CN206817962U - 水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶塑料的装备 - Google Patents

Abstract

水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶塑料的装备，包括煤粉燃烧器、废弃物燃料旋流燃烧器、锁风喂料器、高压风机、计给料器、废弃物燃料仓、输送机Ⅰ、均质机、计给料泵、催化裂解氧化剂储罐。本装备简单，并有相对成熟的设备可供选用，废旧轮胎/废塑料作为替代燃料利用成本低，经济性好，便于推广；可有效减少废旧轮胎/废塑料对环境的污染，及减少废旧轮胎/废塑料再利用加工过程中的能源消耗和环境污染，利于环保；为水泥企业利用废旧轮胎/废塑料作为窑头的替代性燃料提供了一种经济而实用的新装备，利于水泥企业节能减排和降本增效。

Description

水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶塑料的装备

技术领域

本实用新型涉及环保装备技术领域，具体涉及一种干法水泥生产线水泥窑头催化裂解和催化燃烧废旧橡胶塑料的装备。

背景技术

当前，我国水泥的实际产能达45亿吨，人均约3吨，占世界水泥总产能比例逾60%，且水泥生产是公认的高能耗高污染行业，采用生物质燃料替代部分化石燃料是实现碳减排的必然趋势。但众所周知的是，水泥窑生产熟料系统的核心是烧好两把火，即烧好窑头一把火和分解炉一把火，其中熟料的烧成质量更取决于窑头一把火，因为普通硅酸盐熟料的烧成温度是1450℃，即回转窑窑内烧成带翻滚的物料温度需要达到1450℃，这要求窑头燃料燃烧的火焰温度达到1700℃以上，且需氧化性气氛才能不产生还原熟料。而目前，在利用废旧轮胎作为窑炉替代燃料方面，主要集中在利用废旧轮胎替代燃煤用于锅炉发电、烧石灰、高炉转炉炼铁及水泥窑。其中水泥窑使用废旧轮胎作为替代燃料，其方法可概括为三种：方法一是，将废旧轮胎以整体投入回转窑窑头内或回转窑中部内或分解炉底部逐步燃尽，燃烧速度慢，热效率低，产生强还原气氛，熟料质量波动，通常是带预热焙烧炉和预热窑的釆用整体废旧轮胎作替代燃料使用，一般通过预煅烧炉底部区域的一个特制的门喂入。方法二是，将废旧轮胎加工切成碎片从窑头煤粉燃烧器（喷煤管）的下方投入回转窑内落在熟料上燃烧（会对熟料产生强还原效应）、或从窑尾预分解炉的锥部投入或从窑尾烟室投入（粉料中）燃烧，其燃烧速度偏慢，燃烧温度相对偏低，窑头易产生强还原气氛，影响熟料质量，且达到同样烧成温度需要更多的能源，热效率偏低，不能产生煤粉和橡胶相同热值的等效效果，再者，客观上落在熟料上燃烧易形成还原气氛产生还原熟料，从窑尾烟室或分解炉锥部投入造成预分解炉锥部至烟室易结皮，对窑系统工况存在事实上的影响。方法三是，将废旧轮胎粉碎为细小的橡胶粒或橡胶粉，利用与回转窑的窑头煤粉燃烧器并列设置的处于煤粉燃烧器下方的另一根喷嘴，向回转窑内吹送橡胶粒料或橡胶粉，该方法可让细小的橡胶粒或橡胶粉燃烧速度较快，燃烧温度较高，可替代部分头煤，但一则加工成胶粉能耗高，二则易造成严重的还原气氛，产生还原料，影响熟料烧成质量，因为旋转的回转窑依不同规模其直径有限（直径3m至5m不等），当前日产1万吨熟料的回转窑的半径也仅2.5m，而公知的窑头燃烧器（喷燃管）是安装在窑的中心线或中心偏料的位置，以强化热辐射强度强化煅烧，处于窑头燃烧器（喷燃管）下方的一根喷嘴离回转窑内翻滚的物料距离更近，吹送入窑内的细小的橡胶粒或橡胶粉来不及在空中升温燃烧就落入了翻滚的高温物料上，在物料中和物料上产生强还原料气氛，且燃烧效率仍较低，。事实上，当前，即便是波兰、乌克兰等大量利用废旧轮胎等作为水泥生产替代燃料的水泥厂，尽管采用了废旧轮胎塑料等可以做到大幅替代燃煤，但由于现有技术方法和装备问题，其烧成熟料使用替代燃料的热耗实际上大于使用煤粉的热耗，相同的热值不能产生等效的效果，一方面热效率偏低造成了浪费，另一方面，要替代一定的煤粉或燃油因需更多的消耗废旧轮胎量，经常导致带入的氧化锌过多而影响熟料的凝结时间和强度，且未找到解决办法只能以经验教训确定最大替代量。

