專利名稱：粉煤灰城市垃圾和污泥全面無(wú)廢利用法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種粉煤灰、城市垃圾和污泥制造免燒磚原料和水泥熟料的綜合利用技術(shù)，屬于環(huán)境科學(xué)和建筑材料生產(chǎn)技術(shù)。
我國(guó)火電廠每年排粉煤灰1億余t，世界排出量當(dāng)以百億t計(jì)。排灰場(chǎng)不僅大量占地，且是水體的重要污染源，會(huì)造成水體礦化度、總硬度、硫酸鹽、氯化物等增高和超標(biāo)，且影響范圍廣、期限長(zhǎng)、點(diǎn)多面廣。它的無(wú)廢全面利用，是全國(guó)乃至世界的一個(gè)大難題。近年有用它制磚、水泥摻和料等利用方法，但其利用量不大，且產(chǎn)品質(zhì)量不高。城市垃圾的產(chǎn)量正逐年增長(zhǎng)。對(duì)它的處理，我國(guó)主要采用填埋方法；國(guó)外除填埋外，還有分類后作燃料發(fā)電、制肥料和回收其中的金屬的。但填埋處理占地大，污染地下水和大氣；其余方法處理量有限，且垃圾成分決定其應(yīng)用價(jià)值。各種污水經(jīng)物理、化學(xué)或生物方法處理后的污泥或沉渣，往往成了二次污染物，很少有能徹底利用的。上述三類固體、半流體污染物由于產(chǎn)量大、點(diǎn)多面廣，是全球環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境破壞的主要原因之一。目前各種處理方法的共同缺點(diǎn)是①未能集約化處理；②未能實(shí)現(xiàn)資源化和綜合化；③各種單獨(dú)處理方法所得產(chǎn)品質(zhì)量差，產(chǎn)值低，多未能全面利用其中的可燃物質(zhì)和礦物成分；④多存在二次污染。
本發(fā)明提供一種無(wú)二次污染、能統(tǒng)一全面利用上述三類廢物的簡(jiǎn)易方法，是本發(fā)明人的“煤矸石全面無(wú)廢利用法”(公開(kāi)號(hào)CN1098669A)在利用上述三類廢物方面的拓廣和發(fā)展。
城市垃圾和污泥(包括下水道污泥、水經(jīng)生化或某些化學(xué)處理后的沉淀物及有機(jī)物豐富的池沼底污泥)都有不同比例的有機(jī)成分，是一些低熱值的燃料，在一定條件下可以利用它們來(lái)煅燒建材原料——免燒磚原料和水泥熟料。除有機(jī)成分外，它們還含無(wú)機(jī)成分，其中主要為粘土或粉砂級(jí)的砂粒，這部分與煤矸石的部分組成相近似，因此，都是制磚或水泥原料的可用部分。粉煤灰經(jīng)過(guò)高溫，有機(jī)質(zhì)(煤)消耗殆盡，但它的主要部分無(wú)機(jī)成分，與煤矸石相差不大，且已有一定活性，所以也可作為燒磚和水泥的原料的配料。污泥中的大量粘土和水分，正是將粉煤灰等粉料制成生料球所需要的。因此，在監(jiān)測(cè)煤矸石、污泥和粉煤灰的發(fā)熱量和無(wú)機(jī)成分后，按燒磚或水泥的生料的要求，補(bǔ)充其所缺的礦物成分(矸石和城市垃圾需適當(dāng)分類和破碎)；在保溫很良好的煅燒條件下，一般可不加或略為補(bǔ)充一些劣質(zhì)燃料(如煤泥、洗矸和油頁(yè)巖等)，使它們充分均勻混合后制成的生料球成分符合煅燒免燒磚原料或水泥熟料的要求(這過(guò)程還起滅菌作用)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的全面無(wú)廢利用。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的設(shè)置一特殊“堆窯堆”(附圖
