一種利用複合材料廢棄物製備水泥窯替代燃料的方法

2023-10-29 11:42:42

專利名稱：一種利用複合材料廢棄物製備水泥窯替代燃料的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備水泥窯替代燃料的方法，具體地涉及一種利用複合材料廢棄物製備水泥窯替代燃料的方法。
背景技術：
玻璃鋼(FRP)產品是一種合成的複合材料，由包裹在聚合物基質中的纖維聚合物組成。其中使用的加固材料通常情況下為玻璃纖維，但也可以採用芳綸(凱夫拉爾)或碳纖維作為加固材料，以其質輕、強度高、耐腐蝕等性能在各行業中得到廣泛的應用。一般玻璃鋼製品的使用年限為10-15年左右，經過長時間使用，早期使用的玻璃鋼材料被逐漸淘汰變為固廢。玻璃鋼製品生產、加工過程中產生的廢邊角料量也隨著玻璃鋼製品的廣泛使用逐年增大。由於玻璃鋼/複合材料具有熱固性，又含有大量的玻璃纖維，玻璃鋼複合材料的廢物處理過程十分困難，玻璃鋼複合材料廢棄物處理、回收困難的問題日益顯著。目前公知的處理、回收玻璃鋼複合材料廢棄物的方法主要分為機械法、焚燒法、熱解法和化學法。介紹如下機械法主要是將玻璃鋼複合材料通過粉碎、磨削等工序處理後粉碎成粒度不同的顆粒(最小粒度不小於35mm),作為建材、混凝土、裝飾材料等製造過程中的填料,或將玻璃鋼複合材料破碎成更細的微粉材料後(平均粒度低於60 μ m)，用於SMC、BMC及普通玻璃鋼產品的製造。製作普通填料方式生產成本最低，處理方法相對較簡單，但產品附加值較低。若製造微粉填料，則破碎成本較高，且隨著微粉添加量的提高，會降低新制玻璃鋼製品的強度。熱解法與塑料、橡膠高溫分解回收法相近，將玻璃鋼複合材料廢棄物在無氧情況下，通過加熱方式使其分解為熱解氣和熱解油，以及玻璃纖維等副產物。熱解過程一旦開始，則熱解氣可供給熱解所需能量，無需再額外提供能量，熱解法由於其工藝原因，可以處理被油漆、粘連劑等其他材料汙染過的玻璃鋼廢棄物。但是熱解過程條件相對苛刻，且熱解後固體副產物較多，需要另外單獨處置。化學法通過化學溶劑、催化劑的共同作用，在一定溫度下溶解樹脂，將材料中的纖維和樹脂分離，再通過新的合成工藝重新生成不飽和聚酯。用該種方法回收合成樹脂過程不需要精製，可以直接製得性能更高的不飽和聚酯。但回收的過程較為複雜，同時由於使用較多有潛在危害的溶劑存在一定安全及環保隱患。燃燒法玻璃鋼複合材料廢棄物體積較大，直接燃燒效率低下，熱量無法有效利用，普通燃燒法燃燒溫度相對較低，燃燒同時會釋放大量有害氣體，容易對大氣環境造成破壞性影響，燃燒後會產生廢渣，需另外單獨處理。據[王勇、萬濤、王翔《玻璃鋼廢棄物的處理與再利用》國外建材科技2002，23 (I)]介紹，目前已經有將玻璃鋼廢棄物經過粉碎工序破碎成粒徑IOmm大小的粉末送入水泥窯燃燒的試驗，由於粉碎顆粒較小，因此破碎工作量較大，破碎至IOmm粒徑對破碎機要求較高，通用破碎設備很難達到相應要求，導致破碎成本高昂，臺時產量較低，難以用於正式生產。同時，水泥工業以原煤為燃料，且原煤消耗量巨大，是典型的能源密集型產業，由於目前原煤供應日趨緊張，導致水泥生產成本逐漸提高，不利於水泥行業的發展。隨著低碳經濟日益成為社會主流經濟形態，發展循環經濟，集中降低一次能源消耗，尋找煤炭替代燃料逐漸成為水泥企業謀求進一步發展主要手段，也是能源密集型產業尋求突破的大勢所趨。

