CN115406251A - 一种煤矸石烧结料竖炉冷却装置、冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矸石烧结料竖炉冷却装置、冷却方法，包括竖炉炉体，该竖炉冷却装置还包括从上至下依次设置的受料系统、冷却系统和排料系统；所述受料系统包括储存罐、振动给料机；所述储存罐设置于振动给料机的上方，用于从振动给料机的上方送料，所述振动给料机的底端设有料槽；所述料槽的首端与存储罐连接，其末端与竖炉炉体连通；所述料槽的末端设置有挡板，所述挡板的高度为3～8cm。本发明通过在振动给料机的料槽末端设置挡板，以在料槽上方形成死料层，避免存储罐下来的炽热烧结料对料槽进行热冲击，降低设备的老化损坏，利用竖炉冷却的方式，解决了常见机上冷却或者环形冷却机中漏风率高、风机消耗高、冷却速度慢的技术难题。
Description
技术领域
本发明属于固废综合利用技术领域，涉及一种煤矸石烧结料竖炉冷却装置、冷却方法。
背景技术
我国煤炭资源十分丰富，能源结构以煤为主，煤矸石的产率约为煤开采的5％～20％，故煤矸石的产量十分庞大。中国累计堆存煤矸石超过80亿吨，占地超过11万公顷，有超过1100座煤矸石堆存山，而且煤矸石排放量仍在快速增长。
煤矸石的大量生产、排放和堆存不但带来严重的环境污染问题，而且会引起诸多安全隐患。煤矸石的大宗消纳迫在眉睫。煤矸石的主要成分为SiO2和Al2O3，与建材类似。因此，利用煤矸石作为建筑材料(比如水泥混合材)，是煤矸石实现大宗消纳和应用的重要途径之一。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，减少煤矸石中残碳等有机质。火法焙烧是目前煤矸石活化的有效手段。其中，带式烧结法是一种重要的煤矸石火法焙烧活化工艺，具备能耗低、产量高、原料适应性强等优点，具备良好的应用前景。
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。中国专利CN113526883A公开了一种煤矸石无燃料自热式超高料层脱炭工艺。中国专利CN113526895B公开了一种煤矸石双层富氧烧结脱炭的方法。上述专利提到的煤矸石带式烧结工艺均采用带式或环形冷却方法。但是，带式或环形冷却机存在漏风率高、风机消耗高、冷却速度慢、不符合烧结料冷却规律而造成活性低等缺点，导致能耗高，产量低。此外，当采用带式或环形冷却方法时，热烧结矿经过破碎后便通过上料装置送入冷却机，导致烧结矿粒度分布很大，小颗粒充填在大颗粒中间，料层孔隙率较低，导致煤矸石烧结料的冷却效果变差，煤矸石烧结料活性较低。
发明内容
针对煤矸石带式烧结工艺普遍采用带式或环形冷却技术，存在漏风率高、风机消耗高、冷却速度慢且冷却的煤矸石烧结料活性低的问题，本发明的目的在于提供一种煤矸石烧结料竖炉冷却装置、冷却方法，以提高煤矸石的冷却效率和煤矸石烧结料活性。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明提供一种煤矸石烧结料竖炉冷却装置，包括竖炉炉体，该竖炉冷却装置还包括从上至下依次设置的受料系统、冷却系统和排料系统；
所述受料系统包括储存罐、振动给料机；
所述储存罐设置于振动给料机的上方，用于从振动给料机的上方送料，所述振动给料机的底端设有料槽；所述料槽的首端与存储罐连接，其末端与竖炉炉体连通；
所述料槽的末端设置有挡板，所述挡板的高度为3～8cm。
通过设置挡板以在料槽上方形成死料层，避免存储罐下来的炽热烧结料对料槽进行热冲击；另一方面，烧结料与料槽上的死料层相互摩擦，造成机械损耗，降低设备的老化损坏。若挡板的高度超过8cm时，下料受到阻碍，不顺畅；若挡板高度小于3cm，无法形成稳定且具备一定厚度的死料层，导致保护效果不佳。
优选的，所述挡板的高度为3～5cm。
优选的，所述冷却系统采用分级逐步冷却方式，该冷却系统从上至下依次包括一级冷却单元和二级冷却单元。
优选的，所述一级冷却单元、二级冷却单元均包括中心风帽、冷风管和风机。
进一步，所述一级冷却单元包括两组中心风帽，中心风帽沿高度方向上下设置，每组中心风帽上设置有出风口；
所述一级冷却单元还包括两台风机，风机对称设置于竖炉炉体的两侧，每台风机均与三根冷风管连接，在风机与三根冷风管的连接处设置进气口调节阀；
