专利名称：一种由液态排渣锅炉灰渣直接转换成岩棉的方法
技术领域：
本发明属于煤灰渣的利用方法，更具体地说是将锅炉煤灰渣在锅炉内转化为液态玻璃料浆制备岩棉的方法。
工业用的燃煤锅炉如电力工业的火力发电厂发电锅炉，每年要排放大量含污染物质的灰渣，既占用大量土地，又严重地污染环境，对其如何治理和综合利用越来越受到人们的重视，也公开了一些治理方法，其中的一种方法就是将液态灰渣直接吹制岩棉，如公开号为CN02124A的专利申请，提出用旋风炉液态渣直接制岩棉，其技术特点是旋风炉液态渣化学成份，控制酸性系数(Al2O3+SiO2)/(CaO+MgO)≥1.25，石灰石作助熔剂；旋风炉液态渣直接用压缩空气吹制岩棉，该方法明显缺点是压缩空气吹棉能耗大，国内的一些旋风炉电厂没有采用；1990年南京玻璃纤维设计院为辽宁锦西化工总厂热电厂设计的旋风炉液态渣直接制岩棉的年产万吨生产线，其特点是(1)液态渣化学成份仍控制酸度系数≥1.2，石灰石作助溶剂；(2)制岩棉方法是常规冲天炉法用的离心机法制岩棉；(3)旋风炉与离心机之间增设一台石墨作电极的电加热导流槽。该方法在1990～1991年几次试车暴露以下问题(a)石墨电极还原液态渣中Fe2O3生成铁水不能放出，产生电极间短路；(b)石墨电极损耗很快，无法更换；(c)离心机滚珠轴承易坏，辊头易磨损，(d)空气动力场有问题，离心机两侧回流落棉。我们后来又进行了改进电加热导流槽用的电极改为金属钼，顶部加热元件由碳化硅棒改为“U”型二硅化钼棒等，另外离心机辊轴电接地，并重新改换空气动力系统，于1994年试车成功，但缺点是添加剂只有石灰石一种灰渣玻璃化程度差，1300-1500℃区间粘度对温度偏导数大于1泊/度，而且导流槽切换周期只有50小时，经济效益只有100元/吨左右低于期望值500元/T，没有解决NOx及SO2污染等。
本发明的目的克服已有技术的缺点，提出一种改进的用灰渣玻璃化方法制造岩棉的技术。
实现本发明的技术方案采用硫循环发明专利(专利申请号为99127191.2)、功能型玻璃肥发明专利(专利申请号为00100008)的旋风炉或液态排渣锅炉，用玻璃化方法将其熔融液态渣的玻璃化程度提高，得到较合格的易于制造岩棉纤维的熔融玻璃料浆，并同时采用改进后的导流槽和更加完善的其它系统。
本发明制造岩棉的具体方法包括以下步骤
(1)燃煤、磷石膏助熔剂和其它添加剂同时输入旋风炉或液态排渣锅炉中高温燃烧，得到液态玻璃料浆以及含SO2和NOx高的烟气，含SO2和NOx的烟气排出另外处理。
(2)将液态玻璃料浆直接送入岩棉纤维制造装置的离心机或将玻璃料浆先送入电加热导流槽(该技术已申请专利，专利申请号为00205387·X)再进入离心机制得含胶或无胶的岩棉纤维，其中15％以上的含胶岩棉纤维用于制造岩棉保温板，其余可用于制造包括人造木材、高强度石膏板在内的岩棉制品。
步骤(1)所述的添加剂选自包括蛇纹石(或镁橄榄石)、石灰石、石英砂(或硅石)、白云石(或菱镁石)、锌矿石、铜矿石、锰矿石、钼精矿在内的两种或两种以上矿石，其加入应满足使煤灰渣玻璃化条件(以下百数均以玻璃料浆为基准)(1)Al2O3≤25％,(2)SiO235-50％,(3)CaO 20-35％,(4)MgO 3.5-20％,(5)CaO+MgO35-43％,(6)1500℃粘度η≤15泊，(7)no/nsi≤4.35，式中，no、nsi为玻璃料浆中氧、硅原子数，(8)3≤nonsi+np+1/2nA1≤4,]]>式中，np、nA1为玻璃浆中磷、铝原子数，(9)Fe2O3≤1 5％，(10) 