一种干法制粉静态烧结生产煤矸石陶粒的新工艺
阅读说明：本技术 一种干法制粉静态烧结生产煤矸石陶粒的新工艺 (Novel process for producing coal gangue ceramsite by dry powder preparation and static sintering ) 是由 徐顺涛 姚长青 刘纯杰 郑灵棋 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明的实施例公开一种干法制粉静态烧结生产煤矸石陶粒的新工艺,属于煤矸石的综合利用的技术领域。所述新工艺的具体工艺流程先进行煤矸石的破碎和堆存均化,将均化好的煤矸石及辅料进行干法制粉,干法制粉得到的粉末在均化仓内储存均化,均化好的原料细粉增湿预混形成母粒,将母粒加水制成生坯陶粒,过筛获得合格的生球颗粒,铺底料及铺边料,之后将生球颗粒布料入台车,最后将布好料的台车经推车系统送入静态烧结隧道窑进行静态烧结生产煤矸石陶粒。本发明烧成段采用静态烧结,利用余热循环实现陶粒的干燥,焙烧段将陶粒均热段的热风作为二次风送入高温段进行再利用,助燃利用冷却一段余热作为助燃风,提高了助燃风温,节约了燃气能耗。(The embodiment of the invention discloses a novel process for producing coal gangue ceramsite by dry powder preparation and static sintering, belonging to the technical field of comprehensive utilization of coal gangue. The specific process flow of the new process comprises the steps of firstly crushing and stockpiling homogenization of the coal gangue, carrying out dry-process powder preparation on the homogenized coal gangue and auxiliary materials, storing and homogenizing powder obtained by the dry-process powder preparation in a homogenizing bin, humidifying and premixing homogenized raw fine powder to form master batches, adding water into the master batches to prepare green ceramsite, sieving to obtain qualified green pellets, paving a bottom material and a side material, then distributing the green pellets into a trolley, and finally conveying the trolley with the distributed raw material into a static sintering tunnel kiln through a trolley system to carry out static sintering to produce the coal gangue ceramsite. The sintering section of the invention adopts static sintering, realizes the drying of the ceramsite by utilizing the circulation