CN104776727A

CN104776727A - 移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法

Info

Publication number: CN104776727A
Application number: CN201510180762.9A
Authority: CN
Inventors: 李国超; 贾军涛; 牛志国; 柴玉强; 韩志雷
Original assignee: Hebei Ding Lei Building Materials Co Ltd
Current assignee: Hebei Ding Lei Building Materials Co Ltd
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2015-07-15

Abstract

本发明公开了一种移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，具体包括以下工艺步骤：码放原料，将煤矸石砖坯与石灰石码放在移动式隧道窑的环形轨道间的环形窑底内；窑内焙烧脱硫，按照一定的升温程序，对弧形窑体内的煤矸石砖坯以及石灰石进行焙烧，通过高温焙烧，进行第一次脱硫；湿法烟气脱硫，将煅烧后的石灰石投入到脱硫液调节池内并调节池内的碱性强度，将窑体内的尾气通入到脱硫塔内并将脱硫液调节池内的脱硫液喷淋到脱硫塔内，通过脱硫塔内发生的化学反应，进行第二次脱硫。本发明采用窑内焙烧脱硫和湿法烟气脱硫的联合脱硫方法，成功地解决了移动式隧道窑尾气的脱硫净化问题，同时能够节约能源，节省净化成本。

Description

移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法

技术领域

本发明涉及一种气体的高效净化方法，尤其是一种对移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放的尾气进行脱硫净化的方法。

背景技术

移动式隧道窑是以反向思维方法设计的砖坯不动、窑体移动的烧结砖工艺***，移动式隧道窑的弧形窑体运行在两条相对应的环形轨道上，待烧砖坯码放在弧形窑体前方的环形轨道之间的环形窑底内，弧形窑体向前运动而将砖坯纳入到弧形窑体内，弧形窑体上从前至后依次设置有干燥段、预热段、焙烧段、保温段、冷却段，当窑体前行时，从窑前门纳入的砖坯，将随着窑体的移动完成干燥、预热、焙烧、冷却等工序后，即可在敞开的环形窑底上装运曝露于窑尾门外的成品砖。

煤矸石烧结砖是节能型墙体材料的一种，包括标准砖、多孔砖、空心砖，主要代替实心粘土砖用于永久性建筑，煤矸石砖具有自重轻、强度高、承载抗震性能好、保温、隔热、隔音等优异性能，煤矸石砖的使用对于保护和节约耕地、治理环境、缓解能源危机、提高建筑功能、改善居住条件、实现住宅产业现代化有着重大的现实意义。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是三氧化二铝、二氧化硅，另外还含有数量不等的氧化铁、氧化钙、氧化镁等氧化物以及硫、磷、其他微量稀有元素等。因此我们在利用废渣煤矸石的时候，也要防止其对环境产生的二次污染。

煤矸石砖坯焙烧过程中会产生含有大量有害气体的尾气，这些有害气体包括一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢以及少量的氮氧化物等，其中以二氧化硫为主，如果二氧化硫排放到空气中，会造成较为严重的环境污染。现有技术中并没有专门针对移动式隧道窑而设计的尾气净化工艺***，因此，如何净化煤矸石砖坯焙烧过程中产生的尾气，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，以较低的成本投入和较为简洁的工艺步骤解决现有移动式隧道窑尾气无法净化的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，具体包括以下工艺步骤，

1）、码放原料：将煤矸石砖坯与石灰石码放在移动式隧道窑的环形轨道间的环形窑底内；

2）、窑内焙烧脱硫：按照一定的升温程序，对弧形窑体内的煤矸石砖坯以及石灰石进行焙烧，通过高温焙烧，进行第一次脱硫；

3）、湿法烟气脱硫：将煅烧后的石灰石投入到脱硫液调节池内并调节池内的碱性强度，将窑体内的尾气通入到脱硫塔内并将脱硫液调节池内的脱硫液喷淋到脱硫塔内，通过脱硫塔内发生的化学反应，进行第二次脱硫。

本发明的进一步改进在于：所述步骤1）中的煤矸石砖坯的热值为1200~1600kJ/kg，所述煤矸石砖坯在环形窑底内沿着环形轨道的直径方向分层码放成砖坯垛，每个砖坯垛包括相平行的三排砖坯排且相邻砖坯垛之间设置扇形垛间通风道。