式中，XJ为X1、X2、X3、X4、X5，分别代表满足上述条件的磷石膏、蛇纹石(或镁橄榄石)、石灰石、石英砂(或硅石)、白云石(或菱镁矿)的添加量(Kg/T煤)QDW、Q允分别表示液态排渣锅炉收到基煤炭低位发热值量(KJ/Kg煤)、一次风携入锅炉的煤粉、添加剂粉、回熔粉煤灰混合粉料允许的最低发热值(KJ/Kg煤)，由燃烧试验确定；ε为燃烧安全系数，由锅炉热工计算或燃烧试验确定，一般为1.05-1.3；φ、GpL分别代表液态排渣锅炉回熔粉煤灰率(由试验确定)、灰渣玻璃化每吨燃料煤转化玻璃料浆量(Kg/T煤)，GpL=1000Aar(1-ax)+∑XJ(1-amJ)，式中Aar、ax分别代表煤炭收到基灰份(％)、1600℃灰渣烧失量(％)，由化验确定，amJ代表J项添加剂1600℃烧失量(％)，化验确定。
为了满足煤灰渣玻璃化要求，可采用以下步骤达到(1)根据煤灰渣中SiO2、Al2O3含量，以35％、40％、45％、50％的四种SiO2含量的四元粘度相图，选定一个SiO2图(若不符合5、10整数倍，则选二张图求平均值)，在该图上根据Al2O3的量确定满足粘度要求的四元系统SiO2-Al2O3-CaO-MgO的组分，所述的四元粘度相图可查已知资料(王俭译，《渣图集》，P276，冶金工业出版社，1958)；
(2)求四元粘度相图确定的组分，由下式联立方程式采用试算法及内插法求出玻璃化添加剂的量即1000Amra1+∑XJ·XiJ=(PL)1，式中J=1、2、3、4、5，分别代表各种矿石，i=6、7、8、9分别为各种矿石J中的CaO、MgO、Al2O3、SiO2的化学组分，a1代表煤灰渣中CaO、MgO、Al2O3、SiO2含量(％)，XJ为X1、X2、X3、X4、X5分别代表磷石膏，蛇纹石、石灰石、石英石、白云石的添加量(Kg/T煤)，XiJ分别代表磷石膏、蛇纹石、石灰石、石英砂、白云石(J=1、2、3、4、5)中的CaO、MgO、SiO2、Al2O3(i’=6,7,8,9)含量(％)，由化验确定，(PL)i(i’=4,5,6,7)分别代表在四元粘度相图选定的符合粘度条件的玻璃料浆组分CaO、MgO、SiO2、Al2O3数据(％)。
上述在四个不同的(PL)i下的方程组有四个方程，但未知数XJ有5个，应以下列原则试算法求出解，其原则为(a)最好多加磷石膏，少加或不加石灰石；(b)最好多加蛇纹石，少加或不加石英砂和白云石；(c)在满足玻璃化的条件下添加剂的重量越小越好；(d)玻璃料浆的粘度越小越好。
(3)根据(2)步确定的灰渣玻璃化添加剂数量XJ，对no/na1≤4.35、3≤nonsi+np+1/2nA1≤4]]> 进行校核验算，若不合格则重复上述(1)、(2)步，直到合格为止。
步骤(1)所述的磷石膏助熔剂为液态排渣锅硫循环技术(专利申请号为99127191.2)的副产物，含少量的H2SO4及微量的HF、H2SiF6及微量磷酸、大量水份，因此在进入锅炉前应中和，在常温下风干，必要时要经成球、破碎后采用常规的干燥方法如使用转鼓干燥机进行干燥，使其含水量降至3％以下，以不影响燃烧为准。所述锌矿石、铜矿石、锰矿石、钼精矿添加由功能型玻璃肥制造技术(专利申请号为00100008,x确定)。
步骤(2)所述的过程取决于煤炭灰渣玻璃化情况，当灰渣玻璃化形成的玻璃化料浆1500℃粘度小于或等于5泊且1300～1500℃粘度对温度偏导数小于0.05泊/℃、锅炉流口起点对离心机一号辊落差小于或等于1.5米时，则液态玻璃料浆流股流落至离心机一号辊上，达不到上述条件，则经电加热导流槽并在离心机辊轴按已知方法电接地情况下再流落至离心机一号辊上。所述的电加热导流槽已申请实用新型专利(专利申请号为00205387·X)，其作用是提高温度降低粘度使到达离心机1号辊粘度达到5泊以下使玻璃料浆有较长时间调质反应。所述的离心机是已知设备。