of waste heat, and the hot air of the uniform heating section of the ceramsite is used as secondary air to be sent into the high temperature section for recycling in the sintering section, and the waste heat of the cooling section is used as combustion-supporting air for supporting combustion, thereby improving the temperature of the combustion-supporting air and saving the energy consumption of fuel gas.)
技术领域
本发明属于煤矸石的综合利用的技术领域，涉及一种干法制粉静态烧结生产煤矸石陶粒的新工艺。
背景技术
煤矸石是煤炭的一种共伴生矿物，是在煤炭的开采和洗选加工过程中排放的热值较低、质地坚硬固体废物，其热值一般低于6.3MJ/kg,含有Al2O3、SiO2和Fe2O3等无机灰分，总含量达到煤矸石总量的60～95％，另外还含有数量不等的CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。一般每生产1吨原煤产生0.15～0.2吨煤矸石。
我国煤矸石累计堆存量超50亿吨，占地约20余万亩，每年以6.5亿吨的增量在增长，综合利用率不到70％。目前是我国堆存量及年产量最大、堆存占用土地最多的一种工业固废。
目前处理方式多以填埋堆存为主，少部分用于烧制砖、瓦、轻集料及燃烧发电等用途。
传统的煤矸石陶粒生产工艺多以回转窑为主，其缺点是产量低，耗能高，生产1t陶粒消耗天然气50m3以上，一条生产线日生产能力最大在300t左右，很难实现对煤矸石的大宗处理。
而中国专利CN 113105258 A中涉及一种基于移动床制备无掺杂单一煤矸石陶粒的方法，所述移动床为水平移动的链篦机，链篦机由入料口至出料口，依次划分为干燥段、预热段、焙烧段、冷却Ⅰ段和冷却Ⅱ段，显然并未考虑煤矸石的均化、边底料的延长使用寿命、和烧成出的陶粒品质上中下一致。
中国专利CN 112521174 A中涉及煤矸石陶粒的制备方法，由于其烘干后的物料进入回转窑煅烧，也未进行煤矸石均化和烧成后的温度处理，故而所制备的陶粒质量不均匀，生产能力低，处理能力差。
发明内容
本发明解决的技术问题是传统的煤矸石陶粒制备过程中，回转窑生产能力低，消耗天然气多，链篦机的运输板损耗大，使用的煤矸石原料的生坯陶粒质量不均匀，生产的煤矸石陶粒的品质从上到下变化大。
为解决上述技术问题，本发明提出一种干法制粉静态烧结生产煤矸石陶粒的新工艺，包括如下步骤：
S1、对进行破碎和堆存均化，将均化好的煤矸石及辅料进行干法制粉，制得煤矸石粉末；
S2、将所述煤矸石粉末在均化仓内储存均化，制得原料细粉；
S3、将所述原料细粉增湿预混形成母粒，将母粒加水制成生坯陶粒，过筛获得生球颗粒；
S4、在台车上铺底料及铺边料，将所述生球颗粒布料入台车，将台车经推车系统送入静态烧结隧道窑进行静态烧结，制得煤矸石陶粒。
优选地，所述S1中煤矸石的破碎为煤矸石在使用前破碎为粒度≤50mm的小块。
优选地，所述S1中堆存均化采用堆取料设备分层平铺进行堆存均化，使用时采用垂直方向取料。
优选地，所述S1中干法制粉为将均化好的煤矸石及辅料分别装入不同的喂料机，通过电子配料装置按比例配混送入磨机进行干法研磨；细度研磨至250目筛余3-5％，水分控制在1.5％以内。
优选地，所述干法研磨达到细度的原料经布袋除尘收集，通过输送系统送入S2中均化仓内储存均化。
优选地，所述S3中母粒水分达到2-4％。
优选地，所述S3中母粒水分通过将均化好的原料细粉经计量螺旋送入增湿预混设备(EG2400)内进行增湿预混来控制，以达到增湿降尘形成母粒的效果。