而在废塑料（包括热硬性塑料如酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、不饱和聚脂树脂等和热塑料如PE、PP、PVC、PS、PET、ABS、PC等，其中PVC占有较大比例）作为窑炉替代燃料方面，国内外的研究与应用虽已十分广泛，但可以总结概括为如下四类技术方法。

第一类方法，是将分选剔除含氯塑料的废塑料或采用热裂解脱氯的废塑料粉碎成塑料粉末（一般粉碎至1mm以下）喷入窑炉内直接燃烧。该方法在国内外应用最为广泛，如《中国建材》（2001年第7期）《用废塑料代燃料烧成水泥》及《四川水泥》（2001年第5期）《水泥烧成利用废塑料的最新技术》介绍了三河小野田水泥公司以重油为燃料回转窑烧制水泥生产线上试烧废塑料的技术开发情况，利用高热值>7900kcal/kg废塑料，先将废塑料进行脱氯处理（一般采用300℃常压加热裂解脱氯回收盐酸工艺），将废塑料氯含量降至0.6%，然后粉碎至1mm以下，在烧油的同时，以设置于喷油管燃烧器下方的废塑料专用吹入管式燃烧器从窑头吹入回转窑内，为最大限度的减轻窑头的还原气氛，其筛选出大于1mm的塑料粉则喷入窑尾烟室及分解炉下端（即分解炉锥部）内燃烧，其主燃料油可减少40%。但该方法一是耗能，二是废塑料的脱氯工艺复杂易产生二次污染，三是脱氯处理废塑料中大量的塑化剂亦会挥发，浪费了废塑料中的能源，且提高了利用成本，四是须将塑料粉磨至粒径1mm以下的颗粒才能不产生强还原气氛及还原熟料，粉磨电耗过高，无补贴一般企业难以承受。

第二类方法，是将分选后不含氯的废塑料破碎直接送入高温水泥回转窑内燃烧。如《中国资源综合利用》（2002/10）《用废塑料作水泥窑燃料之技术》，介绍了一种使用不含卤族元素（氟、氯、溴、碘、砹）的热塑料废塑料用作水泥窑燃料的方法，将含氯等卤元素的废塑料分选去掉，块状塑料粉碎至粒径20mm以下、片状粉碎至30mm以下，利用并列设置于回转窑的窑头煤粉燃烧器下方的另一根喷嘴，向回转窑内吹送粉碎的块状废塑料，如日本德山水泥厂（原年耗煤约30万吨）的3条水泥生产线一直以此技术利用不含卤元素的废塑料作燃料化技术，其3条水泥生产线使用平均热值为7500kcal/kg且不含卤素废塑料的最大年消耗废塑料量可达10万吨。但该方法因窑内产生强还原气氛影响熟料质量，也因为强还原性气氛对窑系统工况的严重影响问题而妨碍了替代燃料量的进一步提高，且其燃烧速度仍偏低、热效率偏低，另一方面，仍必需将废塑料中大量的含氯塑料分选去掉。事实上，当前业界从利废成本的角度，一致认为废塑料的分类收集是降低废塑料再生利用的关键，如能将含氯废塑料分类回收，大部分废塑料可简化脱氯工序，大幅降低再生利用的成本。