本发明的进一步改进在于：所述砖坯排的宽度为45~55cm，相邻砖坯排之间设置宽度为10~30cm的排间通风道，所述垛间通风道的外弧宽度为45~65cm。

本发明的进一步改进在于：所述步骤1）中煤矸石砖坯与石灰石的重量比为10：1~30：1，所述石灰石的粒径范围为50~250mm，石灰石码放在砖坯层之间和/或码放在排间通风道内和/或码放在垛间通风道。

本发明的进一步改进在于：所述步骤2）中的弧形窑体包括温度范围为30~35℃的低温干燥段、温度范围为100~120℃的中高温干燥段、温度范围为650~700℃的预热段、温度范围为1000~1050℃的焙烧段、温度范围为800~900℃的保温段以及温度低于700℃的冷却段。

本发明的进一步改进在于：所述弧形窑体的前端面、低温干燥段与中高温干燥段之间的断面以及中高温干燥段与预热段之间的断面设置哈风闸门，所述弧形窑体每隔2~3小时沿着环形轨道向前移动三个砖坯垛的宽度。

本发明的进一步改进在于：所述焙烧段的进风量为40~45m³/min，排气量为65~70m³/min。

本发明的进一步改进在于：所述步骤3）中脱硫液调节池内石灰石的质量百分浓度为10%~25%，脱硫液的pH值为5~8，所述碱性强度的调节剂为氢氧化钠。

本发明的进一步改进在于：所述步骤3）中的脱硫液喷淋速率为2~3m³/min，尾气的进气速率为65~70m³/min。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明的移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，采用窑内焙烧脱硫和湿法烟气脱硫的联合脱硫方法，成功地解决了移动式隧道窑尾气的脱硫净化问题，同时能够节约能源，节省净化成本。

本发明具有以下几点较为突出的技术效果：

1、本发明的尾气净化方法的净化效率高。本发明采用窑内焙烧脱硫和湿法烟气脱硫的联合脱硫方法，脱硫效率较高，尾气净化效率高。

对于窑内焙烧脱硫，可实现焙烧过程中直接对尾气进行脱硫，脱硫反应过程分为两步：第一步为碳酸钙受热分解为多孔的氧化钙和二氧化碳，常压下此反应步骤的反应温度为898℃；第二步为氧化钙与二氧化硫和氧气反应生成硫酸钙，常压下此反应步骤的反应温度为900℃左右。在弧形窑体内，温度范围为1000~1050℃的焙烧段和温度范围为800~900℃的保温段均可发生上述反应，一方面保证了脱硫反应过程具有适宜的反应温度，使得反应的稳定性较好；另一方面也使得石灰石在有效反应区有足够的停留时间，使反应充分进行。限定石灰石的粒径范围为50~250mm，采用较大粒径的石灰石，石灰石块之间在堆砌时会存在较大的间隙，相比较小颗粒的石灰石的致密堆砌，这些大的间隙能够实现石灰石表面气体的顺利扩散，即生成的二氧化碳气体及时逸出，外部的二氧化硫及氧气及时进入。石灰石经过低温干燥段、中高温干燥段的作用，石灰石内的水分被完全蒸发，在预热带石灰石受热膨胀龟裂，表面部分出现裂纹，也保证气体的顺利扩散。以上这些保证了窑内焙烧脱硫的脱硫效率，使得窑内焙烧脱硫的脱硫效率高达40~60%。通过调节煤矸石砖坯与石灰石的重量比，可以调节弧形窑体内的脱硫负荷。

对于湿法烟气脱硫，将焙烧后的石灰石水解制成具有一定碱性强度的脱硫液，对弧形炉体内排出的尾气进一步净化，具有反应速度快、脱硫效率高的优点，同时还能够脱出尾气中的其它酸性气体。经过湿法烟气脱硫后的尾气，脱硫效率高达96%以上。

2、本发明的尾气净化方法的热能利用率高。煤矸石砖坯的热值可以通过砖坯中原料的投料比例进行调节，煤矸石砖坯的热值通常调节在1200~1600kJ/kg，在焙烧过程中，煤矸石砖坯能够完全燃烧并释放出足够的热量，这些热量足以使煤矸石砖坯烧结的同时还会有剩余热量，弧形窑体的焙烧段温度可达1000~1050℃。石灰石的主要成分是碳酸钙，焙烧时主要是石灰石中碳酸钙的分解反应，弧形窑体内为常压环境，碳酸钙在常压下的分解温度为898℃，分解吸热量为1789kJ/kg，弧形窑体的焙烧段内的温度完全可以满足碳酸钙分解的需要，也能满足分解得到的氧化钙与二氧化硫发生脱硫反应的需要，上述反应所需要吸收的热量可以完全由煤矸石砖坯烧结后的余热来提供，而不需额外添加燃料，因此本发明的尾气净化方法的热能利用率高。

