申请日1995.10.20
公开(公告)日1997.05.07
IPC分类号B28B13/02
摘要
粉煤灰、城市垃圾和污泥的全面无废利用法为充分利用它们中的有机成分和无机成分的方法，其产品主要为免烧砖原料和水泥熟料。它为建材工业提供省投资、减能耗、无污染、增利润的制造方法;为煤矿、燃煤电厂、建材企业和城镇提供节能利废、消除污染、增加经济、社会和环境效益的最佳实用技术，适用于大中小企业及乡镇和个体企业。
権利要求書
1、粉煤灰、城市垃圾和污泥全面无废利用法是将它们中的有 机成分和无机成分统一、彻底无害化的利用方法，其特征为：
a、将城市垃圾和污泥中的有机成分作为免烧砖原料和水泥熟 料在煅烧时的能源;
b、将城市垃圾和污泥中的无机成分作为免烧砖原料和水泥熟 料的生料组成之一部分;
c、在砖生料球和水泥生料球的制作中，用污泥及其水分作为 成球粘结剂;
d、其主要产品为免烧砖和水泥，副产品为上排气及其回收产 品。
2、根据权利要求1所述特征，免烧砖生料球和水泥生料球根 据城市垃圾和污泥的综合成分，对照制成合格强度的免烧砖的原料 所要求的生料标准添加所必需的石灰岩(CaCO3)等组分;对照按 水泥生产要求配方添加所必需的石灰岩、氧化铁等成分，并保证细 度。
3、根据权利要求1所述特征，砖生料球和水泥生料球均在堆 窑堆和相应工艺条件下实施煅烧和上排气净化、回收。
说明书
粉煤灰城市垃圾和污泥全面无废利用法
本发明提供一种粉煤灰、城市垃圾和污泥制造免烧砖原料和水 泥熟料的综合利用技术，属于环境科学和建筑材料生产技术。
我国火电厂每年排粉煤灰1亿余t，世界排出量当以百亿t计。 排灰场不仅大量占地，且是水体的重要污染源，会造成水体矿化度、 总硬度、硫酸盐、氯化物等增高和超标，且影响范围广、期限长、 点多面广。它的无废全面利用，是全国乃至世界的一个大难题。近 年有用它制砖、水泥掺和料等利用方法，但其利用量不大，且产品 质量不高。城市垃圾的产量正逐年增长。对它的处理，我国主要采 用填埋方法;国外除填埋外，还有分类后作燃料发电、制肥料和回 收其中的金属的。但填埋处理占地大，污染地下水和大气;其余方 法处理量有限，且垃圾成分决定其应用价值。各种污水经物理、化 学或生物方法处理后的污泥或沉渣，往往成了二次污染物，很少有 能彻底利用的。上述三类固体、半流体污染物由于产量大、点多面 广，是全球环境污染、生态环境破坏的主要原因之一。目前各种处 理方法的共同缺点是：①未能集约化处理;②未能实现资源化和综 合化;③各种单独处理方法所得产品质量差，产值低，多未能全面 利用其中的可燃物质和矿物成分;④多存在二次污染。
本发明提供一种无二次污染、能统一全面利用上述三类废物的 简易方法，是本发明人的“煤矸石全面无废利用法”(公开号CN 1098669A)在利用上述三类废物方面的拓广和发展。
