一种悬浮态煅烧煤矸石的生产系统的制作方法[0002]煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废弃物。中国2012年原煤产量达到36.5亿吨，煤矸石产生量约6.8亿吨(中华人民共和国国家统计局。中华人民共和国2012年国民经济和社会发展统计公报[EB/0L].[2013-02-22].http: //news, xinhuanet.com/politics/2013-02/23/c_114772758.htm)，2012 年煤矸石综合利用率仅为 62.2% (中华人民共和国国家发展和改革委员会.中国资源综合利用年度报告(2012KEB/0L].[2013-04-09].http://district, ce.cn/zt/zlk/bg/201304/09/t20130409_24275052_3.shtml)。现有的煤矸石综合利用技术，无论是否从煤矸石中提取煤炭、硫铁矿等有价值的成分，都面临尾渣的加工处理和利用问题。利用尾渣的潜在胶凝性将其作为水泥混合材及混凝土掺合料，已成 为资源化利用废弃物的有效措施。尾渣矿物成分具有相对稳定的化学结构，化学反应活性很低。煤矸石的活化是将其中的粘土矿物结晶相(高岭石、蒙脱石和伊利石)在700~900°C受热分解破坏，变成无定形的非晶体，该状态的煤矸石尾渣具有火山灰活性。[0003]微波加热有即时性、整体性、选择性特征，能量利用上有高效、加热安全、卫生、无污染的独特优势，微波辐照加热活化煤矸石是煅烧工艺发展的一条崭新的路子。煤矸石中主要成分SiO2是不吸收微波的非极性物质，需加入一定量的强吸收微波的物质与煤矸石粉混合，利用强吸收微波物质(煤粉、MnO2、焦炭)吸收微波迅速升温，通过接触传递热和微波能量输入两种方式使物料温度迅速升高，实现煅烧活化煤矸石的目的，该工艺复杂、生产成本高。以微波加热煅烧活化煤矸石，由于微波对煤矸石矿物的作用机理研究不足，微波加热设备有一定的缺陷，外围设备的衔接有一定的问题，该技术在工业生产中的应用还未见报道。[0004]燃料燃烧产生热量传递给煤矸石使其分解活化是当前的主导生产方式。现有煤矸石煅烧活化的工艺技术，按煤矸石物料在热气流中分散状态分为两大类:堆积态煅烧、悬浮态煅烧。堆积态煅烧一般用粒状或块状煤矸石，以堆积状态处于煅烧窑炉中。因大粒度物料为堆积状态，且煤矸石物料的热传导系数低，不仅存在物料与热气流之间换热面积小，换热效率低的问题，而且煤矸石物块内外温差大，料块外部过烧、内部欠烧，严重地影响产品质量。[0005]悬浮态煅烧是用粉状煤矸石物料(一般80 μ m筛余为10%)分散在悬浮态热气流中，“预分解窑旁路放风与煤矸石脱水工艺”专利【专利号CN1718556】，以水泥熟料预热预分解窑旁路放风产生的高温烟气为热源，在烟气管道内加热粉状煤矸石煅烧活化，该技术充分利用水泥熟料窑炉外排废气的热源，具有运行成本低、单次煅烧煤矸石产量大的优点，但该生产工艺有以下先天缺陷:(1)旁路放风只是降低窑中硫、碱、氯含量而采取的特定措施，窑系统正常时不会进行该步操作，煤矸石煅烧系统没有稳定供应的热源，不能保证煅烧煤矸石的连续生产。(2)煅烧工艺设施上是将常温物料直接投入到900°C热烟气中直接煅烧，无多级预热分离装置，煅烧煤矸石后外排的废烟气温度高，系统热效率利用低。(3)生产运行过程需要900°C的烟气，旁路放风烟气温度一般为1250°C，兑入冷空气降温不利于烟气热量的利用。煤矸石煅烧工艺不仅有上述先天缺陷，而且旁路放风只有当窑系统的气流中硫、碱、氯含量很高时外排，放风烟气中硫、碱、氯有害成分在煅烧煤矸石时冷凝在煤矸石颗粒表面，影响煅烧煤矸石产品的质量。未见该技术工业生产中应用的报导。[0006]“一种活化煤矸石的制备方法及系统”专利【专利号CN101456690A】，提出以新型干法水泥窑系统的高温烟气为热源，物料经一级悬浮预热一悬浮分解煅烧(收集)一二级旋风筒冷却，该悬浮煅烧工艺方案由3部分构成。