CN116177910B - 一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法，通过悬浮预热二次铝灰、高温煅烧、收集二次铝灰的挥发性盐类和危险性废弃物、系统回收余热并利用的步骤，采用多级悬浮预热、挥发‑凝聚使二次铝灰中的挥发性盐类及危险性废弃物富集，通过烟室、悬浮预热器旁路放风分类收集处理。本发明具有生产成本低、环境污染少、非氧化物氧化彻底、危险性废弃物处理彻底且收集效率高的特点，降低二次铝灰煅烧系统燃料消耗，具有良好的节能效果，比原来铝灰湿法处理节约成本50%以上，是一种工业铝灰等危废处理优选方法，经过处理后的二次铝灰中氧化铝含量高，可替代作为金属铝冶炼使用的氧化铝、棕刚玉冶炼使用的矾土、陶瓷乳浊釉使用的氧化铝等使用。
Description
技术领域
本发明涉及铝灰废弃物处理的技术领域，尤其涉及一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法。
背景技术
铝灰是电解铝工艺过程、铝型材加工、废铝重熔和再加工过程中产生的固体废弃物，可分为一次铝灰和二次铝灰。二次铝灰是一次铝灰通过物理方法回收金属铝后的灰渣，其中含有较多的氧化铝，颜色较一次铝灰重，为灰黑色；二次铝灰中含有氮化物、碳化物、少量石墨和冰晶石等。根据最新的《国家危险废物名录》(2021年版)，二次铝灰被划分为有毒和易燃危险废弃物，其主要污染源为氮化物和碳化物水解形成的氨气和甲烷，氨气具有刺鼻性气味，甲烷为易燃易爆气体，其聚集会产生较大的安全隐患；二次铝灰中的冰晶石是氟化物，易溶于水形成水体污染、易挥发形成大气污染，给人们的生产生活带来严重的安全隐患，这也是二次铝灰被列为危废的主要原因，对于二次铝灰的处理迫在眉睫。
目前常用的对二次铝灰的处理方法如下：
1、李菲采用低温碱熔炼—渗出—分解脱水—高温煅烧方法得到α-Al2O3微粉，采用碱溶出法制备氧化铝微粉工艺流程复杂，且仍须对得到的产物进行高温煅烧，其优点是得到的氧化铝纯度高，使用范围广；
2、Berzelius Umwelt-Service AG提出了一种铝灰的湿法处理工艺：用水解法使铝灰中的非氧化物，生成Al(OH)3、NH3或CH4等，对气体进行收集和使用，避免了NH3或CH4带来的不利影响；对于水溶性的盐类，如KCl、NaCl和Na3AlF6等，先溶于水，再进行分离提纯使用，避免了氟化物对环境的影响；剩余的物质为氧化铝或氢氧化铝，经过脱水、煅烧后得到纯度较高的氧化铝，可应用于陶瓷和耐火材料等工业领域；但这种处理方法用水量大，且盐溶液对设备腐蚀严重，须加强设备的防护；最重要的是该湿法处理二次铝灰成本较高，企业负担沉重。
现有的处理方法可以总结为：先采用湿法处理，解决好反应放出的气体对安全生产的影响，使用溶出法解决溶出盐类对环境的影响。湿法处理工序多、处理方法复杂、反应产物仍需要煅烧才能使用，处理成本高；同时，盐溶液对设备腐蚀严重。当下亟需一种处理二次铝灰的新方法，工艺流程简单，处理效率高、生产费用低，避免现有工艺复杂、处理量大及盐溶液对设备腐蚀严重的问题，同时也能促进环境保护、提升企业经济效益。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法，采用挥发-凝聚方法使铝灰中的挥发性盐类及危险性废弃物富集，通过在烟室、第五级悬浮预热器旋风筒出风口处分别设置旁路放风装置，分类收集处理富含挥发性盐类和危险性废弃物的高温烟气和固体废弃物，整个工艺流程简单，减少了生产处理工序，对煅烧后的二次铝灰进行余热回收并综合利用，满足后续对二次铝灰应用等使用要求，解决现有二次铝灰湿法处理工序多、固废处理量大、生产成本高等问题。
本发明所采用的技术方案是：一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法，包括以下步骤：