發明內容
本發明的目的在於提供一種利用玻璃鋼複合材料廢棄物製備水泥窯替代燃料的方法，以解決玻璃鋼複合材料廢棄物處理困難的問題，同時解決水泥工業因耗能高產生的燃料問題。為實現上述目的，本發明提供的利用複合材料廢棄物製備水泥窯替代燃料的方法，將玻璃鋼複合材料廢棄物粉碎成粒徑小於20mm的顆粒或薄片作為替代燃料，送於水泥窯預燃爐內，於壓力為-500至-SOOPa下進行燃燒；或將替代燃料由水泥窯窯頭多通道燃燒器噴入水泥窯內。所述的方法中，破碎前將玻璃鋼複合材料廢棄物中的金屬篩選出來。所述的方法中，破碎的玻璃鋼複合材料廢棄物中塑料薄膜體積比不超過60%。所述的方法中，粉碎是採用二級粉碎；二級粉碎中的第一級粉碎先將玻璃鋼複合材料廢棄物粉碎成100mm-150mm的片狀或塊狀物料,再經第二級粉碎成粒徑小於20mm的顆粒或薄片。所述的方法中，替代燃料送入水泥窯預燃爐內或從水泥窯窯頭多通道燃燒器送入窯內的投料量為O. 5-3t/h。本發明在水泥窯預燃爐共處置玻璃鋼廢棄物有如下優勢I)玻璃鋼中的可燃組分在400°C條件下就已大量揮發並燃燒，遠低於石灰石大量分解的溫度，而水泥窯預燃爐溫度在850 900°C之間，玻璃鋼複合材料顆粒中的揮發份和固定碳充分揮發和燃燒，燃燒氣體最高溫度可達1400°C。燃燒反應在預燃爐及其彎管內即可完成，分解爐出口不會有未燃盡成分，保證水泥窯中燃燒工況穩定。2)水泥窯內呈現鹼性氣氛，廢棄物燃燒後產生的酸性氣體被水泥窯內的鹼性環境所吸附，因此焚燒玻璃鋼廢棄物不會增加尾氣中的S02、H2S等有害氣體排放，不會對周圍環境造成二次汙染。3)玻璃鋼複合材料中含有大量玻璃纖維，若簡單焚燒，飛灰和殘渣中會有玻璃纖維殘留，依照本發明所採用的工藝，燃燒後殘渣隨生料一起進入水泥窯內製成水泥熟料燃燒殘渣無二次汙染。4)由於玻璃鋼廢棄物本身性質，經過前處理後的玻璃鋼物料可以實現燃煤替代， 在處置玻璃鋼廢棄物的同時，節約了水泥窯燃煤，實現了循環經濟。本發明利用水泥窯窯頭噴入的形式燃燒玻璃鋼廢棄物替代燃料有如下優勢I)水泥窯窯頭火焰溫度可達到1700°C，燃燒玻璃鋼廢棄物產生的氣體在水泥窯內高溫段停留時間超過4s，燃燒過程中有可能出現的二噁英、S02、H2S等有害氣體可以在窯內徹底分解，不造成二次汙染。
2)玻璃鋼複合材料燃燒後殘渣主要成分為SiO2, Al2O3等成分，均為水泥生產過程中必須原料，因此燃燒後殘渣直接替代部分水泥生產原料進入水泥成品中，不會造成燃燒殘洛的二次汙染問題。3)由於玻璃鋼廢棄物本身性質，經過前處理後的玻璃鋼物料可以實現燃煤替代， 在處置玻璃鋼廢棄物的同時，節約了水泥窯燃煤，實現了循環經濟。4)由於玻璃鋼廢棄物經過處理後形成的替代燃料在燃燒速率、發熱量等方面均與煤粉性質相近，從窯頭噴入燃燒不會對煤粉燃燒造成影響，同時由玻璃鋼製備的替代燃料的燃燒不會造成窯內高溫段的推移，因此不會影響水泥窯正常生產。