其中，两根冷风管与所述两组中心风帽相连接；另外一根冷风管设置于竖炉炉体的侧面，竖炉炉体侧面设有相对应的出风口。
更进一步，所述中心风帽与竖炉炉体之间设有倒圆锥体，便于煤矸石烧结料的收集与冷却。
更进一步，所述中心风帽固定安装在所述冷风管上。
优选的，所述二级冷却单元与一级冷却单元的结构保持一致。
优选的，所述一级冷却单元的供风系统为干冷鼓风机，对进入的煤矸石烧结料进行第一段冷却，快速冷却并形成高温废气；所述二级冷却单元的供风系统为常温鼓风机，对进入的煤矸石烧结料进行第二次冷却，形成低温废气。
优选的，所述排料系统包括圆盘出料机，圆盘出料机设置于竖炉炉体的底部，冷却后的煤矸石烧结料经过圆盘出料机进行出料，利用皮带运输到下一工序。
优选的，所述竖炉炉体的下部呈圆柱形，上部呈圆锥状；炉体的外壳采用钢板焊制而成，炉体的内衬采用耐火材料制成。
优选的，所述竖炉炉体采用金属支架固定在安装基础上。
优选的，所述竖炉炉体的下部侧面设有观察孔。
优选的，所述竖炉炉体内部设有料位控制器，用于控制料位，
优选的，所述竖炉炉体的下部设有2～3个测温点，用于控制出料温度。
优选的，所述竖炉炉体的上部设有排气口，排气口通过管道与除尘器连接。
本发明还提供一种煤矸石烧结料的竖炉冷却方法，包括以下步骤：
S1：将炙热的煤矸石烧结料，由烧结机卸入受料系统的储存罐中，通过受料系统的振动给料机将热烧结料给入竖炉炉体内；
S2：煤矸石烧结料先在一级冷却单元中进行快速冷却，经过一次冷却后煤矸石烧结料的温度低于400℃；
S3：经过一级冷却单元冷却后的煤矸石烧结料，进入二级冷却单元，经过二级冷却后煤矸石烧结料的温度低于50℃；
S4：二次冷却后的煤矸石烧结料进入漏斗中，经过圆盘出料机进行出料，利用皮带运输到下一工序；同时向受料系统给入炙热的煤矸石烧结料，如此循环，实现煤矸石烧结料的连续冷却生产。
优选的方案，所述煤矸石烧结料的烧结工艺采用带式烧结、环形烧结和步进式烧结中任意一种。
优选的方案，所述一级冷却单元干冷鼓风机的送风温度为5～35℃；更优选为20～30℃。
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烧结料竖炉冷却装置、冷却方法，通过在振动给料机的料槽末端设置挡板，以在料槽上方形成死料层，避免存储罐下来的炽热烧结料对料槽进行热冲击，降低设备的老化损坏，利用竖炉冷却的方式，解决了常见机上冷却或者环形冷却机中漏风率高、风机消耗高、冷却速度慢的技术难题。
(2)本发明提供了一种煤矸石烧结料竖炉冷却装置、冷却方法，基于煤矸石烧结料的降温原理，创造性提出了两个冷却单元，实现了梯级冷却，即第一冷却阶段，通过干冷风机进行快速冷却，能有效将热烧结料中热能储存于快速冷却后形成的玻璃相中，提高其活性；同时，高温快速冷却可导致烧结料颗粒内部和表面产生强大的温度-收缩应力，增加烧结料微细裂缝，降低烧结料的强度，改善其可磨性，降低后续细磨制备混合材的成本；此外，高温快速冷却，可形成较高温度的热废气，有利于余热的回收利用，降低整体工艺能耗。经过高温快速冷却后，第二阶段即可采用常温冷却，避免继续使用高风量、低风温的冷却，可有效减小冷却工艺能耗。
附图说明
图1为本发明提供的煤矸石烧结料竖炉冷却装置的结构示意图；
图2为本发明所述竖炉冷却装置中振动给料器料槽挡板的结构示意图。
图中，1-竖炉炉体；2-储存罐；3-振动给料机；4-料槽；5-挡板；6-中心风帽；7-出风口；8-风机；9-冷风管；10-进气口调节阀；11-倒圆锥体；12-圆盘出料机；13-皮带；14-排气口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。
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：
Fe 1.32％，SiO2 51.66％，CaO 3.44％，MgO 1.67％，Al2O3 20.76％，固定碳3.46％，Na2O 0.44％，K2O 0.88％。
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。
实施例1
如图1～2所示，一种煤矸石烧结料竖炉冷却装置，包括竖炉炉体1，该竖炉冷却装置还包括从上至下依次设置的受料系统、冷却系统和排料系统；
