CN109776002A - 一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统及方法，系统包括烘干打散机、第一旋风筒、第二旋风筒、分解炉、第三旋风筒、第四旋风筒、第五旋风筒、第六旋风筒、U型管和缓冲仓等；湿物料进入烘干打散机内被第二旋风筒过来的高温烟气烘干打散，进入第一旋风筒进行气固分离；干物料进入第二旋风筒换热分离后进入分解炉煅烧活化，分解炉出口活性物料进行三级悬浮冷却后入缓冲仓；冷却风从U型管进入，三级冷却换热后进入分解炉作为助燃空气；U型管可提供冷却需要的冷空气并作为系统塌料时临时热料承接存储装置。本发明换热效率高，能耗低，处理能力大。本发明能够规模化、连续高效、安全可靠的用于不同湿含量粘土质粉状原料的活化煅烧。
Description
技术领域
本发明涉及一种适宜粘土矿或粘土尾矿的悬浮煅烧活化系统及工艺方法，属于煅烧技术领域。
背景技术
在国际水泥行业节能减排、环境友好发展的科技路线图中，应用辅助胶凝材料替代熟料是目前国际公认的水泥工业低碳发展三大重要技术途径之一。水泥中使用具有胶凝性或潜在胶凝性的低碳排放混合材替代高碳排放熟料，不仅具有良好的CO2减排作用，而且这些具有胶凝性的混合材对水泥的最终性能也有积极贡献。可以作为混合材的材料包括高炉矿渣、粉煤灰、天然火山灰、石灰石粉等，受制于各国这些工业废料自身品质、距离可获得性的双重限制，在熟料替代技术上，要么替代量不高，要么大量替代后显著降低水泥强度，这一现状阻碍了低碳水泥的进一步发展。而从水泥工业整体发展趋势看，国际水泥市场仍处于小幅增长态势，以发展中国家为主的新兴市场水泥需求旺盛，尤其是南亚、中亚、东南亚、非洲和南美地区，水泥产能、产量难以满足基础设施建设和城镇化发展的需要。受限于发展中国家经济和工业发展滞后，粉煤灰、矿粉等辅助胶凝材料资源匮乏，限制了水泥产能的快速增长，同时导致水泥性能不佳、成本居高不下，这一难题亟待解决。采用在全球具有广泛储量和分布的粘土质原料煅烧活化矿物制备的新型低碳水泥不仅可在保证水泥混凝土性能的前提下，突破传统水泥混合材掺量的技术瓶颈，大幅度替代熟料，还大幅降低了单位水泥的碳排放量。粘土矿物的煅烧活化技术具有广阔的应用前景。现有粘土的煅烧方法包括固定床式(如隧道窑、倒焰窑、梭式窑、推板窑及保温筒)、半固定床式(如立窑、回转窑及多层平炉)、流化床式(实验室阶段)等。其中采用回转窑煅烧活化粘土是普遍采用的方法，但是该窑炉在煅烧活化粘土时，存在热耗高，处理能力小、产品质量难控制等问题。因此，开发一套能耗低、适应不同粘土矿/尾矿、活性可控的粘土矿悬浮煅烧活化工艺能有效解决其作为辅助胶凝材料的障碍。
发明内容
发明目的：为了克服现有粘土矿物煅烧活化技术中的热耗高、规模小、无法处理湿排尾矿的不足之处，本发明的目的是提供一种热耗低、活性可控、既能处理干性粘土质原料又能处理湿排粘土质尾矿、且可大规模生产的粘土悬浮煅烧活化系统。本发明另一目的是提供一种利用该煅烧系统制备活化粘土的方法。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统，包括烘干打散机、第一旋风筒、第二旋风筒、分解炉、第三旋风筒、第四旋风筒、第五旋风筒、第六旋风筒、U型管和缓冲仓等。作为原料的粘土质矿物经计量后由进料装置进入烘干打散机内，烘干打散机的出口与第一旋风筒的进风管相连；烘干打散机的热风入口与第二旋风筒的出风管相连，第一旋风筒的出风管与烟气处理系统相连，第一旋风筒的物料出口与第二旋风筒的进风管相连；第二旋风筒的物料出口与分解炉的物料进口相连；分解炉顶部的出风管与第三旋风筒的进气管相连，分解炉底部的进风管与第四旋风筒的出气管相连；第三旋风筒的出气管与第二旋风筒的进气管相连，第三旋风筒的物料出口与第四旋风筒的进气管相连，第四旋风筒的物料出口与第五旋风筒的气体进气管相连，第五旋风筒的出风管与第四旋风筒的进风管相连，第五旋风筒的物料出口与第六旋风筒的气体进气管相连，第六旋风筒的气体出气管与第五旋风筒的气体进气管相连，第六旋风筒的气体进气管与U型管的气体出气管相连，U型管的下料口及第六旋风筒的物料出口与缓冲仓相连；冷却风由U型管进口进入。