即粉末状煤矸石经过一级悬浮预热，进入分解炉煅烧脱水分解，由旋风筒收集后，经二级旋风冷却形成活化煤矸石产品。该生产工艺存在以下几点缺陷:(1)工作热源系统不合理。尽管能持续抽取水泥窑系统的高温烟气为热源，保证煅烧煤矸石生产的连续性，但该煅烧系统抽取热烟气破坏了水泥窑炉与预热预分解系统的工艺平衡，扰乱水泥煅烧系统的工艺操作。在分解炉底部喷入煤粉燃烧作为补充热源，预热预分解系统引出高温废气含氧量不足，不利于粉煤充分燃烧，而且在分解炉底部煤粉燃烧易形成炉渣，影响系统的正常运行。(2)预热系统不合理。经过一级旋风筒预热气体温度降低150-200°C，正常运行分解炉排出的烟气温度约为850°C，经过分离旋风筒降温50°C后，仅仅经过一级旋风筒与物料换热，排出废气温度为600~650°C，系统的热利用率低。(3)冷却系统操作性差，气流回收的热量利用效率低。二级旋风冷却系统采用鼓风机提供流体动力，在旋风筒内形成正压高温气体，物料容易从装置缝隙中喷出伤人。冷却物料得到高温气体未在系统中有效回收和利用，造成热量浪费。该技术的工业化生产应用也未见报导。综上所述，悬浮态煅烧活化煤矸石技术方案，物料与气流之间换热面积大，换热效率高，但没有切实可行的生产工艺系统。开发一整套先进、完整、可靠的悬浮态煅烧活化煤矸石的工艺技术，能高效、低成本地将煤矸石尾渣煅烧成高火山灰活性的产品，才能从根本上提高煤矸石的综合利用率。
[0007]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种悬浮态煅烧煤矸石的生产系统，利用粉状物料在悬浮态下换热面`积大、换热效率高的独特优势，使加工处理的物料预热、粘土矿物的分解煅烧及热料的冷却，这三道核心工艺过程都在悬浮状态下实现，能够大规模、高效、连续、稳定地生产加工高活性火山灰质煤矸石。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0009]一种悬浮态煅烧煤矸石的生产系统，包括:
[0010]向预热器定量、稳定地供应煤矸石粉料的原料准备与喂料子系统；
[0011]将物料在悬浮态下预热至设定温度并在分解炉中分解烧成的预热与分解炉煅烧子系统；
[0012]吸入冷空气将烧成物料在悬浮态下冷却，获得低温活化煤矸石的产品冷却与热量回收子系统；
[0013]将烧成物料冷却回收的热风，通入热风炉促进粉煤或流态化块煤燃烧，产生的高温气体供给预热与分解炉煅烧子系统的分解炉，该子系统为热风制备与供给子系统；[0014]为预热与分解炉煅烧子系统提供气流动力，并净化预热与分解炉煅烧子系统的全部废气以及热风制备与供给子系统排出的过剩气体的系统动力与废气净化子系统。
[0015]所述原料准备与喂料子系统包括上方设置有盛料斗11的一级变频调速给料机12，该变频调速给料机12的出料经斗式提升机17送入储料仓13。储料仓13底部出口设置二级变频调速给料机14，该变频调速给料机14出口接稳流仓15。二级变频调速给料机14依据稳流仓15内称重传感器的信号调节给料量大小，维持稳流仓15中的物料量，定量给料秤16定量稳定地给料，经主斗式提升机18和锁风刚性叶轮下料器19，将物料喂入预热与分解炉煅烧子系统。
[0016]所述预热与分解炉煅烧子系统主要设施包括四个旋风筒21~24和一个分解煅烧炉20。二级旋风筒22出风口通向一级旋风筒21进风口，汇入原料准备与喂料子系统的来料。一级旋风筒21的出料经锁风翻板阀FB1，汇入三级旋风筒23出风口至二级旋风筒22进风口的管道中。二级旋风筒22的出料经锁风翻板阀FB2，汇入四级旋风筒24出风口至三级旋风筒23进风口的管道中。三级旋风筒23的出料经锁风翻板阀FB3进入分解炉20的锥形底部，由分解炉20流出的含料气体进入到四级旋风筒24，在旋风筒内气料分离。四级旋风筒24的出料经锁风翻板阀FB4进入产品冷却与热量回收子系统，一级旋风筒21排出风进入系统动力与废气净化子系统。
