CN115785968B - 利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法及系统，涉及材料制备和环境保护技术领域，包括如下步骤，将原料按重量份称取混合均匀，加水调制成固液比为30～50％的浆液，将烟气经多管除尘器除尘后以180～300℃送入旋转喷雾干燥装置中，通过热风蜗壳和热风分配器调节进入旋转喷雾干燥装置后的烟气气流流向，将浆液通入旋转喷雾干燥装置，形成多孔土壤颗粒，同时吸附烟气中的所含的部分SOx和NOx。本发明针对多孔材料制备成本高的问题，改变传统工艺基于胶凝原理制备多孔材料的思路，结合淀粉、硫酸铵混合料的快速发泡成型特性与旋转喷雾干燥装置的快速生产能力，实现基于余热的产品制备和可循环利用。

Description

利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法及系统

技术领域

本发明涉及材料制备和环境保护技术领域，特别涉及一种利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法及系统。

背景技术

传统多孔材料的制备方法，主要依赖胶凝反应产生粘结作用，组分内的硅酸盐等物质经过高温或蒸压，发生火山灰反应，生成具有凝胶性的水化硅酸钙、水化铝酸钙和铝酸盐，使组分之间能够互相黏结，更容易成团，多孔材料的制备设备一般为回转炉和盘式造粒机，因而产出成品颗粒粒径大、配置改良材料时需再次破碎筛分。

在许多工业生产当中，会产生大量的余热，这些余热得不到充分的利用就排放到空气当中，造成了相当大的资源浪费。就我国的余热利用现状而言，还有很大的提升空间。低温余热占废热资源总量的半数之多，并且我国低温余热的利用率低。因此，基于烟气余热，开发材料制备耦合余热利用是降低多孔制备成本和解决余热利用率低的有效途径。

公开号为(CN112552023A)的发明专利公布了一种铁尾矿烧胀陶粒，该方法以粉煤灰、铁尾矿和石英砂为主要原料，经自然养护、烟气余热干燥和高温烧制得到陶粒，但是该方法陶粒不能快速成型且最后经高温烧制，制备成本较高且不够环保。

公开号为(CN111646771A)的发明专利公布了一种固相发泡粉煤灰免陶粒及制备方法，该方法将陶粒生球至于蒸汽养护装置中养护，养护装置中空气湿度应大于70％，养护温度程序为：40-70℃养护0.5-2h，然后在70-100℃养护2-4h，然后在150-200℃养护8-12h，最后自然降温至室温得到成品。该方法养护时间长，制备工艺复杂。

因此，低温发泡和快速成型是制约该配方在烟气余热利用方面的主要问题，而且简单的制备工艺和设备是保证多孔材料低成本生产的重要条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以烟气余热为热源、粉煤灰或煤矸石为主要原料、旋转喷雾干燥装置为主要设备、资源化综合利用烟气中酸性成分低成本制备多孔土壤改良材料的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法，原料包括如下重量配比组分：

粉煤灰：60-85份；

淀粉：5-10份；

硫酸铵：1-3份；

石英砂：2-10份；

制备步骤如下：

S1，将所述原料按重量份称取混合均匀，加水调制成固液比为30～50％的浆液；

S2，将烟气经多管除尘器除尘后以180～300℃送入旋转喷雾干燥装置中；

S3，通过热风蜗壳和热风分配器调节进入旋转喷雾干燥装置后的烟气气流流向，以增强气液均混能力；

S4，将所述浆液通入旋转喷雾干燥装置，利用旋转雾化器喷出形成多孔土壤颗粒，同时吸附烟气中的所含的部分SOx和NOx。

进一步地，所述原料重量配比中的粉煤灰由煤矸石粉替代，且煤矸石粉的组分为60-85 份。

进一步地，将步骤S1中得到的液料通过螺杆泵输送到旋转雾化器，旋转雾化器通过高速旋转将液料喷成雾状。

进一步地，将步骤S2中除尘后的烟气引入旋转喷雾干燥装置，调节固液比为30-50％，调节旋转雾化器频率为30-40Hz、泵速为20-40rpm，设备同时完成干燥和造粒，得到球形颗粒。

