CN109734418A - 一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保固体废弃物综合利用和材料制造领域，特别是粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法及系统。粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法以污水厂的污泥和发电厂产生的粉煤灰废弃物作为原料，经过造粒、脱碳和焙烧制成具有一定强度的轻质陶粒，可以大量的消纳脱水污泥和粉煤灰固体废弃物。粉煤灰与污泥混合制作陶粒的系统包括经管道顺次连接的低位粉煤灰原料箱、粉煤灰无轴螺旋输送机、高位混合原料箱、螺旋给料机、挤压造粒机、烧结回转窑、低位陶粒储池、刮板输送机和成品陶粒贮存仓，污泥无轴螺旋输送机的一端经管道与低位污泥原料箱连接，污泥无轴螺旋输送机的另一端经管道与高位混合原料箱连接；该系统能够减轻日益严峻的粉煤灰和污泥处置问题。
Description
技术领域
本发明涉及环保固体废弃物综合利用和材料制造领域，特别是粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法及系统。
背景技术
当前我国陶粒主要以粘土陶粒为主，而粘土原料的来源绝大部分取自于耕地，大量粘土的使用会对生态环境产生破坏。同时，粉煤灰和污水厂的污泥是能源利用过程中产生的固体废物，尤其是火力发电厂目前面临的粉煤灰处理压力十分巨大，既要消纳历史积压而来的数量巨大的粉煤灰，又要为排放量日益增加的粉煤灰寻找处置途径，同时还需减轻日益严峻的污泥处置问题。因此，如何生产出不必消耗大量粘土的陶粒，同时为粉煤灰和污水厂污泥的永续消纳提供一种环保、有效途径成为目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，以污水厂的污泥和发电厂产生的粉煤灰废弃物作为原料，经过造粒、脱碳和焙烧制成具有一定强度的轻质陶粒，可以大量的消纳脱水污泥和粉煤灰固体废弃物；同时还提供了一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的系统，减轻日益严峻的粉煤灰和污泥处置问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，包括以下步骤：
S1，准备陶粒原料以备生产使用，陶粒原料为粉煤灰和脱水污泥，其中粉煤灰经汽车运输并卸载在低位粉煤灰原料箱，脱水污泥经汽车运输并卸载在低位污泥原料箱以备生产使用；
S2，将步骤S1准备的粉煤灰使用粉煤灰无轴螺旋输送机输送到高位布置的高位混合原料箱，同时将脱水污泥使用污泥无轴螺旋输送机也输送到高位布置的高位混合原料箱；为了保证粉煤灰和脱水污泥的准确配比，粉煤灰无轴螺旋输送机和污泥无轴螺旋输送机均采用变频控制，并且粉煤灰无轴螺旋输送机和污泥无轴螺旋输送机之间采用自动控制进行同步连锁。
S3，高位混合原料箱内置的电动搅拌装置将脱水污泥与粉煤灰混合均匀，混合时间为4min-6min；
S4，将步骤S3准备的混合原料通过螺旋给料机输送到挤压造粒机；
S5，将步骤S4挤压造粒机出来的生料陶粒重力掉落至烧结回转窑进行烧结造粒；
S6，生料陶粒在烧结回转窑依靠内置的导向装置旋转移动并采用天然气进行焙烧；
S7，经过步骤S6烧结的熟料陶粒从烧结回转窑尾部重力进入低位陶粒储池；
S8，低位陶粒储池内的熟料陶粒经过刮板输送机输送至成品陶粒贮存仓以备销售运输。
前述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，陶粒原料中的粉煤灰体积占比为70％-75％，粉煤灰粒径＜300μm；脱水污泥体积占比为25％-30％，脱水污泥含水率为75％-85％。其中，粉煤灰一般采用火力发电厂锅炉尾部烟气除尘器收集的粉煤灰；脱水污泥是指城市污水厂的生物污泥，是从污水中分离出来的生物固体。由于不同煤质的粉煤灰和不同脱水污泥含水率及有机质的差别，可根据实际运行工况调整混合比例，通过控制粉煤灰和脱水污泥比例保证陶粒具有良好的烧胀性。