[0017]所述预热与分解炉煅烧子系统中三级旋风筒23的出料温度不低于550°C，在分解煅烧炉20内粘土矿物分解率达98%以上，分解煅烧炉20温度控制约780°C。由分解煅烧炉20烧成的物料在四级旋风筒24内气料分离并收集，分解煅烧炉20采用天然气或煤气燃料。
[0018]所述产品冷却与热量回收子系统主要设施包括三个冷却旋风筒31~33和一个缓冲仓30。二级冷却旋风筒32出风口通向一级冷却旋风筒31进风口并汇入预热与分解炉煅烧子系统的来料。一级冷却旋风筒31气料分离出的热烟气从其内筒排出，作为热风制备与供给子系统的预热空气。一级冷 却旋风筒31的出料经锁风翻板阀FB5，汇入三级冷却旋风筒33出风口至二级冷却旋风筒32进风口的管道中。二级冷却旋风筒32的出料经锁风翻板阀FB6，与进入三级冷却旋风筒33冷风混合流入三级冷却旋风筒33。三级冷却旋风筒33收集的物料经锁风翻板阀FB7进入缓冲仓30，缓冲仓30内物料由锁风刚性叶轮下料器G2卸出至FU输送机SI送至成品库。
[0019]所述热风制备与供给子系统主要设施包括为物料冷却子系统提供动力的冷却引风机40和燃煤热风炉41。冷却引风机40出口的热风分为三路，第一路直接送入预热与分解炉煅烧子系统供分解煅烧使用；第二路进入燃煤热风炉41使煤粉或块煤燃烧，获得更高温度气体，然后再送入预热与分解炉煅烧子系统供分解煅烧使用；第三路为剩余气体，送至系统动力与废气净化子系统进行净化处理后排空。
[0020]所述系统动力与废气净化子系统主要设施包括两台引风机51、53和一台布袋除尘器52。预热与分解炉煅烧子系统排出的烟气进入系统引风机51，与热风制备与供给子系统排出的剩余热风，一起进入布袋除尘器52净化处理。净化后的气体由除尘风机53引向烟囱54排空；除尘器52收集的物料由FU输送机S2送至储料仓13。
[0021]与现有技术相比，本发明的 有益效果是:(I)与现有堆积态煅烧煤矸石技术相比，本发明采用粉状物料悬浮态预热、分解煅烧和冷却，具有换热速率快、生产效率高的优点。其次，能有效地回收粉状高温烧成料中的热量，重新用于新加入料的预热和分解，这样生产的煤矸石产品和排出废气的温度低，系统的热效率高。再者，煅烧加工细颗粒物料形成的活化煤矸石粉料活性高，产品质量均匀、稳定。(2)与现有未实现工业化的悬浮态煅烧煤矸石技术相比，本发明提供了一套完整、可靠、实用、热效率高的悬浮态煅烧煤矸石工艺方法。本发明包含原料准备与喂料、预热与分解炉煅烧、产品冷却与热量回收、热风制备与供给、系统动力与废气净化五个子系统，相互连接组成可独立地连续运行的完整生产工艺系统，不要求依附于其它工业加工过程的生产运行(如，水泥熟料煅烧)，具有工艺完整、实用可靠的优势。本发明采用三级悬浮态预热、悬浮分解煅烧和三级悬浮态冷却加工处理工艺，并将冷却回收的热气体返回到热风炉燃烧，一级旋风预热器排出的废气温度不超过180°C，冷却后的产品温度不超过120°C，系统的热效率高。



[0022]图1是本发明结构示意图。

[0023]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0024]如图1所示，本发明一种悬浮态煅烧煤矸石的生产系统，包括原料准备与喂料子系统1、预热与分解炉煅烧子系统I1、产品冷却与热量回收子系统II1、热风制备与供给子系统IV以及系统动力与废气净化子系统V。
[0025]其中，原料准备与喂料子系统I包括上方设置有盛料斗11的一级变频调速给料机12，该变频调速给料机12的出料经斗式提升机17送入储料仓13，储料仓13底部出口设置二级变频调速给料机14，该变频调速给料机14出口接稳流仓15，定量给料秤16向主斗式提升机18定量稳定地给料。
