CN1827245A - 电石泥和粉煤灰资源综合利用法 - Google Patents

Abstract

一种利用了粉煤灰、煤矸石自身含有的热能资源和矿物资源，经过预处理的粉煤灰、煤矸石后在一次码烧热循环隧道窑内，依靠自有的热能进行内燃烧结，烧结出建筑用墙体砖，烧结所产生的热能被引入烘干机，将电石泥烘干为氧化钙细粉的方法。该方法有效地实现了多种工业废渣的同步资源化综合利用，符合工业固体废物处理“减量化、无害化、资源化”的要求。本发明涉及固体废物资源利用、环境保护、建筑材料、化学工业技术领域。

Description

电石泥和粉煤灰资源综合利用法

技术领域    本发明是一种利用了粉煤灰、煤矸石自身含有的热能资源和矿物资源，经过预处理的粉煤灰、煤矸石在一次码烧热循环隧道窑内，依靠自有的热能进行内燃烧结，烧结成建筑墙体砖，烧结所产生的热能被引入烘干机，将电石泥烘干为氧化钙细粉的方法。该方法有效地实现了多种工业废渣的同步资源化综合利用，符合工业固体废物处理“减量化、无害化、资源化”的要求。本发明涉及固体废物资源利用、环境保护、建筑材料、化学工业

技术领域。

背景技术    我国是能源消耗大国，二次能源以火电为主，煤炭生产和消费量世界第一。每生产一吨优质煤就伴生等量的页岩和煤矸石，优质煤用于炼焦、化工原料、发电，页岩和煤矸石则大部分被抛弃；燃煤电厂产生粉煤灰，粉煤灰量是燃煤量的5％到20％。我国每年排放页岩、煤矸石、粉煤灰达数千万吨。长期以来被抛弃的页岩、煤矸石、粉煤灰累计达数十亿吨，占用土地，堆积成山，污染环境。

煤是由死亡的植物残骸经过复杂的生物化学、物理化学、地球化学的作用转变而形成的生物岩，煤的大部分是由C、H、O、N、S五个元素组成的有机质。页岩和煤矸石的有机质含量相对较少，Si、Al的含量超过50％，页岩和煤矸石的热值较低，为300Kcal/kg至3000Kcal/kg，热值低是相对的，矸石山的自燃和煤矸石沸腾炉的使用，证明了煤矸石热能的存在；粉煤灰同样含有大量的Si、Al，以及少量Ca、Mg、Na、K、Fe、Ti的化合物，粉煤灰在燃烬之前离开高温区中止燃烧，因而粉煤灰含有部分可燃物，外观为深灰色或黑色，热值300Kcal/kg至2000Kcal/kg，浙江新昌热电厂的粉煤灰热值达到2800Kcal/kg，当地农民取之生产民用型煤。

2004年，我国人均国内生产总值达到1000美元，世界排名第59位，美国达到人均国内生产总值1000美元是在1892年。我国经济高速发展以高能耗、重污染为代价，相同产值的能耗是发达国家的3倍，对煤矸石、粉煤灰等工业废渣进行资源化利用，将其热能资源(平均热值只有烟煤的20％)和矿物资源(Si、Al)进行开发利用，符合国家循环经济以及可持续发展的要求。

金属切割离不开乙炔，每座中小城市都有乙炔厂，乙炔生产伴生电石泥。电石泥浆具强碱性，目前大部分向环境排放，污染严重，农田、地下水被人为碱化，遭电石泥破坏的生态难以恢复。完全烘干后的电石泥(干基)成分为含氧化钙(＞90％)、氧化硅(约3％)、三氧化二铝(约2％)、三氧化二铁(约0.1％)，细度＞260目。

氯碱工业以电石法生产PVC，过程如下：电石经水解生成乙炔，乙炔经过精制，与氯化氢反应生成粗氯乙烯，再经过精馏、聚合，以悬浮法工艺生成聚氯乙烯，浆料经脱除氯乙烯单体、干燥、包装后为成品。电石水解后留下电石泥，又称电石渣，生产1吨PVC排放含水90％的电石泥浆18吨，20万吨/年PVC生产线排放电石泥浆360万吨/年，危害极大。

