CN104058619A - 一种焙烧废石膏和煤矸石生产建材及发电的方法 - Google Patents
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Abstract
一种焙烧废石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，包括以下步骤：（1）原料预处理；（2）配料；（3）焙烧；（4）发电；（5）粉磨。本发明工艺及装备简单，投资小，生产出的焙烧渣及系列建材产品市场广，成本低，性能好，具有产业竞争力；可大量利用工业废石膏和煤矸石，化解废弃物对环境的污染和次生灾害问题，且可节省大量不可再生的燃煤和粘土。
Description
技术领域
本发明涉及利废发电领域，具体涉及焙烧石膏和煤矸石生产建材及利用焙烧废气余热发电的方法。
背景技术
随着工业的发展，尤其是磷化工工业的发展及工业企业脱硫脱硝环保政策的强制推行，各种废石膏尤其是磷石膏和脱硫石膏大量产生，已成为又一大水土污染源，因此，为保护水土环境，又面临着对磷石膏和脱硫石膏等废石膏进行处理的繁重任务。当前处理废石膏的主要方法有：
1）觅地堆存或填埋，部分企业隐蔽的直接将废石膏倒入山洞、矿井、暗河和偏僻的沟河之中，实际上是扩大了水土环境污染。
2）改性或固化后代替天然石膏作水泥调凝剂，但此方法消化有限，因废石膏所含有害杂质实际上对水泥性能有一定影响，同时，加工过程中会消耗能源和石灰、水泥等改性固化剂。
3）将废石膏干燥、焙烧、粉磨为建筑石膏粉或硬石膏粉，用于制石膏板、砖，这需要消耗大量优质煤源，所生产的石膏制品强度偏低又不耐水，用途受限，且废石膏中的重金属化合物难以固融于硫酸钙结晶体中而易于浸出。
4）将废石膏干燥、粉磨，用于制硫酸和副产水泥，但事实证明，这也会消耗大量优质烟煤和电能，污染大，投资大，成本高，当前，企业因没有经济性基本停产。
5）将废石膏制粉复合成“土壤改性剂”，但实践表明，使用这种土壤改性剂，会板结土壤，扩大重金属污染。
另一方面，随着釆煤的规模扩大，煤矸石堆积如山，在不少矿区已产生了不少次生灾害，部分煤矿区省府出台了每用一吨煤矸石补贴100元的优惠政策，但收效甚微。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、投资少的焙烧废石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，可直接利用工业废石膏和煤矸石。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种焙烧废石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，包括以下步骤：
（1）原料预处理：将结块的废石膏破碎至粒度＜20mm，加入石膏料仓，粉状的废石膏直接入石膏料仓；将煤矸石破碎至粒度＜20mm入煤矸石料仓；
将块状辅料破碎至粒度＜30mm入辅料仓，粉状辅料直接入辅料仓；所述辅料为电石厂废石灰、废焦、电石渣、石灰渣、石灰、石渣、石灰石、煤、高铝土或铝矾土等中的一种或数种；
（2）配料：将步骤（1）所得废石膏、煤矸石、辅料计量配料，质量配比为石膏：煤矸石：辅料=30～70：30～70：3～30；
（3）焙烧：将步骤（2）所计量的废石膏、煤矸石、辅料送入焙烧炉内，在700℃～1150℃、氧化性气氛下焙烧，可以通过调整废石膏、煤矸石、辅料的质量配比控制焙烧温度；
所述氧化性气氛优选过剩空气系数≥10%；
（4）发电：将步骤（3）焙烧炉焙烧产生的高温烟气经沉降室或／和旋风除尘器除去部分中粗颗粒灰尘后，供发电组件单元发电；
（5）粉磨：焙烧炉焙烧后的焙烧料经磨机粉磨为80μm筛余＜15wt%的粉料，或加矿渣、煤灰煤渣、水泥熟料等经磨机粉磨为80μm筛余＜15%的粉料。
所得粉料可采用通用技术生产专用石膏粉、砂浆、砖、瓦、板等建材产品，当然，也可将焙烧料直接外卖。
进一步，步骤（1）中，所述废石膏优选工业废石膏，如脱硫石膏、磷石膏等；当然，也可采用天然石膏。
