СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОПЛИВОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C04B7/36 

Область использования-экология, теплоэнергетика, стройиндустрия, а именно, производство строительных материалов с использованием топливосодержащих отходов.

Золы теплоэлектростанций (ТЭС), попутные породы при угледобыче и отходы центральных углеобогатительных фабрик (ЦОФ) в настоящее время представляют собой многотоннажные отходы энергетики и угольной промышленности. Использование этих отходов весьма ограничено, главным образом, вследствие высокого содержания в них остаточного топлива (от 2-3 до 30-40%), которое может изменяться в течение суток и даже часов работы ТЭС и ЦОФ.

Известен способ и устройство для получения пористого заполнителя, заключающийся в том, что в циклонный плавильный агрегат подают топливосодержащую золу и воздух, нагретый за счет тепла отходящих газов, температуру в циклонном плавильном агрегате регулируют установленными в нем горелками, отходящие газы циклонного плавильного агрегата направляют в обжиговую печь, в теплообменник для подогрева воздуха и во вращающийся барабан для сушки зольного шлама. Расплав золы охлаждают высушивают, измельчают, гранулируют и обжигают в обжиговой печи с получением пористого заполнителя.

Устройство для получения пористого заполнителя состоит из циклонного плавильного агрегата, соединенного газоходом с противоточным вращающимся подогревателем и обжиговой печью. Устройство включает в себя также теплообменник для нагрева воздуха отходящими газами. Высокотемпературный газ в этом устройстве используется для трех целей: нагрева воздуха в теплообменнике, подсушки материала во вращающемся подогревателе и обжиге материала в обжиговой печи (1).

Недостатком устройства и способа является трудность количественного и температурного распределения газового потока, выходящего из циклона в подогреватель, теплообменник и обжиговую печь вследствие разного аэродинамического сопротивления указанных агрегатов. Использование регулирующих элементов заслонок, шиберов и т.п. для распределения высокотемпературного газа (1500-1600^oC) оказывается затруднительным, и вследствие этого работа устройства становится неустойчивой.

Наиболее близким к предложенному способу и устройству являются способ и устройство для производства цемента и извести на основе топливосодержащих отходов (2).

Способ заключается в том, что топливосодержащий отход плавят в плавильном циклоне совместно с корректирующими добавками, в обжиговой печи осуществляют сушку и обжиг несодержащего топлива сырья, а отходящими газами обжиговой печи нагревают воздух, подаваемый в плавильный циклон.

Устройство включает плавильный циклон, соединенный с обжиговой печью, и установленный на выходе отходящих газов обжиговой печи теплообменник, соединенный воздуховодом с плавильным циклоном.

Недостатком устройства является сложная технологическая схема, затрудняющая управление разнообразными технологическими процессами, и нестандартное оборудование, необходимое для ее реализации.

Общим недостатком известных решений является то, что тепло, получаемое результате сгорания топлива, используется недостаточно полно. Известные решения не позволяют производить переработку отходов, содержащих переменное количество топлива, и не обеспечивают устойчивой работы технологических агрегатов.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является переработка топливосодержащих отходов с переменным содержанием топлива, получение за счет его теплотворной способности максимального количества строительных материалов и устойчивость технологического режима переработки.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе производства строительных материалов с использованием топливосодержащих отходов, заключающемся в том, что топливосодержащий отход плавят в плавильном циклоне совместно с корректирующими добавками, в обжиговой печи осуществляют сушку и обжиг несодержащего топлива сырья, а отходящими газами обжиговой печи нагревают воздух, подаваемый в плавильный циклон, предварительно топливосодержащий отход измельчают, температуру в плавильном циклоне поддерживают установленными в нем горелками, и обжиг сырья в обжиговой печи осуществляют за счет тепла отходящих газов плавильного циклона.

Кроме того, в топливосодержащий отход вводят добавки, корректирующие минеральный состав до состава железистого, белитового или алитового клинкера или шлакового гранулята. В обжиговой печи осуществляют ушку и обжиг карбонатного сырья для получения извести, обжиг железистого, белитового или алитового клинкера, сушку и обжиг пористого заполнителя или керамических изделий. Температурный режим обжига сырья отходящими газами в обжиговой печи регулируют смешиванием отходящих газов с окружающим воздухом за счет создаваемого отсасывающими устройствами разрежения.