国际原油、天然气价格暴涨，导致以原油和天然气为原料的PVC生产成本增大。我国是世界上仅有的兼有乙烯法、电石法、单体法共存的国家，电石法生产PVC成本低，我国人均PVC消费量2.5KG，仅为欧洲的1/5，全国PVC生产协调会预测2005年国内PVC消费量超过700万吨，缺口300万吨，2004年9月最高涨到9300元/吨，不少企业正在新建和扩建电石法PVC生产线，中国氯碱工业协会理事长孙绍刚指出：“电石法PVC在中国还可以生存相当一段时间。”( www.CPCIA.org.cn/20033年3月17日)。包括各类乙炔厂在内，国内的电石泥排放量达到1000万吨/年(干基)，约占总固废排放量的1/4，电石泥取之不尽。

电石法生产PVC需要蒸汽，所以氯碱化工厂大多设热力站或热电分厂，电石泥和粉煤灰同时排放。在环境持续恶化的同时，能源日趋紧张，2005年1月29日《东方新报》报导：“在2004年12月19日至23日的5天时间内，湖南省电网共拉闸9652条次，限电约2.1亿KWH。”。保护环境、开发新的资源利用技术，已经成为当务之急。

发明内容    本发明的目的是提供一种利用煤矸石、粉煤灰的矿物资源和热能资源，煤矸石、粉煤灰经过粉碎、成型，在一次码烧热循环隧道窑内，依靠煤矸石、粉煤灰自身所含的热能烧结成建筑墙体砖，隧道窑烧结建材产生热量，热量被引入烘干机，烘干电石泥或其他工业废渣的方法。

本发明以废治废，充分利用了工业废渣页岩、煤矸石、粉煤灰中的Si、Al矿物资源和热能资源，煤矸石、粉煤灰在隧道窑内被烧结成标准砖，烧结产生的热量用于烘干电石泥，电石泥被烘干后变成细颗粒氧化钙粉。传统的烧砖方法离不开粘土和燃煤，生产氧化钙要开山烧石灰，都需要消耗能源，破坏山体和农田。本发明以工业废渣治理工业废渣，系统节能、投资小、运行费用低，实施单位能通过建材产品和氧化钙销售的收入，取得极大的经济效益。

本发明的目的是这样实现的：首先，采用一次码烧热循环隧道窑对煤矸石、粉煤灰进行烧结，烧结成标准砖或空心砖等建材产品，煤矸石、粉煤灰的热能和矿物质得到了利用。一次码烧是指湿坯不经过窑外烘干或素烧，而是直接入窑一次烧成；热循环是为了提高热能的利用率，隧道窑内设有多个气体回流换热循环。隧道窑烧结煤矸石、粉煤产生的热能是一种经济、环保的能源，煤矸石、粉煤灰、页岩等含有一定的热值，成型后能够在隧道窑内好像型煤一样完成内燃烧结，由于工业废渣页岩、煤矸石、粉煤灰的化学组分非常接近于粘土，烧结成品就是建材，建材的强度指标优于国家公布的粘土砖的强度标准。

其次，一次码烧热循环隧道窑在烧结建材时产生大量的热能，将隧道窑的热能供给电石泥烘干机，在烘干机内将电石泥烘干，电石泥烘干后就是氧化钙细粉；为了减少远距输送过程中的热量损耗，通常将烘干机建在隧道窑的窑侧。

本发明采用的隧道窑煤矸石内燃烧砖技术，国内已经应用了30年，四川、黑龙江等地有不少煤矿以煤矸石内燃烧砖，以二次码烧为主，坯料先经过干燥窑干燥，然后再进隧道窑烧成制品；少数隧道窑以一次码烧，但没有窑内换热循环，热能利用率和产量偏低。2000年，山西潞城矿务局从意大利引进了煤矸石内燃烧砖生产线，也没有窑内换热循环，应用煤矸石、粉煤灰在隧道窑进行内燃烧结也仅局限于煤炭行业，迄今为止，没有将煤矸石隧道窑的热能引出窑外来烘干电石泥的方法。