步骤一、悬浮预热二次铝灰：
通过铝灰库放出二次铝灰，经过斗式提升机把二次铝灰运输到悬浮预热器系统的塔架上，使用电磁振动给料机或螺旋输送机等均匀供料，悬浮预热器系统为依次连通的五级悬浮预热器，在第一级悬浮预热器旋风筒进风管与第二级悬浮预热器旋风筒出风管的连接处设置有二次铝灰加入口，二次铝灰加入口内设置有附加分散装置，二次铝灰加入后，在附加分散装置和高速流动的烟气作用下均匀分散在高温烟气中，二次铝灰与高温烟气的悬浮混合气固两相流体依次经过五级悬浮预热器，逐级进行悬浮加热和气固分离，最后分离出的二次铝灰经过第五级悬浮预热器旋风筒下料管进入回转窑内进行煅烧；分离后的烟气通过第一级悬浮预热器旋风筒的出风管排出悬浮预热器系统，进入增湿塔和袋式除尘器，经除尘处理后达标排放；
所述悬浮预热器系统为依次连通的五级悬浮预热器，每级悬浮预热器均包括旋风筒、进风管、出风管和下料管；二次铝灰加入后，在附加分散装置和第二级悬浮预热器旋风筒出风管中上升的高温高速烟气气流冲击共同作用下均匀分散在高温烟气中，进入第一级悬浮预热器旋风筒的进风管内，并被带入到第一级悬浮预热器旋风筒内进行气固分离，在这个过程中，二次铝灰与高温烟气进行热交换而被加热，分离出来的二次铝灰经过第一级悬浮预热器旋风筒的下料管进入第二级悬浮预热器旋风筒的进风管内，与第三级悬浮预热器旋风筒出风管中上升的高温烟气进行分散并悬浮加热，被带入到第二级悬浮预热器旋风筒内进行气固分离；以此类推，二次铝灰与高温烟气的悬浮混合气固两相流体依次进入第三级、第四级、第五级的悬浮预热器旋风筒，进行逐级悬浮加热和气固分离。第五级悬浮预热器旋风筒进风管与回转窑窑尾烟室连接，其进风管的高温烟气来自回转窑。
将二次铝灰从室温加热到900℃~1000℃需要经过五级悬浮预热器，第一级悬浮预热器旋风筒的分离效率达到92%以上，减少进入废气处理环节的粉尘处理量；第五级悬浮预热器旋风筒的分离效率达到89%，使更多的二次铝灰进入窑内煅烧；中间级悬浮预热器旋风筒的分离效率在80~85%之间，以降低系统的运行阻力；二次铝灰在悬浮预热器系统的混合、加热全过程需要5~10分钟，经过多级悬浮预热器对二次铝灰进行加热升温，高温烟气温度逐步下降，最终排出悬浮预热器系统的烟气温度≤200℃。
步骤二、高温煅烧：
步骤一中经过多级悬浮预热并分离出来的二次铝灰进入回转窑进行高温煅烧，回转窑炉以天然气、洁净煤气、液化石油气、酒精等其中任意一种作为燃料，在窑头采用多通道燃烧器加热燃烧，以冷却煅烧铝灰时产生的低温热空气为一次风助燃空气；为了拉长燃烧器的火焰长度，使回转窑中高温区域延长，物料在高温区停留时间延长，在燃烧器中采用助燃风不足的还原焰燃烧，并在入窑二次风高温助燃空气辅助作用下，使燃料完全燃烧，烟气为弱氧化气氛。因为采用了高温空气作为二次助燃风，在煅烧温度一定时可大幅度节约燃料。回转窑内煅烧温度为1100℃~1400℃，煅烧时间为30~60min。
步骤三、收集二次铝灰的挥发性盐类和危险性废弃物：
在回转窑窑尾烟室的位置设置旁路放风装置一，烟室的温度为1000℃~1100℃，部分排出富集Na3AlF6挥发危险性废弃物的高温烟气；在第五级悬浮预热器旋风筒出风管的位置设置旁路放风装置二，烟气的温度为800℃~1000℃，部分排出富集KCl和NaCl等挥发性盐类的高温烟气；根据烟气中挥发性盐类和危险性废弃物的浓度或按时间间隔进行间断放风，也可以在旁路放风烟道内设置闸板控制放风烟气流量进行连续旁路放风；通过设置旁路放风装置一、旁路放风装置二来分类收集富集的危险性废弃物和挥发性盐类，从旁路放风排出的含尘废气再采用常规的工业二次铝灰湿法处理；处理旁路放风的废气时，固体废弃物处理量仅为废气中的烟尘，与原来二次铝灰的湿法处理量相比较，采用新工艺技术时固体废弃物的处理量要小得多，约为原来湿法处理量的5~10%，且采用两次旁路放风分类处理，将烟气中的氯化物和氟化物直接分离，无须另行分离，相应的湿法固废处理生产规模小、生产设备规格小、占地面积小、工作人员少，大幅度降低处理成本。