3、本发明的尾气净化方法的工艺简洁，环保效益高。本发明的净化工艺主要包括原料码放、窑内焙烧脱硫和湿法烟气脱硫，在原料码放环节，可完全由机械臂完成码放工作，窑内焙烧阶段的程序升温，也可完全实现自动化控制，在湿法烟气脱硫环节也可实现自动化控制。同时整个工艺过程还能实现全程的在线监测。从原料进入生产线到成品砖出窑，最大化地降低了产品生产过程中对环境的污染。

4、本发明的尾气净化方法的经济效益高。本发明直接采用廉价的石灰石作为尾气净化的原料，投入成本较低。在窑内焙烧脱硫环节，利用煤矸石砖坯焙烧后的余热进行脱硫反应，无需外加燃料或者助燃剂。在湿法烟气脱硫环节，脱硫液由焙烧后的石灰石水解制成，不需额外购买石灰石，只需额外添加碱性强度调节剂即可，使得石灰石在整个尾气净化过程中能够完全被利用，同时本发明焙烧出的石灰也可作为建筑材料出售，综上所述，本发明的尾气净化方法节约了运行成本，具有较高的经济效益。

具体实施方式

移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，移动式隧道窑由西安力元炉窑自动化设备公司提供安装。弧形窑体运行在双环形轨道上，双环轨道的内环直径为125米，弧形窑体的中心线长度为150米、宽度为12米、高度为1.48米，弧形窑体的前端面、低温干燥段与中高温干燥段之间的断面以及中高温干燥段与预热段之间的断面设置哈风闸门。

本发明的高效净化方法具体包括以下工艺步骤，

实施例1

煤矸石标准砖砖坯的制备。以煤矸石、粉煤灰、软页岩、垃圾土为主要原料，按照以下重量百分比投料：70%煤矸石，5%粉煤灰，20%软页岩，5%垃圾土，经过破碎机破碎、搅拌机加水混合后送入陈化库进行陈化处理，充分陈化后，经搅拌挤出机加水搅拌挤出碾炼，然后进入真空挤砖机挤出成型，制备出尺寸为240mm×115mm×53mm的标准砖砖坯。经测试，煤矸石标准砖砖坯的热值为1330kJ/kg。

实施例2

煤矸石多孔砖砖坯的制备。以煤矸石、粉煤灰、软页岩、垃圾土为主要原料，按照以下重量百分比投料：75%煤矸石，5%粉煤灰，15%软页岩，5%垃圾土，经过破碎机破碎、搅拌机加水混合后送入陈化库进行陈化处理，充分陈化后，经搅拌挤出机加水搅拌挤出碾炼，然后进入真空挤砖机挤出成型，制备出尺寸为240mm×115mm×90mm的多孔砖砖坯，多孔砖砖坯的孔洞率≥25%。经测试，煤矸石多孔砖砖坯的热值为1380kJ/kg。

实施例3

煤矸石空心砌块砖坯的制备。以煤矸石、粉煤灰、软页岩、垃圾土为主要原料，按照以下重量百分比投料：80%煤矸石，5%粉煤灰，10%软页岩，5%垃圾土，经过破碎机破碎、搅拌机加水混合后送入陈化库进行陈化处理，充分陈化后，经搅拌挤出机加水搅拌挤出碾炼，然后进入真空挤砖机挤出成型，制备出尺寸为240mm×115mm×190mm的空心砌块砖坯，空心砌块砖坯的孔洞率≥40%。经测试，煤矸石空心砌块砖坯的热值为1460kJ/kg。

实施例4

将实施例1中制备的煤矸石标准砖砖坯码放在移动式隧道窑的环形轨道间的环形窑底内，在环形窑底内沿着环形轨道的直径方向分层码放成砖坯垛，每个砖坯垛包括相平行的三排砖坯排，砖坯排的宽度为50cm，砖坯码放层数为12层，砖坯排的高度为138cm，相邻砖坯垛之间的垛间通风道的外弧宽度为65cm，相邻砖坯排之间的排间通风道的宽度为10cm。垛间通风道中设置耐火篮筐，相邻三个垛间通风道中只有两个设置耐火篮筐，选择粒径范围为50~150mm的石灰石，将石灰石码放到设置在垛间通风道内的耐火篮筐里，煤矸石砖坯与石灰石的重量比为30：1。以上完成了码放原料步骤。