目前用粉煤灰可制免烧砖，其过程是化学粘合加机械压实，没有经过烧结所以砖的强度低，只能用于城市框架结构的非承力墙，不能砌承重墙。我国经济落后，农业人口居多，农村城镇建筑都是承重墙，要求用有强度的烧结砖砌墙，国家政策禁用粘土砖，但屡禁不绝，粘土砖仍是建筑主流用砖，因为非粘土烧结砖太少。

工业干燥主要有喷雾干燥、效罐干燥、旋窑干燥三种方法。喷雾干燥用于建陶生产、饲料加工等行业，如玻化砖的生产，配比物料经过破碎、球磨，到喷雾干燥塔干燥成滴水体状颗粒，再经数天陈腐后由压机成型、入窑烧成；效罐干燥用于化工生产，如亚硫酸钠的生产，向效罐内通蒸汽来干燥结晶体得到成品；旋窑干燥广泛应用于冶金、建材、化工、轻工、粮食等行业，被干燥物料的品种多，通入烘干机的热烟气大多由燃煤产生，烟温400℃至850℃。本发明以旋窑烘干机烘干电石泥，与其他干燥方法的不同之处在于烘干机的热源由烧结粉煤灰的隧道窑提供，不耗煤。

本发明源于发明单位生产的一次码烧热循环隧道窑，在烧结煤矸石砖坯时能向外供热，通过余热锅炉生产出压力为0.8MPa的蒸汽，受此启发，发明了将烟气引出窑外烘干电石泥的方法。本发明是在一次码烧热循环隧道窑烧制标准砖的基础上发展起来的，为了达到引出坯料配热量40％的热能到窑外用于烘干的目的，发明单位对现有设备进行了技术改造，对生产工艺进行了调整，以适应多种热值和化学组份的坯料都能稳定烧结并引出热量的要求。

煤矸石、粉煤灰经过配比、粉碎、成型后入窑，先后经过隧道窑的排潮带、低温干燥带、中温干燥带、高温焙烧带、保温带，最后出窑；坯料在高温焙烧带内燃，内燃过程与型煤的内燃相仿，是一个几乎静态、十分稳定、非常洁净的燃烧过程，粉煤灰或煤矸石坯料的组份、粒度、配热量都与型煤不同，物料经过破碎、粉碎、对滚、搅拌后再由真空挤压成砖坯，密度是型煤的3倍，至密的坯料内含有大量的Si、Al以及K、Na等元素，在隧道窑1050℃的氧化气氛中烧结，结成玻璃相，具有很高的强度，因而烧成后不是型煤的煤灰，而是符合国家粘土砖标准的墙体砖。“制砖不要土，烧砖不用煤”的煤矸石、粉煤灰烧结，具有内燃烧结时间长、温度高、氧化充分、燃烧完全、产品质量好等特点，燃烧时源源不断地向外提供热能。

工业废渣中所含的资源量是十分惊人的。单孔的一次码烧热循环隧道窑，每天生产标准砖8万至12万块；为了提高产能，发明单位设计了双孔的一次码烧热循环隧道窑，产能达到20余万块/天，每块砖重3kg，坯料配热量为1000Kcal/kg的时候，20余万块砖坯所含的热量共达6×10⁸Kcal，相当于120吨标煤所含的热量。去除砖坯排潮干燥所需的热量、坯料烧结过程中化学反应所吸收的热量、成品砖出窑带走的热量、出窑气体带走的热量、窑体散失的热量，还能外供40％超过1300万Kcal/H的热量，用于烘干电石泥。

隧道窑不向外供热时，窑内的气体回流换热循环将热量引到干燥带，加速坯料的排潮和干燥，用于高温快烧多出产品，提高产量；隧道窑向外供热时，热量在高温焙烧带被引出，引到烘干机内，与烘干机形成窑外热循环；进烘干机的烟温高，出烘干机的气温低，离开烘干机的低温气体含有余热，返回到隧道窑的低温干燥带，对坯料进行干燥、排潮；设计时调整了隧道窑排潮带的长度，操作时根据气温、砖坯的配热情况，调整烧成周期，保证稳定生产并外供热量。

以本发明建造的粉煤灰和电石泥综合利用生产线的优点如下：

1、本发明的资源化程度高。实施本发明，使目前技术条件下不能被大量利用的工业废渣煤矸石、粉煤灰、电石泥成了宝贵资源，“料尽其才，热尽其用”，入厂废渣100％得到了资源化利用。