优选地，所述S3中生坯陶粒为直径8-20mm，含水12-16％的生坯陶粒。
优选地，经多辊筛筛去不合格的生球颗粒，然后S4中均匀的布入烧成台车，在生球布入前台车要步入30～100mm的铺底料及铺边料；烧成台车规格可根据用户产量要求确定，日处理量可达千吨级以上。
优选地，所述S4中铺底料及铺边料的厚度为30-100mm，所述铺底料及铺边料为已烧成的陶粒，目的是为了保护台车以延长使用寿命。
优选地，所述S4中静态烧结隧道窑包括前后依次设置的鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段、烧成段、均热段、急冷段和缓冷段。
优选地，所述鼓风干燥段的热量来源于陶粒缓冷产生的温度在200-250℃余热，处理时间为10-16分钟；所述抽风干燥段的热量来源于烧成段产生的250-350℃余热，处理时间为10-16分钟；所述急冷段的余热通过窑炉顶部管道送入烧成段，烧成段两侧配有烧枪，将温度加热到陶粒烧成温度1080℃，处理时间为22-35.2分钟；所述预热段内设有脱碳区，温度在600-950℃、时间为16-25.6分钟将煤矸石陶粒中多余的碳脱掉，以保证煤矸石陶粒的烧成品质；所述均热段温度在1080℃，均热时间为6-9.6分钟；所述急冷段将烧成好的陶粒以0.16-0.31℃/s迅速冷却到600℃，以便于石英晶体的形成；所述缓冷段将陶粒以0.59-0.94℃/s冷却到常温左右，以便于陶粒的筛分分级及包装。
优选地，在陶粒静态烧成中，热风在陶粒中穿行，陶粒烧成自上而下，最终在均热段达到上下一致，表里如一。
优选地，所述煤矸石陶粒的筒压强度6.5MPa以上，堆积密度在0.8-1.1g/cm3，表观密度1.65-1.80g/cm3；所述煤矸石陶粒及筛分分为5mm以下、5-10mm、10-20mm三个等级。
本发明实施例提供的上述技术方案，至少具有如下有益效果：
(1)本发明的方法在陶粒静态烧成中，热风在陶粒中自上而下穿行，均热段达到陶粒的热量均匀。
(2)本发明的堆存均化和储存均化使得煤矸石粒度和水分控制更加精确，为后续的煤矸石陶粒的结构和性能控制奠定了基础。
(3)本发明的母粒水分通过将均化好的原料细粉经计量螺旋送入增湿预混设备(EG2400)内进行增湿预混来精准控制。
(4)本发明的铺底料及铺边料为已烧成的陶粒，目的是为了保护台车以延长使用寿命。
(5)本发明的静态烧结隧道窑的鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段、烧成段、均热段、急冷段和缓冷段的设置和台车的设置使得日处理量可达千吨级以上，超过传统的方法3倍以上，利于工业大规模生产和推广。
(6)本发明的各段热量得到有效利用，节约了生产成本，各段之间的热量控制和高效利用相比现有技术，在提高日处理量的基础上，还能进一步提高烧成的煤矸石陶粒质量。
综上，本发明烧成段采用静态烧结，利用余热循环实现陶粒的干燥，焙烧段将陶粒均热段的热风作为二次风送入高温段进行再利用，助燃利用冷却一段余热作为助燃风，提高了助燃风温，节约了燃气能耗。
总之，本发明工艺及设备简单，占地面积少、能耗低、处理量大，非常适合煤矸石等大宗固废的综合处理，且能做到对煤矸石的“吃干榨净”。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种干法制粉静态烧结生产煤矸石陶粒的新工艺的工艺流程图；
图2为本发明的一种干法制粉静态烧结生产煤矸石陶粒的新工艺的的静态烧结隧道窑进行静态烧结的热风循环图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1和2所示，本发明提出一种干法制粉静态烧结生产煤矸石陶粒的新工艺，包括如下步骤：
S1、对进行破碎和堆存均化，将均化好的煤矸石及辅料进行干法制粉，制得煤矸石粉末；
S2、将所述煤矸石粉末在均化仓内储存均化，制得原料细粉；
