温度，这样使系统的弹性变大，可调节性增强，用于适用不同含水量、挥发分量的煤矸石原料。
其中，耦合风机进风可以是新空气，也可以是新空气和回流空气的混合气，通过调节回流空气的流量，调节整个余热系统的运行状态。
步骤D.将参与宽幅预热后的低温烟气进行脱硫压缩，以外供至用碳车间。
具体地，通过预热器的低温烟气经过喷淋脱硫塔再次净化，得到是比较洁净的氮气和二氧化碳混合气，氮气是在常温下是惰性气体，可以对混合气进行加压送入碳化车间，充分利用二氧化碳，也减少了碳排量。
藉此，本发明通过采用了机械、高温、化学三种活化相结合，活化效果几乎达到极限，最大程度的改变了煤矸石原有的晶体形态，使煤矸石原料利用率更高，更彻底。通过一级破碎和二级破碎，对煤矸石施加了机械力，煤矸石在机械力作用下会产生晶格畸变和局部破坏，并形成各种缺陷，导致其内能增大，反应活性增强，从而可以实现煤矸石在较低浸取剂浓度和温度下的浸出，以实现机械活化。通过采用布风结构区域分块化设计的活化焙烧炉，以实现高温活化和化学活化，获得第一活化粉产品和高温烟气，通过对高温烟气进行高温除尘，获得第二活化粉产品和无尘高温烟气，通过将无尘高温烟气分两路，分别循环至焙烧炉和预热器，以实现热能的循环再利用，通过对烟气的脱硫净化和压缩供给用碳车间，使得活化不再是单一的焙烧过程，对其烟气中的热能充分利用，并设计耦合调节形式，除供给自身的物料干燥预热、燃烧风预热，还能对外供热。副产品二氧化碳为碳化车间提供廉价的原料气来源。本工艺充分体现了高效、调节性强(耦合)、多联产的特点。
以上描述的仅为本发明内容的较佳实施列，上诉具体实施列不是对本发明内容的限制。在本发明内容的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明内容所保护的范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种高效耦合、多联产、低氮的煤矸石活化工艺，其步骤包括：
A.将煤矸石原料进行宽幅预热处理以获得：
-含水率低于0.8％的第一煤矸石；
B.将第一煤矸石进行场效应低氮焙烧以获得：
-第一活化粉产品，
和-高温烟气；
所述场效应低氮焙烧指的是通过对焙烧炉炉内燃烧程度的精准控制实现平稳的温度场，达到物料被高温活化，同时实现烟气中NOx 含量达标,在炉内进行高温活化的同时，还利用了化学活化，在物料中添加活化剂，使活化剂随物料在炉内充分混合，完成高温+化学复合活化过程；
所述焙烧炉炉内布风结构和炉膛的设计采用了区域分块化设计，共有三次进风，六个区块，对称进风，将空气分级给量，通过仪表反馈和电子阀门的控制，使炉内布料均匀，同时控制空气的过量系数在0.7～0.8之间，使燃烧温度保持在600℃～800℃之间，导烟口设计为伞状；
C.将高温烟气进行余热耦合调节以获得：
-第二活化粉产品，
-循环至步骤A参与宽幅预热的低温烟气，和
-循环至步骤B参与场效应低氮焙烧的低温空气。
2.根据权利要求1的煤矸石活化工艺，其特征在于，步骤A包括：
A1.将煤矸石原料进行一级破碎，以获得粒度介于30mm～50mm的一级碎粒；
A2.将一级碎粒进行宽幅预热，以获得含水率低于0.8％的第一煤矸石。
3.根据权利要求1的煤矸石活化工艺，其特征在于，步骤B包括：
B1.将第一煤矸石进行二级破碎，以获得二级碎粒；
B2.将二级碎粒进行高温活化，同时加入活化剂进行化学活化，以获得第一活化粉产品和高温烟气。
4.根据权利要求1的煤矸石活化工艺，其特征在于，步骤C包括：
C1.将高温烟气进行高温除尘以获得第二活化产品，和无尘高温烟气；
C2.鼓入空气对无尘高温烟气进行余热回收，以获得低温烟气和高温空气；
C31.将低温烟气循环至步骤A的场所参与宽幅预热；
C32.进行C31的同时，将高温空气进行热能外供，以获得低温空气；
C41.将低温空气循环至步骤B的场所参与场效应低氮焙烧。
5.根据权利要求4的煤矸石活化工艺，其特征在于，步骤C还包括：
C42.进行C41的同时，将低温空气循环至C2的场所参与余热回收。
6.根据权利要求1的煤矸石活化工艺，其特征在于，其步骤还包括：
D.将参与宽幅预热后的低温烟气进行脱硫压缩，以外供至用碳车间。
7.根据权利要求3的煤矸石活化工艺，其特征在于，所述二级碎粒的粒度为5～8mm、1～3mm或80～325目三种粒度范围中的一种。
8.一种实施权利要求1的煤矸石活化工艺的装置，该装置包括：
粉碎机(1)，用于将煤矸石原料进行一级破碎以形成一级碎粒；
回转预热器(2)，从粉碎机获取一级碎粒进行宽幅预热以形成第一煤矸石；
粉磨机(3)，从回转预热器获取第一煤矸石进行二级破碎以形成二级碎粒；
焙烧炉(4)，从粉磨机获取二级碎粒进行高温活化，同时加入激活剂进行化学活化，以获得第一活化粉产品和高温烟气；
除尘器(5)，从焙烧炉获取高温烟气进行高温除尘，以获得第二活化粉产品和无尘高温烟气；
余热回收系统(6)，从除尘器获取无尘高温烟气进行换热，以获得低温烟气和高温空气；
耦合风机(7)，用于向预热回收系统鼓入空气或低温空气，
脱硫塔(8)，从回转预热器获取参与宽幅预热后的低温烟气进行脱硫净化，以获得氮气和二氧化碳的混合气体，
二氧化碳压缩机(9)，从脱硫塔获取混合气体进行压缩，以供给用碳车间。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于，所述焙烧炉(4)采用区域分块化炉内布风结构的活化焙烧炉，包括高温活化模块(10)，以燃烧均匀形成平稳的温度场，避免烟气中氮氧化合物浓度增加。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于，所述焙烧炉(4)还包括化学活化模块(11)，其用于在二级碎粒中添加活化剂，所述活化剂为碳酸钙、熟石灰、生石灰、二氧化锰、氯化钠、醇类、胺类中的一种或多种的组合。
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