В устройстве для производства строительных материалов с использованием топливосодержащих отходов, включающем плавильный агрегатциклон, соединенный с обжиговой печью и установленный на выходе отходящих газов обжиговой печи теплообменник, соединенный воздуховодом с плавильным циклоном, последний установлен в качестве горелочного устройства обжиговой печи, а на плавильном циклоне дополнительно установлены горелочные устройства. В качестве обжиговой печи установлена вращающаяся, шахтная или туннельная печь. Обжиговая печь содержит холодильник или сушильный агрегат.

Изобретение поясняется чертежом, где изображено устройство для производства строительных материалов.

Устройство содержит циклонный плавильный агрегат 1 с топливными горелками 2. Плавильный циклонный агрегат 1 установлен в качестве горелочного устройства обжиговой печи 3, за обжиговой печью 3 установлен теплообменник 4 для подогрева воздуха отходящими газами.

Устройство работает следующим образом.

Подсушенный и отшихтованный топливосодержащий отход подают в циклонный плавильный агрегат 1. Температуру плавления достигают за счет сгорания топливной составляющей отхода и регулируют дополнительной подачей горелками 2 жидкого или газообразного топлива, отходящие газы из плавильного агрегата 1 непосредственно направляют в обжиговую печь 3, в которой производится обжиг цементного клинкера, извести, пористых заполнителей или других строительных материалов. Температуру обжига в обжиговой печи регулируют путем смешивания отходящих газов с окружающим воздухом (регулируемый подсос) за счет разрежения, создаваемого отсасывающими устройствами. Нагрев воздуха, подаваемого в циклонный плавильный агрегат 1 производят отходящими газами обжиговой печи в теплообменнике 4, которые затем используют для низкотемпературного обжига или сушки материалов.

Примеры реализации способа.

Пример 1.

Получение плавленного клинкера в циклонном плавильном агрегате и обжигового цементного клинкера во вращающейся печи, сблокированной с плавильным агрегатом.

В качестве сырьевых компонентов использована кальциевая зола унос Назаровской ТЭС Канско-Ачинского угольного бассейна, а также корректирующие добавки известняк и колчеданные огарки, с расчетом получения клинкеров с коэффициентом насыщения от 0,7 (железистый клинкер) до 0,9 (алитовый клинкер), значением силикатного модуля от 1,0 до 3,0 и значением глиноземистого модуля от 1,0 до 2,5. Смеси компонентов измельчались до удельной поверхности 500 м²/кг. При этом, смеси железистого и белитового состава подавали в циклонный плавильный агрегат, а сырьевую смесь алитового состава в обжиговую печь (вращающуюся печь). В циклонном плавильном агрегате сырьевые смеси плавились при температуре материала 1350-1450^oC, а во вращающейся печи производили обжиг алитовых клинкеров до спекания в интервале температур 1450-1470^oC. Температура отходящих газов циклонного плавильного агрегата, выполняющего роль горелочного устройства вращающейся печи, регулировалась в пределах 1550-1650^oC. Расход топлива для получения плавленных клинкеров составил от 60 до 80% от расхода топлива на получение таких же клинкеров из природных сырьевых материалов. Экономия топлива достигнута за счет наличия в золе остаточного топлива и декарбонизированной кальциевой составляющей. Обжиговый алитовый клинкер получали с нулевым расходом дополнительного топлива, т.е. за счет теплоты отходящих газов из циклона.

Пример 2.

Получение плавленного цементного клинкера и извести.

В качестве сырьевого компонента для получения клинкера использована зола-унос ТЭЦ-22, работающей на углях Кузнецкого и Донецкого угольных бассейнов, и корректирующие добавки известняк и колчеданные огарки. Карбонатным сырьем для получения извести служил известняк Веневского месторождения. Подготовка сырьевой смеси и обжиг плавленного клинкера производились как в примере 1.

Известняк во вращающуюся печь подавали фракции 10-40 мм (отход от производства извести в шахтных печах). Температуру отходящих газов, используемых для обжига известняка во вращающейся печи, регулировали за счет подсоса окружающего холодного воздуха через холодильники обжиговой печи.

Пример 3.

Получение гранулята (заполнителя бетонов, отошителя керамических масс, полуфабриката для изготовления особо легкого пористого заполнителя) и извести.