设置弧形窑体内各段的温度：低温干燥段的温度范围为30~35℃、中高温干燥段的温度范围为100~120℃、预热段的温度范围为650~700℃、焙烧段的温度范围为1000~1050℃、保温段的温度范围为800~900℃、冷却段的温度低于700℃。控制焙烧段的进风量为40m³/min，排气量为65m³/min。检测弧形窑体外部环境的温度为10℃，将弧形窑体每隔3小时沿着环形轨道向前移动三个砖坯垛的宽度。在移动前先将哈风闸门抬起，移动后再将哈风闸门落下。窑内焙烧脱硫的脱硫效率高达40%。

将煅烧后的石灰石投入到脱硫液调节池内，脱硫液调节池内的石灰石的质量浓度范围为25%，使用氢氧化钠调节池内的碱性强度，将脱硫液的pH值范围调节为5~8，将窑体内的尾气通入到脱硫塔内并将脱硫液调节池内的脱硫液喷淋到脱硫塔内，脱硫液喷淋速率为2m³/min，尾气的进气速率为65m³/min。经过湿法烟气脱硫后的尾气，脱硫效率高达98%。

实施例5

将实施例2中制备的煤矸石多孔砖砖坯码放在移动式隧道窑的环形轨道间的环形窑底内，煤矸石标准砖砖坯在环形窑底内沿着环形轨道的直径方向分层码放成砖坯垛，每个砖坯垛包括相平行的三排砖坯排，砖坯排的宽度为45cm，砖坯码放层数为12层，砖坯排的高度为92cm，相邻砖坯垛之间的垛间通风道的外弧宽度为45cm，相邻砖坯排之间的排间通风道的宽度为30cm。在砖坯层上设置耐火篮筐，选择粒径范围为150~200mm的石灰石，将石灰石码放到设置在砖坯层上的耐火篮筐里，煤矸石砖坯与石灰石的重量比为10：1。以上完成了码放原料步骤。

设置弧形窑体内各段的温度：低温干燥段的温度范围为30~35℃、中高温干燥段的温度范围为100~120℃、预热段的温度范围为650~700℃、焙烧段的温度范围为1000~1050℃、保温段的温度范围为800~900℃、冷却段的温度低于700℃。控制焙烧段的进风量为45m³/min，排气量为67.5m³/min。检测弧形窑体外部环境的温度为25℃，将弧形窑体每隔2.5小时沿着环形轨道向前移动三个砖坯垛的宽度。在移动前先将哈风闸门抬起，移动后再将哈风闸门落下。窑内焙烧脱硫的脱硫效率高达60%。

将煅烧后的石灰石投入到脱硫液调节池内，使用氢氧化钠调节池内的碱性强度，脱硫液调节池内的石灰石的质量浓度范围为10%，将脱硫液的pH值范围调节为5~8，将窑体内的尾气通入到脱硫塔内并将脱硫液调节池内的脱硫液喷淋到脱硫塔内，脱硫液喷淋速率为3m³/min，尾气的进气速率为67.5m³/min。经过湿法烟气脱硫后的尾气，脱硫效率高达99%。

实施例6

将实施例3中制备的煤矸石空心砌块砖坯码放在移动式隧道窑的环形轨道间的环形窑底内，在环形窑底内沿着环形轨道的直径方向分层码放成砖坯垛，每个砖坯垛包括相平行的三排砖坯排，砖坯排的宽度为55cm，砖坯码放层数为12层，砖坯排的高度为138cm，相邻砖坯垛之间的垛间通风道的外弧宽度为55cm，相邻砖坯排之间的排间通风道的宽度为20cm。排间通风道中设置耐火篮筐，选择粒径范围为200~250mm的石灰石，将石灰石码放到设置在排间通风道内的耐火篮筐里，煤矸石砖坯与石灰石的重量比为20：1。以上完成了码放原料步骤。

设置弧形窑体内各段的温度：低温干燥段的温度范围为30~35℃、中高温干燥段的温度范围为100~120℃、预热段的温度范围为650~700℃、焙烧段的温度范围为1000~1050℃、保温段的温度范围为800~900℃、冷却段的温度低于700℃。控制焙烧段的进风量为42.5m³/min，排气量为70m³/min。检测弧形窑体外部环境的温度为35℃，将弧形窑体每隔2小时沿着环形轨道向前移动三个砖坯垛的宽度。在移动前先将哈风闸门抬起，移动后再将哈风闸门落下。窑内焙烧脱硫的脱硫效率高达55%。