进一步，步骤（3）中，所述焙烧炉为立式窑炉、链条炉、流化床炉或沸腾炉等。
所述发电单元优选成熟应用的、低投资的利用350℃~450℃废气余热的余热发电单元组件，包括余热锅炉、气轮机、发电机、除氧供排水装置、除尘器和排风机等。
本发明的技术原理：
1）研究表明，利用煤矸石所含有的可燃物作为能源，采用便于颗粒状煤矸石燃烧的立式窑炉、流化床炉、沸腾炉等作为焙烧设备，以煤矸石燃烧的热能，在700℃～1150℃温度范围内焙烧，热分解煤矸石中的主要矿物硅铝酸盐矿物为有潜在水化活性的SiO2、Al2O3、Fe2O3等，同时，同步在700℃～1150℃温度范围内焙烧废石膏，使废石膏转化为有水化活性的硬石膏，利用这些有潜在水化活性的SiO2、Al2O3、Fe2O3等在硬石膏（CaSO4）和Ca（OH）2存在下会水化反应生成具有抗水性的水合硅酸钙凝胶和水合硫铝酸钙和水合硫铁酸钙，及无水硬石膏水化为二水石膏，从而增大强度，可以用于生产建筑材料。
2）、利用350～450℃的废气余热发电，选用应用成熟而价亷的余热发电机组件单元，以焙烧炉废气余热进行余热发电，使预处理、配料、焙热及粉磨对外界电能基本实现零消耗。
本发明的有益效果：
1）工艺及装备简单，投资小，生产出的焙烧渣及系列建材产品市场广，成本低，性能好，具有产业竞争力。
2）可大量利用工业废石膏和煤矸石，化解废弃物对环境的污染和次生灾害问题，且可节省下大量的不可再生燃煤和粘土。
3）本发明的应用可使高耗煤、耗电的耗能建材生产转化为对燃煤和外界电能的基本零消耗，利于社会的可持续发展，对环境友好。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例之焙烧废石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，包括以下步骤：
（1）原料预处理：将粉状的脱硫石膏直接入石膏料仓；将块状煤矸石破碎至粒度＜12mm入煤矸石料仓，工业分析煤矸石平均热值为952kcal/kg；辅料选用石灰山矿山的废弃物石渣，检测粒径0.1～8mm、CaCO3 质量含量84%,辅料石渣直接入辅料石渣仓；
（2）配料：将步骤（1）所得脱硫石膏、煤矸石、辅料计量配料，质量配比为石膏∶煤矸石∶辅料=42∶45∶13；
（3）焙烧：将步骤（2）所计量的石膏、煤矸石、辅料送入流化床炉内，在850℃～1000℃、氧化性气氛下（过剩空气系数1.25）焙烧；
（4）将步骤（3）流化床炉产生的高温烟气经旋风除尘器除去部分中粗颗粒灰尘后，供2.5MW余热发电单元机组发电，日发电60000kw.h；
（5）流化床炉焙烧后的焙烧料及经余热锅炉和除尘器收集的飞灰一起经磨机粉磨为80μm筛余＜3wt%的粉料。
基于本发明材料成份组成及特性现有标准中尚无可归类和借鉴，按照GB／T17671-1999（ISO法）规定的方法测定胶砂强度，体积稳定性按JC／T603-1985进行水泥胶砂干缩率试验，粉料3天强度抗压24.8MPa、抗折4.3MPa，7天强度抗压34.1MPa、抗折6.9MPa，28天强度抗压 38.5MPa、抗折7.8MPa，软化系数0.95；3天干缩值-0.12×10-3，28天干缩值-2.23×10-3，60天干缩值-2.26×10-3，属于微膨胀，且28天已稳定。
（2）用此粉料作地板石膏，自流平性好，表面平整，硬度高，不起灰。
用此粉料生产加气混凝土，容重600kg/m3时强度达抗压15.3MPa、软化系数0.81。
本***原料的破碎、配料、焙烧、粉磨、发电之自用电总计最大1350kW，每天至少有27600kw.h富余电量可供外售，即除点火用少量柴草和煤之外，维持正常生产时不需用外购煤和电，每天还有至少27600度电可供外售。
实施例2
采用实施例1的装置，本实施例之焙烧石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，包括以下步骤：