前述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，所述脱水污泥包括成陶物质和熔剂氧化物，其中成陶物质的成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，熔剂氧化物的成分为Na2O、K2O、FeO和MgO。其中的成陶物质类似粘土，熔剂氧化物起助熔作用。
前述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，步骤S5中挤压造粒机所得的生料陶粒为直径在4㎜-10mm之间的湿颗粒球。
前述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，步骤S6中烧结回转窑进料端温度控制在80℃-100℃使湿陶粒干燥，烧结段控制温度为1170℃-1190℃，将生料陶粒焙烧20min-25min；烧结回转窑8烧结后的陶粒孔隙率为40％-50％，陶粒堆积密度为0.40g/cm3-0.50g/cm3。烧结温度根据粉煤灰体积占比及脱水污泥含水率从低到高，控制烧结温度在1170℃-1190℃范围内。陶粒烧胀必须满足两个条件，一是陶粒被加热到高温时内部的原料发生反应，释放出气体，如O2、CO2、CO、H2O等；二是陶粒表面必须生成黏性的玻璃相，密封住内部释放的气体；两个方面共同作用使陶粒可以产生理想的膨胀。
一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的系统，用于实施前述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，该系统包括经管道顺次连接的低位粉煤灰原料箱、粉煤灰无轴螺旋输送机、高位混合原料箱、螺旋给料机、挤压造粒机、烧结回转窑、低位陶粒储池、刮板输送机和成品陶粒贮存仓，还包括低位污泥原料箱和污泥无轴螺旋输送机，所述污泥无轴螺旋输送机的一端经管道与低位污泥原料箱连接，所述污泥无轴螺旋输送机的另一端经管道与高位混合原料箱连接。
前述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的系统，所述高位混合原料箱、螺旋给料机、挤压造粒机、烧结回转窑、低位陶粒储池依次采用从高位到低位的布置方式，保证生产过程物料顺序自然传输。
前述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的系统，所述烧结回转窑倾斜布置，其中烧结回转窑靠近低位陶粒储池的一端为热端，烧结回转窑靠近挤压造粒机的一端为冷端，热端的竖直高度高于冷端的竖直高度，热端还连接有天然气管道。生料陶粒在烧结回转窑内焙烧的过程具体为：生料陶粒从烧结回转窑的冷端喂入，由于烧结回转窑有一定的倾斜度且不断回转，因此使生料陶粒连续向热端移动。天然气燃料自热端喷入，在空气助燃下燃烧放热并产生高温烟气，高温烟气在内置风机的驱动下自热端向冷端流动，而陶粒和高温烟气在逆向运动的过程中进行热量交换，使生料陶粒烧成熟料陶粒。烧结回转窑具有温度自动控制、超温报警，窑头窑尾密封装置等。由于生活脱水污泥具有一定的生物质，在烧结回转窑内可以燃烧提供热能，起到了热资源的充分利用。在整个焙烧中，陶粒经历全窑的时间控制在50min-60min，烧结回转窑内置导向装置的转速为1.2r/min-2.4r/min。进一步的，所述刮板输送机与地面垂直布置。刮板输送机通过内置刮板链的牵引，将陶粒从低位陶粒储池输送到另一端的成品陶粒贮存仓，刮板输送机可以作垂直与地面成90度向上输送。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、本发明以污水厂的污泥和发电厂产生的粉煤灰废弃物作为原料，经过造粒、脱碳和焙烧制成具有一定强度的轻质陶粒，可以大量的消纳脱水污泥和粉煤灰固体废弃物，减轻日益严峻的污泥处置问题。
