CN113429136B - 一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，针对煤矸石超高料层烧结过程中，料层下部由于过湿作用，导致其热态透气性降低，烧结速度减慢，利用系数降低；同时，由于透气性差，烧结料层氧气浓度低，脱炭反应不充分，导致残炭含量高，活性低的技术问题，本发明通过分层布料，将粒度较粗的部分分布在料层中下部，提高下部料层的透气性，改善产质量，提高混合材活性。本发明利用煤矸石破碎后，其固定碳含量随着粒度的变小而降低的规律，将固定碳含量少和热值低的大颗粒布在底部，而固定碳含量和热值高的细颗粒布在料层上部，使烧结料层上下部热量分布均匀、上下部燃烧带适中，显著提升混合材的产量和质量。

Description

一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺
技术领域
本发明属于固废综合利用技术领域，具体涉及一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺。
背景技术
煤矸石是煤炭生产、加工过程中产生的固体废弃物，其产生量约占煤炭开采量的10～25％。我国煤矸石的年产出超过3亿吨，目前堆存约为40亿吨，不仅占用大量的土地资源，而且严重危害了环境安全。煤矸石综合利用的技术很多，其中用作水泥混合材较为普遍，因其主要化学成分二氧化硅和氧化铝是潜在的胶凝活性物质。若将煤矸石制备水泥混合材等建筑材料，必须借助适宜的方法，增加其活性，减少煤矸石残炭等有机质。目前，主要通过火法方法进行脱除炭，提高其活性。
中国专利CN1236748A公开了一种煅烧煤矸石制取活性水泥混合材的方法，该方法中煤矸石在简易窑内，氧化气氛下，煅烧温度控制在850～1150℃的条件下，可制备成活性水泥混合材，该工艺虽然简单，但是回转窑存在结圈、能耗高和环境污染不易控制等一系列问题。
中国专利CN102351446A公开了一种煤矸石活性混合材制备方法，将天然煤矸石破碎至10mm以下，放入微波炉中，辐照8～12min时间后，用球磨机粉磨15～30min，即可获得活性混合材。该方法虽然简单可行，成本低且制备的活性混合材质量高，但是活化效果较差，微波炉大型化和工业化难度极大，成本巨大，因此并不能大规模的处理巨量的煤矸石。
中国专利CN110078401B公开了一种煤矸石带式烧结制备活性混合材的工艺。该方法中采用烧结机处理煤矸石，然后经过细磨，即可获得活性混合材。但是该方法烧结过程由于料层厚度较低(料层高度700-1000mm)，不能有效蓄热，需要添加4％-7％的炭质固体燃料，不但提高的生产成本，且炭质燃料燃烧过程增加了SO2、NOX和CO2的排放，势必提高废气的处理成本。
针对上述难题，有必要提出一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺。
发明内容
针对现有技术中煤矸石活性效果较差、能耗高、处理效率低的技术问题，本发明的目的在于提供一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，旨在通过本发明所提供的分层布料技术，提高煤矸石的脱炭效率和活性，使得工艺更具竞争力。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，包括以下步骤：
S1、破碎：将煤矸石破碎至预定细度；
S2、筛分：将破碎后的煤矸石筛分成-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级；
S3、配料：将步骤S2所得三个粒级的煤矸石分别与设定量的水混匀，得到三个粒级的混合料；
S4、制粒：对步骤S3所得-8mm粒级的混合料进行制粒，得到制粒小球；
S5、分层布料：在烧结布料过程，控制烧结台车底部为16～25mm粒级部分的混合料，其厚度为烧结料总厚度的20～25％；烧结台车中部为8～16mm粒级部分的混合料，其厚度为烧结料总厚度的20～35％；烧结台车上部为-8mm粒级部分的制粒小球，其厚度为烧结料总厚度的40～60％；
控制烧结料总厚度为1000～2000mm；
S6、烧结：在带式抽风烧结机中完成点火、保温、抽风烧结和冷却，完成脱炭，提高煤矸石活性；
S7、破碎：将步骤S6所得烧结料破碎并细磨，得到设定粒度、比表面积的活性混合材。
上述的方法，优选的，所述的煤矸石为页岩型煤矸石，煤矸石中固定碳含量为2％～5％。
上述的方法，优选的，所述的步骤S1中，利用颚式破碎机将煤矸石破碎至-25mm。
上述的方法，优选的，所述的步骤S2中，通过振动筛将破碎后的煤矸石筛分成三个粒级，分别为-8mm，8～16mm和16～25mm。
上述的方法，优选的，所述的步骤S3中，对-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级的煤矸石加入设定量的水进行混匀，其中-8mm加水量为7％～9％，8～16mm粒级部分加水量为5％～6％，16～25mm部分加水量为3％～4％。
