一种煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统

本申请涉及水泥生产，尤其涉及一种煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统。

背景技术：

1、煤矸石是煤炭在开采过程中排放的固体废弃物，将煤矸石用于水泥生产是实现其大规模利用的主要途径之一。具体地，煤矸石在煅烧过程中，其中的黏土矿物发生分解形成硅铝的活性矿物，活性矿物在水泥水化过程中能够参与反应使水泥产生强度，因此，煅烧煤矸石可以替代一部分水泥熟料用于水泥生产。研究表明，煅烧煤矸石经过适当的配料可以替代20％～50％的水泥熟料而且不显著降低水泥的性能。

2、虽然将煤矸石用于水泥生产，能够充分利用煤矸石，但是必须解决两个问题：一是充分煅烧活化使煤矸石中的黏土矿物发生分解形成硅铝的活性矿物；二是使煤矸石中的煤和有机质充分燃烧，消除它们对水泥性能的不良影响(需水量高、强度低、外加剂用量大等)。然而，煤矸石中煤的脱除是十分困难的。煤矸石中的碳含量较低，含有较高的水分、灰分、硫和矿物质等成分。另外，煤矸石中主要由c、h、s等组成的可燃物质，如硫化物、碳质沉积物、油页岩、残存煤等，在煤矸石中的分布和形态不规则，颗粒形状和大小也不一，导致煤矸石在堆积时形成不规则的空隙和孔道，这些空隙和孔道在燃烧过程中为可燃物质提供氧气，但由于其体积较小，导致煤矸石内部的可燃物质不能与氧气充分接触和化合。综上等原因使煤矸石难以点燃，以及燃烧初期难以维持燃烧。为了点燃煤矸石进行燃烧，需要消耗较大的能耗，很难建立煅烧煤矸石的系统，从而很难对煤矸石充分利用。

3、煤矸石带有一定的热值，通常在600cal/kg～1000cal/kg(2509j/kg～4182j/kg)的范围，煤矸石燃烧之后，自身释放的能量不能合理被利用，造成能量浪费。

技术实现思路

1、本申请实施例通过提供一种煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统，能够解决煤矸石难以点燃，以及燃烧初期难以维持燃烧，为了点燃煤矸石进行燃烧，需要消耗较大的能耗，很难建立煅烧煤矸石的系统，煤矸石燃烧之后，自身释放的能量不能合理被利用，造成能量浪费的问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型实施例的技术方案是：

3、本实用新型实施例提供了一种煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统，包括悬浮态煅烧炉、分离器、预热机构，冷却机构和鼓风机构；

4、水泥窑尾系统的三次风管的输出口和所述鼓风机构的输出口均与所述悬浮态煅烧炉的输入口连通，以使所述三次风管分离的一部分热风以及通过所述鼓风机构鼓风后的升温空气在所述悬浮态煅烧炉中对升温煤矸石粉点燃并悬浮加热，之后逐步减少所述热风的通入量，得到高温混合物，其中，鼓风风量与所述水泥窑尾系统的压力相适配；

5、所述悬浮态煅烧炉的输出口与所述分离器的输入口连通，所述分离器被配置为将所述高温混合物进行分离得到高温煅烧煤矸石和高温煅烧烟气；

6、所述分离器的气体输出口与所述预热机构的气体输入口连通，以将分离的所述高温煅烧烟气输入所述预热机构的气体输入口；

7、所述预热机构的气体输出口与所述水泥窑尾系统的与所述预热机构气体输出口等压所在悬浮预热器的气流进口连通；

8、所述预热机构的进风管输入常温煤矸石粉并被所述高温煅烧烟气加热得到升温煤矸石粉和降温煅烧烟气，所述降温煅烧烟气对水泥生料进行逐级升温，自身逐级降温并被净化后排出；

