CN117945676A - 水泥熟料生产系统及水泥熟料生产方法 - Google Patents

水泥熟料生产系统及水泥熟料生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种水泥熟料生产系统及水泥熟料生产方法。水泥熟料生产系统包括供料子系统、热处理子系统、分离装置、悬浮预热子系统、分解炉以及回转窑。热处理子系统被构造成接收供料子系统提供的煤矸石粉末，通过气体流化循环使得煤矸石粉末进行燃烧改性，以使煤矸石粉末中的可燃组分燃烧转变为热烟气，不可燃组分作为改性煤矸石灰粉末输出，其中，相对较粗颗粒的煤矸石粉末在热处理子系统中重新进行气体流化循环。分离装置被构造成分离燃烧改性后产生的热烟气和改性煤矸石灰。悬浮预热子系统被构造成对水泥生料进行分级预热。改性煤矸石灰和水泥生料输入分解炉混合并分解，然后输入到回转窑发生烧成反应，输出水泥熟料。

Description

水泥熟料生产系统及水泥熟料生产方法
技术领域
本发明涉及煤矸石生产硅酸盐水泥熟料技术领域，具体涉及一种水泥熟料生产系统及水泥熟料生产方法。
背景技术
水泥是一种应用广泛的建筑基础材料，被用于制造混凝土、砂浆等材料，在基础设施建设和交通运输等方面发挥着重要的作用，其智能生产化、高效节能化和绿色环保化一直是相关领域研究的重点。作为第三大能源消费行业，水泥行业占全球工业用能的7％，也是全球第二大碳排放行业，直接碳排放量在工业碳排放总量中占比为27％。降低水泥行业能耗及碳排放、实现水泥行业低碳发展成为必然趋势。
煤矸石是一种在采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，其主要成分是SiO2、Al2O3，并有一定比例的可燃有机质组分、Fe2O3和微量元素。煤矸石可替代黏土作为水泥熟料生产的原料之一。
目前，相关技术中掺混煤矸石的水泥烧成工艺为：将煤矸石与常规水泥生料按照一定的比例配料、磨粉和均化，经过悬浮预热器、分解炉和回转窑等设备进行水泥熟料烧成。但是在实际生产过程中发现存在如下问题：一方面煤矸石中可燃有机质组分在预热过程中会大量分解放热甚至燃烧，而预热过程中煤矸石在悬浮预热器中停留时间较长，造成烧成温度难以控制、悬浮预热器局部过热等不安全隐患；另一方面，当煤矸石中钾、钠、硫、氯元素含量高时，在水泥熟料的生产过程中经过多次挥发，前述元素循环富集，结合悬浮预热器的局部过热问题，加剧了前述元素在高温时挥发、在低温时以硫酸盐或氯化物的形态凝聚的过程，预热器锥部、下料管、分解炉锥部、窑尾烟室等部位常因结皮过厚而堵塞，严重影响熟料质量和生产系统的正常运转。
因此，优化包含煤矸石的水泥熟料系统，开发一种安全高效、绿色节能、工艺简便的水泥熟料生产系统及使用方法具有深远的实用意义。
发明内容
有鉴于此，为解决相关技术中的以及其他方面的至少一种技术问题，本发明提出了一种水泥熟料生产系统及水泥熟料生产方法，可以有效提高煤矸石活性，合理利用煤矸石预热时放出的热量，又可以解决局部过热和结皮问题，提高生产系统的运行周期。
可选的，水泥熟料生产系统包括供料子系统、热处理子系统、分离装置、悬浮预热子系统、分解炉以及回转窑。供料子系统被构造成提供煤矸石粉末。热处理子系统被构造成接收供料子系统提供的煤矸石粉末，通过气体流化循环方式使得煤矸石粉末进行燃烧改性，以使煤矸石粉末中的可燃组分燃烧转变为热烟气，不可燃组分作为改性煤矸石灰粉末输出，其中，相对较粗颗粒的煤矸石粉末重新进行气体流化循环。分离装置的入口与热处理子系统连通，被构造成分离燃烧改性后产生的热烟气和改性煤矸石灰粉末。悬浮预热子系统被构造成对水泥生料粉末进行分级预热。分解炉的入口分别连接分离装置和悬浮预热子系统，适用于接收改性煤矸石灰粉末和预热后的水泥生料粉末，以使改性煤矸石灰粉末和水泥生料粉末混合均匀，加热分解后输出水泥熟料反应物。回转窑与分解炉连接，适用于接收水泥熟料反应物并发生烧成反应，输出水泥熟料。