)，這是一個(gè)具煅燒與氣化功能的聯(lián)合裝置，它分兩大部分。中心部分為堆窯1、它由個(gè)字形孔的耐火砌塊2砌成的園形窯腔壁3、拱形頂蓋4、排氣管道5、和底部的承重送氣孔板(孔管組)6組成。這些部件都是拼合式的。窯內(nèi)腔堆水泥生料球，煅燒結(jié)束后，可拆卸，以便取用窯腔內(nèi)已煅燒好的水泥熟料，部件可復(fù)用。窯壁之下為內(nèi)環(huán)形供氣管道7、和起支撐、承重作用的環(huán)形墻8、整個(gè)裝置位于經(jīng)處理的地基9之上。堆窯的高徑比可取4±。堆窯之外為制磚生料球堆10、其主要產(chǎn)品為供制免燒磚用的具有一些硅酸鹽水泥成份的熟料和煤氣(CO為主)。此堆之上亦為免燒磚生料球11堆成。堆置時(shí)由上而下地傾倒，以保持疏松堆積，有最大的孔隙。整個(gè)矸石呈園臺(tái)形，臺(tái)面12與水平面的夾角為生料球的自然休止角。臺(tái)底有外環(huán)形供氣管道(組)13，此管道的上面為多孔承重拱形板(組)14，在它上面可根據(jù)園臺(tái)底半徑和高度以及生料球堆透氣性要求，拼裝若干個(gè)字形孔耐火砌塊柱15，臺(tái)面之上有隔氣罩16，它由玻璃纖維布涂以樹(shù)脂等制成，它的上緣、下緣和中間還有起加強(qiáng)、定形作用的玻璃鋼質(zhì)園環(huán)17、18和19，它們之間均有若干T型支撐板20。玻璃鋼比重為鋼的1/4，比強(qiáng)度為鋼的一半，耐-20～200℃溫度。密封罩裝置在完成爐料煅燒和氣化后，可用千斤頂整體支起，起防雨作用；各種熟料用完后它可整體移動(dòng)，去罩復(fù)新的堆窯堆園臺(tái)體。
為監(jiān)測(cè)煅燒窯和園臺(tái)體內(nèi)溫度，以便逐漸改進(jìn)生產(chǎn)工藝，還設(shè)置了若干熱電偶和高溫計(jì)；為安全起見(jiàn)，有分別連通窯腔和園臺(tái)內(nèi)部的多孔管安全閥；玻璃鋼質(zhì)園環(huán)之間有許多縱向肋板；對(duì)透氣性差的生料球堆，在臺(tái)面上亦可按設(shè)個(gè)字形孔耐火砌塊。這些在圖中均未畫出。
生產(chǎn)時(shí)園臺(tái)的大小和高低，從生產(chǎn)效果看，宜大不宜小。當(dāng)原料垃圾或粉煤灰產(chǎn)量不大時(shí)，可以幾個(gè)礦、廠、城市共用幾個(gè)聯(lián)合裝置?？梢砸粋€(gè)裝置在堆砌中，一個(gè)在煅燒和氣化中，一個(gè)已處理完，正在取用熟料中。煅燒窯的容積和窯外生料球堆的體積之比，可視當(dāng)?shù)貙?duì)水泥的需求量而定。窯內(nèi)亦可填以制磚用生料球，這時(shí)窯內(nèi)處一樣，產(chǎn)品均為免燒磚的原料和煤氣。
生產(chǎn)工藝流程如下根據(jù)水泥和免燒磚的需要量，決定窯內(nèi)外不同生料球的比例。檢測(cè)兩種生料的可燃組分及無(wú)機(jī)組分，加校正材料。磚生料球用的只加適量的石灰?guī)r；對(duì)制水泥生料球用料，必須嚴(yán)格按配方配料，必要時(shí)增添外加劑，以保證成球質(zhì)量。
窯內(nèi)外生料球與園形窯腔壁同步堆筑(砌)增高。
窯腔達(dá)預(yù)定高度后，安置拱形頂蓋和加接排氣管。當(dāng)堆窯堆半徑較大時(shí)，排氣管道可設(shè)幾個(gè)。鋪設(shè)隔氣密封罩等。
用羅茨或葉氏風(fēng)機(jī)為各種管道供(排)氣。羅茨A為密封罩供氣，氣體主要成分為CO2，供氣壓力為P1。