（1）原料预处理：将自然弃置堆存结块的块状的磷石膏破碎至＜20mm入石膏料仓；将块状煤矸石破碎至粒度＜12mm入煤矸石料仓，工业分析煤矸石平均热值为932kcal/kg；辅料选用铝矾土、石灰渣和高硫煤（硫含量8.2%、热值5700Kcal／Kg），辅料铝矾土、石灰渣和高硫煤釆用锤式破碎机破碎为粒径＜10mm料，分别入辅料铝矾土仓、石灰渣仓和煤仓；
（2）配料：将步骤（1）所得石膏、煤矸石、辅料计量配料，质量配比为石膏∶煤矸石∶辅料=44∶37∶19（辅料中铝矾土5、石灰渣10、高硫煤4）；
（3）焙烧：将步骤（2）所计量的石膏、煤矸石、辅料送入流化床炉内，在900℃~1000℃、氧化性气氛下（过剩空气系数1.3）焙烧；
（4）将步骤（3）流化床炉高温烟气经旋风除尘器除去部分中粗颗粒灰尘后烟气供2.5MW余热发电单元机组发电，日发电60000kw.h；
（5）流化床炉焙烧后的焙烧料及余热锅炉和除尘器收集的飞灰一起经磨机粉磨为80μm筛余＜3wt%的粉料。
按照GB／T17671-1999（ISO法）规定的方法测定胶砂强度，体积稳定性按JC／T603-1985进行水泥胶砂干缩率试验，粉料3天强度抗压27.9MPa、抗折4.5MPa，7天强度抗压38.1MPa、抗折6.9MPa，28天强度抗压 42.4MPa、抗折7.9MPa，软化系数0.94；3天干缩值-0.15×10-3，28天干缩值-2.29×10-3，60天干缩值-2.29×10-3，属于微膨胀，且28天已稳定。
用此粉料作自流平地板，流平性好，表面平整，硬度高，不起灰。
用此粉料生产加气混凝土，容重497kg/m3时强度达抗压7.3MPa、软化系数0.78。
本***原料的破碎、配料、焙烧、粉磨、发电之自用电总计最大1350kW，富余电量可供外售，即除点火用少量柴草和煤之外，维持正常生产时不需用外购煤和电，平均每天还有33200度电可供外售。
实施例3
本实施例之焙烧石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，包括以下步骤：
（1）原料预处理：将粉状的磷石膏直接入石膏料仓；将块状煤矸石破碎至粒度＜10mm入煤矸石料仓，工业分析煤矸石平均热值为765kcal/kg；辅料选用干法乙炔电石渣粉和已破碎的柴煤（外购，粒径＜30mm），辅料电石渣粉直接入辅料电石渣仓，柴煤热值3100kcal/kg，粒状柴煤入辅料柴煤仓；
（2）配料：将步骤（1）所得石膏、煤矸石、辅料计量配料，质量配比为石膏∶煤矸石∶辅料=50∶30∶20（辅料中电石渣13、柴煤7）；
（3）焙烧：将步骤（2）所计量的石膏、煤矸石、辅料送入沸腾炉内，在900℃～1100℃、氧化性气氛下（过剩空气系数1.3）焙烧；
（4）将步骤（3）沸腾炉高温烟气经沉降室和旋风除尘器除去部分中粗颗粒灰尘后烟气供2MW余热发电单元机组发电，日发电48000kw.h；
（5）沸腾炉焙烧后的焙烧料及余热锅炉和除尘器收集的飞灰一起经磨机粉磨为80μm筛余＜2%的粉料。
按照GB／T17671-1999（ISO法）规定的方法测定胶砂强度，体积稳定性按JC／T603-1985进行水泥胶砂干缩率试验，粉料3天强度抗压19.8MPa、抗折2.9MPa，7天强度抗压31.7MPa、抗折5.8MPa，28天强度抗压 35.4MPa、抗折7.4MPa，软化系数0.91；3天干缩值-0.19×10-3、，28天干缩值-2.33×10-3，60天干缩值-2.37×10-3，属于微膨胀，且28天已稳定。
用此粉料作地板石膏，自流平性好，表面平整，硬度高，不起灰。
用此粉料生产空心砖，容重1000kg/m3时强度达抗压17.6MPa、软化系数0.80。
本***原料的破碎、配料、焙烧、粉磨、发电之自用电总计最大1180kW，每天至少有19680kw.h富余电量可供外售，即除点火用少量柴草之外，维持正常生产时不需用外购煤和电，每天还有至少10680度电可供外售。
实施例4
采用实施例3生产线装置，本实施例之焙烧石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，包括以下步骤：