受料系统包括储存罐2、振动给料机3；储存罐2设置于振动给料机3的上方，储存罐2用于接受高温的煤矸石烧结料；振动给料机3的底端设有料槽4；料槽4的首端与存储罐2连接，其末端与竖炉炉体1连通；料槽的末端设置有挡板5，造成死料层以保护料槽，挡板5的高度为5cm。
冷却系统采用分级逐步冷却方式，该冷却系统从上至下依次包括一级冷却单元和二级冷却单元。一级冷却单元包括两组中心风帽6，中心风帽6沿高度方向上下设置，每组中心风帽6上设置有出风口7；一级冷却单元还包括两台风机8，风机8对称设置于竖炉炉体1的两侧，每台风机8均与三根冷风管9连接，其中，两根冷风管9与两组中心风帽6相连接；另外一根冷风管9设置于竖炉炉体1的侧面，竖炉炉体侧面设有相对应的出风口7。
本实施例中，中心风帽6和冷分管9均采用耐磨耐热材料，中心风帽沿高度方向设置有四组，每组风帽单元上分别设置有出风口，中心风帽固定安装在冷风管上。
本实施例中，在风机与三根冷风管的连接处设置进气口调节阀10，便于调节各冷风管9的供风量，根据烧结料的进料速率进行调整。
本实施例中，中心风帽与竖炉炉体之间设有倒圆锥体11，便于煤矸石烧结料的收集与冷却。
本实施例中，二级冷却单元与一级冷却单元的结构保持一致。
本实施例中，一级冷却单元的供风系统为干冷鼓风机，对进入的煤矸石烧结料进行第一段冷却，快速冷却并形成高温废气；二级冷却单元的供风系统为常温鼓风机，对进入的煤矸石烧结料进行第二次冷却，形成低温废气。
本实施例中，排料系统包括圆盘出料机12，圆盘出料机设置于竖炉炉体1的底部，冷却后的煤矸石烧结料经过圆盘出料机进行出料，利用皮带13运输到下一工序。
本实施例中，竖炉炉体1的下部呈圆柱形，上部呈圆锥状；炉体的外壳采用钢板焊制而成，炉体的内衬采用耐火材料制成。竖炉炉体采用金属支架固定在安装基础上。竖炉炉体的下部侧面设有观察孔。竖炉炉体内部设有料位控制器，用于控制料位，竖炉炉体的下部设有2～3个测温点，用于控制出料温度。竖炉炉体的上部设有排气口14，排气口通过管道与除尘器连接。
实施例2
本发明还提供一种煤矸石烧结料的竖炉冷却方法，包括以下步骤：
S1：将炙热的煤矸石烧结料，煤矸石烧结料的烧结工艺采用带式烧结，由烧结机卸入受料系统的储存罐中，通过受料系统的振动给料机将热烧结料给入竖炉炉体内；
S2：煤矸石烧结料先在一级冷却单元中进行快速冷却，一级冷却单元干冷鼓风机的送风温度20～30℃，经过一次冷却后煤矸石烧结料的温度约为350℃；
S3：经过一级冷却单元冷却后的煤矸石烧结料，进入二级冷却单元，经过二级冷却后煤矸石烧结料的温度约为40℃；
S4：二次冷却后的煤矸石烧结料进入漏斗中，经过圆盘出料机进行出料，利用皮带运输到下一工序；同时向受料系统给入炙热的煤矸石烧结料，如此循环，实现煤矸石烧结料的连续冷却生产。
实施例3
煤矸石生料在带式烧结机(料层高度1000mm)通过辊筒布料，然后点火、保温和抽风烧结。采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5KPa；烧结负压12KPa，获得煤矸石烧结料；
采用本发明所述煤矸石烧结料的竖炉冷却方法；
冷却后的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为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.21％，残碳含量为0.72％。煤矸石烧结利用系数为1.54t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为93％。
对比例1
煤矸石生料在带式烧结机(料层高度1000mm)通过辊筒布料，然后点火、保温和抽风烧结。采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5KPa；烧结负压12KPa，获得煤矸石烧结料；
采用带式烧结机机上冷却方法，冷却过程，在带式烧结机上采用鼓风式机上冷却。采用分三段冷却，冷却一段，其长度为5个风箱，鼓风流量为3000～4000m3/t；冷却二段，其长度为4个风箱，鼓风流量为2000～3000m3/t；冷却三段，其长度为3个风箱，鼓风流量为1000～2000m3/t；
冷却后的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为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.27％，残碳含量为0.78％。