2、本发明科学合理、技术含量高。粉煤灰或煤矸石在一次码烧热循环隧道窑内，以自有的资源烧结成墙体砖并外供热能，涉及到化工、建材、热工、暖通、窑炉、机械、电子等多个专业领域，建立了化学平衡、热工平衡、气动力平衡、物料平衡、机电一体化、自动控制等多个平衡系统和辅助系统。

3、本发明的创新意义重大。以我国工业固体废物排放量而言，煤矸石、粉煤灰、电石泥占了所有工业废渣排放量的50％以上；以覆盖范围而言，我国所有的城市都存在粉煤灰污染和电石泥污染，因为城市离不开电厂、供热厂，离不开金属加工，全国各地都能实施本发明，意义重大。

4、本发明生产的产品市场需求量大。住房是国民的基本需要，一个百万人口的城市，以每年增加500万M²的工业、公共、商业和住宅建筑量计算，年需标准砖10亿块，一条日产20万块标准砖的生产线仅能满足其7％的用砖需要；我国建材水泥、化工冶炼、轻工造纸行业年需氧化钙上亿吨，烟气脱硫一项需氧化钙3000万吨/年。

5、本发明是清洁生产的楷模。本发明以废治废，所有入厂的工业废渣100％减容，“零污染”生产，无任何三废产生；一次码烧热循环隧道窑不需要任何其他燃料，燃烧干净彻底，引自一次码烧热循环隧道窑高温焙烧带的高温气体不含任何飞灰，比其他燃煤产生的烟气洁净，烘干物不会被污染。

6、本发明具有扩大应用领域的潜力。一次码烧热循环隧道窑的烧结物料除了页岩、煤矸石、粉煤灰，还有陈腐的生活垃圾、垃圾焚烧厂的炉渣、水处理厂的污泥、洗煤厂的煤泥、建筑工地的粘土，只要物料的热值和化学组份符合要求，都能入窑烧结成材；烧成品除了标准砖、空心砖以外，对物料配比、成型、烧成工艺进行调整，还能烧制彩瓦、釉面砖、工艺陶器等上百种烧成品，增加产值；被烘干的物料除了电石泥，还有各种矿物、化工合成品、环保副产品等；如果不烘干物料，配备余热锅炉可产蒸汽，用于工业生产或居民生活。

7、本发明建厂条件不受限制。工厂可以建在任何地方，如氯碱化工厂、乙炔厂、煤矿、火电厂、供热厂、洗煤厂、垃圾焚烧厂、垃圾填埋场、水处理厂能提供相应物料；水处理厂的污泥、洗煤厂的煤泥、劣质煤、陈腐垃圾含大量有机质，用于调整坯料的热值，各种炉渣、粘土、矿物渣能提供足够的Si、Al，适宜调整坯料的化学组份，经过配比，就能在一次码烧热循环隧道窑内烧制成砖。

8、本发明严谨可靠。由发明单位设计、生产、调试的隧道窑已运行了二十多年，一次点火连续运行十年以上。以本发明建设一条包括一座双孔隧道窑和烘干设备在内的SC-200粉煤灰和电石泥综合利用生产线，年资源化利用粉煤灰、煤矸石共21.9万吨，年产标准砖20万块×365天＝7300万块，将36万吨电石泥烘干成为氧化钙细粉，合计少排放工业废渣57.9万吨，节省标煤5.5万吨，减少购煤开支1650万元。

9、本发明经济性好。一条SC-200工业废渣综合利用生产线，销售标准砖收入7300万块×0.20元/块＝1460万元，销售氧化钙收入360,000吨×200吨/元＝7200万元，合计收入8660万元。设备全部国产化，整厂投资低于2000万元，年运行总成本不到收入的10％，建设周期短，一年可建成；综合利用产品免税销售，实现利润8000万元，三个月收回投资。

10、本发明符合我国的发展战略。能源是国家的战略物资，氧化钙和建筑墙体砖是经济发展必不可少的基础物资，再生能源利用和环境保护是我国的基本国策，实施企业提高了竞争力，科技强国，国家的资源利用水平上了新的台级。