具體實施例方式本發將玻璃鋼廢棄物通過一系列處理工序加工成一種適合水泥窯燃燒的替代燃料，同時解決了玻璃鋼廢棄物難於回收處置的問題以及水泥生產高能耗的問題，既實現保護環境的目的，又將廢物資源綜合利用。由於玻璃鋼具有硬度高、韌性強等性質，並非所有玻璃鋼廢棄物都適宜製作替代燃料，因此在進入破碎工序前需通過分選工序選出適合進行玻璃鋼破碎的物料。分選標準(I)平均厚度不超過50mm ； (2)最厚厚度不超過IOOmm ； (3)不含鐵或類似金屬物質；(4)附帶塑料薄膜類物質體積比不超過60%。分選意義過厚或含有鐵類物質的玻璃鋼複合材料對破碎機影響較大，容易造成破碎機磨損或卡料，當塑料薄膜類物質含量過高時容易導致此類物料纏繞在破碎機轉子上影響破碎效率甚至造成破碎機損壞。經過分選後的物料由機械或人工方式進行上料機械方式宜採用抓斗、輸送皮帶等；人工方式需對物料先進行打包處理，運至投料點後拆包，由專人將物料投入破碎機內進行破碎。破碎工序通過至少一級破碎機進行破碎，推薦使用兩級破碎機進行，本發明的破碎可以採用為公知的破碎機。一級破碎一級破碎機推薦使用剪切式破碎機，剪切破碎機的轉子上具有帶齒的圓形刀片，轉子相向旋轉，轉速不同。轉子間相互作用，通過剪切、撕裂和擠壓破碎物料。經過一級破碎後物料普遍達到100mm-150mm範圍內，最大寬度低於180mm,呈長度小於IOOOmm 的條狀或片狀結構。由於二級破碎為細破碎機，工作能力有限，且對進入破碎機的物料要求比較嚴格，如果直接進行細破碎，則會嚴重影響細破碎機破碎能力，也會加速細破刀具的磨損，影響細破使用壽命，使用一級破碎機對玻璃鋼物料進行初步破碎，既可以提高替代燃料製備系統的工作效率，又可提高二級破碎機的使用壽命。一級破碎機採用加大型進料鬥，進料鬥上部設置集氣罩。破碎機連接機構經過一級破碎後的物料通過破碎機連接機構送至二級破碎機，破碎機連接機構可採用如下兩種形式(I) 一二級破碎機縱向布置，則使用下料溜子與翻板閥相配合作為破碎機連接機構，通過翻板閥的開閉實現對二級破碎機進料的控制；(2) 一二級破碎機平行或交錯布置，則使用密閉的大傾角皮帶及下料溜子配合作為破碎機連接機構，通過控制皮帶輸送速度實現對二級破碎機進料的控制。二級破碎二級破碎機推薦使用中轉速單軸撕碎機，單軸撕碎機配有一個大慣性刀輥和刀輥周圍的固定式刀具，刀輥上裝有合金刀頭，刀輥旋轉過程中刀輥上的動刀與固定在固架上的定刀相對運動，通過剪切撕扯的方式破碎物料。經過一級破碎後的物料輸送入二級破碎機，由二級破碎機將物料破至粒徑小於20mm的替代燃料顆粒。替代燃料的使用，可以經過風送裝置輸送進入水泥窯預燃爐，投料量O. 5 3t/ h，採用連續投料方式處理。預燃爐溫度約850 900 °C，為微負壓，壓力範圍_500Pa 至-800Pa。也可以經過風機輸送送入位於水泥窯窯頭的多通道燃燒器中，噴入水泥窯內，投料量O. 5 3t/h。窯頭火焰燃燒溫度可達到1700°C。以3000噸帶MFC預燃爐的窯外分解幹法水泥迴轉窯工藝為例，玻璃鋼製備替代燃料最大替代量約為總燃煤投加率的10%，即每投加20t煤粉，最多可投加約2t煤粉當量 (實際玻璃鋼替代燃料投加量約為3t)的替代燃料；由於替代燃料投加後會引入其他影響因素，因此需至少投加總燃煤投加率I. 