煤矸石烧结利用系数为1.47t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为87％。
对比例2
煤矸石生料在环形烧结机(料层高度1000mm)通过辊筒布料，然后点火、抽风烧结、冷却，采用15～20mm的矸石作为铺底料，铺底料厚度为20mm，在点火时间2min，点火温度1100℃，点火负压5KPa，保温温度900℃，保温时间5min，保温负压为5kPa；烧结负压12KPa；冷却风量2200m3/t的条件下，获得煤矸石烧结料；
冷却后的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为600m2/kg左右，即可得到煤矸石活性混合材，烧损量为1.34％，残碳含量为0.84％。
煤矸石烧结利用系数为1.43t/(m2·h)，煤矸石烧结料按照GB/T17671-1999和GB/T12957-2005检验，活性指数为84％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种煤矸石烧结料竖炉冷却装置，包括竖炉炉体，其特征在于：该竖炉冷却装置还包括从上至下依次设置的受料系统、冷却系统和排料系统；
所述受料系统包括储存罐、振动给料机；
所述储存罐设置于振动给料机的上方，用于从振动给料机的上方送料，所述振动给料机的底端设有料槽；所述料槽的首端与存储罐连接，其末端与竖炉炉体连通；
所述料槽的末端设置有挡板，所述挡板的高度为3～8cm。
2.根据权利要求1所述的煤矸石烧结料竖炉冷却装置，其特征在于：所述冷却系统采用分级逐步冷却方式，该冷却系统从上至下依次包括一级冷却单元和二级冷却单元。
3.根据权利要求2所述的煤矸石烧结料竖炉冷却装置，其特征在于：所述一级冷却单元、二级冷却单元均包括中心风帽、冷风管和风机。
4.根据权利要求3所述的煤矸石烧结料竖炉冷却装置，其特征在于：所述一级冷却单元包括两组中心风帽，中心风帽沿高度方向上下设置，每组中心风帽上设置有出风口；
所述一级冷却单元还包括两台风机，风机对称设置于竖炉炉体的两侧，每台风机均与三根冷风管连接，在风机与三根冷风管的连接处设置进气口调节阀；
其中，两根冷风管与所述两组中心风帽相连接；另外一根冷风管设置于竖炉炉体的侧面，竖炉炉体侧面设有相对应的出风口。
5.根据权利要求3或4所述的煤矸石烧结料竖炉冷却装置，其特征在于：所述中心风帽与竖炉炉体之间设有倒圆锥体，便于煤矸石烧结料的收集与冷却。
6.根据权利要求3或4所述的煤矸石烧结料竖炉冷却装置，其特征在于：所述中心风帽固定安装在所述冷风管上。
7.根据权利要求3所述的煤矸石烧结料竖炉冷却装置，其特征在于：所述一级冷却单元的供风系统为干冷鼓风机，对进入的煤矸石烧结料进行第一段冷却，快速冷却并形成高温废气；所述二级冷却单元的供风系统为常温鼓风机，对进入的煤矸石烧结料进行第二次冷却，形成低温废气。
8.根据权利要求1所述的煤矸石烧结料竖炉冷却装置，其特征在于：所述排料系统包括圆盘出料机，圆盘出料机设置于竖炉炉体的底部，冷却后的煤矸石烧结料经过圆盘出料机进行出料，利用皮带运输到下一工序。
9.一种煤矸石烧结料的竖炉冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将炙热的煤矸石烧结料，由烧结机卸入受料系统的储存罐中，通过受料系统的振动给料机将热烧结料给入竖炉炉体内；
S2：煤矸石烧结料先在一级冷却单元中进行快速冷却，一级冷却单元干冷鼓风机的送风温度为5～35℃，经过一次冷却后煤矸石烧结料的温度低于400℃；
S3：经过一级冷却单元冷却后的煤矸石烧结料，进入二级冷却单元，经过二级冷却后煤矸石烧结料的温度低于50℃；
S4：二次冷却后的煤矸石烧结料进入漏斗中，经过圆盘出料机进行出料，利用皮带运输到下一工序；同时向受料系统给入炙热的煤矸石烧结料，如此循环，实现煤矸石烧结料的连续冷却生产。
10.根据权利要求9所述的煤矸石烧结料的竖炉冷却方法，其特征在于，所述一级冷却单元干冷鼓风机的送风温度为5～35℃。
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