专利名称：一种利用复合材料废弃物制备水泥窑替代燃料的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备水泥窑替代燃料的方法，具体地涉及一种利用复合材料废弃物制备水泥窑替代燃料的方法。
背景技术：
玻璃钢(FRP)产品是一种合成的复合材料，由包裹在聚合物基质中的纤维聚合物组成。其中使用的加固材料通常情况下为玻璃纤维，但也可以采用芳纶(凯夫拉尔)或碳纤维作为加固材料，以其质轻、强度高、耐腐蚀等性能在各行业中得到广泛的应用。一般玻璃钢制品的使用年限为10-15年左右，经过长时间使用，早期使用的玻璃钢材料被逐渐淘汰变为固废。玻璃钢制品生产、加工过程中产生的废边角料量也随着玻璃钢制品的广泛使用逐年增大。由于玻璃钢/复合材料具有热固性，又含有大量的玻璃纤维，玻璃钢复合材料的废物处理过程十分困难，玻璃钢复合材料废弃物处理、回收困难的问题日益显著。目前公知的处理、回收玻璃钢复合材料废弃物的方法主要分为机械法、焚烧法、热解法和化学法。介绍如下机械法主要是将玻璃钢复合材料通过粉碎、磨削等工序处理后粉碎成粒度不同的颗粒(最小粒度不小于35mm),作为建材、混凝土、装饰材料等制造过程中的填料,或将玻璃钢复合材料破碎成更细的微粉材料后(平均粒度低于60 μ m)，用于SMC、BMC及普通玻璃钢产品的制造。制作普通填料方式生产成本最低，处理方法相对较简单，但产品附加值较低。若制造微粉填料，则破碎成本较高，且随着微粉添加量的提高，会降低新制玻璃钢制品的强度。热解法与塑料、橡胶高温分解回收法相近，将玻璃钢复合材料废弃物在无氧情况下，通过加热方式使其分解为热解气和热解油，以及玻璃纤维等副产物。热解过程一旦开始，则热解气可供给热解所需能量，无需再额外提供能量，热解法由于其工艺原因，可以处理被油漆、粘连剂等其他材料污染过的玻璃钢废弃物。但是热解过程条件相对苛刻，且热解后固体副产物较多，需要另外单独处置。化学法通过化学溶剂、催化剂的共同作用，在一定温度下溶解树脂，将材料中的纤维和树脂分离，再通过新的合成工艺重新生成不饱和聚酯。用该种方法回收合成树脂过程不需要精制，可以直接制得性能更高的不饱和聚酯。但回收的过程较为复杂，同时由于使用较多有潜在危害的溶剂存在一定安全及环保隐患。燃烧法玻璃钢复合材料废弃物体积较大，直接燃烧效率低下，热量无法有效利用，普通燃烧法燃烧温度相对较低，燃烧同时会释放大量有害气体，容易对大气环境造成破坏性影响，燃烧后会产生废渣，需另外单独处理。据[王勇、万涛、王翔《玻璃钢废弃物的处理与再利用》国外建材科技2002，23 (I)]介绍，目前已经有将玻璃钢废弃物经过粉碎工序破碎成粒径IOmm大小的粉末送入水泥窑燃烧的试验，由于粉碎颗粒较小，因此破碎工作量较大，破碎至IOmm粒径对破碎机要求较高，通用破碎设备很难达到相应要求，导致破碎成本高昂，台时产量较低，难以用于正式生产。同时，水泥工业以原煤为燃料，且原煤消耗量巨大，是典型的能源密集型产业，由于目前原煤供应日趋紧张，导致水泥生产成本逐渐提高，不利于水泥行业的发展。随着低碳经济日益成为社会主流经济形态，发展循环经济，集中降低一次能源消耗，寻找煤炭替代燃料逐渐成为水泥企业谋求进一步发展主要手段，也是能源密集型产业寻求突破的大势所趋。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用玻璃钢复合材料废弃物制备水泥窑替代燃料的方法，以解决玻璃钢复合材料废弃物处理困难的问题，同时解决水泥工业因耗能高产生的燃料问题。为实现上述目的，本发明提供的利用复合材料废弃物制备水泥窑替代燃料的方法，将玻璃钢复合材料废弃物粉碎成粒径小于20mm的颗粒或薄片作为替代燃料，送于水泥窑预燃炉内，于压力为-500至-SOOPa下进行燃烧；或将替代燃料由水泥窑窑头多通道燃烧器喷入水泥窑内。所述的方法中，破碎前将玻璃钢复合材料废弃物中的金属筛选出来。所述的方法中，破碎的玻璃钢复合材料废弃物中塑料薄膜体积比不超过60%。所述的方法中，粉碎是采用二级粉碎；二级粉碎中的第一级粉碎先将玻璃钢复合材料废弃物粉碎成100mm-150mm的片状或块状物料,再经第二级粉碎成粒径小于20mm的颗粒或薄片。所述的方法中，替代燃料送入水泥窑预燃炉内或从水泥窑窑头多通道燃烧器送入窑内的投料量为O. 