可选的，热处理子系统包括提升管、旋风分离器、返料器、给风模块和风室。其中，提升管通过设置在提升管中下部的煤矸石粉末给入口与供料子系统连通，适用于通过气体提升力将改性煤矸石灰粉末提升至提升管的顶部，并在提升过程中加热使煤矸石粉末发生燃烧改性，以去除可燃组分，提高改性煤矸石灰粉末的活性，提升管的材料为绝热耐火材料或以循环水换热的形式使提升管内的温度保持稳定。旋风分离器的顶部与提升管的顶部连通，适用于相对较粗颗粒的煤矸石粉末在离心力和惯性力的作用下，向旋风分离器底部运动，热烟气和改性煤矸石灰粉末由热处理子系统出口输出，热处理子系统的烟灰出口位于旋风分离器顶部。返料器的入口与旋风分离器底部连通，适用于接收相对较粗颗粒的煤矸石粉末并输送到提升管作为循环物料。给风模块适用于提供循环气体。风室适用于使循环气体稳压均流。
可选的，分离装置包括分离器、输送管道和热烟气输送管道。其中，分离器与热处理子系统的热烟气出口连通，适用于接收热烟气和改性煤矸石灰粉末，并进行分离。输送管道与分离器的底部连通，适用于输出改性煤矸石灰粉末。热烟气输送管道与分离器的顶部连通，适用于输出热烟气。
可选的，供料子系统包括制粉模块、分筛模块、粉仓和煤矸石粉末输送模块。其中，制粉模块的入口与煤矸石输入端连接，适用于对煤矸石原料进行粉碎。分筛模块适用于接收并筛选粉碎后的煤矸石粉末。粉仓适用于接收并储存分筛后的煤矸石粉末。煤矸石粉末输送模块适用于通过气体输送煤矸石粉末。
可选的，悬浮预热子系统包括生料输入端、多级预热器和气体输出端。其中，生料输入端适用于通过以气体为载体输入水泥生料粉末。多级预热器包括多个沿生料输入端到分解炉的方向斜对交错排列设置的预热器，适用于对水泥生料粉末进行温度渐高的预热处理。气体输出端与多级预热器的第一级连通，适用于输出气体。
可选的，气体输出端与热烟气输送管道连通。
在本发明的另一方面提出了一种如上述水泥熟料生产系统的水泥熟料生产方法，包括以下步骤。
将煤矸石原料在供料子系统中进行粉碎分筛，得到煤矸石粉末。
将煤矸石粉末以气体为载体输送到热处理子系统中发生流化循环的燃烧改性，以使煤矸石粉末中的可燃组分燃烧转变为热烟气，不可燃组分作为改性煤矸石灰粉末输出，其中，相对较粗颗粒的煤矸石粉末重新进行气体流化循环。
将改性煤矸石灰粉末和热烟气的混合物输送到分离装置中进行气固分离，分别输出改性煤矸石灰粉末和热烟气。
将改性煤矸石灰粉末与经过预热处理的水泥生料粉末在分解炉中进行均匀混合，得到水泥熟料反应物，加热使水泥熟料反应物分解。
将水泥熟料反应物输入到回转窑中发生烧成反应，得到水泥熟料。
可选的，煤矸石粉末的分筛标准为过80μm筛，筛余物<10wt.％。
可选的，热处理子系统的流化风速范围为1～6m/s，一次风率为40～60％，送粉风率为60～40％；燃烧改性时间为1～3s。
可选的，悬浮预热子系统的温度范围为250～850℃；热处理子系统的温度范围为800～950℃；分解炉的温度范围为850～1000℃；回转窑的温度范围为1000～1400℃。
可选的，通过热处理子系统对煤矸石粉末进行高效的循环预热分解，得到了高活性的煤矸石灰粉末，避免了煤矸石粉末直接与其他水泥生料混合预热过程中造成系统的局部过热。改性产物中，改性煤矸石灰粉末中去除了可燃组分和杂质，提高了反应活性，同时其携带的热量可以在分解炉中参与水泥生料的分解；热烟气带走了煤矸石粉末中的钾、钠、硫、氯等元素，实现分离净化处理，抑制了水泥熟料生产系统中的结皮问题。本发明提出的水泥熟料生产系统在绿色经济的前提下，提高了系统能效和生产质量，解决了相关技术中的生产局部过热和结皮问题。
附图说明
图1是本发明实施例中水泥熟料生产系统的原理性示意图；
图2是本发明实施例中热处理子系统结构的剖面示意图；
图3是本发明实施例中提升管结构的俯视图；
图4是本发明又一实施例中水泥熟料生产系统的原理性示意图；
图5是本发明实施例中水泥熟料生产方法流程图。
在上述附图中，附图标记的含义为：
供料子系统100；
煤矸石原料输入端101；
制粉模块102；
分筛模块103
粉仓104；
煤矸石粉末输送模块105；
热处理子系统200；
煤矸石粉末给入口201；