第三类方法，是将废塑料粉碎后或废塑料粉碎后与其他材料混合压制成燃料块后，以压制成型的燃料块送入窑炉内燃烧。但该方法制成型燃料块客观上能耗偏高、存在二次污染，且使用过程中燃烧速度偏慢、二次污染问题大多难以处理，用之于水泥窑因强还原对工况影响问题数量有限，且其燃烧速度慢、热效率低。

第四类方法，是将废塑料作为熔核燃料和煤混合用于窑炉燃烧，即先将废塑料通过电加热膜加料熔融和熔化形成所谓的压缩塑料，再将熔融的压缩塑料切割成熔核，然后，将切片塑料熔核和煤混合用于窑炉燃烧。但该方法除加工较复杂、能耗偏高外，且其加工与焚烧释放问题仍有待研究和解决，若用之于水泥窑因强还原对工况影响问题数量有限，且其燃烧速度慢、热效率低。

另一方面，众所周知的，在废弃塑料及废旧轮胎的热裂解和催化裂解的研发应用技术已应用广泛，专业装备对废弃塑料及废旧轮胎的热裂解和催化裂解因耗能并造成严重的二次污染，但热裂解尤其是高温催化裂解具有高效快速的优势，裂解产物亦具有极好的燃烧性能。其次，公知的催化燃烧尤其是高温催化氧化燃烧技术较常规的燃烧技术具有极大的优势且具有显著的提高热效率的特点，但在废旧轮胎/废塑料等作为替代燃料应用于水泥生产方面，至今未见任何将高温催化裂解和催化氧化燃烧直接结合用于水泥窑头的研究和实践。

众所周知，水泥生产是高耗能高污染企业，当前的水泥生产需要消耗大量的燃煤，以替代性燃料解决水泥生产所需的燃煤，一直是本行业科技工作者关注和研究的重要课题。如何高效解决好水泥生产中的替代性燃料尤其是水泥窑窑头用替代性燃料的高效利用问题，并最大限度地利用废旧轮胎/废塑料资源、降低废旧轮胎/废塑料利用的加工能耗和成本，迫切需要一种全新的技术方法与装备系统使之可有效高效替代干法水泥生产线回转窑窑头一把火的部分头煤，而不影响窑系统生产工况及熟料质量。

实用新型内容

为解决背景技术中的问题，本实用新型提供一种成本低、结构简单、不影响窑系统产能和熟料质量的水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶塑料的装备。

本实用新型采用的技术方案是：

水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶塑料的装备，包括煤粉燃烧器、废弃物燃料旋流燃烧器、锁风喂料器、高压风机、计给料器、废弃物燃料仓、输送机Ⅰ、均质机、计给料泵、催化裂解氧化剂储罐，所述计给料泵通过不同的管道与催化裂解氧化剂储罐的出口、均质机的雾化喷淋进液管相连通，所述输送机Ⅰ的卸料端和入料端分别与废弃物燃料仓的进料口、均质机的卸料口相连，所述废弃物燃料仓的底部出料口与计结料器相连，所述计结料器与锁风喂料器相连，所述锁风喂料器与废弃物燃料旋流燃烧器的进料口相连通，所述高压风机通过风管与废弃物燃料旋流燃烧器的进风口相连通，所述废弃物燃料旋流燃烧器与煤粉燃烧器平行设置，且废弃物燃料旋流燃烧器位于煤粉燃烧器的上方，废弃物燃料旋流燃烧器的旋流喷嘴伸入回转窑窑头的窑口内或置于窑口外，废弃物燃料旋流燃烧器的旋流喷嘴可于回转窑窑头的窑口内或窑口外移动。煤粉燃烧器的出口端伸入回转窑窑头的窑口内或置于窑口外。

进一步，还设有橡胶/塑料碎裂废弃物储仓、粉碎装置、输送机Ⅱ、输送机Ⅲ、配料给料装置，所述输送机Ⅲ的卸料端与粉碎装置的进料口相连，所述输送机Ⅱ的卸料端和入料端分别与橡胶/塑料碎裂废弃物储仓的进料口、粉碎装置的出料口相连，所述配料给料装置的卸料端和入料端分别与橡胶/塑料碎裂废弃物储仓的底部卸料口、均质机的进料口相连。