附图说明    附图是粉煤灰和电石泥资源综合利用系统原理图，下面结合本发明的实施例对附图进行说明。

具体实施方式    本发明的实施例是一条SC-200电石泥和粉煤灰资源综合利用生产线，占地80亩，生产标准砖7300万块/年，氧化钙36万吨/年。实施单位是一家年产20万吨PVC的氯碱化工厂，该厂排放电石泥浆360万吨(干基36万吨)/年，热电分厂有3台75T/H循环流化床锅炉，平时开二台锅炉，基本上满负荷，燃煤热值3000Kcal/kg，产生粉煤灰11万吨/年，周围80KM范围内有大型煤矿8座，小煤窑100多个，累计堆积矸石上亿吨，煤矸石足够综合利用分厂生产几百年的需要。

综合利用生产线建在热电分厂的灰场，一般情况下只要煤矸石或粉煤灰其中之一就能制坯，有时粉煤灰不够或需要调整坯料的配比，粉煤灰中可以加入煤矸石和粘土，锅炉的炉渣也能入坯，矸石和煤泥来自于邻近的洗煤厂，粘土由建筑工地挖基础的施工单位送到现场，炉渣来自于热电分厂自身。

附图所示的物料流程为：煤矸石由破碎机1破碎后，配入粉煤灰，经由粉碎机2风选粉碎、对滚机3对滚掺和、搅拌机4均匀搅拌、真空挤坯成型机5成型，然后由自动码坯机6将坯料码上窑车，最后顶车机7将窑车顶入热循环隧道窑8焙烧成材。

PVC分厂将含水90％的电石泥浆以管道输送到生产线现场，电石泥浆分别经过旋流脱水机9、离心脱水机10脱水，再进烘干机11烘干，进烘干机11物料的初水分15％，出烘干机11物料的终水分3％，经脱水烘干的电石泥成了纯度90％的氧化钙细粉，细度260目，氧化钙粉入仓，就能外售，可以袋装，也可由干粉专用车辆运输。

旋窑烘干机11高位安装，高于隧道窑8的窑顶，进料口高，出料口低，出料口是热烟进口，进烘干机11的烟温400℃至850℃，出烘干机11的气温100℃至400℃，进烘干机11的物料为大气温度，出烘干机11的物料温度约95℃；烘干机11外筒保温，筒体表面温度约120℃，烘干机11蒸发强度80kgH₂O/m³，烘干机11的容积180m³。

进烘干机11的热源是一次码烧热循环隧道窑8烧结建材时产生的热量，热量以热烟的方式送进烘干机11。

SC-200电石泥和粉煤灰资源综合利用生产线日产标准墙体砖20万块，消耗粉煤灰、煤矸石600吨/天，坯料配热1000Kcal/kg，入窑配热量2500万Kcal/H，其中1000万Kcal/H进烘干机11，出烘干机11的热气仍有余热200万Kcal/H以上，由5#风机12引入至一次码烧热循环隧道窑8的低温干燥带，并流经排潮带，最后由1#引风机16抽入烟囱17，最后排向大气。粉煤灰内没有硫的化合物，烟气中的硫含量极低，内燃方式烧结砖坯，不产生任何粉尘，排放的气体十分洁净。

一次码烧热循环隧道窑8配有2#风机13、3#风机14、4#风机15，对热循环隧道窑8进行窑内气体回流换热循环，提高一次码烧热循环隧道窑8的热效率。

Claims (10)

1、一种利用了粉煤灰、煤矸石自身含有热能资源和矿物资源，经过预处理的粉煤灰、煤矸石在一次码烧热循环隧道窑内，依靠自有的热能进行内燃烧结，烧结成建筑墙体砖，烧结所产生的热能被引入烘干机，将电石泥烘干为氧化钙细粉的方法。其特征在于粉煤灰、煤矸石利用自身所含的热能，在一次码烧热循环隧道窑内烧结成建材，烧结产生的热能从隧道窑的高温焙烧带被引入烘干机，烘干电石泥，离开烘干机的气体含有余热，回到隧道窑的低温干燥带对砖坯进行排潮，一次码烧热循环隧道窑和烘干机组合使用并形成窑外热循环关系，能同时100％减量化、无害化、资源化利用处理多种工业废渣，生产建材和化工产品，不产生二次污染。