S3、将所述原料细粉增湿预混形成母粒，将母粒加水制成生坯陶粒，过筛获得生球颗粒；
S4、在台车上铺底料及铺边料，将所述生球颗粒布料入台车，将台车经推车系统送入静态烧结隧道窑进行静态烧结，制得煤矸石陶粒。
特别地，所述S1中煤矸石的破碎为煤矸石在使用前破碎为粒度≤50mm的小块。
特别地，所述S1中堆存均化采用堆取料设备分层平铺进行堆存均化，使用时采用垂直方向取料。
特别地，所述S1中干法制粉为将均化好的煤矸石及辅料分别装入不同的喂料机，通过电子配料装置按比例配混送入磨机进行干法研磨；细度研磨至250目筛余3-5％，水分控制在1.5％以内。
特别地，所述干法研磨达到细度的原料经布袋除尘收集，通过输送系统送入S2中均化仓内储存均化。
特别地，所述S3中母粒水分达到2-4％。
特别地，所述S3中母粒水分通过将均化好的原料细粉经计量螺旋送入增湿预混设备(EG2400)内进行增湿预混来控制，以达到增湿降尘形成母粒的效果。
特别地，所述S3中生坯陶粒为直径8-20mm，含水12-16％的生坯陶粒。
特别地，经多辊筛筛去不合格的生球颗粒，然后S4中均匀的布入烧成台车，在生球布入前台车要步入30-100mm的铺底料及铺边料；烧成台车规格可根据用户产量要求确定，日处理量可达千吨级以上。
特别地，所述S4中铺底料及铺边料的厚度为30-100mm，所述铺底料及铺边料为已烧成的陶粒，目的是为了保护台车以延长使用寿命。
特别地，所述静态烧结隧道窑包括前后依次设置的鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段、烧成段、均热段、急冷段和缓冷段。
特别地，所述鼓风干燥段的热量来源于陶粒缓冷产生的温度在200-250℃余热，处理时间为10-16分钟；所述抽风干燥段的热量来源于烧成段产生的250-350℃余热，处理时间为10-16分钟；所述急冷段的余热通过窑炉顶部管道送入烧成段，烧成段两侧配有烧枪，将温度加热到陶粒烧成温度1080℃，处理时间为22-35.2分钟；所述预热段内设有脱碳区，温度在600-950℃、时间为16-25.6分钟将煤矸石陶粒中多余的碳脱掉，以保证煤矸石陶粒的烧成品质；所述均热段温度在1080℃，均热时间为6-9.6分钟；所述急冷段将烧成好的陶粒以0.16-0.31℃/s迅速冷却到600℃，以便于石英晶体的形成；所述缓冷段将陶粒以0.59-0.94℃/s冷却到常温左右，以便于陶粒的筛分分级及包装。
特别地，在陶粒静态烧成中，热风在陶粒中穿行，陶粒烧成自上而下，最终在均热段达到上下一致，表里如一。
特别地，所述煤矸石陶粒的筒压强度6.5MPa以上，堆积密度在0.8-1.1g/cm3，表观密度1.65-1.80g/cm3；所述煤矸石陶粒及筛分分为5mm以下、5-10mm、10-20mm三个等级。
具体一种干法制粉静态烧结生产煤矸石陶粒的新工艺结合以下实施例和附图1-2进行说明：
实施例1
按照如图1所示的工艺流程制备日处理量为166m3的煤矸石陶粒
煤矸石在使用前破碎为粒度≤50mm的小块，采用堆取料设备分层平铺进行堆存均化，使用时采用垂直方向取料。
将均化好的煤矸石及辅料进行干法制粉：将均化好的煤矸石及辅料分别装入不同的喂料机，通过电子配料装置按比例配混送入立式磨机进行干法研磨。细度研磨至250目(网孔孔径58μm)筛余2.5％(筛上剩余测样的重量百分比)，水分控制在1±0.5％。
研磨达到细度的原料经布袋除尘收集，通过输送系统送入均化仓内储存均化。
均化好的原料细粉经计量螺旋送入增湿预混设备(EG2400)内进行增湿预混，水分达到3.0％，以达到增湿降尘形成母粒的效果。
含水3.0％的预增湿母粒经输送设备送去成粒盘，进一步加水制成直径8mm，含水12％的生坯陶粒，经多辊筛筛去不合格的生球颗粒，然后均匀的布入烧成台车，在生球布入前台车要步入50mm的铺底料及铺边料，该原料为已烧成的陶粒，目的是为了保护台车以延长使用寿命。台车规格可根据用户产量要求确定，日处理量可达千吨级以上。