提升管202
旋风分离器203
返料器204
风室205；
给风模块206
烟灰出口207
提升管风帽208；
返料器风帽209；
分离装置300；
分离器301；
输送管道302；
热烟气输送管道303；
分解炉400；
回转窑500；
悬浮预热子系统600；
生料输入端601；
一级预热器C1；
二级预热器C2；
三级预热器C3；
四级预热器C4；
五级预热器C5；
气体输出端602；
换热装置700；
换热管道701。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
在本发明中所公开的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本发明中具体公开。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在本发明中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对本发明的限制。
类似地，为了精简本发明并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
煤矸石中的可燃有机质组分，煤矸石中可燃有机质组分在400℃开始分解失重，在450℃～480℃燃烧放热，700℃左右可燃烧完全，可以在生产或其他应用中提供部分热源，其燃烧后剩余的灰分占比可达到90％以上。煤矸石中的灰分主要成分与黏土相似，其中以SiO2、Al2O3含量最多，并有一定比例的Fe2O3，可替代黏土作为硅铝质材料制备水泥熟料。同时，煤矸石中含有大量的微量元素，可作为矿化剂应用于水泥生产中以提高水泥熟料的质量。
充分利用煤矸石的原料属性和能源属性，将其以原料及能源部分替代的形式应用于水泥生产行业，解决水泥生产能耗高和煤矸石资源化利用低的关键问题，推动水泥行业低碳减排。
图1是本发明实施例中水泥熟料生产系统的原理性示意图。
在本发明的一个方面提出了一种水泥熟料生产系统，如图1所示，包括供料子系统100、热处理子系统200、分离装置300、悬浮预热子系统600、分解炉400以及回转窑500。供料子系统100被构造成提供煤矸石粉末。热处理子系统200被构造成接收供料子系统100提供的煤矸石粉末，通过气体流化循环使得煤矸石粉末进行燃烧改性，以使煤矸石粉末中的可燃组分燃烧转变为热烟气，不可燃组分作为改性煤矸石灰粉末输出，其中，相对较粗颗粒的煤矸石粉末重新进行气体流化循环。分离装置300的入口与热处理子系统200连通，被构造成分离燃烧改性后产生的热烟气和改性煤矸石灰粉末。悬浮预热子系统600被构造成对水泥生料粉末进行分级预热。分解炉400的入口分别连接分离装置300和悬浮预热子系统600，适用于接收改性煤矸石灰粉末和预热后的水泥生料粉末，以使改性煤矸石灰粉末和水泥生料粉末混合均匀，加热分解后输出水泥熟料反应物。回转窑500与分解炉400连接，适用于接收水泥熟料反应物并发生烧成反应，输出水泥熟料。
根据本发明的实施例，通过热处理子系统200对煤矸石粉末进行高效的循环预热分解，得到了高活性的煤矸石灰粉末，避免了煤矸石粉末直接与其他水泥生料混合预热过程中造成系统的局部过热。改性产物中，改性煤矸石灰粉末中去除了可燃组分和杂质，提高了反应活性，同时其携带的热量可以在分解炉400中参与水泥生料的分解；热烟气带走了煤矸石粉末中的钾、钠、硫、氯等元素，实现了分离净化处理，抑制了水泥熟料生产系统中的结皮问题。本发明提出的水泥熟料生产系统在绿色经济的前提下，提高了系统能效和生产质量，解决了相关技术中的生产局部过热和结皮问题。
根据本发明的实施例，供料子系统100包括制粉模块102、分筛模块103、粉仓104和煤矸石粉末输送模块105。其中，制粉模块102的入口与煤矸石输入端101连接，适用于对煤矸石原料进行粉碎。分筛模块103适用于接收并筛选粉碎后的煤矸石粉末。粉仓104适用于接收并储存分筛后的煤矸石粉末。煤矸石粉末输送模块105适用于通过气体输送煤矸石粉末。