在烟室和第五级悬浮预热器旋风筒出风口旁路放风排出烟气的频率，是根据烟气中挥发性盐类和Na3AlF6挥发危险性废弃物的浓度确定，每1~3分钟排放一次；或设置常开旁路放风设施，通过风机或阀门开度等方法控制旁路放风量，烟气旁路放风量分别占系统烟气量的10~20%；为保持悬浮预热器系统的工作状态稳定，在第五级悬浮预热器旋风筒进风管和第四级悬浮预热器旋风筒进风管处分别鼓入适量高温热空气作为三次风，鼓入高温热空气三次风来源于煅烧铝灰冷却时产生的高温热风，且鼓入高温空气三次风可使预热器系统烟气为氧化气氛，促使二次铝灰中石墨和非氧化物充分氧化；鼓入的热空气量与旁路放风量有关，占系统烟气量的10~30%；
未收集的KCl、NaCl和Na3AlF6挥发物继续存在于烟气中：烟气由回转窑进入第五级悬浮预热器旋风筒，经气固两相传热，高温烟气温度下降而二次铝灰温度上升，烟气温度低于1000℃，烟气中的Na3AlF6重新凝聚到后续的二次铝灰中，当铝灰进入回转窑进行高温煅烧，其中凝聚在铝灰中的Na3AlF6再次挥发进入高温烟气，从旁路放风装置一处被部分排出并收集；由第五级悬浮预热器至第一级悬浮预热器，烟气温度逐步降低，烟气在悬浮预热器系统低温部分遇到新加入的二次铝灰，挥发性盐类凝聚在后续二次铝灰中而富集，随着二次铝灰进入悬浮预热器系统高温部分，再次挥发进入烟气中，从旁路放风装置二处被部分排出并分类收集；周而复始，二次铝灰中的挥发性盐类及Na3AlF6挥发危险性废弃物始终在回转窑和悬浮预热器系统中，通过挥发-凝聚方法富集并分类排放处理，分离出挥发性盐类和Na3AlF6挥发危险性废弃物，大幅降低了二次铝灰的湿法处理量，减轻对挥发性盐类和Na3AlF6等危险性废弃物的湿法处理负担，避免危险性废弃物对环境的影响。
步骤四、系统回收余热并利用：
煅烧结束后，对煅烧后的二次铝灰冷却并进行热量回收利用，冷却空气与出回转窑的高温二次铝灰在冷却设备中进行热交换，热回收的高温空气温度为600℃~800℃；其中，一部分高温空气作为二次风进入回转窑成为高温助燃空气，降低铝灰煅烧系统的燃料消耗；另一部分高温空气则作为三次风分别进入烟室上部第五级悬浮预热器旋风筒进风管和第四级悬浮预热器旋风筒进风管，避免因旁路放风而影响悬浮预热器系统的工作状态稳定，且使悬浮预热器系统的高温烟气为氧化气氛，使二次铝灰中的非氧化物能充分氧化，该二次铝灰在悬浮预热煅烧过程中，非氧化物氧化生成氧化铝、N2和CO2等，无氨气、甲烷等危险性气体放出，有利于安全生产；鼓入三次风热空气的量占系统烟气量的20%~50%；在煅烧后的二次铝灰冷却末期，收集低温热空气随燃料一起入回转窑的多通道燃烧器作为一次风助燃空气，助燃空气温度在250℃~300℃，减少回转窑煅烧时的燃料消耗。
本方法所述的悬浮预热器、附加分散装置、旁路放风装置、多通道燃烧器等均可参考水泥行业现有公开的工艺设备，在每一级二次铝灰由下料管进入悬浮预热器旋风筒进风管处均设置附加分散装置，以辅助二次铝灰的充分分散。
从旁路放风装置一和旁路放风装置二分别部分放出富集的挥发物盐类和危险性废弃物的高温烟气：旁路放风装置一的烟气成分主要为Na3AlF6挥发危险性废弃物和回转窑内二次铝灰煅烧产生的飞灰，采用常规的工业二次铝灰湿法处理，收集其中的Na3AlF6并进行分离和再生利用；旁路放风装置二的烟气成分主要为KCl、NaCl等挥发性盐类和少量飞灰，采用常规的工业二次铝灰湿法处理，收集其中的KCl、NaCl并进行分离，进行再生利用；从旁路放风装置排出的烟气中含有的粉尘浓度小，仅有二次铝灰总处理量的1~5%，但富集的挥发性盐类含量高，较初始时浓缩约20倍，大幅减少二次铝灰湿法处理时固体废弃物的处理量；处理后的不含盐类和危险性废弃物的固体飞灰约占二次铝灰总量的5~10%，可再次进入悬浮预热器被加热，与二次铝灰一同进入回转窑进行致密烧结，无固体废弃物排放。