进一步地，在步骤S3中，在旋转喷雾干燥装置上部热风蜗壳处，热风顺着热风蜗壳切向进入旋转喷雾干燥装置，在热风蜗壳直管和壳体相交处设置多个独立的热风分配器，通过调节热风分配器让部分烟气沿桶壁旋转，部分烟气导向旋转雾化器促进气液均匀混合。

本发明还提供了一种旋转喷雾干燥装置，包括烟气进口、热风分配器、热风蜗壳、旋转雾化器、壳体、烟气出口和卸料装置，其中，所述热风蜗壳安装于壳体的上部，所述卸料装置安装于壳体的下部，所述烟气出口从壳体中部中心引出，且位于壳体内的中心开孔向下设置；所述烟气进口与热风蜗壳切向连通，所述热风分配器设置于烟气进口和热风蜗壳交接处，所述旋转雾化器安装于热风蜗壳顶部中央。

本发明还提供了一种利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的系统，包括搅拌罐、螺杆泵、多管除尘器、布袋除尘器、风机和上述旋转喷雾干燥装置，其中，所述搅拌罐的出口与螺杆泵进口连接，所述螺杆泵出口与旋转喷雾干燥装置中设置的旋转雾化器连接，所述多管除尘器出口与旋转喷雾干燥装置进口连接，所述旋转喷雾干燥装置出口与布袋除尘器进口连接，所述布袋除尘器出口与风机进口连接，所述风机出口与排口或后部设备连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明设计的利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法，针对多孔材料制备成本高的问题，改变传统工艺基于胶凝原理制备多孔材料的思路，结合淀粉、硫酸铵混合料的快速发泡成型特性与旋转喷雾干燥装置的快速生产能力，实现材料快速成型和发泡；开发烟气净化耦合余热利用技术方案，通过烟气余热回收再利用，实现基于余热的产品制备和可循环利用，降低能源成本。本发明可降低多孔材料制备成本，实现节能减排，达到以废治废的目的。本发明解决了在多孔材料制备中的制备成本高、工艺复杂、低温发泡难、养护时间长、成品颗粒粒径大、易结块、配置改良材料时需再次破碎筛分等问题，实现低成本、高效、大批量、小粒径多孔土壤改良材料制备的目标。

附图说明

图1为多孔土壤改良材料制备系统的整体结构示意图；

图2为旋转喷雾干燥装置俯视图；

图3为旋转喷雾干燥装置剖视图。

图4为本发明制备的多孔土壤改良材料的微观图；

图5为本发明制备的多孔土壤改良材料的宏观截面图；

图6为本发明批量制备的多孔土壤改良材料。

其中，1-旋转喷雾干燥装置、2-搅拌罐、3-螺杆泵、4-多管除尘器、5-布袋除尘器、6- 风机、7-原料、8-产品、9-排口、10-烟气、11烟气进口、12-热风分配器、13-热风蜗壳、14-旋转雾化器、15壳体、16-烟气出口、17-卸料装置。

具体实施方式

以下，为了便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现参照附图来做进一步说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例一：

本实施例为以烟气余热为热源、粉煤灰或煤矸石为主要原料、旋转喷雾干燥装置为主要设备、资源化综合利用烟气中酸性低成本制备多孔土壤改良材料的方法，它由以下步骤组成，其参与分配的原料包括如下重量配比组分：

粉煤灰：60-85份；

淀粉：5-10份；

硫酸铵：1-3份；

石英砂：2-10份；

制备步骤如下：

第一步，将原料按重量份称取混合均匀，加水调制成固液比30～50％的浆液；

第二步，将烟气经多管除尘器除尘后以180～300℃送入旋转喷雾干燥装置，

第三步，通过热风蜗壳和热风分配器调节进入旋转喷雾干燥装置后的烟气气流流向，以增强气液均混能力；

第四步，将浆液通入旋转喷雾干燥装置，利用旋转雾化器喷出，在颗粒成型的同时吸附烟气中的部分SOx和NOx。

在具体实施时，步骤S1中按原料重量配比粉煤灰80份、淀粉10份、硫酸铵3份和石英砂10份配置得到的液料通过螺杆泵输送到旋转雾化器，旋转雾化器通过高速旋转将液料喷成雾状，提升气液换热接触面积，从而在短时间内完成物料的快速发泡、干燥、成型。