[0026]原料准备与喂料子`系统I作用是向预热器定量、稳定地供应煤矸石粉料，其工艺过程:装载机从煤矸石原料堆场10铲取物料送到盛料斗11中，盛料斗11底部的一级变频调速给料机12调节料量经斗式提升机17，进入到储料仓13中。二级变频调速给料机14依据稳流仓15称重传感器的信号调节给料量大小，维持稳流仓15中的物料量。定量给料秤16定量稳定地给料，经主斗式提升机18和锁风刚性叶轮下料器19，将物料喂入预热与分解炉煅烧子系统II。
[0027]预热与分解炉煅烧子系统II主要设施包括四个旋风筒21~24和一个分解煅烧炉20。二级旋风筒22出风口通向一级旋风筒21进风口，汇入原料准备与喂料子系统的来料，一级旋风筒21的出料口经锁风翻板阀FB1，汇入三级旋风筒23出风口至二级旋风筒22进风口的管道中。二级旋风筒的出料经锁风翻板阀FB2，汇入四级旋风筒24出风口至三级旋风筒23进风口的管道中。三级旋风筒23的出料锁风翻板阀FB3进入分解炉20的锥形底部，由分解炉20流出的含料气体进入到四级旋风筒24，在旋风筒内气料分离。四级旋风筒24的出料经锁风翻板阀FB4进入产品冷却与热量回收子系统III，一级旋风筒21排出风进入系统动力与废气净化子系统IV。
[0028]预热与分解炉煅烧子系统II的作用是在悬浮态下经三级预热后物料温度不低于550°C，在分解炉中分解烧成，物料经三级旋风预热和U形分解炉煅烧，由旋风筒分离收集烧成的物料。其工艺过程:由原料准备与喂料子系统I喂入物料于二级旋风筒22出风口至一级旋风筒21进风口热气流管道中，在热气体管道中热气流向冷物料传热，气固混合物上升进入一级旋风筒21，经过一级旋风筒21离心分离作用进行气料分离。分离出的烟气从一级旋风筒21的内筒排出，进入到系统动力与废气净化子系统V，烟气温度不超过180°C，系统外排温度低，热利用率高；物料在一级旋风筒21底部收集，经锁风翻板阀FBl喂入三级旋风筒23出风口至二级旋风筒22进风口的热气流管道中。
[0029]一级换热后的物料在管道内与高温气流进行第二次热交换，进入二级旋风筒22进行气料分离。分离出的烟气从二级旋风筒22的内筒排出进入一级旋风筒21 ;物料在二级旋风筒22底部收集，经锁风翻板阀FB2喂入四级旋风筒24出风口至三级旋风筒23入风口的热气流管道中。二级换热后的物料在管道内与高温气流进行第三次热交换，进入三级旋风筒23进行气料分离。分离出的烟气从三级旋风筒23的内筒排出进入二级旋风筒22 ；物料在三级旋风筒23底部收集，经锁风翻板阀FB3从U形分解煅烧炉20锥形底部喂入。
[0030]干煤矸石活化煅烧理论热耗是331~364kJ/kg，约为硅酸盐水泥熟料理论热耗(1758kJ/kg)的1/5，煤矸石活化煅烧温度低(一般不超过800°C)。若分解炉20以煤粉为燃料，分解炉20温度低粉煤不易燃烧，未完全燃烧的煤粉结渣堵塞分解炉20 ;若采用天然气或煤气作为分解炉的燃料，燃点低、温度控制灵活，而且需要的热量少，对燃料成本影响不大。物料在分解煅烧炉20中的停留时间不超过3s，烧成的煤矸石从分解煅烧炉20排出，随热烟气一起进入四级旋风筒24中分离出固体物料，经锁风翻板阀FB4，进入产品冷却与热量回收子系统III。
[0031]产品冷却与热量回收子系统III主要设施包括三个冷却旋风筒31~33和一个缓冲仓30。二级冷却旋风筒3 2出风口通向一级冷却旋风筒31进风口，汇入预热与分解炉煅烧子系统的来料。一级冷却旋 风筒31气料分离出的热烟气从其内筒排出，作为热风制备与供给子系统的预热空气。一级冷却旋风筒31的出料经锁风翻板阀FB5，汇入三级冷却旋风筒33出风口至二级冷却旋风筒32进风口的管道中。二级冷却旋风筒32的出料经锁风翻板阀FB6，与进入三级冷却旋风筒33冷风混合流入三级冷却旋风筒33。三级冷却旋风筒33收集的物料经锁风翻板阀FB7进入缓冲仓30，缓冲仓30内物料由锁风刚性叶轮下料器G2卸出至FU输送机SI送至成品库。