步骤(2)在制备岩棉纤维过程中，电加热导流槽切换时玻璃料浆直接进入液态排渣锅炉排渣口下方的水淬粒化箱，水淬后作为功能型玻璃肥的原料；离心机运行时不能成棉大颗粒玻璃料浆进入其下方的另一个粒化箱水淬，水淬骤冷后用于制造功能型玻璃肥，这样可降低岩棉制造成本，也可以送回燃料放置场回熔，而在已知的冲天炉岩棉工艺，大颗粒玻璃料浆(约10～25％)是自然冷却成渣球，或回炉再熔，或作废物扔掉，白白浪费。离心机切换时，玻璃料浆直接水淬成功能型玻璃肥。
由于空气动力场波动可能发生往离心机下方水淬粒化箱掉入岩棉，因此原有液态排渣锅炉的水淬液态渣沉淀池末端必须加装已知的污水连续过滤机滤去没有沉淀的棉团或棉绒，以防止沉淀池水泵龙头及凉水塔喷咀阻塞。
步骤(2)制造岩棉纤维时，吹棉风可采用已知的除渣球、胶液、棉绒方法净化后进入制造岩棉保温板冷却段冷却，其方法是将吹棉风由上至下穿过150～350℃固化完毕的保温板，使其温度降至80℃左右，吹棉风得到一次过滤，使其中残留树脂胶液基本消除，只有微量甲醛气体，可作锅炉燃烧用空气，有利用于热能回收；常规的方法是将吹棉风以固定的岩棉保温板作滤网，过滤后排放大气，保温板7天更换一次(南京玻璃纤维设计研究院对锦西化工厂热电厂的设计)。
步骤(2)所述15％以上含胶岩棉纤维制造岩棉保温板，是指燃煤电厂或锅炉所产岩棉纤维总产量的15％的岩棉纤维以已知常规方法喷涂3％左右(以保温板重量为基准)酚醛树脂或其它树脂如UPF树脂胶结剂(张在新主编，《胶粘剂》P190、P232，化学工业出版社，1999年版)，进入已有技术的保温板制造固化生产线，在被压制成20到150毫米厚棉胎后升温至150-350℃保持一定时间使喷涂于纤维上的树脂固化，胶结树脂固化后的含胶棉胎便成岩棉保温板。已知常规方法加温介质是热风炉制备的温度为150℃至350℃的热空气或烟气，为此要消耗一定数量燃料，以国外引进生产线为例每吨岩棉保温板固化约消耗柴油115Kg左右。本发明利用液态排渣锅炉助燃空气温度大于350℃的条件，将符合固化温度助燃热风由锅炉空气预热器引出送至岩棉保温板固化生产线代替常规的柴油为燃料制备固化热风或烟气，固化后又用热风风机升压送回锅炉空气预热器加热升温作二次风或直接作锅炉一次风、三次风(球磨机干燥空气，与煤粉分离后送入旋风炉二次燃烧室)。本发明这一改进使已有岩棉保温板生产线的附属热风或烟气发生装置被取消，节约了投资，简化了工艺，使每吨岩棉保温板固化燃料消耗由115Kg柴油降为100-130Kg标准煤，降低成本约200～300元/吨保温板，同时也消除了烧柴油对大气排放含笑气、Nax、SO2的烟气，使常规岩棉保温板制造上对大气的污染降至零。
常规冲天炉法岩棉保温板生产线的废品、锯切边角料均收集用于制造天花板或其它岩棉制品，本发明仍使用该方法消除废料，同时将沉淀滤出棉团、棉绒及吹棉风滤出棉绒一并消除。
本发明可利用现有的岩棉纤维制造技术将熔融玻璃料浆转化成含胶岩棉纤维或无胶岩棉纤维，可采用已有技术，将含胶岩棉纤维转化成岩棉保温板，人造木材板或装饰板、天花板；采用现有的石膏板制造技术，将无胶岩棉纤维掺入石膏中，制作增强石膏板；还可将部分岩棉保温板作芯板、人造木材板和石膏大板作面板(也可用防腐金属板作面板)，制成轻体、节能、隔音、抗地震墙体板块。