将煅烧后的石灰石投入到脱硫液调节池内，脱硫液调节池内的石灰石的质量浓度范围为20%使用氢氧化钠调节池内的碱性强度，将脱硫液的pH值范围调节为5~8，将窑体内的尾气通入到脱硫塔内并将脱硫液调节池内的脱硫液喷淋到脱硫塔内，脱硫液喷淋速率为2.5m³/min，尾气的进气速率为70m³/min。经过湿法烟气脱硫后的尾气，脱硫效率高达96%。

实施例7

将实施例1中制备的煤矸石标准砖砖坯码放在移动式隧道窑的环形轨道间的环形窑底内，在环形窑底内沿着环形轨道的直径方向分层码放成砖坯垛，每个砖坯垛包括相平行的三排砖坯排，砖坯排的宽度为50cm，砖坯码放层数为12层，砖坯排的高度为138cm，相邻砖坯垛之间的垛间通风道的外弧宽度为65cm，相邻砖坯排之间的排间通风道的宽度为10cm。以上完成了码放原料步骤。

设置弧形窑体内各段的温度：低温干燥段的温度范围为30~35℃、中高温干燥段的温度范围为100~120℃、预热段的温度范围为650~700℃、焙烧段的温度范围为1000~1050℃、保温段的温度范围为800~900℃、冷却段的温度低于700℃。控制焙烧段的进风量为，40m³/min，排气量为65m³/min。检测弧形窑体外部环境的温度为10℃，将弧形窑体每隔3小时沿着环形轨道向前移动三个砖坯垛的宽度。在移动前先将哈风闸门抬起，移动后再将哈风闸门落下。窑内焙烧脱硫的脱硫效率为零，不能对尾气进行窑内脱硫。

向脱硫液调节池内投入石灰石，使用氢氧化钠调节池内的碱性强度，脱硫液调节池内的石灰石的质量浓度范围为25%，将脱硫液的pH值范围调节为5~8，将窑体内的尾气通入到脱硫塔内并将脱硫液调节池内的脱硫液喷淋到脱硫塔内，脱硫液喷淋速率为2m³/min，尾气的进气速率为65m³/min。经过湿法烟气脱硫后的尾气，脱硫效率仅为80%。

本发明的技术方案不仅限于上述实施例，由上述实施例之间的重新组合以及对上述实施例在合理范围内的修改，也属于本发明的保护范围。

Claims

1.移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，其特征在于：具体包括以下工艺步骤，

2.根据权利要求1所述的移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，其特征在于：所述步骤1）中的煤矸石砖坯的热值为1200~1600kJ/kg，所述煤矸石砖坯在环形窑底内沿着环形轨道的直径方向分层码放成砖坯垛，每个砖坯垛包括相平行的三排砖坯排且相邻砖坯垛之间设置扇形垛间通风道。

3.根据权利要求2所述的移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，其特征在于：所述砖坯排的宽度为45~55cm，相邻砖坯排之间设置宽度为10~30cm的排间通风道，所述垛间通风道的外弧宽度为45~65cm。

4.根据权利要求2或3任一项所述的移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，其特征在于：所述步骤1）中煤矸石砖坯与石灰石的重量比为10：1~30：1，所述石灰石的粒径范围为50~250mm，石灰石码放在砖坯层之间和/或码放在排间通风道内和/或码放在垛间通风道。

5.根据权利要求2所述的移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，其特征在于：所述步骤2）中的弧形窑体包括温度范围为30~35℃的低温干燥段、温度范围为100~120℃的中高温干燥段、温度范围为650~700℃的预热段、温度范围为1000~1050℃的焙烧段、温度范围为800~900℃的保温段以及温度低于700℃的冷却段。

6.根据权利要求5所述的移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，其特征在于：所述弧形窑体的前端面、低温干燥段与中高温干燥段之间的断面以及中高温干燥段与预热段之间的断面设置哈风闸门，所述弧形窑体每隔2~3小时沿着环形轨道向前移动三个砖坯垛的宽度。

7.根据权利要求5所述的移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，其特征在于：所述焙烧段的进风量为40~45m³/min，排气量为65~70m³/min。

8.根据权利要求1所述的移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，其特征在于：所述步骤3）中脱硫液调节池内石灰石的质量百分浓度为10%~25%，脱硫液的pH值为5~8，所述碱性强度的调节剂为氢氧化钠。

9.根据权利要求8所述的移动式隧道窑烧制煤矸石烧结砖排放尾气的高效净化方法，其特征在于：所述步骤3）中的脱硫液喷淋速率为2~3m³/min，尾气的进气速率为65~70m³/min。