根据本发明的实施例，未处理的大块的煤矸石由煤矸石原料输入端101输入到水泥熟料生产系统，在制粉模块102中将大块的煤矸石原料粉碎成预定的粒径范围，然后经过分筛模块103筛选复合粒径要求的煤矸石粉末，并将合格的煤矸石粉末储存在粉仓104中。然后在实际应用过程中，通过煤矸石粉末输送模块105中的气力输送装置对粉仓104中的煤矸石粉末进行传输。
图2、图3分别是本发明实施例中热处理子系统200结构剖面结构图和提升管俯视图。
根据本发明的实施例，如图2所示，热处理子系统200包括提升管202、旋风分离器203、返料器204、给风模块206和风室205。
其中，提升管202通过设置在提升管202中下部的煤矸石粉末给入口与供料子系统100连通，所述提升管202内煤矸石粉末在流化过程发生燃烧反应，在去除所述可燃组分的同时，提高所述改性煤矸石灰粉末的活性，提升管的材料为绝热耐火材料或以循环水换热的形式使提升管内的温度保持稳定。旋风分离器203的顶部与提升管202的顶部连通，适用于所述相对较粗颗粒的煤矸石粉末在离心力和惯性力的作用下，向所述旋风分离器203底部运动，所述热烟气和所述改性煤矸石灰粉末由所述热处理子系统200的烟灰出口207输出，所述烟灰出口207位于所述旋风分离器203顶部。返料器204的入口与旋风分离器203底部连通，适用于接收相对较粗颗粒的煤矸石粉末并输送到提升管202再次进行气体流化循环。给风模块206适用于提供循环气体。风室205适用于使循环气体稳压均流。
根据本发明的实施例，提升管在点火升温使用时，以柴油或者天然气点火的形式将煤矸粉末中的碳组分燃烧，通过不断通入煤矸石粉末和空气，使得提升管内的温度保持在热处理的范围内。提升管的材料可以选用绝热耐火材料，也可以使用水冷循环水形式，通过调整给入气体量以保证反应温度恒定；在提升管温度过热时，可通过加入过量空气或盘旋的水冷管形成循环水换热装置以降温。
根据本发明的实施例，提升管风帽208位于提升管202内并连接于风室205，用于向提升管202内输送气流使得煤矸石粉末向上运动并发生改性；旋风分离器203的底部为锥形，返料器风帽209提高风力，将由旋风分离器203分离出的相对较粗颗粒的煤矸石粉末输送到提升管202中重新进行燃烧改性。
根据本发明的实施例，为了防止返料器204内大颗粒煤矸石粉末和气流返回提升管202后对煤矸石粉末给入口201处的物料的混合和燃烧造成干扰，煤矸石粉末给入口201连接于提升管202，并保证在返料器204斜管上部。如图3所示，煤矸石粉末给入口201在提升管202上设置有三个入口，且相互呈120°左右的夹角，以使煤矸石粉末进入热处理子系统200后的均匀性，根据实际情况设置给入口201的数量，也可以是一个、两个或者四个等，通过给料和配风结合的形式，使煤矸石粉末均匀反应，防止局部过热超温。提升管202内的粉末随着送粉风从煤矸石粉末给入口夹带进入，如图2所示，煤矸石粉末给入口201与提升管202沿竖直方向的夹角为30～45°。
根据本发明的实施例，热处理子系统200所用的气体为空气，并且气体分类在热处理子系统200中分为两路：一路作为热处理子系统200的流化风，一路作为煤矸石粉末气力输送用风。提升管202的气流和煤矸石粉末尽可能均匀布置，以使煤矸石粉末得到充分改性。
根据本发明的实施例，分离装置300包括分离器301、输送管道302和热烟气输送管道303。其中，分离器301与热处理子系统的烟灰出口207连通，适用于接收热烟气和改性煤矸石灰粉末，并进行分离。输送管道302与分离器301的底部连通，适用于输出改性煤矸石灰粉末。热烟气输送管道303与分离器301的顶部连通，适用于输出热烟气。
根据本发明的实施例，输送管道302接收改性煤矸石灰粉末后与分解炉400连通并输送到分解炉400中，改性煤矸石灰粉末与其他预热后的水泥生料粉末充分混合后在分解炉400中进行分解。改性煤矸石灰粉末进入分解炉400的入口可以设置在悬浮预热器的出口且在分解炉400入口的上方，以利于改性煤矸石灰粉末和水泥生料粉末的掺混。在一些具体的实施例中，改性煤矸石灰粉末进入分解炉400的入口设置在悬浮预热器的四级预热器C4的生料出口。