9、所述分离器的固体输出口与所述冷却机构的进风管连通，以将分离的所述高温煅烧煤矸石输入所述冷却机构的进风管；

10、所述冷却机构的气体输入口输入常温空气并被所述高温煅烧煤矸石加热得到所述升温空气，所述高温煅烧煤矸石被降温得到低温煅烧煤矸石；

11、所述冷却机构的气体输出口与所述鼓风机构的气体输入口连通，所述升温空气被所述鼓风机构鼓风后输入所述悬浮态煅烧炉。

12、在一种可能的实现方式中，所述预热机构包括多级预热器；

13、所述常温煤矸石粉从首级所述预热器的进风管输入，上一级所述预热器的下料口与下一级所述预热器的进风管连通，末级所述预热器的下料口与所述悬浮态煅烧炉的底部连通；

14、所述分离器的气体输出口与末级所述预热器的气体输入口连通，下一级所述预热器的气体输出口与上一级所述预热器的气体输入口连通，首级所述预热器的气体输出口与所述水泥窑尾系统的与所述预热机构的气体输出口等压所在悬浮预热器的气流进口连通。

15、在一种可能的实现方式中，所述预热机构包括两级所述预热器。

16、在一种可能的实现方式中，所述冷却机构包括多级冷却器；

17、所述分离器的下料口与首级所述冷却器的进风管连通，所述高温煅烧煤矸石从首级所述冷却器的进风管输入，上一级所述冷却器的下料口与下一级所述冷却器的进风管连通，末级所述冷却器的下料口输出低温煅烧煤矸石；

18、常温空气从末级所述冷却器的进风管输入，下一级所述冷却器的气体输出口与上一级所述冷却器的气体输入口连通，首级冷却器所述的气体输出口与所述鼓风机构的气体输入口连通。

19、在一种可能的实现方式中，所述冷却机构包括三级所述冷却器。

20、本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

21、本实用新型实施例提供的煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统，能够通过三次风管分离的一部分热风和升温空气在悬浮态煅烧炉中对煤矸石点燃，以及维持煤矸石粉燃烧。煤矸石燃烧之后，自身释放的能量在预热机构中被用于加热常温煤矸石粉，在冷却机构中被用于加热常温空气，以及用降温煅烧烟气补充水泥窑尾系统的热能分出，有效解决了能量利用，同时减少对水泥生产时的扰动，以及能够利用水泥窑尾系统处置气体污染物，降低污染物的排放。方法的流程简洁、结构占地面积小，便于在水泥窑尾系统的悬浮预热器上以附加模块的形式实现，不需要额外的尾气净化装备投资。充分考虑了两个工艺流程的匹配问题，对现有水泥工艺的影响小、能量利用效率高，能够实现自平衡的状态，不需要额外的能耗，非常节能。本实用新型中煅烧煤矸石产品可替代30％～40％的水泥熟料，并且生产过程能耗小、碳排放小，在实现煤矸石综合利用的同时又达到水泥生产节能降碳的目标。

技术特征：

1.一种煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统，其特征在于，包括悬浮态煅烧炉、分离器、预热机构，冷却机构和鼓风机构；

2.根据权利要求1所述的煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统，其特征在于，所述预热机构包括多级预热器；

3.根据权利要求2所述的煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统，其特征在于，所述预热机构包括两级所述预热器。

4.根据权利要求1所述的煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统，其特征在于，所述冷却机构包括多级冷却器；

5.根据权利要求4所述的煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统，其特征在于，所述冷却机构包括三级所述冷却器。

技术总结
本申请公开了一种煤矸石煅烧与水泥生产耦合的系统，属于水泥生产领域。系统的三次风管和鼓风机构均与悬浮态煅烧炉连通；悬浮态煅烧炉与分离器连通；分离器与预热机构连通；预热机构与水泥窑尾系统的与预热机构气体输出口等压所在悬浮预热器的气流进口连通；预热机构的进风管输入常温煤矸石粉并被高温煅烧烟气加热得到升温煤矸石粉，降温煅烧烟气对水泥生料进行逐级升温，自身逐级降温并被净化后排出；分离器的固体输出口与冷却机构的进风管连通；冷却机构的气体输入口输入常温空气并被高温煅烧煤矸石加热得到升温空气，高温煅烧煤矸石被降温；冷却机构与鼓风机构连通。本申请能够对煤矸石点燃及维持其燃烧，煤矸石粉燃烧后释放的能量被利用。

技术研发人员：酒少武,许光友,陈延信,陈永波,韩丁,张红波,程峰,赵博
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：20240523
技术公布日：2025/1/20