（1）原料预处理：将粉状的磷石膏直接入石膏料仓；将块状煤矸石破碎至粒度＜10mm入煤矸石料仓，工业分析煤矸石平均热值为1056kcal/kg；辅料选用炼油厂石油焦（外购，粒径＜30mm），辅料石油焦热值7380kcal/kg，粒状石油焦渣入焦渣仓；
（2）配料：将步骤（1）所得石膏、煤矸石、辅料计量配料，质量配比为石膏∶煤矸石∶辅料=60∶36∶4；
（3）焙烧：将步骤（2）所计量的石膏、煤矸石、辅料送入沸腾炉内，在950℃~1050℃、氧化性气氛下焙烧（过剩空气系数1.35）；
（4）将步骤（3）沸腾炉产生的高温烟气经沉降室和旋风除尘器除去部分中粗颗粒灰尘后烟气供2MW余热发电单元机组发电，日发电48000kw.h；
（5）沸腾炉焙烧后的焙烧料100份加25份矿渣和8份生石灰经磨机粉磨为80μm筛余＜3%的粉料。
按照GB／T17671-1999（ISO法）规定的方法测定胶砂强度，体积稳定性按JC／T603-1985进行水泥胶砂干缩率试验，粉料3天强度抗压17.8MPa、抗折2.5MPa，7天强度抗压30.7MPa、抗折5.4MPa，28天强度抗压 32.9MPa、抗折5.2MPa，软化系数0.80；3天干缩值-0.19×10-3、，28天干缩值-2.36×10-3，60天干缩值-2.37×10-3，属于微膨胀，且28天已稳定。
用此粉料作地板自流平性好，表面平整，硬度高，不起灰。
用此粉料生产加气块，容重500kg/m3时强度达抗压9.6MPa、软化系数0.76。
本***原料的破碎、配料、焙烧、粉磨、发电之自用电总计最大1180kW，富余电量可供外售，即除点火用少量柴草之外，维持正常生产时不需用外购煤和电，每天还有至少17900度电可供外售。
Claims (6)
1.一种焙烧废石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）原料预处理：将结块的废石膏破碎至粒度＜20mm，加入石膏料仓，粉状的废石膏直接入石膏料仓；将煤矸石破碎至粒度＜20mm入煤矸石料仓；
将块状辅料破碎至粒度＜30mm入辅料仓，粉状辅料直接入辅料仓；所述辅料为电石厂废石灰、废焦、电石渣、石灰渣、石灰、石渣、石灰石、煤、高铝土或铝矾土中的一种或数种；
（2）配料：将步骤（1）所得废石膏、煤矸石、辅料计量配料，质量配比为石膏：煤矸石：辅料=30～70∶30～70∶3～30；
（3）焙烧：将步骤（2）所计量的废石膏、煤矸石、辅料送入焙烧炉内，在700℃～1150℃、氧化性气氛下焙烧；
（4）发电：将步骤（3）焙烧炉焙烧产生的高温烟气经沉降室或／和旋风除尘器除去部分中粗颗粒灰尘后，供发电组件单元发电；
（5）粉磨：焙烧炉焙烧后的焙烧料经磨机粉磨为80μm筛余＜15wt%的粉料，或加矿渣、煤灰煤渣、水泥熟料，经磨机粉磨为80μm筛余＜15%的粉料。
2.如权利要求1所述的焙烧石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述焙烧炉为立式窑炉、链条炉、流化床炉或沸腾炉。
3.如权利要求1或2所述的焙烧石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，其特征在于，所述发电组件单元为利用350℃～450℃废气余热的余热发电组件单元。
4.如权利要求1或2所述的焙烧石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述废石膏为工业废石膏。
5.如权利要求4所述的焙烧石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，其特征在于，所述工业废石膏为脱硫石膏或磷石膏。
6.如权利要求1或2所述的焙烧石膏和煤矸石生产建材及发电的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述氧化性气氛中过剩空气系数≥10%。
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