其中步骤一，通过设置在悬浮预热器的加入口加入二次铝灰，依靠高速湍流的烟气和附加分散装置，二次铝灰在高速气流冲击下均匀分散在高温烟气中，与高温烟气在悬浮状态进行换热，二次铝灰升温而烟气降温，混合好后的二次铝灰和烟气的气固两相流体依次进入各级悬浮预热器旋风筒进行气固分离；利用悬浮状态下气固两相热量传递和质量传递速度快的特点，在快速传热升温的同时，加速质量传递，二次铝灰升温速率快、传热效率高，提高二次铝灰的加热速率和高温煅烧系统的热利用效率。
其中步骤一设定第一级旋风筒的高分离效率，是为了避免更多粉尘进入废气处理系统；最后一级旋风筒的高分离效率，是为了提高二次铝灰入窑量；这样可以提高预热器系统的铝灰处理量，提高其工作效率。在中间级旋风筒的分离效率适当降低，约为80~85%，是为了降低预热器系统运行阻力。
其中步骤一，热烟气在高速湍流状态下与二次铝灰混合效果好，在高效热传递的同时，有非常好的质量传递效果，可满足非氧化物氧化时所需要的氧化气氛；使挥发的盐类及时扩散，有效降低其蒸气分压，在高温下促进挥发性盐类和Na3AlF6挥发危险性废弃物的挥发，降低煅烧后铝灰中的挥发性盐类和Na3AlF6挥发危险性废弃物的含量；挥发进入烟气的挥发性盐类和Na3AlF6挥发危险性废弃物，随着烟气对后续铝灰的加热和烟气的冷却，会凝聚到后续的铝灰中，如此循环，从而形成挥发性盐类和Na3AlF6挥发危险性废弃物等在烟气中富集。
其中步骤一，在二次铝灰的预热升温阶段，氧化气氛的烟气使铝灰中的非氧化物和石墨电极碎屑等发生氧化反应，放出热量，进一步降低系统热耗；
其中步骤二，在满足煅烧系统加热升温要求条件下，减少助燃空气的用量，使回转窑中烟气为弱氧化气氛，且采用预热后的空气助燃，可降低燃料消耗，满足节能减排要求；
其中步骤三，通过挥发凝聚的方式使挥发性盐类富集，再采用旁路放风系统把富集的挥发性盐类和Na3AlF6挥发危险性废弃物排出并分别收集处理，减少含Na3AlF6等挥发危险性固体废弃物的湿法处理负担及提高其回收效率，避免危险性废弃物对环境的影响。且通过高温处理，得到的煅烧产物杂质含量少，可用于耐火材料、磨具磨料、陶瓷及复合材料等，在生产棕刚玉、尖晶石、铝酸盐水泥中替代高铝矾土使用，在陶瓷工业中替代氧化铝微粉使用，也可在电解铝工业代替氧化铝使用；
其中步骤三，在烟室和第五级悬浮预热器旋风筒处分别设置旁路放风装置是因为挥发性盐类和Na3AlF6挥发危险性废弃物的熔点及挥发温度不一样：在窑尾烟室处，烟气的温度高于1000℃，排出的烟气中主要含有Na3AlF6危险性物质；经过五级悬浮预热器旋风筒后烟气的温度降低，烟气中主要是挥发性的盐类，如KCl和NaCl等，分别收集也便于对不同盐类的分离和再利用。
其中步骤三中在第五级悬浮预热器旋风筒进风管和第四级悬浮预热器旋风筒进风管处分别鼓入高温三次风，三次风为温度为600℃~800℃的热空气，其作用是：保持悬浮预热器系统的工作状态稳定，且同时满足系统烟气的氧化气氛及气氛浓度要求，减小因旁路放风对预热器气体流量和温度的影响——把煅烧铝灰回收热量得到的高温空气，作为三次风鼓入高温烟气中，提高了烟气中氧气浓度，强化对铝灰的氧化作用，使铝灰中的非氧化物（如AlN、Al4C、金属Al及少量石墨电极夹杂物等）氧化速度加快，且因为悬浮状态气固两相质量传递快，也可以降低二次铝灰中挥发性盐类（如KCl、NaCl、Na3AlF6等）的分压而加速其挥发。
其中步骤四中回收利用煅烧二次铝灰冷却时的热量，进一步降低二次铝灰煅烧的能耗，实现能源的综合利用和节能减排。
本发明的有益效果为：