上述的方法，优选的，所述的步骤S3中，利用强力混合机对三种粒度的煤矸石分别与设定量的水混匀，混合机转速为800～1000rpm，混合时间为4～6min。
进一步优选的，混合机转速为850rpm，混合时间为5min。
上述的方法，优选的，所述的步骤S4中，利用圆筒造球机对S3中-8mm粒级部分进行制粒，圆筒制粒机的转速为30～40rpm，制粒时间为5～8min；制粒过程喷洒水分为1％～2％，填充率10％～15％，所得制粒小球中粒径+0.5mm的颗粒占85％以上，粒径+1mm的颗粒占70％以上。
进一步优选的，混合机转速为35rpm，混合时间为6min，填充率为12％。
上述的方法，优选的，所述的步骤S6中，烧结料层高度为1200～2000mm。
上述的方法，优选的，所述点火、保温、抽风烧结和冷却过程，点火时间为1～3min，点火温度为1050～1100℃，点火负压为4～6kPa，保温温度800～900℃，保温时间3～5min；烧结负压为10～16kPa；冷却时间为5～7min，冷却负压为7～9kPa。
进一步优选的，点火时间为1.5min，点火温度为1050℃，保温温度900℃，保温时间4min，烧结负压为12～15kPa；冷却时间为6min，冷却负压为7.5kPa。
本发明提出的一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，针对煤矸石中不同粒度所含的固定碳含量不一致，热值有所区别，通过利用合理的布料，实现粒度和燃料的优化分配，使烧结料层上下部热量分布均匀、上下部燃烧带适中，提升烧结矿的产量和质量，改善烧结混合材的活性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明提供了一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，针对煤矸石超高料层烧结过程中，料层下部由于过湿作用，导致其热态透气性降低，烧结速度减慢，利用系数降低；同时，由于透气性差，烧结料层氧气浓度低，脱炭反应不充分，导致残炭含量高，活性低的技术问题，本发明通过分层布料，将粒度较粗的部分分布在料层中下部，提高下部料层的透气性，改善产质量，提高混合材活性。
2、本发明提供了一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，针对超高料层烧结过程中，由于自动蓄热作用，下部料层热量集中，温度过高，而上部热量不足，导致烧结料层上下部热量分布不均匀，严重影响混合材产质量，本发明利用煤矸石破碎后，其固定碳含量随着粒度的变小而降低的规律，将固定碳含量少和热值低的大颗粒布在底部，而固定碳含量和热值高的细颗粒布在料层上部，使烧结料层上下部热量分布均匀、上下部燃烧带适中，显著提升混合材的产量和质量。
3、本发明提供了一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，通过水分分加和粒度合理偏析，改善料层透气性和热量的分布，使得烧结过程的燃烧前沿和烧结前沿相匹配，改善煤矸石脱炭反应的动力学和热力学条件，提高混合材的活性，改善产质量。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细的阐述。
以下实施例及对比例，采用某地区的煤矸石，其化学成份如下：
SiO2 51.38％，CaO 19.78％，MgO 0.44％，Al2O3 21.76％，固定碳2.88％，LOI13.12％。
对比例1
S1、破碎：将煤矸石破碎至-8mm；
S2、配料、混匀：煤矸石配入质量比为6.0％的水，然后在强力混合机中强力混匀5min，混合机的转速为850rpm；
S3、制粒：在制粒过程，喷洒质量比为2.0％的水分，且圆筒制粒机的转速为35rpm、制粒时间为6min和圆筒造球机的填充率为12％，制粒所得小球，所得生料含水量7.4％；
S4、烧结：控制料层高度1500mm，点火时间为1.5min，点火温度1050℃，保温温度为900℃，保温时间4min，烧结负压为13kPa，冷却时间为6min，冷却负压为7.5kPa；
烧结利用系数为1.13t/m2·h煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积350m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为2.41％，残炭含量为0.97％。
按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为71％。
实施例1
本发明一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，包括以下步骤：
S1、破碎：将煤矸石破碎至-25mm；
S2、筛分：将破碎后的煤矸石筛分成-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级；