5%的替代燃料方可體現替代效果，即每投加20t煤粉，需至少投加約O. 3t煤粉當量(實際玻璃鋼替代燃料投加量約為O. 5t)的替代燃料，方可體現替代效果。玻璃鋼廢棄物製備替代燃料創新及意義在於，玻璃鋼複合材料普遍平均低位熱值在6000kcal/kg左右，與煤粉低位熱值(5500kcal/kg)相近，玻璃鋼複合材料燃燒曲線與煤的燃燒曲線接近，燃燒速率相當，因此經過處理的玻璃鋼廢棄物適合作為煤粉的替代燃料使用。考慮窯尾進入冷風等影響因素後，噸玻璃鋼/複合材料煤粉替代量約可達到O. 7t以上，如按照年處理玻璃鋼複合材料廢棄物IOOOOt計算，則可理論節煤7000t。替代燃料主要用於水泥窯燃煤替代，在處置廢棄物的同時，降低水泥企業能源消耗，實現循環經濟。由於玻璃鋼複合材料經過兩級破碎，顆粒較小，與空氣接觸比表面積大，且水泥窯內高溫氣體湍流強烈，有利於玻璃鋼複合材料氣固兩相的混合、傳熱、傳質以及分解、擴散過程的進行。綜合考慮破碎成本、燃燒效果和輸送方式等因素，最終將破碎粒徑確定為20mm，比較國外的IOmm粒徑，可在大大提升破碎效率及產能的同時，發揮替代燃料效果。實際運行比較，20mm粒徑的替代燃料與IOmm替代燃料在發熱量、燃燒速率等方面性能相當，不會對燃燒系統造成負面影響。
權利要求
1.一種利用複合材料廢棄物製備水泥窯替代燃料的方法，將玻璃鋼複合材料廢棄物粉碎成粒徑小於20mm的顆粒或薄片作為替代燃料，送於水泥窯預燃爐內，於壓力為-500 至-SOOPa下進行燃燒；或將替代燃料由水泥窯窯頭多通道燃燒器噴入水泥窯內。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，破碎前將玻璃鋼複合材料廢棄物中的金屬篩選出來。
3.根據權利要求I所述的方法，其中，破碎的玻璃鋼複合材料廢棄物中塑料薄膜體積比不超過60%。
4.根據權利要求I所述的方法，其中，粉碎是採用二級粉碎。
5.根據權利要求I或4所述的方法，其中，二級粉碎中的第一級粉碎先將玻璃鋼複合材料廢棄物粉碎成粒徑為100mm-150mm的片狀或塊狀物料,再經第二級粉碎成粒徑小於20mm 的顆粒或薄片。
6.根據權利要求I所述的方法，其中，替代燃料送入水泥窯預燃爐內的投料量為 O. 5_3t/h。
7.根據權利要求I所述的方法，其中，替代燃料由水泥窯窯頭多通道燃燒器噴入水泥窯內的投料量為O. 5-3t/h。
全文摘要
一種利用複合材料廢棄物製備水泥窯替代燃料的方法，將玻璃鋼複合材料廢棄物粉碎成粒徑小於20mm的顆粒或薄片作為替代燃料，送於水泥窯預燃爐內，於壓力為-500至-800Pa下進行燃燒；或將替代燃料由窯頭多通道燃燒器噴入水泥窯內。本發明可以解決玻璃鋼複合材料廢棄物處理困難的問題，同時解決水泥工業因耗能高產生的燃料問題。
文檔編號F23K1/00GK102607047SQ20111002204
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者劉佳, 劉超, 姜雨生, 李繼榮, 熊運貴, 田巍 申請人:北京金隅紅樹林環保技術有限責任公司