作为优选，所述分解炉包括鹅颈管、圆锥形上部筒体、圆柱形中间筒体和倒圆锥形下部筒体，燃烧器呈一定角度分布在所述倒圆锥形下部筒体；所述圆锥形上部筒体通过鹅颈管与第三旋风筒进风管相通。所述分解炉下料管道由一根总管分成两根接入分解炉，入料管呈上下一定的间距布置。
作为优选，所述U型管底部安装有空气炮、下方设有闸板阀，内部为耐火材料。U型管进口端连接大气，出口端连接第六旋风筒，主要用来提供冷却需要的冷空气及作为系统塌料时临时热料承接存储装置。U型管底部安装的空气炮，用来吹扫积灰。U型管下部有排料装置，可将收集的热料排入缓冲仓。
作为优选，第二旋风筒与烘干打散机间的风管设有喷水系统及冷风阀，主要用来防护来气温度过高时降温保护烘干打散机用，所述烘干打散机可以是闪蒸干燥机，V型选粉机及烘干破等烘干打散设备。
工作原理：作为原料的粘土质矿物经计量后进入烘干打散器内，被从第二旋风筒过来的高温烟气烘干打散，并随气流一起进入第一旋风筒进行气固分离，气体去烟气处理系统，旋风筒收集的干物料由旋风筒下部下料管进入第二旋风筒的进气管(第三旋风筒出气管)，在气流作用下立即分散、悬浮在气流中，物料在管道内与热烟气进行充分热交换预热后进入第二旋风筒进行气固分离，第二旋风筒出气去烘干打散机作为烘干热源，旋风筒下部预热后的高温物料经下料管进入分解炉进行煅烧活化。分解炉出口活性物料随热气流进入第三旋风筒进行气固分离，固体进入第四、第五、第六旋风筒进行冷却，冷却达标后的物料进入缓冲仓后通过输送设备输送到成品车间，第四旋风筒出口热气流进入分解炉锥部作为助燃空气。
本发明另一方面提供的一种利用所述悬浮煅烧活化系统的活性粘土的制备方法，包括如下步骤：
粒径5～100μm、含水2％～40％的粘土矿或粘土尾矿加入烘干打散机，在烘干打散后进入第二旋风筒进行热交换后，进入分解炉煅烧活化；煅烧后的活化粘土经旋风分离后进入第四、第五、第六旋风筒进行三级冷却；冷却风经U型管、第六旋风筒、第五旋风筒、第四旋风筒后成热烟气进入分解炉作为助燃空气，冷却后的物料送至成品库储存。
作为优选，出烘干打散机的物料温度为130～200℃，第二旋风筒热交换后物料温度为500～650℃，分解炉内的煅烧温度为800～1000℃，煅烧时间2～8秒钟。
作为优选，当分解炉锥部温度低于要求的温度时，将分解炉入料分一部分在上部进料口进入，减少原料在下部的瞬间吸热，让燃料在下部充分燃烧放热，进而精确控制炉内温度。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明通过设置烘干打散机，可适应不同湿含量粘土质矿物的活化，能有效解决行业对于湿排物料处置难的问题。且烘干工艺简单快捷，热效率高，处置能力大，占地小。
2、本发明由上至下依次设置预热旋风筒、煅烧分解炉和冷却旋风筒，物料流动顺畅，不易堵塞，物料在系统中全程处于悬浮状态，具有换热速率快，生产效率高的优点，系统占地少，投资省。
3、本发明在分解炉的入料装置上设置了分料装置和燃料均布装置，能有效控制分解炉内温度的稳定、保证燃料的有效燃烧空间及降低NOx的排放。
4、本发明设置U型管和缓冲仓，能够有效防止塌料，系统具有工艺完整、安全可靠的优势，且不增加任何额外能耗。
5、本发明设计合理，提供了一种气固接触好、料流顺畅、热效率高、可规模化生产、适用能力强的粘土质矿物煅烧活化系统，产品活性可控，质量好，生产效率高，具有较好的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构示意图；
