一种煤矸石资源化无害化处理装置及工艺

本发明属于煤矸石处理，具体涉及一种煤矸石资源化无害化处理装置及工艺。

背景技术：

1、煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，热值高低不等，热值高于1500kcal/kg的煤矸石主要通过与高热值煤混烧用于发电或热电联产，热值低于1500kcal/kg的煤矸石用于露天开采后的矿坑填充，或是矿区堆积的手段处理，造成了土壤、空气污染。低热值煤矸石的有效处理是矿区生态环境保护和发展亟需解决的问题，但是低热值的煤矸石灰分含量为70％～90％，如何将煤矸石进行彻底的无害化处理是问题的关键所在。煤矸石的资源化和无害化处理主要是回收煤矸石中全部可用资源并不产生新的废弃物。

2、传统水泥工业的碳排放要求越来越高，有效降低碳排放是水泥工业面临的巨大挑战，目前水泥行业中减少二氧化碳排放的主要措施是使用辅助胶凝材料来替代水泥生产中的熟料来降低碳排放量，而煤矸石在适当的温度下燃烧后产生的灰中含有大量的al2o3·2sio2(偏高岭土)，具备了很好的活性，可作为辅助胶凝材料，这为煤矸石大宗量资源化无害化处理提供了可能，大大降低了水泥生产的碳排放量和原石开采量，降低水泥生产成本。现有的煤矸石大宗量处理主要是高温燃烧利用煤矸石的热量，在高温条件下燃烧产生的粉煤灰的偏高岭土含量降低，取而代之的是无活性的莫来石，因此粉煤灰不宜做水泥熟料。因此，从环境、能源、土地资源和无废城市建设等方面，工业界迫切需要一种可大规模生产、资源化、无害化的煤矸石、煤泥等低热值固体燃料处理技术。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种煤矸石资源化无害化处理装置及工艺，实现煤矸石的资源化和无害化处理，回收高附加值的焦油和煤气，得到可作为辅助胶凝材料的含有大量偏高岭土的高活性灰，降低水泥工业生产的碳排放和煤炭生产企业固废处理成本。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种煤矸石资源化无害化处理装置，包括煤矸石破碎干燥系统；

4、所述的煤矸石破碎干燥系统的出料口分别连接低温热解系统进料口和辅助进料系统进料口，所述的低温热解系统的出料口连接至沸腾炉下部的高温进料口，所述的辅助进料系统的出料口连接至沸腾炉下部的辅助进料口；

5、所述的沸腾炉顶部设置有烟气出口和辅助烟气出口，底部设置有沸腾炉出灰口和空气进气口；

6、所述的烟气出口管路连接至低温热解系统进行热交换后分为两个分路，第一分路连接至破碎干燥系统烟气进口进行二次热利用后排空，第二分路连接至烟气处理系统处理后排空；

7、所述的辅助烟气出口管路分为两个分路，一分路连接至低温热解系统烟气出口管路，二分路直接连接至烟气处理系统处理后排空；

8、所述的沸腾炉出灰口连接至储灰仓；所述的低温热解系统和烟气处理系统均设置有连接至储灰仓的灰粉运送管路；

9、所述的低温热解系统设置有连接至油气分离系统的油气出口。

10、本发明还具有以下技术特征：

11、优选的，所述的煤矸石破碎干燥系统包括一次破碎机，所述的一次破碎机的出料口连接至烘干机，所述的烘干机的出料口连接至二次破碎机，所述的二次破碎机的出料口与低温热解系统进料口和辅助进料系统进料口分别连接。

12、进一步的，所述的烘干机还设置有与低温热解系统烟气出口管路第一分路联通的进气口；

13、所述的烘干机的出气口设置有第一脉冲除尘器，烟气经除尘后排空。

14、进一步的，所述的低温热解系统包括与二次破碎机出料口联通的常温储料仓以及将煤矸石细料运送至常温储料仓的提升机，所述的常温储料仓的出料口连接至定量螺旋给料机，所述的定量螺旋给料机的出料口连接至套筒式逆流螺旋热解窑内筒的进料口，所述的套筒式逆流螺旋热解窑内筒的出料口连接高温过渡料仓，高温过渡料仓出料口连接高温螺旋给料机进料口，所述的高温螺旋给料机出料口料口连接沸腾炉下部的高温进料口；

15、所述的套筒式逆流螺旋热解窑的内筒上部设置有油气出口；

16、所述的油气出口连接至油气分离系统。

17、更进一步的，所述的套筒式逆流螺旋热解窑的外筒的进气口与烟气出口连接，所述的套筒式逆流螺旋热解窑的外筒的出气口为两个分路，第一分路连接至破碎干燥系统烟气进口进行二次热利用后排空，第二分路连接至烟气处理系统处理后排空；

