陶粒厂工艺方案选择与烟气环保处理措施

　　一、前言

　　我国黏土陶粒的研制生产始于上世纪60年代，主要以具有膨胀性能、疏松状的黏土为原料。随着技术经济发展、土地之源保护和建筑节能与墙体材料革新政策的实施，一方面大力发展陶粒及其陶粒制品作为新型节能墙体材料，一方面严格禁止利用耕地黏土烧制烧结砖和陶粒等产品。因此，目前生产制造陶粒的原料主要为页岩、江河湖淤泥、煤矸石、粉煤灰、各种尾矿、城市污泥等固体废弃物。这些原料其成分复杂、性能差异大，为了生产制造出满足市场需求的不同性能质量要求的陶粒，陶粒生产线工艺方案的合理与否，关系着生产线的成败与投资者的切身利益。

本文旨在通过近几年进行不同原料烧胀陶粒生产线的实践，总结设计过程中的工艺方案选择与烟气处理的一些体会，供业内技术人员与专家交流。

　　二、工艺方案选择与确定

　　2.1生产规模

　　陶粒厂的设计生产规模应根据市场容量、建设资金以及原料储量和相关政策、合理确定。一般单条生产规模建议为年产5万立方米，为达到规模效益可以建设年产10万立方米、20万立方米的生产线。对于单线生产能力低于3万立方米的陶粒生产线，由于其能耗高、环保难以过关、产品质量不稳定等，建议其淘汰

　　2.2工艺技术方案选择

　　工艺方案需要根据原料性能及其配比、生产规模、燃料种类和产品方案确定。工艺方案主要包括工艺流程、原料处理、造粒工艺、焙烧窑类型与规格、除尘收尘方式、成品分级等内容，继而确定主要工艺设备选型。不同类别的原料应选择不同的工艺技术方案。

　　对于污泥、江河库淤泥、黏土类原料，宜采用湿法造粒、双筒回转窑烧成工艺。湿法造粒工艺有辊式造粒和挤出造粒，目前采用较多的为辊式造粒。辊式造粒其产量高、工艺简单、投资成本低、装机容量小，便于维修与管理，一条年产5万立方米的陶粒生产线可以选择两台辊式造粒机，一用一备，满足生产要求。挤出造粒由于产量低、装机容量大等原因，现在采用较少。

　　对于页岩陶粒，一般由破碎型陶粒和磨细成球型陶粒两种。破碎型陶粒工艺简单、投资少，而磨细成球型陶粒工艺相对复杂，投资成本和运行成本也高。具体生产哪种页岩陶粒由页岩的性质所决定，对于页岩矿体各层位岩性变化不大，夹层薄而少，且烧胀性能良好的页岩适合生产破碎型陶粒，破碎型陶粒一般采用单通回转窑烧成。对于页岩矿石的岩性变化大，不同性质岩石的烧胀性能差别较大或原矿风化程度较深，开采后风化的更快，以至形成大量5毫米以下的碎屑的页岩，一般应采用破碎、粉碎成细粉后，加水混合搅拌造粒，再送进回转窑焙烧而成的磨细成球型陶粒工艺，这种陶粒一般采用双筒回转窑烧成为妥。

　　2.3回转窑的选型

　　回转窑的选型应根据原料性能和产品要求确定，一般湿法造粒的原料采用双筒回转窑，破碎型页岩陶粒宜采用单筒回转窑。

　　近几年由我院设计的陶粒生产线的回转窑，均经过设计参数计算后，委托专业制造厂家制造完成。主要有以下几种：鄂尔多斯年产5万立方米黏土陶粒，采用双筒回转窑Φ2.0×24+Φ2.5×20m；阿尔利亚年产10万立方米页岩磨细成球陶粒，采用双筒回转窑Φ3.2×20+Φ2.8×14/Φ3.4×24m;新加坡年产10万立方米海泥尾矿陶粒，采用双筒回转窑Φ3.2×20+Φ2.8×14/Φ3.4×26m；宜昌秭归年产6万立方米页岩破碎型陶粒，采用双筒回转窑Φ2.1×24+Φ2.6×20m;宜昌光大公司年产4万立方米页岩破碎型陶粒，采用单筒变径回转窑Φ2.1×19+Φ2.4×15.5m；宜昌朗天公司年产10万立方米破碎型陶粒，采用单筒变径回转窑Φ3.2×22+Φ2.8×28m。

　　2.4多通道燃烧器方案在陶粒生产在线的应用

　　已有多年历史的回转窑单通道燃烧器，输送煤粉的空气兼作窑用风，煤、风混合欠佳，煤粉燃烧速度慢，火焰形状及温度分布很难调节，常伴有不全部燃烧现象，热损失大。同时这种燃烧器只能烧较高挥发份的烟煤，不适应烧劣质煤。一般情况下陶粒单通道燃烧器用煤多为低位热值≥229000kj/kg的烟煤，挥发份≥22%.在目前能源紧张与高价位元运行的情况下，如何采用劣质煤或稻壳等替代燃料，降低煤耗，是生产企业非常关心的内容之一。随着科学和技术的不断进步，新型的多通道燃烧器已在各种回转窑上广泛应用，由于采用新型多通道燃烧器可降低生产成本，提高产质量，因此可为工厂带来显著的经济效益。