本发明的优点和效果本发明的方法可减少锅炉排放灰渣70％以上，与常规的冲天炉法制造岩棉和烧砖相比，烟气对大气的污染降至最低，甚至为零，因为燃烧生成的含SO2的烟气要进入硫循环系统进行处理；另外锅炉灰渣堆放占地减少70～100％，因此本发明有利于环境保护，具有较大社会效益；本发明由于可用旋风炉代替冲天炉生产岩棉，进而制得社会需求的岩棉保温板，人造木材板、节能墙板等产品，因此本发明具有较大的经济效益，如本发明用旋风炉代替冲天炉，生产1吨岩棉保温板只需200kg原煤，700kg矿石、450KWh电能，其生产成本只有800-1400元，而冲天炉法生产成本为1吨岩棉保温板消耗415Kg焦碳、115Kg柴油、1700Kg矿石，450KWh电能其成本需2000～2300元，若考虑“三废”利用的有关优惠政策，则利润更大，又如利用本发明方法得到的岩棉制得节能墙板能使建筑物节能30％间接降低了能耗，资源消耗及污染，制造的人造木材代替天然木材，可大大地减少资源缺乏的天然木材的消耗。综上所述，本发明的方法是一种有效的“三废”治理和综合利用方法，具有较大的社会效益和经济效益。
下面通过具体的实例进一步说明本发明的特点实施例采用捕渣率为85％的卧式旋风炉，原煤为低位发热值(25600kJ/kg)的西山贫煤，粉煤灰回熔率为11.765％，煤炭性能见表1。用浏阳磷矿粉转化磷石膏、抚宁驻操营的石灰石、陕西黑木林蛇纹石、营口陈家堡的白云石，添加剂加入量及化学成份见表2。灰渣玻璃化在粘度η1500=5.4泊以下化学组分CaO、MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3分别为23.8％、14.37％、37.65％、17.80％、5.08％,P2O5组分是0.52％，玻璃中no、ns1、np、nAL分别是17038、3121、2579,no/nsi≌4.3，18、nonsi+np+nAL≅3.]]>285,Q允是15900KJ/Kg,ε=1.05本实例是将西山煤、磷石膏和其它添加剂加入卧式旋风炉中，得到液态玻璃料浆，含SO2的烟气进入硫循环工艺系统(专利申请号为99127191.2，)，将玻璃料浆送进岩棉制造装置的离心机，每吨煤产岩棉纤维322Kg，化学成份见表3，岩棉纤维的性能见表4，生产的保温板性能见表5。
用25％岩棉纤维制保温板，70％岩棉制人造木材，5％无胶岩棉纤维制增强石膏大板后，锅炉每烧1000吨煤形成的保温板(容重1 20kg/M3)、人造木材板及装饰板(容重1000～1550kg/m3)、石膏大板(厚度8～12.5mm)分别为80吨(670m3),242吨(合1550kg/m3、人造木材(156m3)、石膏大板5020m2。若将75％岩棉保温板改为生产轻体墙板保温能力相当于1米厚实心红砖墙容重50kg/m3，则每烧1000吨煤生产出商品轻转体节能墙板5020m2，人造木材及装饰板118m3，保温板167m3(20吨)，加上发电的效益，煤的利用价值及利润比传统技术提高了一倍左右。表1西山煤性质
表2添加剂加入量及化学成份
表3岩棉化学成份(单位％)
表4岩棉纤维质量国家标准与检测结果比较表
(检测单位国家建筑材料检测中心，1994年8月)表5岩棉保温板质量国家标准与检测结果比较表(样品120Kg/m3)
权利要求
1．一种由液态排渣锅炉灰渣直接制备岩棉的方法，其特征在于包括以下步骤(1)燃煤、磷石膏助熔剂和其它添加剂同时输入旋风炉或液态排渣锅炉中燃烧，得到液态玻璃料浆和含SO2、NOx较高的烟气，含SO2和NOx烟气排出另外治理；(2)将液态玻璃料浆直接送入岩棉纤维制造装置的离心机或将玻璃料浆先送入电加热导流槽再进入离心机制得含胶或无胶的岩棉纤维，其中15％以上的含胶岩棉纤维用于制造岩棉保温板，其余用于制造包括人造木材、高强度石膏板在内的岩棉制品；