2、采用污泥和粉煤灰制作的轻质陶粒可用做水处理填料、建材骨料及园林绿化中的透气覆盖材料等。采用污泥和粉煤灰制作的轻质陶粒特点是外表坚硬、高强、导热系数低、吸水率小，而内部有许多的微孔呈蜂窝状结构，这些微孔赋予陶粒质轻的特性，陶粒密度、孔隙率、强度等指标均能达到《水处理用人工陶粒滤料质量标准》CJ/T299—2008中的规定要求，该种陶粒可用于水处理工艺中的过滤填料、生物载体及吸附剂，实现了以废制废；以轻质陶粒代替砾石制成的超轻陶粒混凝土小型空心砌块和隔墙板也是性能优良的新型墙体材料，具有广泛的用途及循环经济价值。
3、在陶粒烧制过程中，脱水污泥中的病原体被高温杀死，重金属固结在陶粒中，避免固体废弃物处置的二次污染，符合我国固废处理的无害化、减量化和资源化原则，环境效益显著，具有广阔的发展应用前景。
附图说明
图1是本发明中粉煤灰与污泥混合制作陶粒系统的结构示意图。
附图标记的含义：1-低位粉煤灰原料箱，2-低位污泥原料箱，3-粉煤灰无轴螺旋输送机，4-污泥无轴螺旋输送机，5-高位混合原料箱，6-螺旋给料机，7-挤压造粒机，8-烧结回转窑，9-低位陶粒储池，10-刮板输送机，11-成品陶粒贮存仓。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1：如图1所示，一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法包括以下步骤：
S1，准备陶粒原料以备生产使用，陶粒原料为粉煤灰和脱水污泥，其中粉煤灰经汽车运输并卸载在低位粉煤灰原料箱1，脱水污泥经汽车运输并卸载在低位污泥原料箱2以备生产使用；
S2，将步骤S1准备的粉煤灰使用粉煤灰无轴螺旋输送机3输送到高位布置的高位混合原料箱5，同时将脱水污泥使用污泥无轴螺旋输送机4也输送到高位布置的高位混合原料箱5；为了保证粉煤灰和脱水污泥的准确配比，粉煤灰无轴螺旋输送机3和污泥无轴螺旋输送机4均采用变频控制，并且粉煤灰无轴螺旋输送机3和污泥无轴螺旋输送机4之间采用自动控制进行同步连锁。
S3，高位混合原料箱5内置的电动搅拌装置将脱水污泥与粉煤灰混合均匀，混合时间为5min；
S4，将步骤S3准备的混合原料通过螺旋给料机6输送到挤压造粒机7；
S5，将步骤S4挤压造粒机7出来的生料陶粒重力掉落至烧结回转窑8进行烧结造粒；
S6，生料陶粒在烧结回转窑8依靠内置的导向装置旋转移动并采用天然气进行焙烧；
S7，经过步骤S6烧结的熟料陶粒从烧结回转窑8尾部重力进入低位陶粒储池9；
S8，低位陶粒储池9内的熟料陶粒经过刮板输送机10输送至成品陶粒贮存仓11以备销售运输。
进一步的，陶粒原料中的粉煤灰体积占比为70％-75％，粉煤灰粒径＜300μm；脱水污泥体积占比为25％-30％，脱水污泥含水率为75％-85％。具体的，陶粒原料中的粉煤灰体积占比72％，粉煤灰粒径＜300μm；脱水污泥体积占比为28％，脱水污泥含水率为80％。其中，粉煤灰一般采用火力发电厂锅炉尾部烟气除尘器收集的粉煤灰；脱水污泥是指城市污水厂的生物污泥，是从污水中分离出来的生物固体。由于不同煤质的粉煤灰和不同脱水污泥含水率及有机质的差别，可根据实际运行工况调整混合比例，通过控制粉煤灰和脱水污泥比例保证陶粒具有良好的烧胀性。所述脱水污泥包括成陶物质和熔剂氧化物，其中成陶物质的成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，熔剂氧化物的成分为Na2O、K2O、FeO和MgO。其中的成陶物质类似粘土，熔剂氧化物起助熔作用。