另外，在具体实施时，将步骤S2中除尘后的烟气引入旋转喷雾干燥装置，可调节固液比为50％，调节旋转雾化器频率为40Hz、泵速为20rpm，设备同时完成干燥和造粒，得到孔隙率达到48％球形颗粒。

另外，在具体实施时，在步骤S3中，在旋转喷雾干燥装置上部热风蜗壳处，热风顺着蜗壳切向进入旋转喷雾干燥装置，在蜗壳直管和筒体相交处设置多个独立的热风分配器，通过调节热风分配器让部分烟气沿桶壁旋转，增加热烟气在设备内的停留时间，提升热能利用效率，并防止物料直接被出口吸出。部分烟气导向旋转雾化器促进气液均匀混合，分散并预热雾滴，提高气液换热面积和效率，可降低产品粒径并提升产品产量。

如图4-6所示，为本发明制备的多孔土壤改良材料的微观图、宏观截面图和多孔土壤改良材料整体外形，如图上所示，本发明设计的多孔土壤改良材料粒径，且可实现大批量生产。

综上所述，本发明针对多孔材料制备成本高的问题，改变传统工艺基于胶凝原理制备多孔材料的思路，结合淀粉、硫酸铵混合料的快速发泡成型特性与旋转喷雾干燥装置的快速生产能力，实现材料快速成型和发泡；开发烟气净化耦合余热利用技术方案，通过烟气余热回收再利用，实现基于余热的产品制备和可循环利用，降低能源成本。本发明可降低多孔材料制备成本，实现节能减排，达到以废治废的目的。本发明解决了在多孔材料制备中的制备成本高、工艺复杂、低温发泡难、养护时间长、成品颗粒粒径大、易结块、配置改良材料时需再次破碎筛分等问题，实现低成本、高效、大批量、小粒径多孔土壤改良材料制备的目标。

实施例二：

本实施例与上述实施例的区别在于将原料重量配比中的粉煤灰由煤矸石粉替代，且煤矸石粉的组分为60-85份。具体实施时，可按如下步骤进行：

第一步，按重量份分别称取煤矸石75份、淀粉8份、硫酸铵2份和石英砂5份，混合均匀；

第二步，将第一步中物料加水混合均匀成浆液，调节浆液固液比为30％；

第三步，将高温烟气通过除尘装置，然后通入旋转喷雾干燥装置中；

第四步，旋转雾化器频率为30Hz，泵速为35rpm，利用旋转雾化器将浆液喷出，最后自然冷却至室温，即得到多孔土壤基质材料，得到的材料的孔隙率可以达到36％。

其它的实施步骤与上述实施例一的相同，这里不做赘述。

请参阅图2和3所示，本发明还提供了一种旋转喷雾干燥装置1，用于上述利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法，具体的，如图2、3上所示，旋转喷雾干燥装置包括烟气进口11、热风分配器12、热风蜗壳13、旋转雾化器14、壳体15、烟气出口16和卸料装置17，其中，热风蜗壳13安装于壳体15的上部，卸料装置17安装于壳体15的下部，烟气出口16从壳体15中部中心引出，且位于壳体15内的中心开孔向下设置引出烟气，以防止液滴直接吸入烟气出口16，烟气进口11与热风蜗壳13切向连通，热风分配器12设置于烟气进口11和热风蜗壳13的交接处，旋转雾化器14安装于热风蜗壳13的顶部中央。

综上所述，本发明提供的旋转喷雾干燥装置1，结构简单，使用便捷高效，解决了传统设备在多孔材料制备中存在的制备成本高、工艺复杂、低温发泡难、养护时间长、成品颗粒粒径大、易结块、配置改良材料时需再次破碎筛分等问题，实现低成本、高效、大批量、小粒径多孔土壤改良材料制备的效果。

另外，如图1所示，基于上述利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法，本发明还提供了一种利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的系统，主要包括搅拌罐2、螺杆泵3、多管除尘器4、布袋除尘器5、风机6和上述旋转喷雾干燥装置1，其中，搅拌罐2的出口与螺杆泵3的进口连接，螺杆泵3出口与旋转喷雾干燥装置1中设置的旋转雾化器14连接，多管除尘器4出口与旋转喷雾干燥装置1进口连接，旋转喷雾干燥装置1的出口与布袋除尘器5的进口连接，布袋除尘器5的出口与风机6进口连接，风机6出口与排口或后部设备连接。