S3、配料：将S2中筛分后的-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级的煤矸石加入一定量的水进行混匀，其中-8mm加水量为8％，8～16mm粒级部分加水量为5％，16～25mm部分加水量为3.5％；同时，利用强力混合机对三种粒度的煤矸石分别进行混匀，混合机转速为850rpm，混合时间为5min；
S4、制粒：利用圆筒造球机对S3中-8mm粒级部分进行制粒，圆筒制粒机的转速为35rpm，制粒时间为6min；制粒过程喷洒水分为1％，填充率12％；
S5、分层布料：控制烧结台车底部为16～25mm粒级部分的混合料，其厚度为烧结料总厚度的20％；烧结台车中部为8～16mm部分的混合料，其厚度为总厚度的30％；烧结台车上部为-8mm经过S4制得的制粒小球，其厚度为总厚度的50％；
S6、烧结：料层高度1250mm，控制点火时间为1.5min，点火温度1050℃，保温温度为900℃，保温时间4min，烧结负压为13kPa，冷却时间为6min，冷却负压为7.5kPa；
烧结系数为1.17t/m2·h，煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积350m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为2.35％，残炭含量为0.94％。
按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为72％。
实施例2
本发明一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，包括以下步骤：
S1、破碎：将煤矸石破碎至-25mm；
S2、筛分：将破碎后的煤矸石筛分成-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级；
S3、配料：将S2中筛分后的-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级的煤矸石加入一定量的水进行混匀，其中-8mm加水量为8％，8～16mm粒级部分加水量为5％，16～25mm部分加水量为3.5％；同时，利用强力混合机对三种粒度的煤矸石分别进行混匀，混合机转速为850rpm，混合时间为5min；
S4、制粒：利用圆筒造球机对S3中-8mm粒级部分进行制粒，圆筒制粒机的转速为35rpm，制粒时间为6min；制粒过程喷洒水分为1％，填充率12％；
S5、分层布料：在烧结机中布料，控制烧结台车底部为16～25mm粒级部分的混合料，其厚度为总厚度的25％；烧结台车中部为8～16mm部分的混合料，其厚度为总厚度的25％；烧结台车上部为-8mm部分的制粒小球，其厚度为总厚度的50％；
S6、烧结：料层高度1250mm，控制点火时间为1.5min，点火温度1050℃，保温温度为900℃，保温时间4min，烧结负压为14kPa，冷却时间为6min，冷却负压为7.5kPa；
烧结系数为1.19t/m2·h，煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积350m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为2.21％，残炭含量为0.91％。
按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为74％。
实施例3
本发明一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，包括以下步骤：
S1、破碎：将煤矸石破碎至-25mm；
S2、筛分：将破碎后的煤矸石筛分成-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级；
S3、配料：将S2中筛分后的-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级的煤矸石加入一定量的水进行混匀，其中-8mm加水量为8％，8～16mm粒级部分加水量为6％，16～25mm部分加水量为3％；同时，利用强力混合机对三种粒度的煤矸石分别进行混匀，混合机转速为850rpm，混合时间为5min；
S4、制粒：利用圆筒造球机对S3中-8mm粒级部分进行制粒，圆筒制粒机的转速为35rpm，制粒时间为6min；制粒过程喷洒水分为1％，填充率12％；
S5、分层布料：在烧结机中布料，控制烧结台车底部为16～25mm粒级部分的混合料，其厚度为总厚度的25％；烧结台车中部为8～16mm部分的混合料，其厚度为总厚度的30％；烧结台车上部为-8mm经过S4所得的制粒小球，其厚度为总厚度的45％；
S6、烧结：料层高度1250mm，控制点火时间为1.5min，点火温度1050℃，保温温度为900℃，保温时间4min，烧结负压为14kPa，冷却时间为6min，冷却负压为7.5kPa；
烧结系数为1.22t/m2·h，煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积350m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为2.08％，残炭含量为0.78％。