本发明具有处理生产成本低、环境污染小、挥发分盐类分离效率高、危险性废弃物处理彻底且收集效率高等特点，降低铝灰煅烧系统的燃料消耗，具有良好的节能效果，比原来的铝灰湿法处理节约成本50%以上，是一种工业铝灰等危废处理的优选方法。
1）采用多级悬浮预热、高温挥发-低温凝聚的方法使二次铝灰的挥发性盐类和危险性废弃物在烟气中富集，并通过旁路放风装置分类回收，大幅减少湿法处理铝灰时的固体废弃物处理量，提高废弃物的收集和处理效率，避免其对水体等产生的环境污染，降低了生产成本；
2）采用本发明的处理方法，使铝灰中的非氧化物高温下氧化，避免了湿法处理时NH3或CH4的生成，避免其对生产安全产生不利影响；
3）主要工艺过程仅有高温热处理，减少了生产处理工序，合理进行余热利用，无固体废弃物排放，并对二次铝灰进行直接煅烧，煅烧产物可直接作为原料在陶瓷、耐火材料、磨具磨料等行业使用；
4）可借用小型的水泥悬浮预热煅烧系统或新建四级、五级悬浮预热器煅烧系统使用；若借用废弃的小型水泥悬浮预热煅烧系统使用，可充分利用现有设备系统，节约建设投资、节省建设时间，提高二次铝灰的处理回收利用效率，降低生产处理成本。
附图说明
图1、为应用本发明工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法的工艺流程示意图。
注：图中带箭头虚线为烟气上升气流，带箭头实线为二次铝灰物流方向。
图中标记：1、第一级悬浮预热器旋风筒；2、第二级悬浮预热器旋风筒；3、第三级悬浮预热器旋风筒；4、第四级悬浮预热器旋风筒；5、第五级悬浮预热器旋风筒；6、进风管；7、出风管；8、下料管；9、回转窑；10、烟室；11、旁路放风装置一；12、旁路放风装置二；13、一次风；14、二次风；15、三次风；16、增湿塔；17、袋式除尘器；18、冷却设备；19、二次铝灰加入口。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，凡是采用悬浮预热气固两相传热对二次铝灰加热升温、采用挥发凝聚方法富集铝灰中的挥发性盐类和氟化物危废、采用旁路放风装置分类收集铝灰中的挥发性盐类和氟化物危废、采用氧化气氛的烟气在悬浮状态进行气固两相传质加速铝灰中非氧化物氧化以避免湿法处理产生CH4和NH3对安全生产的影响等处理二次铝灰的方法，以及在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
使用本发明的方法可进行二次铝灰废弃物处理，以下结合实例对本发明具体实施方式进一步详细说明。
本发明的工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法，包括以下步骤：
步骤一、悬浮预热二次铝灰：
通过铝灰库放出二次铝灰，经过斗式提升机把二次铝灰运输到悬浮预热器系统的塔架上，使用螺旋输送机均匀供料，从二次铝灰加入口19把二次铝灰添加在悬浮预热器系统中，依靠高速湍流的烟气和附加分散装置使二次铝灰均匀分散在高温烟气中，二次铝灰处于悬浮状态与烟气进行换热，二次铝灰升温而烟气降温，二次铝灰与高温烟气的悬浮混合气固两相气流依次经过一至五级的悬浮预热器旋风筒，进行多级悬浮加热和气固分离，将二次铝灰从室温加热到950℃以上需要经过五级悬浮预热器旋风筒，第一级悬浮预热器旋风筒1的分离效率达到93%，第五级悬浮预热器旋风筒5的分离效率达到89%，中间级悬浮预热器旋风筒的分离效率为80-85%，兼顾悬浮预热器系统工作效率和降低运行阻力，整个混合、加热过程需要7分钟，最终排出的烟气温度低于200℃，排出的烟气通过第一级悬浮预热器旋风筒1的出风管7排出悬浮预热器系统，进入增湿塔16和袋式除尘器17经除尘处理后达标排放。