如图2所示，台车按照用户的产量要求布料好以后，将所述台车送入静态烧结隧道窑，前后依次经过鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段、烧成段、均热段、急冷段和缓冷段的处理，最终制备得到符合要求的煤矸石陶粒。
其中，所述鼓风干燥段的热量来源于陶粒缓冷产生的温度在200℃余热，处理时间为10分钟；所述抽风干燥段的热量来源于烧成段产生的250℃余热，处理时间为10分钟；所述急冷段的余热通过窑炉顶部管道送入烧成段，烧成段两侧配有烧枪，将温度加热到陶粒烧成温度1080℃，处理时间为22分钟；所述预热段内设有脱碳区，温度在600℃、时间为16分钟将煤矸石陶粒中多余的碳脱掉，以保证煤矸石陶粒的烧成品质；所述均热段温度在1080℃，均热时间为6分钟；所述急冷段将烧成好的陶粒以0.31℃/S迅速冷却到600℃，以便于石英晶体的形成；所述缓冷段将陶粒以0.94℃/s冷却到常温左右，以便于陶粒的筛分分级及包装。
在陶粒静态烧成中，热风在陶粒中穿行，陶粒烧成自上而下，最终在均热段达到上下一致，表里如一。
烧出的煤矸石陶粒性能：筒压强度7.2MPa，堆积密度在0.97g/cm3，表观密度1.72g/cm3。
烧出陶粒及筛分分为5mm以下、5-10mm、10-20mm三个等级，分别进行包装入库。
实施例2
按照如图1所示的工艺流程制备日处理量为138m3的煤矸石陶粒
煤矸石在使用前破碎为粒度≤50mm的小块，采用堆取料设备分层平铺进行堆存均化，使用时采用垂直方向取料。
将均化好的煤矸石及辅料进行干法制粉：将均化好的煤矸石及辅料分别装入不同的喂料机，通过电子配料装置按比例配混送入立式磨机进行干法研磨。细度研磨至250目(网孔孔径58μm)筛余3±1％(筛上剩余测样的重量百分比)，水分控制在1±0.5％。
研磨达到细度的原料经布袋除尘收集，通过输送系统送入均化仓内储存均化。
均化好的原料细粉经计量螺旋送入增湿预混设备(EG2400)内进行增湿预混，水分达到3.5％，以达到增湿降尘形成母粒的效果。
含水3.5％的预增湿母粒经输送设备送去成粒盘，进一步加水制成直径15mm，含水14％的生坯陶粒，经多辊筛筛去不合格的生球颗粒，然后均匀的布入烧成台车，在生球布入前台车要步入80mm的铺底料及铺边料，该原料为已烧成的陶粒，目的是为了保护台车以延长使用寿命。台车规格可根据用户产量要求确定，日处理量可达千吨级以上。
如图2所示，台车按照用户的产量要求布料好以后，将所述台车送入静态烧结隧道窑，前后依次经过鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段、烧成段、均热段、急冷段和缓冷段的处理，最终制备得到符合要求的煤矸石陶粒。
其中，所述鼓风干燥段的热量来源于陶粒缓冷产生的温度在250℃余热，处理时间为12分钟；所述抽风干燥段的热量来源于烧成段产生的350℃余热，处理时间为12分钟；所述急冷段的余热通过窑炉顶部管道送入烧成段，烧成段两侧配有烧枪，将温度加热到陶粒烧成温度1080℃，处理时间为26.4分钟；所述预热段内设有脱碳区，温度在950℃、时间为19.2分钟将煤矸石陶粒中多余的碳脱掉，以保证煤矸石陶粒的烧成品质；所述均热段温度在1080℃，均热时间为7.2分钟；所述急冷段将烧成好的陶粒以0.26℃/s迅速冷却到600℃，以便于石英晶体的形成；所述缓冷段将陶粒以0.59℃/s冷却到常温左右，以便于陶粒的筛分分级及包装。
在陶粒静态烧成中，热风在陶粒中穿行，陶粒烧成自上而下，最终在均热段达到上下一致，表里如一。
烧出的煤矸石陶粒性能：筒压强度筒压强度9.1MPa以上，堆积密度在1.00g/cm3，表观密度1.76g/cm3。
烧出陶粒及筛分分为5mm以下、5-10mm、10-20mm三个等级，分别进行包装入库。
实施例3
按照如图1所示的工艺流程制备日处理量为104m3的煤矸石陶粒