用羅茨B向外環(huán)形供氣管道供氣，點(diǎn)火時(shí)用氧氣，正常生產(chǎn)時(shí)用空氣，供氣壓力為P2。
用羅茨C控制內(nèi)環(huán)形管道的供氣成分、壓力和溫度，供氣壓力為P3。當(dāng)羅茨C供給CO2，且壓力大于P4時(shí)?？煞乐垢G腔內(nèi)的邊風(fēng)和外部漏氣及塌邊現(xiàn)象。當(dāng)窯內(nèi)熟料燒成后，可通入低溫CO2，使熟料急冷，以提高熟料的易磨性和水泥的抗硫酸性。當(dāng)窯內(nèi)燃料耗盡(熟料燒成并冷卻后)通以空氣，可以增加對(duì)堆窯堆特別是其上部燈生料球供氣氧化。實(shí)際上，隨著由下而上的燃料的逐漸耗盡，氧化層和其上的還原層亦逐漸上移。在還原層形成以CO為主的可燃?xì)怏w，從上排氣口排出。所以內(nèi)環(huán)形管道及其上的個(gè)字形孔砌塊構(gòu)成之園形窯腔壁是該裝置的重要部分；必要時(shí)可設(shè)兩套，由兩臺(tái)羅茨(C和C‘)分別控制供氣成分和壓力。
羅茨D給窯腔供氣，點(diǎn)火時(shí)用氧氣，正常生產(chǎn)時(shí)用空氣，供氣壓力為P4。
羅茨E接排氣管道抽氣，早、中期抽出的為經(jīng)過(guò)堆窯堆的熾熱帶后形成的、CO為主的氣體，后期為CO2和其它有害氣體為主。壓力為P5。
為保證氧和空氣流入和滲入堆窯堆內(nèi)部，使CO2也滲入其內(nèi)，不使熱量隨CO2外逸，使所有氣態(tài)物質(zhì)(包括煙塵等)均由羅茨E抽出。一般要求整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程保持P1＞P2＞P5，P5為負(fù)壓，P4一般等于P2，P3視情況用于調(diào)控氣體成分和氣流強(qiáng)度與方向。
羅茨E抽出的氣體可供給附近的企業(yè)作能源；也可直接供給羅茨D，以加速窯內(nèi)煅燒，或者供熱降溫后貯存供企業(yè)使用。煤氣燃燒后產(chǎn)生的CO2，可降溫后供給羅茨A；多余的可直接排空；或供給塑料大棚，使棚內(nèi)農(nóng)作物有充足CO2，這將有利于農(nóng)作物之增產(chǎn)。
在羅茨E、羅茨D和羅茨A中循環(huán)的部分氣體中，其中的不燃部分如NOx等會(huì)得到濃縮，可在濃度較大時(shí)回收利用。至于煤氣中的SOx，在其形成的同時(shí)即與石灰?guī)r中的鈣結(jié)合而形成CaSO4，它正是水泥熟料所需要的，當(dāng)然它不宜超量。
免燒磚原料與水泥熟料燒成后即可將隔氣密封罩用千斤頂支起，這時(shí)隔氣罩起防雨作用。制磚工序?yàn)閺闹腥〕雒鉄u原料，適當(dāng)粉磨后加水?dāng)嚢?、成型，在保濕、?yán)冬季節(jié)保溫條件下養(yǎng)護(hù)幾天即可出廠。制水泥的后續(xù)工序，與一般水泥廠相同。堆窯的上排氣可以在鍛燒過(guò)程回收、利用與凈化在煅燒初期和中期，上排氣主要為CO，其余為NOx、H2S和碳?xì)浠衔?，到后期CO減少，CO2增加。故初中期的上排氣排氣可回送至堆窯下部作氣態(tài)燃料，在這循環(huán)過(guò)程CO等可燃?xì)怏w消耗，CO2增加，NOx等有害氣體濃度增大，這些氣體就可能回收，或?qū)⒑鼈兊膹U水用生物方法凈化，其生物膜等構(gòu)成之有機(jī)污泥水，可拌入制生料球的粉料之中，從而完全實(shí)現(xiàn)無(wú)二次污染。