本实用新型以计给料泵抽取催化裂解氧化剂储罐中的催化裂解氧化剂喷洒至均质机内经粉碎的废塑料/废旧轮胎物料上，均质混合，将碎裂的废塑料/废旧轮胎物料均化改性处理为可在高温条件下高效催化裂解和催化氧化燃烧的改性废弃物燃料，改性废弃物燃料经输送机Ⅰ送入废弃物燃料仓中，废弃物燃料仓中的改性废弃物燃料经仓底部出料口的计结料器连续计量给料、再经锁风喂料器连续送入废弃物燃料旋流燃烧器内，经高压风机鼓入废弃物燃料旋流燃烧器内的高压风推送高速旋转冲入回转窑窑头内，并借下面的煤粉燃烧器产生的高速煤粉流燃烧产生的膨胀性火焰流的作用使废弃物燃料悬浮于回转窑窑头内中上部空间，防止废弃物燃料直接落入窑内物料中产生强还原作用，利用回转窑内1300℃以上（1600-2000℃）的托底温度场，实现改性废弃物燃料于回转窑窑头内的悬浮高效催化裂解和高效催化氧化燃烧，改性废弃物燃料于回转窑窑头内悬浮高效催化裂解和高效催化氧化燃烧产生的热量直接供给回转窑内水泥物料的煅烧。

本实用新型针对废旧轮胎/废塑料高聚物材料的成份特点和燃烧特性，结合考虑橡胶/塑料高聚合材料的高温催化裂解条件、及高温催化氧化燃烧的条件，协同利用高温催化裂解和高温催化氧化燃烧的优势，将能有效促进高温催化裂解和高温催化氧化的物质直接吸附于碎裂的废旧轮胎/废塑料碎裂块物料上，对废旧轮胎/废塑料碎裂物进行改性处理。针对橡胶塑料易受热产生熔融粘结的缺陷，以废弃物燃料旋流燃烧器高压旋流推力高速旋转送入回转窑窑头内的上部空间，利用平行设置于下面的煤粉燃烧器产生的高速煤粉流燃烧产生的膨胀性火焰流的作用使废弃物悬浮于回转窑窑头内中上部空间，防止废弃物燃料直接落入窑内物料中产生强还原作用，利用回转窑窑头内高达1600-2000℃的托底温度场，实现改性废弃物燃料于回转窑窑头内的悬浮高效催化裂解（爆射出大量的乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、甲烷、烷烃、芳烃等易燃性气体）和高效催化氧化燃烧，解决好废旧轮胎/废塑料碎块物料的高温催化快速裂解和高温催化快速氧化燃烧问题，使之能高热效率的大量用作水泥窑头用替代性燃料。

本实用新型的显著效果：

1）装备简单，并有相对成熟的设备可供选用，废旧轮胎/废塑料作为替代燃料利用成本低，不影响窑系统工况、不会造成熟料产量损失，经济性好，便于推广。

2）可有效减少废旧轮胎/废塑料对环境的污染，及减少废旧轮胎/废塑料再利用加工过程中的能源消耗和环境污染，利于环保。

3）为水泥企业利用废旧轮胎/废塑料作为窑头的替代性燃料提供了一种经济而实用的新装备，利于水泥企业节能减排和降本增效。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所示水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶塑料的装备结构示意图；

图2为本实用新型实施例2所示水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶塑料的装备结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