具体的，步骤S5中挤压造粒机7所得的生料陶粒为直径在6㎜-8mm之间的湿颗粒球。步骤S6中烧结回转窑8进料端温度控制在90℃-100℃使湿陶粒干燥，烧结段控制温度为1170℃-1190℃，将生料陶粒焙烧25min；烧结回转窑8烧结后的陶粒孔隙率为45％-50％，陶粒堆积密度为0.45g/cm3-0.50g/cm3。烧结温度根据粉煤灰体积占比及脱水污泥含水率从低到高，控制烧结温度在1170℃-1190℃范围内。陶粒烧胀必须满足两个条件，一是陶粒被加热到高温时内部的原料发生反应，释放出气体，如O2、CO2、CO、H2O等；二是陶粒表面必须生成黏性的玻璃相，密封住内部释放的气体；两个方面共同作用使陶粒可以产生理想的膨胀。采用污泥和粉煤灰制作的轻质陶粒特点是外表坚硬、高强、导热系数低、吸水率小，而内部有许多的微孔呈蜂窝状结构，这些微孔赋予陶粒质轻的特性，陶粒密度、孔隙率、强度等指标均能达到《水处理用人工陶粒滤料质量标准》CJ/T299—2008中的规定要求，该种陶粒可用于水处理工艺中的过滤填料、生物载体及吸附剂，实现了以废制废。
实施例2：如图1所示，一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的系统包括经管道顺次连接的低位粉煤灰原料箱1、粉煤灰无轴螺旋输送机3、高位混合原料箱5、螺旋给料机6、挤压造粒机7、烧结回转窑8、低位陶粒储池9、刮板输送机10和成品陶粒贮存仓11，还包括低位污泥原料箱2和污泥无轴螺旋输送机4，所述污泥无轴螺旋输送机4的一端经管道与低位污泥原料箱2连接，所述污泥无轴螺旋输送机4的另一端经管道与高位混合原料箱5连接。所述高位混合原料箱5、螺旋给料机6、挤压造粒机7、烧结回转窑8、低位陶粒储池9依次采用从高位到低位的布置方式。保证生产过程物料顺序自然传输。
进一步的，所述烧结回转窑8倾斜布置，其中烧结回转窑8靠近低位陶粒储池9的一端为热端，烧结回转窑8靠近挤压造粒机7的一端为冷端，热端的竖直高度高于冷端的竖直高度，热端还连接有天然气管道。生料陶粒在烧结回转窑8内焙烧的过程具体为：生料陶粒从烧结回转窑8的冷端喂入，由于烧结回转窑8有一定的倾斜度且不断回转，因此使生料陶粒连续向热端移动。天然气燃料自热端喷入，在空气助燃下燃烧放热并产生高温烟气，高温烟气在内置风机的驱动下自热端向冷端流动，而陶粒和高温烟气在逆向运动的过程中进行热量交换，使生料陶粒烧成熟料陶粒。烧结回转窑8具有温度自动控制、超温报警，窑头窑尾密封装置等。由于生活脱水污泥具有一定的生物质，在烧结回转窑8内可以燃烧提供热能，起到了热资源的充分利用。在整个焙烧中，陶粒经历全窑的时间控制在55min-60min，烧结回转窑8内置导向装置的转速为1.6r/min-2.4r/min。所述刮板输送机10与地面垂直布置。刮板输送机10通过内置刮板链的牵引，将陶粒从低位陶粒储池9输送到另一端的成品陶粒贮存仓11，刮板输送机10可以作垂直与地面成90度向上输送。
本发明的工作过程：一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法包括以下步骤：
S1，准备陶粒原料以备生产使用，陶粒原料为粉煤灰和脱水污泥，其中粉煤灰经汽车运输并卸载在低位粉煤灰原料箱1，脱水污泥经汽车运输并卸载在低位污泥原料箱2以备生产使用；
S2，将步骤S1准备的粉煤灰使用粉煤灰无轴螺旋输送机3输送到高位布置的高位混合原料箱5，同时将脱水污泥使用污泥无轴螺旋输送机4也输送到高位布置的高位混合原料箱5；为了保证粉煤灰和脱水污泥的准确配比，粉煤灰无轴螺旋输送机3和污泥无轴螺旋输送机4均采用变频控制，并且粉煤灰无轴螺旋输送机3和污泥无轴螺旋输送机4之间采用自动控制进行同步连锁。
S3，高位混合原料箱5内置的电动搅拌装置将脱水污泥与粉煤灰混合均匀，混合时间为4min-6min；
S4，将步骤S3准备的混合原料通过螺旋给料机6输送到挤压造粒机7；
S5，将步骤S4挤压造粒机7出来的生料陶粒重力掉落至烧结回转窑8进行烧结造粒；
S6，生料陶粒在烧结回转窑8依靠内置的导向装置旋转移动并采用天然气进行焙烧；
S7，经过步骤S6烧结的熟料陶粒从烧结回转窑8尾部重力进入低位陶粒储池9；
S8，低位陶粒储池9内的熟料陶粒经过刮板输送机10输送至成品陶粒贮存仓11以备销售运输。
Claims (8)