煤矸石在使用前破碎为粒度≤50mm的小块，采用堆取料设备分层平铺进行堆存均化，使用时采用垂直方向取料。
将均化好的煤矸石及辅料进行干法制粉：将均化好的煤矸石及辅料分别装入不同的喂料机，通过电子配料装置按比例配混送入立式磨机进行干法研磨。细度研磨至250目(网孔孔径58μm)筛余3±1％(筛上剩余测样的重量百分比)，水分控制在1±0.5％。
研磨达到细度的原料经布袋除尘收集，通过输送系统送入均化仓内储存均化。
均化好的原料细粉经计量螺旋送入增湿预混设备(EG2400)内进行增湿预混，水分达到4％，以达到增湿降尘形成母粒的效果。
含水4％的预增湿母粒经输送设备送去成粒盘，进一步加水制成直径20mm，含水16％的生坯陶粒，经多辊筛筛去不合格的生球颗粒，然后均匀的布入烧成台车，在生球布入前台车要步入100mm的铺底料及铺边料，该原料为已烧成的陶粒，目的是为了保护台车以延长使用寿命。台车规格可根据用户产量要求确定，日处理量可达千吨级以上。
如图2所示，台车按照用户的产量要求布料好以后，将所述台车送入静态烧结隧道窑，前后依次经过鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段、烧成段、均热段、急冷段和缓冷段的处理，最终制备得到符合要求的煤矸石陶粒。
其中，所述鼓风干燥段的热量来源于陶粒缓冷产生的温度在220℃余热，处理时间为16分钟；所述抽风干燥段的热量来源于烧成段产生的290℃余热，处理时间为16分钟；所述急冷段的余热通过窑炉顶部管道送入烧成段，烧成段两侧配有烧枪，将温度加热到陶粒烧成温度1080℃，处理时间为35.2分钟；所述预热段内设有脱碳区，温度在720℃、时间为25.6分钟将煤矸石陶粒中多余的碳脱掉，以保证煤矸石陶粒的烧成品质；所述均热段温度在1080℃，均热时间为9.6分钟；所述急冷段将烧成好的陶粒以0.16℃/s迅速冷却到600℃，以便于石英晶体的形成；所述缓冷段将陶粒以0.59℃/s冷却到常温左右，以便于陶粒的筛分分级及包装。
在陶粒静态烧成中，热风在陶粒中穿行，陶粒烧成自上而下，最终在均热段达到上下一致，表里如一。
烧出的煤矸石陶粒性能：筒压强度10.2MPa以上，堆积密度在1.02g/cm3，表观密度1.79g/cm3。
烧出陶粒及筛分分为5mm以下、5-10mm、10-20mm三个等级，分别进行包装入库。
综上可见，本发明实施例提供的上述技术方案，至少具有如下有益效果：
(1)本发明的方法在陶粒静态烧成中，热风在陶粒中自上而下穿行，均热段达到陶粒的热量均匀。
(2)本发明的堆存均化和储存均化使得煤矸石粒度和水分控制更加精确，为后续的煤矸石陶粒的结构和性能控制奠定了基础。
(3)本发明的母粒水分通过将均化好的原料细粉经计量螺旋送入增湿预混设备(EG2400)内进行增湿预混来精准控制。
(4)本发明的铺底料及铺边料为已烧成的陶粒，目的是为了保护台车以延长使用寿命。
(5)本发明的静态烧结隧道窑的鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段、烧成段、均热段、急冷段和缓冷段的设置和台车的设置使得日处理量可达千吨级以上，超过传统的方法3倍以上，利于工业大规模生产和推广。
(6)本发明的各段热量得到有效利用，节约了生产成本，各段之间的热量控制和高效利用相比现有技术，在提高日处理量的基础上，还能进一步提高烧成的煤矸石陶粒质量。
综上，本发明烧成段采用静态烧结，利用余热循环实现陶粒的干燥，焙烧段将陶粒均热段的热风作为二次风送入高温段进行再利用，助燃利用冷却一段余热作为助燃风，提高了助燃风温，节约了燃气能耗。
总之，本发明工艺及设备简单，占地面积少、能耗低、处理量大，非常适合煤矸石等大宗固废的综合处理，且能做到对煤矸石的“吃干榨净”。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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