　　多信道燃烧器是由中心的中心风通道、内部的旋流风通道、中间的煤粉与空气混合流通道、外部的轴流风通道构成的燃烧器。煤粉从多通道燃烧器喷出燃烧，除空气输送煤粉本身的预混合外，还要经过三次挠动、混合。首先是煤粉喷出时遇到来自内流风通道径向旋转气流的扰动，接着又遇到轴向高速流动的外流风，由于内外流风出口相对于二次空气具有相当高的速度，在火焰中心形成一个相对的低压区，使已于煤粉混合的内外流风与温度较高的二次风混合。这三次扰动与混合，都是由于气流的速度、方向和压力的不同造成的，从而使风煤混合更均匀。二次空气的回流友及时补充煤粉燃烧所需要的新鲜空气，使煤粉迅速燃烧。改变内外流风的比例，可以调节火焰的形状。

　　其他行业的实践证明，使用多通道燃烧器后，火焰稳定、燃烧强度高，极大满足了窑内热工制度的稳定和陶粒的烧成，窑产量可提高5%～10%。同时，可烧多种燃料，并能用于不同燃料(煤、气、油)的燃烧。

　　2009年，在宜昌朗天公司年产10万立方米生产线设计中，我们采用多通道燃烧器，替代了当前普遍采用的单通道燃烧器，通过调试试生产取得了较好的效果。生产线采用的煤质化验结果如表1.

表1　烟煤分析结果

　　表1中川煤市目前宜昌地区陶粒厂采用的煤，其价格为515元/t左右，D640为宜昌当地煤，挥发性为16.69%，价格为340元/t。

　　由于采用的低挥发份煤价格便宜，因此可降低成本。质优烟煤515元/t，低挥发份煤340元/t。陶粒烧成热耗按3762KJ/kg陶粒计算，采用多通道燃烧器烧低挥发份煤后每吨陶粒可降低成本12.38元，年节约成本68.09万元（陶粒产量按55000t/年计算）。

　　采用多通道燃烧器燃烧低挥发份煤，煤的空气需要量为6Nm3/kg，每次风量由单通道燃烧器的3383m3/h（净风和送煤风之和），冷却机二次风温以200℃计，常温风温以20℃计，实物挥发热量按16810KJ/kg计，窑产量按7.63t/h计，吨陶粒节煤量为3.96kg，年节煤217.8产量按55000t/年计算。煤价按340元/t计，年节约成本7.4万元。

　　由此可以看出，其经济效益非常显著。

　　三、烟气处理方案设计

　　陶粒回转窑烟气环保的处理越来越受到企业和环保部门的重视，新建陶粒厂和既有陶粒厂需要进行烟气的有效处理，达标排放。

　　陶粒回转窑尾端的烟气温度为250℃～300℃，烟气处理应经过冷烟室降尘、袋式收尘器收尘后，送入脱硫系统脱硫达标后，通过烟囱高空排放，在设计过程中由于烟气的温度较高，对收尘器的选型应采用高温滤袋，并设置防止瞬间高温对收尘滤袋的损毁的降温措施。对一些小规模陶粒厂也可以省略袋式收尘器工序，直接由冷烟室降尘后的烟气送往脱硫除尘系统。

　　烟气的主要成分是煤粉燃烧后产生的废气和陶粒坯料在回转窑内行走过程的磨损或爆炸产生的细粉。烟气中的粉尘首先经过窑尾设置的冷烟室进行初次降尘（尘降粗颗粒），降尘效率达到50%左右，然后烟气再经收尘器收尘处理，由风机抽入到花岗岩脱硫除尘塔中。塔内装有多层脱硫板，并提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2易被碱性液体吸收生成CaSO4（钙一钠双碱法），气体中的尘粒也易被雾粘附而除去CaSO4及粘附的粉尘通过塔下的管沟流入沉灰池淀。沉灰池的水循环利用。达标的烟气通过30m高的烟囱排出。脱硫过程中的主要反应如下：

　　冷烟室的烟灰经螺旋输送机，提升至烟灰仓内。灰仓中的烟灰定期由人工运至切块车间或造粒车间重新利用。

　　四、余热利用技术的实践

　　陶粒回转窑的余热利用与水泥厂和砖瓦厂相比利用率很低，对能源是一种浪费，我们在鄂尔多斯项目上进行了大胆的尝试。其方案是利用陶粒路径热烟室产生的预热，在热烟室中设置换热器将水加热进行冬季取暖和职工洗浴用水。

　　陶粒出窑的温度约为1000℃左右，热烟室温度在500℃以上。在热烟室内设置换热器，通过余热加热换热器中管内的冷水后，高温热水通过泵送入需采暖的车间和浴室，达到预热利用的效果。热烟室布置形式见图1。

图1热烟室热交换器布置图

　　我们在近几年陶粒生产线的设计过程中，对工艺方案的选择、窑炉的选型和烧成技术改进、工艺布置、粉尘和烟气的环保处理，以及预热利用等方面进行了一些有益的尝试，尽管还存在一些问题，但对陶粒生产工艺的合理设计与技术发展具有借鉴意义。