参照图1，水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶或塑料的装备，包括煤粉燃烧器2、废弃物燃料旋流燃烧器3、锁风喂料器4、高压风机5、计给料器6、废弃物燃料仓7、输送机Ⅰ8、均质机9、计给料泵10和催化裂解氧化剂储罐11，所述计给料泵10通过不同的管道与催化裂解氧化剂储罐11的出液口、均质机9的雾化喷淋进液管相连通，所述输送机Ⅰ8的卸料端和入料端分别与改性废弃物燃料仓7的进料口、均质机9的卸料口相连，所述废弃物燃料仓7的底部出料口与计结料器6相连，所述计结料器6与锁风喂料器4相连，所述锁风喂料器4与废弃物燃料旋流燃烧器3的进料口相连通，所述高压风机5通过风管与废弃物燃料旋流燃烧器3的进风口相连通，所述废弃物燃料旋流燃烧器3与煤粉燃烧器平行设置，且废弃物燃料旋流燃烧器3位于煤粉燃烧器2的上方，废弃物燃料旋流燃烧器3的旋流喷嘴伸入回转窑1窑头的窑口内或置于窑口外，废弃物燃料旋流燃烧器3的旋流喷嘴可于回转窑1窑头的窑口内或窑口外移动。煤粉燃烧器2的出口端伸入回转窑1窑头的窑口内或置于窑口外。

催化裂解氧化剂储罐11中装有催化裂解氧化剂。所述催化裂解氧化剂为现有催化剂，如市售的高铁酸锂、重铬酸铵、偏钒酸铵、高氯酸镍、硝酸铜、硝酸铈等的复合物及湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司的ZC系列催化裂解氧化剂等。

均质机9为现有设备，均质机9内装有已粉碎的废塑料/废旧轮胎物料。

锁风喂料器4为现有设备，用于物料的连续布送。废弃物燃料旋流燃烧器3为现有设备。

工作时，计给料泵10抽取催化裂解氧化剂储罐11中的催化裂解氧化剂喷洒至均质机9内经粉碎的废塑料/废旧轮胎物料上，均质混合，将碎裂的废塑料/废旧轮胎物料均化改性为可在高温条件下高效催化裂解和催化氧化燃烧的改性废弃物燃料，改性废弃物燃料经输送机Ⅰ8送入废弃物燃料仓7中，废弃物燃料仓7中的改性废弃物燃料经仓底部出料口的计结料器6连续计量给料、再经锁风喂料器4连续布送入废弃物燃料旋流燃烧器3内，经高压风机5鼓入废弃物燃料旋流燃烧器3内的高压风推送高速旋转冲入回转窑1窑头内，并借助下面的煤粉燃烧器2产生的高速煤粉流燃烧产生的膨胀性火焰流的作用使废弃物燃料悬浮于回转窑1窑头内中上部空间，防止废弃物燃料直接落入窑内物料中产生强还原作用，利用回转窑1窑头内1300℃以上（1600-2000℃）的托底温度场，实现改性废弃物燃料于回转窑1窑头内的悬浮高效催化裂解和高效催化氧化燃烧，改性废弃物燃料于回转窑1窑头内的悬浮高效催化裂解和高效催化氧化燃烧产生的热量直接供给回转窑窑头内水泥物料的煅烧。

实施例2：

参照图2，水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶或塑料的装备，包括煤粉燃烧器2、废弃物燃料旋流燃烧器3、锁风喂料器4、高压风机5、计给料器6、废弃物燃料仓7、输送机Ⅰ8、均质机9、计给料泵10、催化裂解氧化剂储罐11、配料给料装置12、塑料/橡胶碎裂废弃物储仓13、输送机Ⅱ14、粉碎装置15和输送机Ⅲ16，所述输送机Ⅲ16的卸料端与粉碎装置15的进料口相连，所述输送机Ⅱ14的卸料端和入料端分别与塑料/橡胶碎裂废弃物储仓13的进料口、粉碎装置15的出料口相连，所述配料给料装置12分别与塑料/橡胶碎裂废弃物储仓13的底部卸料口、均质机9的进料口相连，所述计给料泵10通过不同的管道与催化裂解氧化剂储罐11的出液口、均质机9的雾化喷淋进液管相连通，所述输送机Ⅰ8的卸料端和入料端分别与改性废弃物燃料仓7的进料口、均质机9的卸料口相连，所述废弃物燃料仓7的底部出料口与计结料器6相连，所述计结料器6与锁风喂料器4相连，所述锁风喂料器4与废弃物燃料旋流燃烧器3的进料口相连通，所述高压风机5通过风管与废弃物燃料旋流燃烧器3的进风口相连通，所述废弃物燃料旋流燃烧器3与煤粉燃烧器平行设置，且废弃物燃料旋流燃烧器3位于煤粉燃烧器的上方，废弃物燃料旋流燃烧器3的旋流喷嘴伸入回转窑1窑头的窑口内或置于窑口外，废弃物燃料旋流燃烧器3的旋流喷嘴可于回转窑窑头的窑口内或窑口外移动。煤粉燃烧器2的出口端伸入回转窑1窑头的窑口内或置于窑口外。