所述悬浮预热器系统为依次连通的五级悬浮预热器，每级悬浮预热器均包括旋风筒、进风管6、出风管7和下料管8；二次铝灰加入后，在附加分散装置和第二级悬浮预热器旋风筒2出风管7中上升的高温烟气高速气流冲击作用下均匀分散在高温烟气中，进入第一级悬浮预热器旋风筒1的进风管6内，与第二级悬浮预热器旋风筒2出风管7中上升的高温烟气进行第一次分散悬浮并被加热，随即被带入到第一级悬浮预热器旋风筒1内进行气固分离，分离出来的二次铝灰经过第一级悬浮预热器旋风筒1的下料管8进入第二级悬浮预热器旋风筒2的进风管6内，与第三级悬浮预热器旋风筒3出风管7中上升的高温烟气进行第二次分散悬浮并被加热，再被带入到第二级悬浮预热器旋风筒2内进行气固分离；以此类推，二次铝灰与高温烟气的悬浮混合气固两相气流依次进入第三级、第四级、第五级的悬浮预热器旋风筒（3、4、5），二次铝灰被逐级进行悬浮加热和气固分离，第五级悬浮预热器旋风筒5进风管6与回转窑9窑尾烟室10连接，其高温烟气来自回转窑。
步骤二、高温煅烧：
步骤一中经过多级悬浮预热并分离出来的二次铝灰进入回转窑9进行高温煅烧，回转窑9以天然气为燃料，在窑头采用多通道燃烧器，使燃气和助燃空气充分混合；为拉长火焰长度，一次助燃空气不足、火焰为还原气氛；在回转窑内二次风辅助作用下完全燃烧，在高温区形成弱氧化气氛。在满足窑炉加热升温要求条件下，火焰的弱氧化气氛可减少助燃空气的使用量，减少燃料消耗。一次风为煅烧铝灰冷却设备18末端产生并被收集使用的低温热空气，二次风为煅烧铝灰冷却设备18前端产生并被收集入窑的高温热空气。在第五级悬浮预热器旋风筒5进风管道6和第四级悬浮预热器4旋风筒进风管道6处，分别鼓入三次风15热空气，三次风15热空气为煅烧后铝灰强化冷却时收集的700℃的高温热空气，使悬浮预热系统为氧化气氛，鼓入热空气的量占烟气总量的10%；在回转窑9中煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为40min，并冷却煅烧产物。在回转窑9内使氟化物挥发进入烟气，在悬浮预热器高温部分使氯化物挥发进入烟气；在预热区低温部分，已挥发的盐类等重新凝聚附着在后续二次铝灰中，在高温环境中再次挥发。通过挥发-凝聚的方式使挥发性盐类和危险性废弃物富集在烟气中；
步骤三、通过旁路放风装置分类收集挥发性盐类和危险性废弃物：
在回转窑9窑尾烟室10的位置设置旁路放风装置一11，烟室10的温度为1100℃，部分排出富集Na3AlF6挥发危险性废弃物的高温烟气；在第五级悬浮预热器旋风筒5出风管7位置设置旁路放风装置二12，烟气的温度为900℃，部分排出富集KCl和NaCl等挥发性盐类的高温烟气，每1-3min进行一次旁路放风，旁路放风排出的含挥发物盐类和含危险性废弃物的热烟气，采用常规的工业二次铝灰湿法处理，收集其中的盐类，进行再生利用，排出的气体粉尘浓度小但挥发物盐类含量高，减少铝灰湿法处理时固体废弃物的处理量；处理后的不含盐类固体飞灰可再次进入悬浮预热器系统，与后续的二次铝灰一同进入回转窑9进行致密烧结，无固体废弃物排放；
在进行旁路放风的同时，在烟室10上部第五级悬浮预热器5旋风筒进风管6和第四级悬浮预热器4旋风筒进风管6处（悬浮预热器旋风筒进风管编号均为6），分别鼓入高温三次风，高温三次风为煅烧后铝灰强化冷却后收集的高温热空气，其温度为700℃；在第五级悬浮预热器5旋风筒进风管6处鼓入的高温空气三次风风量约占系统烟气量的20%；在第四级悬浮预热器旋风筒4进风管6处鼓入的高温热空气三次风风量约占系统烟气量的30%。
步骤四、系统回收余热并利用：
煅烧结束后，对二次铝灰煅烧后在冷却装置18内冷却并进行热量回收利用，冷却空气与出回转窑9的高温煅烧二次铝灰进行热交换，热回收的高温空气温度约为700℃；其中，一部分高温空气作为二次风14进入回转窑9内作为助燃空气，降低铝灰煅烧系统的燃料消耗；另一部分高温空气则作为三次风15分别进入第五级悬浮预热器5旋风筒进风管6和第四级悬浮预热器4旋风筒进风管6，使悬浮预热器系统的高温烟气为氧化气氛，使二次铝灰中的石墨和非氧化物等能充分氧化，鼓入三次风的量占烟气总量的20%~50%；在煅烧后的二次铝灰冷却末期，收集低温热空气作为一次风13入回转窑9的多通道燃烧器作为一次助燃空气，助燃空气温度在250℃~300℃，降低回转窑9煅烧时的燃料消耗。