以下，为本系统的工作流程：

将原料7按配方混匀后在搅拌罐2内加水配置成浆液，通过螺杆泵3加压输送至旋转喷雾干燥装置1中的旋转雾化器14进行雾化。烟气10经过多管除尘器4除尘后通入旋转喷雾干燥装置1，烟气从烟气进口11进入，经热风分配器12调节烟气流向进入热风蜗壳13与旋转雾化器14喷出的雾化浆液均混、快速发泡、干燥、成型，产品8顺壳体15流入下部锥部，并从卸料装置17排出，烟气从烟气出口16引出进入布袋除尘器5对烟气中的空气动力学当量直径较小产品8进行收集后经风机6送入排口9排出。多管除尘器4收集的除尘灰可作为原料7的配料使用。

综上所述，本发明提供的利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的系统，针对多孔材料制备成本高的问题，改变传统工艺基于胶凝原理制备多孔材料的思路，结合淀粉、硫酸铵混合料的快速发泡成型特性与旋转喷雾干燥装置的快速生产能力，实现材料快速成型和发泡；开发烟气净化耦合余热利用技术方案，通过烟气余热回收利用，实现基于余热的产品制备，降低能源成本。通过本发明，可降低多孔材料制备成本，实现节能减排，达到以废治废的目的。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法，其特征在于，原料包括如下重量配比组分：

粉煤灰：60-85份；

淀粉：5-10份；

硫酸铵：1-3份；

石英砂：2-10份；

制备步骤如下：

S1将所述原料按重量份称取混合均匀，加水调制成固液比为30～50％的浆液；

S2将烟气经多管除尘器除尘后以180～300℃送入旋转喷雾干燥装置中，所述旋转喷雾干燥装置包括烟气进口、热风分配器、热风蜗壳、旋转雾化器、壳体、烟气出口和卸料装置，其中，所述热风蜗壳安装于壳体的上部，所述卸料装置安装于壳体的下部，所述烟气出口从壳体中部中心引出，且位于壳体内的中心开孔向下设置；所述烟气进口与热风蜗壳切向连通，所述热风分配器设置于烟气进口和热风蜗壳交接处，所述旋转雾化器安装于热风蜗壳顶部中央；

S3通过热风蜗壳和热风分配器调节进入旋转喷雾干燥装置后的烟气气流流向，以增强气液均混能力；

S4将所述浆液通入旋转喷雾干燥装置，利用旋转雾化器喷出形成多孔土壤颗粒，同时吸附烟气中的所含的部分SO_x和NO_x。

2.根据权利要求1所述的利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法，其特征在于，所述原料重量配比中的粉煤灰由煤矸石粉替代，且煤矸石粉的组分为60-85份。

3.根据权利要求1或2所述的利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法，其特征在于，将步骤S1中得到的液料通过螺杆泵输送到旋转雾化器，旋转雾化器通过高速旋转将液料喷成雾状。

4.根据权利要求3所述的利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法，其特征在于，将步骤S2中除尘后的烟气引入旋转喷雾干燥装置，调节固液比为30-50％，调节旋转雾化器频率为30-40Hz、泵速为20-40rpm，设备同时完成干燥和造粒，得到球形颗粒。

5.根据权利要求4所述的利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的方法，其特征在于，在步骤S3中，在旋转喷雾干燥装置上部热风蜗壳处，热风顺着热风蜗壳切向进入旋转喷雾干燥装置，在热风蜗壳直管和壳体相交处设置多个独立的热风分配器，通过调节热风分配器让部分烟气沿桶壁旋转，部分烟气导向旋转雾化器促进气液均匀混合。

6.一种利用烟气余热与酸性制多孔土壤改良材料的系统，其特征在于，包括搅拌罐、螺杆泵、多管除尘器、布袋除尘器、风机和权利要求1中所述的旋转喷雾干燥装置，其中，所述搅拌罐的出口与螺杆泵进口连接，所述螺杆泵出口与旋转喷雾干燥装置中设置的旋转雾化器连接，所述多管除尘器出口与旋转喷雾干燥装置进口连接，所述旋转喷雾干燥装置出口与布袋除尘器进口连接，所述布袋除尘器出口与风机进口连接，所述风机出口与排口或后部设备连接。