按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为77％。
实施例4
本发明一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，包括以下步骤：
S1、破碎：将煤矸石破碎至-25mm；
S2、筛分：将破碎后的煤矸石筛分成-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级；
S3、配料：将S2中筛分后的-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级的煤矸石加入一定量的水进行混匀，其中-8mm加水量为8％，8～16mm粒级部分加水量为5％，16～25mm部分加水量为3.5％；同时，利用强力混合机对三种粒度的煤矸石分别进行混匀，混合机转速为850rpm，混合时间为5min；
S4、制粒：利用圆筒造球机对S3中-8mm粒级部分进行制粒，圆筒制粒机的转速为35rpm，制粒时间为6min；制粒过程喷洒水分为1％，填充率12％；
S5、分层布料：在烧结机中布料，控制烧结台车底部为16～25mm粒级部分的混合料，其厚度为总厚度的25％；烧结台车中部为8～16mm部分的混合料，其厚度为总厚度的25％；烧结台车上部为-8mm经过S4所得制粒小球，其厚度为总厚度的50％；
S6、烧结：料层高度1750mm，控制点火时间为1.5min，点火温度1050℃，保温温度为900℃，保温时间4min，烧结负压为15kPa；冷却时间为6min，冷却负压为7.5kPa；
烧结系数为1.26t/m2·h，煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积350m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为2.17％，残炭含量为0.78％。
按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为78％。
实施例5
本发明一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，包括以下步骤：
S1、破碎：将煤矸石破碎至-25mm；
S2、筛分：将破碎后的煤矸石筛分成-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级；
S3、配料：将S2中筛分后的-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级的煤矸石加入一定量的水进行混匀，其中-8mm加水量为8％，8～16mm粒级部分加水量为6％，16～25mm部分加水量为3％；同时，利用强力混合机对三种粒度的煤矸石分别进行混匀，混合机转速为850rpm，混合时间为5min；
S4、制粒：利用圆筒造球机对S3中-8mm粒级部分进行制粒，圆筒制粒机的转速为35rpm，制粒时间为6min；制粒过程喷洒水分为1％，填充率12％；
S5、分层布料：将在烧结机中布料，控制烧结台车底部为16～25mm粒级部分的混合料，其厚度为总厚度的25％；烧结台车中部为8～16mm部分的混合料，其厚度为总厚度的30％；烧结台车上部为-8mm经过S4所得制粒小球，其厚度为总厚度的45％；
S6、烧结：料层高度1750mm，控制点火时间为1.5min，点火温度1050℃，保温温度为900℃，保温时间4min，烧结负压为15kPa；冷却时间为6min，冷却负压为7.5kPa；
烧结系数为1.29t/m2·h，煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积350m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.98％，残炭含量为0.68％。
按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为82％。
实施例6
本发明一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，包括以下步骤：
S1、破碎：将煤矸石破碎至-25mm；
S2、筛分：将破碎后的煤矸石筛分成-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级；
S3、配料：将S2中筛分后的-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级的煤矸石加入一定量的水进行混匀，其中-8mm加水量为8％，8～16mm粒级部分加水量为6％，16～25mm部分加水量为3％；同时，利用强力混合机对三种粒度的煤矸石分别进行混匀，混合机转速为85rpm，混合时间为5min；
S4、制粒：利用圆筒造球机对S3中-8mm粒级部分进行制粒，圆筒制粒机的转速为35rpm，制粒时间为6min；制粒过程喷洒水分为1％，填充率12％；