根据本发明的实施例，分解炉400在水泥熟料的生产中能够使进入本发明水泥熟料生产系统中的熟料反应物均匀分布，从而使熟料反应物在分解炉400内不形成堆积的现象，进而使熟料反应物在升温时能够完全。分解炉400不仅可以延长反应物的停留时间，而且还能提高燃料的燃烧率，从而使温度在生产中一直都能维持在规定的范围内。
根据本发明的实施例，悬浮预热子系统600包括生料输入端601、多级预热器和气体输出端602。其中，生料输入端601适用于输入水泥生料粉末。多级预热器包括多个沿生料输入端601到分解炉400的方向斜对交错排列设置的预热器，适用于对水泥生料粉末进行温度渐高的预热处理。气体输出端与多级预热器的第一级连通，适用于输出气体。
根据本发明的实施例，气体输出端602与热烟气输送管道303连通。
根据本发明的实施例，改性产生的热烟气进入分离装置300后，通过热烟气输送管道303出口放出，可以与悬浮预热器以及预热器出口的气体输出端602连接，合并后收集，其热量可用于生产蒸汽以及生料磨烘干物料等方面。
图4是本发明又一实施例中水泥熟料生产系统原理示意图。
在一些具体的实施例中，如图4所示，热烟气输送管道303还可以与空气在换热装置700中进行换热处理，使热烟气的温度降低到400℃～450℃，使得热烟气中易结皮的钾、钠、氯等物质富集在管道中或换热装置700中。降温后的烟气可以从悬浮换热器的二级预热器C2中进入并与悬浮预热器中的气体混合输出；换热后的含氧高温烟气可以通过换热管道701输送到煤矸石粉末输送模块105或给风模块206中，作为部分热空气源参与热处理反应，从而提高系统整体能效。图5是本发明实施例中水泥熟料生产方法流程图。
在本发明的另一方面提出了一种如上述水泥熟料生产系统的水泥熟料生产方法，如图5所示，包括以下步骤S1～步骤S5。
步骤S1：将煤矸石原料在供料子系统100中进行粉碎分筛，得到煤矸石粉末。
步骤S2：将煤矸石粉末以气体为载体输送到热处理子系统200中发生流化循环的燃烧改性，以使煤矸石粉末中的可燃组分燃烧转变为热烟气，不可燃组分作为改性煤矸石灰粉末输出，其中，相对较粗颗粒的煤矸石粉末重新进行气体流化循环。
步骤S3：将改性煤矸石灰粉末和热烟气的混合物输送到分离装置300中进行气固分离，分别输出改性煤矸石灰粉末和热烟气。
步骤S4：将改性煤矸石灰粉末与经过预热处理的水泥生料粉末在分解炉400中进行均匀混合，得到水泥熟料反应物，加热使水泥熟料反应物分解。
步骤S5：将分解炉400中的水泥熟料反应物输入到回转窑500中发生烧成反应，得到水泥熟料。
根据本发明的实施例，改性后的煤矸石具有孔隙结构发达、断键多、可溶物多、无定形态结构多等特点，其一般以SiO2、Al2O3为主要成分，另外含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、K2O等无机物，以及微量的稀有金属(如钛、钒、钴等)。热处理子系统200中煤矸石颗粒整体较细，传热及反应速度极快，可在1～3秒以内完成高温热改性，对于部分相对较粗颗粒的煤矸石，可通过旋风分离器203进行补集，经返料器204然后返送回提升管202，这部分粗颗粒可作为流态化装置的循环物料。煤矸石中的含硫物质如硫化物硫、有机硫、单质硫经燃烧后将释放出SO2气体，煤矸石在热处理子系统200中燃烧产生的气、固混合物经烟灰出口207进入分离装置300。
根据本发明的实施例，改性中产生的热烟气成分主要为N2、O2、CO2、水蒸汽、SO2、CO、及NOx等，温度大约为800℃左右。
根据本发明的实施例，水泥生料粉末包括石灰石、硅质原料、铝质原料、铁质原料等按照一定的比例配料并混合，例如，石灰石、黏土质、铁矿石分别占水泥熟料反应物的70～80％、10～15％、0～5％。然后磨粉和均化后进行预热。改性煤矸石灰粉末的给入量占水泥熟料反应物质量的5％～10％。
根据本发明的实施例，煤矸石粉末的分筛标准为过80μm筛，筛余物<10wt.％。