18、所述的套筒式逆流螺旋热解窑的外筒出气管路上设置有第一烟气引风机；

19、所述的套筒式逆流螺旋热解窑的外筒下部设置有与储灰仓联通的热解窑出灰管路，所述的热解窑出灰管路上设置有第一送粉风机。

20、优选的，所述的油气分离系统包括与套筒式逆流螺旋热解窑的内筒油气出口连接的重力除尘器，所述的重力除尘器的入口管路上设置有油气引风机；

21、所述的重力除尘器的中部设置有连接至电捕焦油器的油气出口，底部设置有沉淀池；

22、所述的电捕焦油器的上部设置有连接至煤气罐的煤气出口，底部设置有焦油池；

23、所述的电捕焦油器的电极线由配电箱经变压器连接至电捕焦油器内；

24、所述的电捕焦油器的煤气出口管路上设置有煤气引风机。

25、优选的，所述的烟气处理系统包括进气口与套筒式逆流螺旋热解窑的外筒出气管路的第二分路、辅助烟气出口二分路联通的换热器，所述的换热器底部设置有与储灰仓联通的换热器出灰管路，以及连接第二脉冲除尘器下部的出器管路，所述的第二脉冲除尘器上部设置有连接脱硫塔下部的烟气管路；

26、所述的第二脉冲除尘器底部设置有与储灰仓联通的脉冲除尘器出灰管路；

27、所述的第二脉冲除尘器与脱硫塔之间的管路上设置有第二烟气引风机。

28、优选的，所述的辅助进料系统包括辅助储料仓以及将煤矸石细料运送至辅助储料仓的辅助提升机，所述的辅助储料仓的出料口连接至圆盘给料机进料口，所述的圆盘给料机的出料口连接至沸腾炉下部的辅助进料口。

29、优选的，所述的沸腾炉出灰口与储灰仓之间设置有空气预热器，所述的空气预热器的进气口设置有送风机，空气预热器的出气口连接至沸腾炉的空气进气口；

30、所述的空气预热器上部设置有与沸腾炉出灰口连接的进灰口，下部设置有与储灰仓连接的预热器出灰口；

31、所述的预热器出灰口设置有第二送粉风机，预热器出灰管路上设置有球磨机，所述的储灰仓顶部设置有第三脉冲除尘器。

32、本发明还保护一种采用如上所述的装置的煤矸石资源化无害化处理工艺：

33、煤矸石经煤矸石破碎干燥系统破碎成粒径为4mm以下，干燥至水分10％以下的煤矸石粉末；

34、当煤矸石热值高于于750kcal/kg时，由提升机送至常温储料仓，并由定量螺旋给料机将煤矸石粉末送至套筒式逆流螺旋热解窑内筒中，由高温烟气加热至450-550℃的温度范围内停留15-25分钟，在55-65pa真空度下热解，热解析出的煤气经油气分离系统分离出焦油和煤气；热解产生的煤矸石焦炭经高温过渡料仓，由高温螺旋给料机定量送入沸腾炉中；

35、当煤矸石热值低于750kcal/kg时，只做控温燃烧处理，通过辅助进料系统直接进料，为保证沸腾炉稳定燃烧，在一次破碎机中参混高热值煤矸石或煤，使混料热值达到750-800kcal/kg；

36、燃烧过程控制沸腾炉炉床在780-820℃温度下燃烧，燃烧时间控制在3分钟，沸腾炉中过量空气系数为2.0-3.0，沸腾流速约为2.9-3.5m/s，沸腾区高度为1.5-1.8m，确保燃料燃尽后排灰；

37、灰分在球磨机中被磨制为粒径小于150μm的粉末后储存在储灰仓，用于制备低碳水泥。

38、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

39、本发明通过套筒式逆流螺旋热解窑经来自沸腾炉高温烟气加热对热值大于800kcal/kg的煤矸石燃料进行热解提取煤气和焦油，采用燃烧稳定性较好的沸腾炉燃烧煤矸石焦碳，确保低热值煤矸石焦炭在800±20℃的炉温下稳定燃烧，获取活性较高的偏高岭土灰分，用于低碳水泥生产；本发明采用煤矸石焦炭燃烧后的高温烟气做热解和烘干热源，充分利用燃烧产生的热量；本发明采用高温活性灰预热空气，确保低热值燃料的稳定燃烧；

40、本发明提出的煤矸石资源化利用装置，处理低热值煤矸石，实现了资源化和无害化的大宗量处理，未形成新的固体废弃物和污染性气体，未消耗高热值优质燃料，回收了煤矸石中高附加值的的煤气和焦油，得到了高活性灰，降低了水泥行业生产的碳排放量和原石采集量，降低了煤矿及洗煤企业煤矸石处理成本，能有效解决矿区固废处理问题，整个工艺完善，操控简单，过程联动控制，可靠性高，处理能耗低，经济性好，可大规模生产。