2．按照权利要求1的方法，其特征在于步骤(1)所述的其它添加剂选自包括蛇纹石(或镁橄榄石)、石灰石、石英砂(或硅石)、白云石(或菱镁石)、锌矿石、铜矿石、锰矿石、钼精矿中的两种或两种以上的混合矿石，其加入量应满足使煤灰渣玻璃化条件(以下百分数均以玻璃粉浆为基准)(1)Al2O3≤25％,(2)SiO235-50％,(3)CaO 20-35％,(4)MgO 3.5-20％,(5)CaO+MgO 35-43％,(6)1500℃粘度η≤15泊,(7)no/nsi≤4.35，式中，no、nsi为玻璃料浆中氧、硅原子数，(8)3≤nonsi+np+1/2nA1≤4,]]>式中，np、nA1为玻璃浆中磷、铝原子数，(9)Fe2O3≤15％，(10) 式中，XJ为X1、X2、X3、X4、X5，分别代表满足上述条件的磷石膏、蛇纹石(或镁橄榄石)、石灰石、石英砂(或硅石)、白云石(或菱镁矿)的添加量(Kg/T煤)；QDW、Q允分别表示液态排渣锅炉收到基煤炭低位发热值(KJ/Kg煤)、一次风携入锅炉的煤粉、添加剂粉、回熔粉煤灰混合粉料允许的最低发热值(KJ/Kg煤)，由燃烧试验确定；ε为燃烧安全系数，由锅炉热工计算或燃烧试验确定，一般为1.05-1.3；φ、GpL分别代表液态排渣锅炉回熔粉煤灰率(由试验确定)、灰渣玻璃化每吨燃料煤转化玻璃料浆量(Kg/T煤)，GpL=1000Aar(1-a2)+∑XJ(1-amJ)，式中Aar、ax分别代表煤炭收到基灰份(％)、16OO℃灰渣烧失量(％)，由化验确定，amJ代表J项添加剂1600℃烧失量(％)，化验确定。
3．按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)导流槽切换时，玻璃料浆直接进入液态排渣锅炉排渣口下方的水淬粒化箱，水淬成功能型玻璃肥原料。
4．按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)离心机运行时不能成棉的大颗粒液态玻璃料浆进入离心机下方另一个粒化箱水淬后用于制造功能型玻璃肥或回熔，离心机切换时玻璃料浆直接水淬成功能型玻璃肥。
5．按照权利要求1所述的方法，其特征在于玻璃料浆1500℃粘度小于5泊且1300～1500℃的粘度对温度偏导数小于或等于0.05泊/℃、锅炉流口起点对离心机一号辊落差小于或等于1.5米液态玻璃料浆流股直接进入离心机一号辊上，不能满足上述条件时，则经电加热导流槽在离心机各辊轴用已知方法电接地情况下再流落至离心机一号辊上。
6．按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)制造岩棉过程中的吹棉风用电除渣球、胶液、棉绒方法净化后进入岩棉保温板冷却段冷却保温板，同时使吹棉风升温、净化后被回收返回(1)步用作锅炉助燃空气或化肥干燥用热空气。
7．按照权办要求1所述方法，其特征在于步骤(1)所述的15％以上有胶岩棉纤维制保温板时，使用来自锅炉空气预热器150-350℃热风进行固化。
全文摘要
本发明是一种液态排渣锅炉灰渣直接转化成岩棉的方法,系在硫循环液态排渣锅炉上将煤、磷石膏、蛇纹石、石灰石、石英砂、白云石等矿石加到液态排渣锅炉中,用高温燃烧灰渣玻璃化的方法得到液态玻璃料浆,再将其直接输入制造岩棉装置中的离心机或经电加热导流槽后再进入离心机制得含胶或无胶的岩棉纤维。本发明的方法可减少锅炉排放灰渣70%以上,烟气排放粉尘、笑气降至近似零,排放的NO
文档编号C03B37/04GK1314319SQ0010320
公开日2001年9月26日 申请日期2000年3月16日 优先权日2000年3月16日
发明者赵善茂, 张钊, 肖大壮 申请人:赵善茂, 张钊, 肖大壮