根据本发明的实施例，热处理子系统200中作为循环物料的煤矸石粉末粒度范围为0.2mm～0.5mm，例如可以为0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.45mm、0.5mm等。
根据本发明的实施例，热处理子系统200的流化风速范围为1～6m/s，例如可设置为1m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、4m/s、5m/s、6m/s等，一次风率为40～60％，送粉风率为40～60％；燃烧改性时间为1～3s，例如可设置为1s、2s、2.5s、3s等。
根据本发明的实施例，热处理子系统200的流化风速可控制在1～6m/s、送粉风量根据煤矸石处理量和流态化装置的内径确定。提升管202中的过量空气系数控制在1.1～1.4之间，所述风量既要保证挥发分燃烧所需的氧量，又要满足输送煤粉的需要，在如图3中的三路送粉风中单路送粉风率为13.3～20％。
根据本发明的实施例，悬浮预热子系统600的温度范围为250～850℃；热处理子系统200的温度范围为800～950℃；分解炉400的温度范围为850～1000℃；回转窑500的温度范围为1000～1400℃。
根据本发明的实施例，热处理子系统200的温度可以通过调整煤矸石给入量、给风量在800～950℃的范围内灵活调节。
根据本发明的实施例，悬浮预热器出口温度范围为250℃～800℃，其中一级预热器C1的温度范围为250～300℃左右，二级预热器C2的温度范围为450～550℃左右，三级预热器C3的温度范围为600～700℃左右，四级预热器C4的温度范围为700～800℃左右，五级预热器C5的温度范围为800～850℃左右，从而保证了水泥生料粉末的充分预热。
需要说明的是，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，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其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水泥熟料生产系统，其特征在于，包括：
供料子系统(100)，被构造成提供煤矸石粉末；
热处理子系统(200)，被构造成接收所述供料子系统(100)提供的煤矸石粉末，所述热处理子系统(200)通过气体流化循环使得所述煤矸石粉末进行燃烧改性，以使所述煤矸石粉末中的可燃组分燃烧转变为热烟气，并将不可燃组分作为改性煤矸石灰粉末输出，其中，相对较粗颗粒的煤矸石粉末重新进行气体流化循环；
分离装置(300)，与所述热处理子系统(200)连通，所述分离装置(300)被构造成分离热处理后产生的热烟气和改性煤矸石灰粉末；
悬浮预热子系统(600)，被构造成对水泥生料粉末进行分级预热；
分解炉(400)，所述分解炉(400)的入口分别连接所述分离装置(300)和所述悬浮预热子系统(600)，所述分解炉(400)适用于接收所述改性煤矸石灰粉末和预热后的水泥生料粉末，以使所述改性煤矸石灰粉末和所述水泥生料粉末混合均匀，加热分解后输出水泥熟料反应物；
回转窑(500)，与所述分解炉(400)连接，所述回转窑(500)适用于接收所述水泥熟料反应物并发生烧成反应，输出水泥熟料。
2.根据权利要求1所述的水泥熟料生产系统，其特征在于，所述热处理子系统(200)包括：
提升管(202)，所述提升管(202)通过设置在所述提升管(202)中下部的煤矸石粉末给入口(201)与所述供料子系统(100)连通，所述提升管(202)内煤矸石粉末在流化过程中发生燃烧反应，在去除所述可燃组分的同时，提高所述改性煤矸石灰粉末的活性，所述提升管(202)的材料为绝热耐火材料或以循环水换热的形式，使所述提升管(202)内的温度保持稳定；
旋风分离器(203)，所述旋风分离器(203)的顶部与所述提升管(202)的顶部连通，所述旋风分离器(203)适用于所述相对较粗颗粒的煤矸石粉末在离心力和惯性力的作用下，向所述旋风分离器(203)底部运动，所述热烟气和所述改性煤矸石灰粉末由所述热处理子系统(200)的烟灰出口(207)输出，所述烟灰出口(207)位于所述旋风分离器(203)顶部；