Для получения гранулята в циклонном плавильном агрегате использовали отходы углеобогащения Кузнецкого угольного бассейна (Сибирская ЦОФ) с содержанием остаточного топлива 36% с добавкой 8% известняка. Сырьевую смесь сушили, измельчали до удельной поверхности 100-150 м²/кг и подавали в циклонный агрегат. Смесь плавили при температуре 1350-1450^oC и при выходе из копильника быстрым охлаждением водным или воздушно-водным способами превращали в гранулят. Отходящие газы из циклона использовали для производства извести в шахтной печи. Расход топлива для получения гранулята за счет высокого содержания остаточного топлива в отходах составил 20-30% по сравнению с получением гранулята из природных сырьевых материалов. Для обжига извести, также как в примерах 1, 2, дополнительного топлива не требуется.

Предлагаемый способ и устройство дают следующий технический результат:
в циклонном плавильном агрегате в зависимости от состава топливосодержащего отхода возможно производство различных полуфабрикатов и готовых строительных материалов железистого, белитового и алитового клинкера для изготовления различных видов цемента, плотного заполнителя бетонов, отощителя для керамического производства, гранулята для последующего производства особо легких пористых заполнителей и др.

в циклонном агрегате, соединенном с обжиговой печью возможно производство одного и того же материала (например, плавленного и обжигового клинкера), или различных строительных материалов;
плотностью используются теплотворная способность топливосодержащего отхода, т. к. тепло отходящих газов из циклона эффективно используется по известным, многократным апробированным технологиям;
достигается возможность использования отходов с переменным содержанием топлива и получение за счет его теплотворной способности максимального количества продукта;
достигается возможность производить за счет теплотворной способности топливосодержащих отходов высокотемпературные процессы обжига строительных материалов, например, цементного клинкера;
достигается устойчивость режима работы за счет одновременного регулирования температуры в плавильном циклоне топливными горелками и температуры в обжиговой печи подсосом окружающего воздуха, а также за счет направления всего потока отходящих газов циклонного плавильного агрегата непосредственно в обжиговую печь.

Область использования - экология, теплоэнергетика, стройиндустрия, а именно производство строительных материалов с использованием топливосодержащих отходов. Сущность: топливосодержащий отход измельчают и вводят в него добавки, превращающие его в шихту для производства нужного строительного материала. Шихту плавят в циклонном плавильном агрегате, температура в котором регулируется дополнительно установленными топливными горелками. Плавильный агрегат установлен в качестве горелочного устройства в обжиговой печи, в которой за счет тепла отходящих газов плавильного агрегата производят сушку и обжиг дополнительного количества сырья. Воздух, подаваемый в плавильный агрегат, подогревают отходящими газами обжиговой печи в теплообменнике, установленном после обжиговой печи. Изобретение позволяет достичь устойчивого режима переработки отходов с переменным содержанием топлива, полностью использовать теплотворную способность топливосодержащего отхода и производить различные строительные материалы и полуфабрикаты. 2 с.п. 8 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Способ производства строительных материалов с использованием топливосодержащих отходов, заключающийся в том, что топливосодержащий отход плавят в плавильном циклоне совместно с корректирующими добавками, в обжиговой печи осуществляют сушку и обжиг несодержащего топлива сырья, а отходящими газами обжиговой печи нагревают воздух, подаваемый в плавильный циклон, отличающийся тем, что предварительно топливосодержащий отход измельчают, температуру в плавильном циклоне поддерживают установленными в нем горелками, а обжиг сырья в обжиговой печи осуществляют за счет тепла отходящих газов плавильного циклона. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в топливосодержащий отход вводят добавки, корректирующие минеральный состав до состава железистого, белитового или алитового клинкера или шлакового гранулята. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в обжиговой печи осуществляют сушку и обжиг карбонатного сырья для получения извести. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в обжиговой печи осуществляют обжиг железистого белитового или алитового клинкера. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в обжиговой печи осуществляют сушку и обжиг пористого заполнителя или керамических изделий. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что температурный режим обжига сырья отходящими газами в обжиговой печи регулируют смешиванием отходящих газов с окружающим воздухом за счет создаваемого отсасывающими устройствами разрежения. 7. Устройство для производства строительных материалов с использованием топливосодержащих отходов, включающее плавильный циклон, соединенный с обжиговой печью и установленный на выходе отходящих газов обжиговой печи теплообменник, соединенный воздуховодом с плавильным циклоном, отличающееся тем, что плавильный циклон установлен в качестве горелочного устройства обжиговой печи, а на плавильном циклоне дополнительно установлены горелочные устройства. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве обжиговой печи установлена вращающаяся, шахтная или туннельная печь. 9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что обжиговая печь содержит холодильник. 10. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что обжиговая печь содержит сушильный агрегат.