1.一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，准备陶粒原料以备生产使用，陶粒原料为粉煤灰和脱水污泥，其中粉煤灰经汽车运输并卸载在低位粉煤灰原料箱(1)，脱水污泥经汽车运输并卸载在低位污泥原料箱(2)以备生产使用；
S2，将步骤S1准备的粉煤灰使用粉煤灰无轴螺旋输送机(3)输送到高位布置的高位混合原料箱(5)，同时将脱水污泥使用污泥无轴螺旋输送机(4)也输送到高位布置的高位混合原料箱(5)；
S3，高位混合原料箱(5)内置的电动搅拌装置将脱水污泥与粉煤灰混合均匀，混合时间为4min-6min；
S4，将步骤S3准备的混合原料通过螺旋给料机(6)输送到挤压造粒机(7)；
S5，将步骤S4挤压造粒机(7)出来的生料陶粒重力掉落至烧结回转窑(8)进行烧结造粒；
S6，生料陶粒在烧结回转窑(8)依靠内置的导向装置旋转移动并采用天然气进行焙烧；
S7，经过步骤S6烧结的熟料陶粒从烧结回转窑(8)尾部重力进入低位陶粒储池(9)；
S8，低位陶粒储池(9)内的熟料陶粒经过刮板输送机(10)输送至成品陶粒贮存仓(11)以备销售运输。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，其特征在于，陶粒原料中的粉煤灰体积占比为70％-75％，粉煤灰粒径＜300μm；脱水污泥体积占比为25％-30％，脱水污泥含水率为75％-85％。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，其特征在于，所述脱水污泥包括成陶物质和熔剂氧化物，其中成陶物质的成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，熔剂氧化物的成分为Na2O、K2O、FeO和MgO。
4.根据权利要求1所述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，其特征在于，步骤S5中挤压造粒机(7)所得的生料陶粒为直径在4㎜-10mm之间的湿颗粒球。
5.根据权利要求1所述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，其特征在于，步骤S6中烧结回转窑(8)进料端温度控制在80℃-100℃使湿陶粒干燥，烧结段控制温度为1170℃-1190℃，将生料陶粒焙烧20min-25min；烧结回转窑(8)烧结后的陶粒孔隙率为40％-50％，陶粒堆积密度为0.40g/cm3-0.50g/cm3。
6.一种粉煤灰与污泥混合制作陶粒的系统，用于实施权利要求1所述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的方法，其特征在于，包括经管道顺次连接的低位粉煤灰原料箱(1)、粉煤灰无轴螺旋输送机(3)、高位混合原料箱(5)、螺旋给料机(6)、挤压造粒机(7)、烧结回转窑(8)、低位陶粒储池(9)、刮板输送机(10)和成品陶粒贮存仓(11)，还包括低位污泥原料箱(2)和污泥无轴螺旋输送机(4)，所述污泥无轴螺旋输送机(4)的一端经管道与低位污泥原料箱(2)连接，所述污泥无轴螺旋输送机(4)的另一端经管道与高位混合原料箱(5)连接。
7.根据权利要求6所述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的系统，其特征在于，所述高位混合原料箱(5)、螺旋给料机(6)、挤压造粒机(7)、烧结回转窑(8)、低位陶粒储池(9)依次采用从高位到低位的布置方式。
8.根据权利要求6所述的粉煤灰与污泥混合制作陶粒的系统，其特征在于，所述烧结回转窑(8)倾斜布置，其中烧结回转窑(8)靠近低位陶粒储池(9)的一端为热端，烧结回转窑(8)靠近挤压造粒机(7)的一端为冷端，热端的竖直高度高于冷端的竖直高度，热端还连接有天然气管道；所述刮板输送机(10)与地面垂直布置。
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