返料器(204)，所述返料器(204)的入口与所述旋风分离器(203)底部连通，所述返料器(204)适用于接收所述相对较粗颗粒的煤矸石粉末并输送到所述提升管(202)，所述相对较粗颗粒的煤矸石粉末作为所述热处理子系统(200)的循环物料；
给风模块(206)，适用于提供循环和部分燃烧反应所需的气体；
风室(205)，适用于使所述循环气体稳压均流。
3.根据权利要求1所述的水泥熟料生产系统，其特征在于，所述分离装置(300)包括：
分离器(301)，与所述热处理子系统(200)的烟灰出口(207)连通，所述分离器(301)适用于接收所述热烟气和所述改性煤矸石灰粉末，并进行分离；
输送管道(302)，所述输送管道(302)与所述分离器(301)的底部连通，所述输送管道(302)适用于输出所述改性煤矸石灰粉末；
热烟气输送管道(303)，所述热烟气输送管道(303)与所述分离器(301)的顶部连通，所述热烟气输送管道(303)适用于输出所述热烟气。
4.根据权利要求1所述的水泥熟料生产系统，其特征在于，所述供料子系统(100)包括：
制粉模块(102)，所述制粉模块(102)的入口与煤矸石输入端(101)连接，所述制粉模块(102)适用于对所述煤矸石原料进行粉碎；
分筛模块(103)，所述分筛模块(103)适用于接收并筛选所述粉碎后的煤矸石粉末；
粉仓(104)，所述粉仓(104)适用于接收并储存分筛后的煤矸石粉末；
煤矸石粉末输送模块(105)，所述煤矸石粉末输送模块(105)适用于通过气体输送所述煤矸石粉末。
5.根据权利要求1所述的水泥熟料生产系统，其特征在于，所述悬浮预热子系统(600)包括：
生料输入端(601)，适用于输入水泥生料粉末；
多级预热器，包括多个沿所述生料输入端(601)到所述分解炉(400)的方向斜对交错排列设置的预热器，所述多级预热器适用于对所述水泥生料粉末进行温度渐高的预热处理；
气体输出端(602)，与所述多级预热器的第一级连通，所述气体输出端(602)适用于输出气体。
6.根据权利要求5所述的水泥熟料生产系统，其特征在于，所述气体输出端(602)与所述热烟气输送管道(303)连通。
7.一种利用如权利要求1～6所述的水泥熟料生产系统的水泥熟料生产方法，其特征在于，包括：
将煤矸石原料在供料子系统(100)中进行粉碎分筛，得到煤矸石粉末；
将所述煤矸石粉末以气体为载体输送到热处理子系统(200)中发生流化循环的燃烧改性，以使所述煤矸石中的可燃组分燃烧转变为热烟气，不可燃组分作为改性煤矸石灰粉末输出，其中，相对较粗颗粒的煤矸石粉末重新进行气体流化循环；
将所述改性煤矸石灰粉末和所述热烟气的混合物输送到分离装置(300)中进行气固分离，分别输出所述改性煤矸石灰粉末和所述热烟气；
将所述改性煤矸石灰粉末与经过预热处理的水泥生料粉末在分解炉(400)中进行均匀混合，得到水泥熟料反应物，加热使所述水泥熟料反应物分解并输出水泥熟料反应物；
将所述水泥熟料反应物输入到回转窑(500)中发生烧成反应，得到水泥熟料。
8.根据权利要求7所述的水泥熟料生产方法，其特征在于，
所述煤矸石粉末的分筛标准为过80μm筛，筛余物<10wt.％。
9.根据权利要求7所述的水泥熟料生产方法，其特征在于，
所述热处理子系统(200)的流化风速范围为1～6m/s，一次风率为40～60％，送粉风率为40～60％；所述燃烧改性时间为1～3s。
10.根据权利要求7所述的水泥熟料生产方法，其特征在于，
所述悬浮预热子系统(600)的温度范围为250～850℃；
所述热处理子系统(200)的温度范围为800～950℃；
所述分解炉(400)的温度范围为850～1000℃；
所述回转窑(500)的温度范围为1000～1400℃。
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