2、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于烘干电石泥所需的热能，全部来自于粉煤灰、煤矸石在隧道窑内的高温烧结过程中产生，隧道窑外供的热能是烘干机工作烘干电石泥的必要热工条件，旋窑烘干机高位安装，高度高于隧道窑顶，进料口高，出料口低，出料口是热烟的进口，进烘干机的烟温400℃至850℃，出烘干机的气温100℃至400℃，烘干机既可与一次码烧热循环隧道窑连体，也可分开布置。

3、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于坯料只要满足热值要求和化学配比要求就能采用，煤矸石、粉煤灰、页岩、污水处理厂的污泥、洗煤厂的煤泥、陈腐的生活垃圾、劣质煤含大量有机质，可调整坯料的热值；粘土、各种炉渣、页岩等含大量Si、Al，适宜调整坯料的配比，坯料可以是一种，也可由几种配成，煤矸石可以来自煤矿，也可以来自洗煤厂，粘土可以来自建筑工地的基础挖掘。

4、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于煤矸石由破碎机破碎后，配入粉煤灰，经由粉碎机风选粉碎、对滚机对滚掺和、搅拌机均匀搅拌、真空挤坯成型机成型，然后由自动码坯机将坯料码上窑车，最后顶车机将窑车顶入热循环隧道窑烧结成建材；砖坯经过一次码烧热循环隧道窑的排潮带、低温干燥带、中温干燥带、高温焙烧带、保温带，由粉煤灰或煤矸石组成的坯料，在高温焙烧带以1050℃的高温，以氧化气氛进行内燃烧结，其过程几乎静态、十分稳定、非常洁净，具有烧结时间长、温度高、氧化充分、燃烧完全等特点，燃烧时源源不断地向外提供热能。

5、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于入厂的工业废渣100％减容，一次码烧热循环隧道窑不需要其他燃料，粉煤灰内没有硫的化合物，烟气中的硫含量极低，内燃方式烧结砖坯，不产生任何粉尘，燃烧干净彻底，烟气洁净，引自隧道窑高温焙烧带进入烘干机的高温气体不含任何飞灰，比燃煤炉的烟气洁净，烘干物不会被污染，不需要其他环保设施，“零污染”生产，无任何三废产生。

6、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于一次码烧热循环隧道窑和烘干机之间存在热循环关系，隧道窑向烘干机提供热能，出烘干机的热气返回隧道窑的干燥带为砖坯排潮，一次码烧热循环隧道窑的顶部和二侧有多重互不相通的空心夹层，夹层内流通干净烟气和水汽，隧道窑有多个通过风机进行的窑内气体回流换热循环。

7、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于隧道窑点火后不需要燃料，依靠坯料内的热能连续365天不间断内燃，而烘干机有物料就工作，无料时就停，不受烘干量的限制；烘干机不工作时，隧道窑多余的热量可通入窑外的余热锅炉生产蒸汽，也可以加强窑内的换热循环，增加建材的产量；含水90％的电石泥浆可以由管道输送到现场，先由旋流脱水机和离心脱水机脱水后再进烘干机烘干，电石泥浆也可以先在乙炔厂进行固液分离，再由车辆运到现场进烘干机烘干，进烘干机物料的初水分低于30％，出烘干机物料的终水分为1％至10％。

8、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于坯料在热循环隧道窑内，可以随着烧成品的不同进行一次码烧或多次烧成，可以素烧也可以釉烧；除了生产标准砖、空心砖，对物料配比、成型、烧成工艺进行调整，还能烧制彩瓦、釉面砖、工艺陶器等上百种烧成品，增加产值；被烘干的物料除了电石泥，还有各种矿物、化工合成品、环保副产品；如果不烘干物料，配备余热锅炉可产蒸汽用于工业生产或居民生活。

9、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于生产线可以建在任何地方，如氯碱化工厂、乙炔厂、煤矿、火电厂、供热厂、洗煤厂、垃圾焚烧厂、垃圾填埋场、水处理厂，凡是能提供相应物料的地方都适合建厂。

10、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于由一次码烧热循环隧道窑烧制的标准砖、空心砖等各种墙体砖的强度，优于国家颁布的粘土砖的强度标准。