煅烧前、后二次铝灰化学成分的含量如表1所示：
由煅烧前后二次铝灰中化学成分分析表明：煅烧后二次铝灰中F和Cl含量急剧下降，说明高温煅烧二次铝灰是彻底去除二次铝灰中氯化物和氟化物危废的可靠方法，是二次铝灰资源化的经济有效途径。
根据原始二次铝灰的氧化铝含量，决定煅烧后铝灰的氧化铝含量，决定煅烧铝灰的用途：氧化镁含量高的煅烧铝灰可用于煅烧或电熔镁铝尖晶石的生产；氧化钙含量高的煅烧铝灰可用于铝酸盐水泥的生产；氧化铝含量高或氧化钠与氧化钾含量高的煅烧铝灰除铁后可用于卫生陶瓷乳浊釉料代替氧化铝微粉使用；氧化铝含量高而其它杂质含量低的煅烧铝灰可用于电熔棕刚玉的生产，也可以代替工业氧化铝电解生产金属铝。
Claims (5)
1.一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、悬浮预热二次铝灰：
通过铝灰库放出二次铝灰，经过斗式提升机把二次铝灰运输到悬浮预热器系统的塔架上，使用电磁振动给料机或螺旋输送机均匀供料，悬浮预热器系统为依次连通的五级悬浮预热器，在第一级悬浮预热器旋风筒进风管与第二级悬浮预热器旋风筒出风管的连接处设置有二次铝灰加入口，二次铝灰加入口内设置有附加分散装置，二次铝灰加入后，在附加分散装置和高速流动的烟气作用下均匀分散在高温烟气中，二次铝灰与高温烟气的悬浮混合气固两相流体依次经过五级悬浮预热器，逐级进行悬浮加热和气固分离，最后分离出的二次铝灰经过第五级悬浮预热器旋风筒下料管进入回转窑内进行煅烧；分离后的烟气通过第一级悬浮预热器旋风筒的出风管排出悬浮预热器系统，进入增湿塔和袋式除尘器经除尘处理后达标排放；
步骤二、高温煅烧：
步骤一中经过多级悬浮预热并被分离出来的二次铝灰进入回转窑进行高温煅烧，以天然气、洁净煤气、液化石油气、酒精的其中任意一种作为燃料，在窑头采用多通道燃烧器加热，为了拉长火焰长度，使回转窑内高温区长度增加，延长物料在高温区的停留时间，多通道燃烧器火焰为还原焰，在入窑高温二次风辅助作用下，燃烧产生的烟气最终为弱氧化气氛；回转窑煅烧温度为1100℃~1400℃，煅烧时间为30~60min；
步骤三、收集二次铝灰的挥发性盐类和危险性废弃物：
在回转窑窑尾烟室处设置旁路放风装置一，烟室的温度为1000℃~1100℃，部分排出富集的Na3AlF6挥发危险性废弃物的高温烟气；在第五级悬浮预热器旋风筒出风管处设置旁路放风装置二，烟气的温度为800℃~1000℃，部分排出富集KCl和NaCl挥发性盐类的高温烟气；对于从旁路放风装置排出的含尘废气，采用常规的工业二次铝灰湿法进行处理；根据烟气中挥发性盐类和危险性废弃物的浓度或时间间隔，进行间断放风或连续旁路放风处理，通过管道阀门控制高温烟气放风量；
处理旁路放风排出的废气时，其固体废弃物处理量仅为废气中的烟尘，相比较原来二次铝灰湿法处理时固体废弃物的处理量要小得多，为固体废弃物处理总量的5~10%，且采用两次旁路放风分别处理，将烟气中的氯化物和氟化物直接分离，无须另行分离；
步骤四、系统回收余热并利用：
煅烧结束后，对煅烧后的二次铝灰冷却并进行热量回收利用：冷却空气与出回转窑的高温二次铝灰在冷却设备中进行热交换，热回收的高温空气温度为600℃~800℃；其中，一部分高温空气作为二次风进入回转窑为高温助燃空气，另一部分高温空气则作为三次风分别进入烟室上部第五级悬浮预热器旋风筒进风管和第四级悬浮预热器旋风筒进风管，避免因旁路放风而影响悬浮预热器系统的工作状态稳定，且使悬浮预热器系统的高温烟气为氧化气氛，更有利于二次铝灰中的非氧化物能充分氧化；该二次铝灰煅烧过程中，非氧化物氧化生成氧化铝、N2和CO2，无氨气、甲烷危险性气体放出；鼓入热空气三次风的量占系统烟气量的20%~50%；在煅烧后的二次铝灰冷却末期，收集低温热空气作为一次风进入回转窑的多通道燃烧器，作为预热的助燃空气随燃料一起入窑，助燃空气温度在250℃~300℃。