5-3t/h。本发明在水泥窑预燃炉共处置玻璃钢废弃物有如下优势I)玻璃钢中的可燃组分在400°C条件下就已大量挥发并燃烧，远低于石灰石大量分解的温度，而水泥窑预燃炉温度在850 900°C之间，玻璃钢复合材料颗粒中的挥发份和固定碳充分挥发和燃烧，燃烧气体最高温度可达1400°C。燃烧反应在预燃炉及其弯管内即可完成，分解炉出口不会有未燃尽成分，保证水泥窑中燃烧工况稳定。2)水泥窑内呈现碱性气氛，废弃物燃烧后产生的酸性气体被水泥窑内的碱性环境所吸附，因此焚烧玻璃钢废弃物不会增加尾气中的S02、H2S等有害气体排放，不会对周围环境造成二次污染。3)玻璃钢复合材料中含有大量玻璃纤维，若简单焚烧，飞灰和残渣中会有玻璃纤维残留，依照本发明所采用的工艺，燃烧后残渣随生料一起进入水泥窑内制成水泥熟料燃烧残渣无二次污染。4)由于玻璃钢废弃物本身性质，经过前处理后的玻璃钢物料可以实现燃煤替代， 在处置玻璃钢废弃物的同时，节约了水泥窑燃煤，实现了循环经济。本发明利用水泥窑窑头喷入的形式燃烧玻璃钢废弃物替代燃料有如下优势I)水泥窑窑头火焰温度可达到1700°C，燃烧玻璃钢废弃物产生的气体在水泥窑内高温段停留时间超过4s，燃烧过程中有可能出现的二噁英、S02、H2S等有害气体可以在窑内彻底分解，不造成二次污染。
2)玻璃钢复合材料燃烧后残渣主要成分为SiO2, Al2O3等成分，均为水泥生产过程中必须原料，因此燃烧后残渣直接替代部分水泥生产原料进入水泥成品中，不会造成燃烧残洛的二次污染问题。3)由于玻璃钢废弃物本身性质，经过前处理后的玻璃钢物料可以实现燃煤替代， 在处置玻璃钢废弃物的同时，节约了水泥窑燃煤，实现了循环经济。4)由于玻璃钢废弃物经过处理后形成的替代燃料在燃烧速率、发热量等方面均与煤粉性质相近，从窑头喷入燃烧不会对煤粉燃烧造成影响，同时由玻璃钢制备的替代燃料的燃烧不会造成窑内高温段的推移，因此不会影响水泥窑正常生产。
具体实施例方式本发将玻璃钢废弃物通过一系列处理工序加工成一种适合水泥窑燃烧的替代燃料，同时解决了玻璃钢废弃物难于回收处置的问题以及水泥生产高能耗的问题，既实现保护环境的目的，又将废物资源综合利用。由于玻璃钢具有硬度高、韧性强等性质，并非所有玻璃钢废弃物都适宜制作替代燃料，因此在进入破碎工序前需通过分选工序选出适合进行玻璃钢破碎的物料。分选标准(I)平均厚度不超过50mm ； (2)最厚厚度不超过IOOmm ； (3)不含铁或类似金属物质；(4)附带塑料薄膜类物质体积比不超过60%。分选意义过厚或含有铁类物质的玻璃钢复合材料对破碎机影响较大，容易造成破碎机磨损或卡料，当塑料薄膜类物质含量过高时容易导致此类物料缠绕在破碎机转子上影响破碎效率甚至造成破碎机损坏。经过分选后的物料由机械或人工方式进行上料机械方式宜采用抓斗、输送皮带等；人工方式需对物料先进行打包处理，运至投料点后拆包，由专人将物料投入破碎机内进行破碎。破碎工序通过至少一级破碎机进行破碎，推荐使用两级破碎机进行，本发明的破碎可以采用为公知的破碎机。一级破碎一级破碎机推荐使用剪切式破碎机，剪切破碎机的转子上具有带齿的圆形刀片，转子相向旋转，转速不同。转子间相互作用，通过剪切、撕裂和挤压破碎物料。经过一级破碎后物料普遍达到100mm-150mm范围内，最大宽度低于180mm,呈长度小于IOOOmm 的条状或片状结构。由于二级破碎为细破碎机，工作能力有限，且对进入破碎机的物料要求比较严格，如果直接进行细破碎，则会严重影响细破碎机破碎能力，也会加速细破刀具的磨损，影响细破使用寿命，使用一级破碎机对玻璃钢物料进行初步破碎，既可以提高替代燃料制备系统的工作效率，又可提高二级破碎机的使用寿命。一级破碎机采用加大型进料斗，进料斗上部设置集气罩。破碎机连接机构经过一级破碎后的物料通过破碎机连接机构送至二级破碎机，破碎机连接机构可采用如下两种形式(I) 一二级破碎机纵向布置，则使用下料溜子与翻板阀相配合作为破碎机连接机构，通过翻板阀的开闭实现对二级破碎机进料的控制；(2) 一二级破碎机平行或交错布置，则使用密闭的大倾角皮带及下料溜子配合作为破碎机连接机构，通过控制皮带输送速度实现对二级破碎机进料的控制。二级破碎二级破碎机推荐使用中转速单轴撕碎机，单轴撕碎机配有一个大惯性刀辊和刀辊周围的固定式刀具，刀辊上装有合金刀头，刀辊旋转过程中刀辊上的动刀与固定在固架上的定刀相对运动，通过剪切撕扯的方式破碎物料。