图中：1进料装置，2烘干打散机，3喷水系统，4冷风阀，5第一旋风筒，6第一翻板阀，7第二旋风筒，8第二翻板阀，9分解炉，10燃烧器，11第三旋风筒，12第三翻板阀，13第四旋风筒，14第四翻板阀，15第五旋风筒，16第五翻板阀，17第六旋风筒，18分格轮，19U型管，20空气炮，21闸板阀，22缓冲仓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明实施例公开的一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统，主要包括湿物料进料装置1、烘干打散机2、喷水系统3、冷风阀4、第一旋风筒5、第二旋风筒7、分解炉9、第三旋风筒11、第四旋风筒13、第五旋风筒15、第六旋风筒17、U型管20、缓冲仓22等。
其中湿物料进料装置1、烘干打散机2、喷水系统3、冷风阀4、第一旋风筒5可构成原料烘干打散子系统，进料装置1可采用变频调速螺旋给料机，该变频调速给料螺旋机将物料均匀、定量的给入烘干打散机2、物料在烘干打散机2内被从第二旋风筒7出口热烟气烘干打散并随其一起进第一旋风筒5进行气固分离，气体(130～200℃)去废气处理系统，固体(100～200℃)经过旋风筒下部出料管及第一翻板阀6进入第二旋风筒7的进气管进行预热。喷水系统3和冷风阀4为烘干打散的降温应急保护装置，当来气温度过高或发生原料断供现象时，该系统联动喷水或掺冷风对其热烟气进行降温，保护烘干打散装置及下游设备。
第二旋风筒7及其进出口烟气管道和出料管构成预热子系统。第一旋风筒5出料经其下料管和翻板阀6进入第三旋风筒11和第二旋风筒7的连接上升管道后，在其内被来自第三旋风筒11出口热烟气作用下分散，在悬浮状态下完成换交换。第二旋风筒7出口烟气温度(500～650℃)去烘干打散机作为烘干热源，出料(500～650℃)经下料管及翻板阀8进入分解炉9内。
分解炉9、第三旋风筒11和设于分解炉锥部的燃烧器10构成煅烧子系统。分解炉锥部与第四旋风筒13出气管相连，分解炉出口与第三旋风筒11的进口相连。预热后的原料在分解炉9内进行反应活化，控制分解炉内温度为800～1000℃，炉内停留时间2～8S，完成反应的物料随气流进入第三旋风筒11进行气固分离。燃料通过布置在分解炉锥部特定位置的燃烧器10喷入分解炉，通过控制其插入角度和水平切角有效控制其分散性以便于其燃烧。分解炉进料装置通过设置分料能有效控制分解炉内温度的稳定、保证燃料的有效燃烧空间及降低NOx的排放。
分解炉下方的第四旋风筒13、翻板阀14、第五旋风筒15、翻板阀16、第六旋风筒17和分格轮18构成冷却子系统。第五旋风筒15的出气管与第四旋风筒13的进气管相连，第六旋风筒17的出气管与第五旋风筒15的进气管相连。煅烧后出料经第三旋风筒11的下料管和翻板阀12进入第五旋风筒15与第四旋风筒13的连接上升管道，在其内被上升气流打散并携带至第四旋风筒13，物料在悬浮状态与气体完成换热，物料被冷却，气流被加热。第四旋风筒13出口气体被加热至500～600℃后进入分解炉作为助燃空气。物料经过三级冷却最终被冷却到50～120℃后通过分格轮18进入缓冲仓22直至输送至成品库。
U型管19、空气炮20、闸板阀21和缓冲仓22构成防塌料子系统。U型管19的出口与第六旋风筒17的进风管相连，另一端与大气相连，主要提供冷却所需的空气。U型管底部安装有空气炮20，当U型管内有积料时，可开启空气炮对其进行吹扫，便于其被重新携带回冷却子系统，U型管下部设置有闸板阀21和排料管，排料管直通缓冲仓22。
使用上述悬浮煅烧活化系统的活性粘土的制备方法为：将粒径5～100μm、含水2％～40％的粘土尾矿加入烘干打散子系统，在烘干打散后进入预热子系统进行热交换后，进入煅烧子系统煅烧活化，煅烧后的活化粘土经旋风分离后进入冷却子系统进行三级冷却，出冷却子系统的热烟气进入煅烧子系统的分解炉作为助燃空气，冷却后的物料送至成品库储存。
本发明能适宜不同湿含量的粉状物料，悬浮预热、悬浮煅烧及悬浮冷却子系统保证了系统换热效率高，能耗低，处理能力大。通过对分解炉进料和燃料的空间布置优化能有效控制分解炉内温度的稳定、保证燃料燃烧和物料活化煅烧的有效空间及系统低NOx的排放；防塌料的设置使系统具有工艺完整、安全可靠的优势，且不增加任何额外能耗。本发明能够规模化、连续高效、安全可靠的用于不同湿含量粘土质原料的活化煅烧。