2.根据权利要求1所述的一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法，其特征在于：步骤一中的悬浮预热器系统为依次连通的五级悬浮预热器，每级悬浮预热器均包括旋风筒、进风管、出风管和下料管；二次铝灰加入后，在附加分散装置和第二级悬浮预热器旋风筒出风管中上升的高温高速烟气冲击下均匀分散在高温烟气中，进入第一级悬浮预热器旋风筒的进风管内，并被带入到第一级悬浮预热器旋风筒内进行气固分离，在这个过程中，二次铝灰与高温烟气进行热交换而被加热，分离出来的二次铝灰经过第一级悬浮预热器旋风筒的下料管进入第二级悬浮预热器旋风筒的进风管内，与第三级悬浮预热器旋风筒出风管中上升的高温烟气进行分散悬浮加热，并被带入到第二级悬浮预热器旋风筒内进行气固分离；以此类推，二次铝灰与高温烟气的悬浮混合气固两相流体依次进入第三级、第四级、第五级的悬浮预热器旋风筒，逐级进行悬浮加热和气固分离，第五级悬浮预热器旋风筒进风管与回转窑窑尾烟室连接，其高温烟气来自回转窑。
3.根据权利要求1所述的一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法，其特征在于：步骤一中将二次铝灰从室温加热到900℃~1000℃需要经过五级悬浮预热器，第一级悬浮预热器旋风筒的分离效率达到92%以上，减少进入废气处理环节的粉尘处理量；第五级悬浮预热器旋风筒的分离效率达到89%，使更多的二次铝灰进入窑内煅烧；中间级悬浮预热器旋风筒的分离效率在80~85%之间，以降低预热器系统的工作阻力；二次铝灰在悬浮预热器系统的混合、加热全过程需要5~10分钟；经过多级悬浮预热器对二次铝灰进行加热升温，高温烟气温度逐步下降，最终排出悬浮预热器系统的烟气温度≤200℃。
4.根据权利要求1所述的一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法，其特征在于：步骤三中在烟室和第五级悬浮预热器旋风筒出风管进行旁路放风，排出的烟气量分别根据二次铝灰中挥发性盐类和挥发危险性废弃物的含量确定，分别占系统烟气量的10~20%；为保持悬浮预热器系统工作状态稳定，分别鼓入适量高温热空气三次风，鼓入的热空气量三次风与旁路放风量有关，各占系统烟气量的10~30%。
5.根据权利要求1所述的一种工业二次铝灰悬浮预热煅烧方法，其特征在于：步骤三中未被收集的KCl、NaCl挥发物继续存在于烟气中，烟气由第五级悬浮预热器至第一级悬浮预热器，烟气温度逐步降低；烟气在悬浮预热器系统低温部分遇到新加入的二次铝灰，挥发性盐类重新凝聚在后续的二次铝灰中而富集，随着二次铝灰进入悬浮预热器系统高温部分，再次挥发进入烟气中并从旁路放风装置二处被收集和处理；从烟室出来的未被收集的Na3AlF6挥发物继续存在于烟气中，烟气进入第五级悬浮预热器中，因气固两相传热，铝灰的温度升高而烟气温度降低至1000℃以下，烟气中的Na3AlF6挥发危险性废弃物重新凝聚在后续的二次铝灰中，随着二次铝灰进入回转窑高温煅烧，氟化物再次挥发进入高温烟气并从旁路放风装置一处被部分收集和处理；周而复始，二次铝灰中的挥发性盐类及挥发危险性废弃物始终存在于悬浮预热器系统和回转窑中，通过挥发-凝聚方法富集，通过旁路放风分离出了挥发性盐类和挥发危险性废弃物。
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