[0032]产品冷却与热量回收子系统III的作用是吸入冷空气将烧成物料在悬浮态下进行三级冷却，获得低温活化煤矸石产品以及热风制备与供给子系统IV的预热风源。其工艺过程:烧成的高温物料进入到产品冷却与热量回收子系统III的二级冷却旋风筒32出风口至一级冷却旋风筒31进风口的热气流管道中，物料在气流中第一次冷却，进入一级冷却旋风筒31进行气料分离。分离出的热烟气从一级冷却旋风筒31的内筒排出，作为热风制备与供给子系统IV的预热空气，冷却物料的热量回收到气流中，这些回收的热量直接或间接进入分解炉，热量全部被回收利用；一级冷却后的物料在一级冷却旋风筒31底部收集，经锁风翻板阀FB5喂入三级冷却旋风筒33出风口至二级冷却旋风筒32进风口的热风管道中。物料在气流管道内经第二次冷却，进入二级冷却旋风筒32进行气料分离。分离出的热烟气从二级冷却旋风筒32的内筒排出，通向一级冷却旋风筒31 ;二级冷却物料在二级冷却旋风筒32底部收集，经锁风翻板阀FB6喂入三级冷却旋风筒33入风口的热气流管道中，由阀门FMl调节产品冷却与热量回收子系统III的吸入冷空气量。物料在冷风气流管道内经第三次冷却，进入三级冷却旋风筒33进行气料分离。分离出的热烟气从三级冷却旋风筒33的内筒排出，进入二级冷却旋风筒32 ;三级冷却后的低温产品在三级冷却旋风筒33底部收集，经锁风翻板阀FB7喂入缓冲仓30中，由锁风刚性叶轮下料器G2卸料至FU输送机SI送至成品库，成品物料的温度不超过120°C。
[0033]热风制备与供给子系统IV主要设施包括为物料冷却子系统提供动力的冷却引风机40和燃煤热风炉41。冷却引风机40出口的热风分为三路，第一路直接送入预热与分解炉煅烧子系统供分解煅烧使用；第二路进入燃煤热风炉41使煤粉或块煤燃烧，获得更高温度气体，然后再送入预热与分解炉煅烧子系统供分解煅烧使用；第三路为剩余气体，送入系统动力与废气净化子系统V经净化处理后排空。
[0034]热风制备与供给子系统IV作用是向热风炉通入产品冷却与热量回收子系统III回收的冷却热风，使粉煤或流态化块煤燃烧，给子系统II的分解煅烧炉提供稳定的高温热风。其工艺过程是:FM2调节冷却引风机40的流量，冷却引风机40提供气流动力使子系统III工作运行。从冷却引风机40排出的热风分为3路，(I)经阀门FM3直接进入分解炉20。(2)经阀门FM4进入燃煤热风炉41使煤粉或块煤燃烧，获得更高温气体经过阀门FM6进入分解炉20。(3)剩余的热风经阀门FM5，冷风阀LFl兑入冷空气调节气体温度后，进入子系统V的布袋除尘器52。3路风量的比例由3个阀门FM3、FM4、FM5调节。燃煤热风炉悬浮态燃烧煤粉或流态化燃烧颗粒煤，3个入口管道分别代表助燃热风管、输送煤粉(或颗粒煤)管、点火喷油管。[0035]系统动力与废气净化子系统V主要设施包括两台引风机51、53和一台布袋除尘器52。预热与分解炉煅烧子系统排出的烟气进入系统引风机51，与热风制备与供给子系统排出的剩余热风，一起进入布袋除尘器52净化处理。净化后的气体由除尘风机53引向烟囱54排空；除尘器52收集的物料由FU输送机S2送至储料仓13。
[0036]系统动力与废气净化子系统V的作用:(I)提供预热与分解炉煅烧子系统II的气流动力；(2)净化处理预热与分解炉煅烧子系统II的全部废气，和热风制备与供给子系统IV排出的过剩气体。其工艺过程:预热与分解炉煅烧子系统II排出的烟气由冷风阀LF2调节气流温度，经系统引风机51混合热风制备与供给子系统IV的过剩气体，进入布袋除尘器52净化处理。净化后的气体由除尘风机53引向烟囱54排空；收集的物料由FU输送机S2送至储料仓13。
[0037]以增钙煅烧技术提高煤矸石的火山灰活性，需要在原料的配料中加入石灰石或电石渣等石灰石质的原料。可以在各种料的储料仓底部由定量秤配合物料，混合均化后喂入预热器；也可以将各种料以设定比例配合均化后，按该工艺流程加工处理。增钙煤矸石混合料在分解炉内的煅烧温度较高，物料煅烧耗热量大。