Claims (10)
1.一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统，其特征在于，包括烘干打散机、第一旋风筒、第二旋风筒、分解炉、第三旋风筒、第四旋风筒、第五旋风筒、第六旋风筒、U型管和缓冲仓；烘干打散机的进料口与湿物料进料装置相连，出口与第一旋风筒的入口相连，热风入口与第二旋风筒的气体出口相连；第一旋风筒的出风管与烟气处理系统相连，物料出口与第二旋风筒的进风管相连，第二旋风筒的物料出口与分解炉的物料进口相连；分解炉顶部的气体出口与第三旋风筒的进风管相连，分解炉底部的气体进口与第四旋风筒的出风管相连；第三旋风筒的出风管与第二旋风筒的进气口相连，第三旋风筒的物料出口与第四旋风筒的进风管相连，第四旋风筒的物料出口与第五旋风筒的进风口相连，第五旋风筒的出风管与第四旋风筒的进风管相连，第五旋风筒的物料出口与第六旋风筒的进风口相连，第六旋风筒的出风管与第五旋风筒的进风管相连，第六旋风筒的进风管与U型管的出口相连，U型管的入口通入冷却风，U型管底部的下料口及第六旋风筒的物料出口与缓冲仓相连。
2.根据权利要求1所述的一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统，其特征在于，所述分解炉包括鹅颈管、圆锥形上部筒体、圆柱形中间筒体和倒圆锥形下部筒体，分解炉燃烧器呈一定角度分布在所述倒圆锥形下部筒体。
3.根据权利要求2所述的一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统，其特征在于，相邻燃烧器之间角度为90°或180°。
4.根据权利要求1所述的一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统，其特征在于，所述分解炉的入料管道由与第二旋风筒物料出口相连的一根总管分成两根接入分解炉，分解炉中部的两个物料进口呈上下一定的间距布置。
5.根据权利要求1所述的一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统，其特征在于，所述U型管底部安装有空气炮，下方设有闸板阀和排料管，排料管直通缓冲仓。
6.根据权利要求1所述的一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统，其特征在于，所述第二旋风筒与烘干打散机间的风管上设有喷水系统和冷风阀。
7.根据权利要求1所述的一种适宜粘土矿尾矿的悬浮煅烧活化系统，其特征在于，所述烘干打散机为闪蒸干燥机、V型选粉机或烘干破碎机。
8.一种利用根据权利要求1-7任一项所述的煅烧活化系统的活性粘土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将粒径5～100μm、含水2%～40%的粘土矿或粘土尾矿加入烘干打散机，在烘干打散后进入第二旋风筒进行热交换后，进入分解炉煅烧活化；煅烧后的活化粘土经旋风分离后进入第四旋风筒、第五旋风筒、第六旋风筒进行三级冷却；冷却风经U型管、第六旋风筒、第五旋风筒、第四旋风筒后成热烟气进入分解炉作为助燃空气，冷却后的物料送至成品库储存。
9.根据权利要求8所述的活性粘土的制备方法，其特征在于，出烘干打散机的物料温度为130~200℃，第二旋风筒换热后物料温度为500~650℃，分解炉中煅烧温度为800~1000℃，煅烧时间2~8秒钟。
10.根据权利要求8所述的活性粘土的制备方法，其特征在于，当分解炉锥部温度低于要求的温度时，将分解炉入料分一部分在上部进料口进入，减少原料在下部的瞬间吸热，让燃料在下部充分燃烧放热，进而精确控制炉内温度。
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