经过一级破碎后的物料输送入二级破碎机，由二级破碎机将物料破至粒径小于20mm的替代燃料颗粒。替代燃料的使用，可以经过风送装置输送进入水泥窑预燃炉，投料量O. 5 3t/ h，采用连续投料方式处理。预燃炉温度约850 900 °C，为微负压，压力范围_500Pa 至-800Pa。也可以经过风机输送送入位于水泥窑窑头的多通道燃烧器中，喷入水泥窑内，投料量O. 5 3t/h。窑头火焰燃烧温度可达到1700°C。以3000吨带MFC预燃炉的窑外分解干法水泥回转窑工艺为例，玻璃钢制备替代燃料最大替代量约为总燃煤投加率的10%，即每投加20t煤粉，最多可投加约2t煤粉当量 (实际玻璃钢替代燃料投加量约为3t)的替代燃料；由于替代燃料投加后会引入其他影响因素，因此需至少投加总燃煤投加率I. 5%的替代燃料方可体现替代效果，即每投加20t煤粉，需至少投加约O. 3t煤粉当量(实际玻璃钢替代燃料投加量约为O. 5t)的替代燃料，方可体现替代效果。玻璃钢废弃物制备替代燃料创新及意义在于，玻璃钢复合材料普遍平均低位热值在6000kcal/kg左右，与煤粉低位热值(5500kcal/kg)相近，玻璃钢复合材料燃烧曲线与煤的燃烧曲线接近，燃烧速率相当，因此经过处理的玻璃钢废弃物适合作为煤粉的替代燃料使用。考虑窑尾进入冷风等影响因素后，吨玻璃钢/复合材料煤粉替代量约可达到O. 7t以上，如按照年处理玻璃钢复合材料废弃物IOOOOt计算，则可理论节煤7000t。替代燃料主要用于水泥窑燃煤替代，在处置废弃物的同时，降低水泥企业能源消耗，实现循环经济。由于玻璃钢复合材料经过两级破碎，颗粒较小，与空气接触比表面积大，且水泥窑内高温气体湍流强烈，有利于玻璃钢复合材料气固两相的混合、传热、传质以及分解、扩散过程的进行。综合考虑破碎成本、燃烧效果和输送方式等因素，最终将破碎粒径确定为20mm，比较国外的IOmm粒径，可在大大提升破碎效率及产能的同时，发挥替代燃料效果。实际运行比较，20mm粒径的替代燃料与IOmm替代燃料在发热量、燃烧速率等方面性能相当，不会对燃烧系统造成负面影响。
权利要求
1.一种利用复合材料废弃物制备水泥窑替代燃料的方法，将玻璃钢复合材料废弃物粉碎成粒径小于20mm的颗粒或薄片作为替代燃料，送于水泥窑预燃炉内，于压力为-500 至-SOOPa下进行燃烧；或将替代燃料由水泥窑窑头多通道燃烧器喷入水泥窑内。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，破碎前将玻璃钢复合材料废弃物中的金属筛选出来。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，破碎的玻璃钢复合材料废弃物中塑料薄膜体积比不超过60%。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，粉碎是采用二级粉碎。
5.根据权利要求I或4所述的方法，其中，二级粉碎中的第一级粉碎先将玻璃钢复合材料废弃物粉碎成粒径为100mm-150mm的片状或块状物料,再经第二级粉碎成粒径小于20mm 的颗粒或薄片。
6.根据权利要求I所述的方法，其中，替代燃料送入水泥窑预燃炉内的投料量为 O. 5_3t/h。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，替代燃料由水泥窑窑头多通道燃烧器喷入水泥窑内的投料量为O. 5-3t/h。
全文摘要
一种利用复合材料废弃物制备水泥窑替代燃料的方法，将玻璃钢复合材料废弃物粉碎成粒径小于20mm的颗粒或薄片作为替代燃料，送于水泥窑预燃炉内，于压力为-500至-800Pa下进行燃烧；或将替代燃料由窑头多通道燃烧器喷入水泥窑内。本发明可以解决玻璃钢复合材料废弃物处理困难的问题，同时解决水泥工业因耗能高产生的燃料问题。
文档编号F23K1/00GK102607047SQ20111002204
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者刘佳, 刘超, 姜雨生, 李继荣, 熊运贵, 田巍 申请人:北京金隅红树林环保技术有限责任公司