粉碎装置为现有设备。

工作时，将废塑料/废旧轮胎通过输送机Ⅲ16送入粉碎装置15粉碎为尺寸1～50mm的物料，粉碎后的物料以输送机Ⅱ14送入塑料/橡胶碎裂废弃物储仓13，经塑料/橡胶碎裂废弃物储仓13底部的配料给料装置12配料后送入均质机9，在均质混合的同时，以计给料泵10抽取催化裂解氧化剂储罐11中的催化裂解氧化剂喷洒至均质机9内的物料上，均质混合，将碎裂的废塑料/废旧轮胎物料均化改性为可在高温条件下高效催化裂解和催化氧化燃烧的改性废弃物燃料，改性废弃物燃料经输送机Ⅰ8送入废弃物燃料仓7中，废弃物燃料仓7中的改性废弃物燃料经仓底部出料口的计结料器6连续计量给料、再经锁风喂料器4连续布送入废弃物燃料旋流燃烧器3内，经高压风机5鼓入废弃物燃料旋流燃烧器3内的高压风推送高速旋转冲入回转窑窑头1内，并借助下面的煤粉燃烧器产生的高速煤粉流燃烧产生的膨胀性火焰流的作用使废弃物燃料悬浮于回转窑1窑头内中上部空间，防止废弃物燃料直接落入窑内物料中产生强还原作用，利用回转窑1窑头内1300℃以上（1600-2000℃）的托底温度场，实现改性废弃物燃料于回转窑1窑头内的悬浮高效催化裂解和高效催化氧化燃烧，改性废弃物燃料于回转窑1窑头内的悬浮高效催化裂解和高效催化氧化燃烧产生的热量直接供给回转窑内水泥物料的煅烧。

Claims (2)

1.水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶塑料的装备，其特征在于，包括煤粉燃烧器、废弃物燃料旋流燃烧器、锁风喂料器、高压风机、计给料器、废弃物燃料仓、输送机Ⅰ、均质机、计给料泵、催化裂解氧化剂储罐，所述计给料泵通过不同的管道与催化裂解氧化剂储罐的出口、均质机的雾化喷淋进液管相连通，所述输送机Ⅰ的卸料端和入料端分别与废弃物燃料仓的进料口、均质机的卸料口相连，所述废弃物燃料仓的底部出料口与计结料器相连，所述计结料器与锁风喂料器相连，所述锁风喂料器与废弃物燃料旋流燃烧器的进料口相连通，所述高压风机通过风管与废弃物燃料旋流燃烧器的进风口相连通，所述废弃物燃料旋流燃烧器与煤粉燃烧器平行设置，且废弃物燃料旋流燃烧器位于煤粉燃烧器的上方，废弃物燃料旋流燃烧器的旋流喷嘴伸入回转窑窑头的窑口内或置于窑口外，煤粉燃烧器的出口端伸入回转窑窑头的窑口内或置于窑口外。

2.根据权利要求1所述的水泥窑窑头催化裂解燃烧废弃橡胶塑料的装备，其特征在于，还设有橡胶/塑料碎裂废弃物储仓、粉碎装置、输送机Ⅱ、输送机Ⅲ、配料给料装置，所述输送机Ⅲ的卸料端与粉碎装置的进料口相连，所述输送机Ⅱ的卸料端和入料端分别与橡胶/塑料碎裂废弃物储仓的进料口、粉碎装置的出料口相连，所述配料给料装置的卸料端和入料端分别与橡胶/塑料碎裂废弃物储仓的底部卸料口、均质机的进料口相连。