S5、分层布料：在烧结机中布料，控制烧结台车底部为16～25mm粒级部分的混合料，其厚度为总厚度的30％；烧结台车中部为8～16mm部分的混合料，其厚度为总厚度的35％；烧结台车上部为-8mm经过S4所得制粒小球，其厚度为总厚度的35％；
S6、烧结：料层高度1500mm，控制点火时间为1.5min，点火温度1050℃，保温温度为900℃，保温时间4min，烧结负压为14kPa；冷却时间为6min，冷却负压为7.5kPa；
烧结系数为1.30t/m2·h，煤矸石烧结料经过颚式破碎机破碎至-1mm后，然后在球磨机中干磨至粒度比表面积350m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为2.38％，残炭含量为1.02％。
按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为69％。
通过对比例1和实施例1～5可知，增加8～16mm和16～25mm的料层厚度，降低-8mm的料层厚度，可以提高利用系数，降低混合材的烧损和残炭，提高活性。但是，实施例6中，当-8mm粒级厚度小于40％时，虽然烧结利用系数有所改善，但是由于烧结速度太快，高温保持时间过短，脱炭反应仍然不充分，导致残炭增加，活性指数降低。

Claims (10)

1.一种煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、破碎：将煤矸石破碎至预定细度；
S2、筛分：将破碎后的煤矸石筛分成-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级；
S3、配料：将步骤S2所得三个粒级的煤矸石分别与设定量的水混匀，得到三个粒级的混合料；
S4、制粒：对步骤S3所得-8mm粒级的混合料进行制粒，得到制粒小球；
S5、分层布料：在烧结布料过程，控制烧结台车底部为16～25mm粒级部分的混合料，其厚度为烧结料总厚度的20～25％；烧结台车中部为8～16mm粒级部分的混合料，其厚度为烧结料总厚度的20～35％；烧结台车上部为-8mm粒级部分的制粒小球，其厚度为烧结料总厚度的40～60％；
控制烧结料总厚度为1000～2000mm；
S6、烧结：在带式抽风烧结机中完成点火、保温、抽风烧结和冷却，完成脱炭，提高煤矸石活性；
S7、破碎：将步骤S6所得烧结料破碎并细磨，得到设定粒度、比表面积的活性混合材。
2.根据权利要求1所述的煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，所述煤矸石的固定炭含量2％～5％，煤矸石为页岩型煤矸石。
3.根据权利要求1或2所述的煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，步骤S1中，利用颚式破碎机将煤矸石破碎至-25mm。
4.根据权利要求1或2所述的煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，步骤S3中，对-8mm，8～16mm和16～25mm三个粒级的煤矸石加入设定量的水进行混匀，其中-8mm加水量为7％～9％，8～16mm粒级部分加水量为5％～6％，16～25mm部分加水量为3％～4％。
5.根据权利要求4所述的煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，步骤S3中，利用强力混合机对三种粒度的煤矸石分别与设定量的水混匀，混合机转速为800～1000rpm，混合时间为4～6min。
6.根据权利要求1或2所述的煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，步骤S4中，利用圆筒造球机对-8mm粒级的混合料进行制粒，圆筒制粒机的转速为30～40rpm，制粒时间为5～8min，制粒过程喷洒水分为1％～2％，填充率10％～15％。
7.根据权利要求1所述的煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，步骤S5中，烧结料层高度为1200～2000mm。
8.根据权利要求1或2所述的煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，步骤S6中，点火过程，点火时间为1～3min，点火温度为1050～1100℃，点火负压为4～6kPa，保温温度800～900℃，保温时间3～5min。
9.根据权利要求1或2所述的煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，步骤S6中，抽风烧结过程，烧结负压为10～16kPa。
10.根据权利要求1或2所述的煤矸石分层布料烧结脱炭工艺，其特征在于，步骤S6中，冷却过程，冷却时间为5～7min，冷却负压为7～9kPa。
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