由于城市垃圾和污泥來(lái)源復(fù)雜，為確保建材產(chǎn)品使用中對(duì)人體無(wú)害，在制出成品、出廠前應(yīng)檢測(cè)其化學(xué)成分和放射性，然后確定其用途(有害化學(xué)成分超標(biāo)的可用于公路、機(jī)場(chǎng)等；個(gè)別有放射性超標(biāo)的，可分許多次摻入熟料中，使混合料中的放射強(qiáng)度不超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn))。
本發(fā)明可使我國(guó)工業(yè)廢物的主要部分粉煤灰和煤矸石及全部城市垃圾和污泥都得到無(wú)廢無(wú)害、創(chuàng)造高產(chǎn)值地利用，是廢物集約化、資源化和企業(yè)化利用的創(chuàng)舉。它不僅是環(huán)境工程方面的重大發(fā)明，也是煤礦、燃煤電廠、建材企業(yè)和城鎮(zhèn)的節(jié)能利廢，保護(hù)耕地，減少建廠投資和生產(chǎn)成本、增加利潤(rùn)的實(shí)用技術(shù)。對(duì)全國(guó)來(lái)說(shuō)，其年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益當(dāng)以百億元計(jì)。
權(quán)利要求
1.粉煤灰、城市垃圾和污泥全面無(wú)廢利用法是將它們中的有機(jī)成分和無(wú)機(jī)成分統(tǒng)一、徹底無(wú)害化的利用方法，其特征為a、將城市垃圾和污泥中的有機(jī)成分作為免燒磚原料和水泥熟料在煅燒時(shí)的能源；b、將城市垃圾和污泥中的無(wú)機(jī)成分作為免燒磚原料和水泥熟料的生料組成之一部分；c、在磚生料球和水泥生料球的制作中，用污泥及其水分作為成球粘結(jié)劑；d、其主要產(chǎn)品為免燒磚和水泥，副產(chǎn)品為上排氣及其回收產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，免燒磚生料球和水泥生料球根據(jù)城市垃圾和污泥的綜合成分，對(duì)照制成合格強(qiáng)度的免燒磚的原料所要求的生料標(biāo)準(zhǔn)添加所必需的石灰?guī)r(CaCO3)等組分；對(duì)照按水泥生產(chǎn)要求配方添加所必需的石灰?guī)r、氧化鐵等成分，并保證細(xì)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，磚生料球和水泥生料球均在堆窯堆和相應(yīng)工藝條件下實(shí)施煅燒和上排氣凈化、回收。
全文摘要
粉煤灰、城市垃圾和污泥的全面無(wú)廢利用法為充分利用它們中的有機(jī)成分和無(wú)機(jī)成分的方法，其產(chǎn)品主要為免燒磚原料和水泥熟料。它為建材工業(yè)提供省投資、減能耗、無(wú)污染、增利潤(rùn)的制造方法；為煤礦、燃煤電廠、建材企業(yè)和城鎮(zhèn)提供節(jié)能利廢、消除污染、增加經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的最佳實(shí)用技術(shù)，適用于大中小企業(yè)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個(gè)體企業(yè)。
文檔編號(hào)B28B13/02GK1149012SQ9511848
公開(kāi)日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1995年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月20日
發(fā)明者鐘顯亮, 馮菊坤, 鐘音, 黑瑞文, 黃福元, 馮凌, 鐘語(yǔ), 楊清武 申請(qǐng)人:鐘顯亮