城市垃圾和污泥(包括下水道污泥、水经生化或某些化学处理 后的沉淀物及有机物丰富的池沼底污泥)都有不同比例的有机成分， 是一些低热值的燃料，在一定条件下可以利用它们来煅烧建材原料 ——免烧砖原料和水泥熟料。除有机成分外，它们还含无机成分， 其中主要为粘土或粉砂级的砂粒，这部分与煤矸石的部分组成相近 似，因此，都是制砖或水泥原料的可用部分。粉煤灰经过高温，有 机质(煤)消耗殆尽，但它的主要部分无机成分，与煤矸石相差不 大，且已有一定活性，所以也可作为烧砖和水泥的原料的配料。污 泥中的大量粘土和水分，正是将粉煤灰等粉料制成生料球所需要的。 因此，在监测煤矸石、污泥和粉煤灰的发热量和无机成分后，按烧 砖或水泥的生料的要求，补充其所缺的矿物成分(矸石和城市垃圾 需适当分类和破碎);在保温很良好的煅烧条件下，一般可不加或 略为补充一些劣质燃料 (如煤泥、洗矸和油页岩等)，使它们充分均匀混合后制成的生料球 成分符合煅烧免烧砖原料或水泥熟料的要求(这过程还起灭菌作用)， 就可以实现对它们的全面无废利用。
本发明是这样实现的：
设置一特殊“堆窑堆”(附图)，这是一个具煅烧与气化功能 的联合装置，它分两大部分。中心部分为堆窑1、它由个字形孔的 耐火砌块2砌成的园形窑腔壁3、拱形顶盖4、排气管道5、和底 部的承重送气孔板(孔管组)6组成。这些部件都是拼合式的。窑 内腔堆水泥生料球，煅烧结束后，可拆卸，以便取用窑腔内已煅烧 好的水泥熟料，部件可复用。窑壁之下为内环形供气管道7、和起 支撑、承重作用的环形墙8、整个装置位于经处理的地基9之上。 堆窑的高径比可取4±。堆窑之外为制砖生料球堆10、其主要产 品为供制免烧砖用的具有一些硅酸盐水泥成份的熟料和煤气(CO为 主)。此堆之上亦为免烧砖生料球11堆成。堆置时由上而下地倾 倒，以保持疏松堆积，有最大的孔隙。整个矸石呈园台形，台面1 2与水平面的夹角为生料球的自然休止角。台底有外环形供气管道 (组)13，此管道的上面为多孔承重拱形板(组)14，在它上 面可根据园台底半径和高度以及生料球堆透气性要求，拼装若干个 字形孔耐火砌块柱15，台面之上有隔气罩16，它由玻璃纤维布 涂以树脂等制成，它的上缘、下缘和中间还有起加强、定形作用的 玻璃钢质园环17、18和19，它们之间均有若干T型支撑板20。玻 璃钢比重为钢的1/4，比强度为钢的一半，耐-20～200℃温 度。密封罩装置在完成炉料煅烧和气化后，可用千斤顶整体支起， 起防雨作用;各种熟料用完后它可整体移动，去罩复新的堆窑堆园 台体。
为监测煅烧窑和园台体内温度，以便逐渐改进生产工艺，还设 置了若干热电偶和高温计;为安全起见，有分别连通窑腔和园台内 部的多孔管安全阀;玻璃钢质园环之间有许多纵向肋板;对透气 性差的生料球堆，在台面上亦可按设个字形孔耐火砌块。这些在图 中均未画出。
生产时园台的大小和高低，从生产效果看，宜大不宜小。当原 料垃圾或粉煤灰产量不大时，可以几个矿、厂、城市共用几个联合 装置。可以一个装置在堆砌中，一个在煅烧和气化中，一个已处理 完，正在取用熟料中。煅烧窑的容积和窑外生料球堆的体积之比， 可视当地对水泥的需求量而定。窑内亦可填以制砖用生料球，这时 窑内处一样，产品均为免烧砖的原料和煤气。
生产工艺流程如下：
根据水泥和免烧砖的需要量，决定窑内外不同生料球的比例。 检测两种生料的可燃组分及无机组分，加校正材料。砖生料球用的 只加适量的石灰岩;对制水泥生料球用料，必须严格按配方配料， 必要时增添外加剂，以保证成球质量。
窑内外生料球与园形窑腔壁同步堆筑(砌)增高。
窑腔达预定高度后，安置拱形顶盖和加接排气管。当堆窑堆半 径较大时，排气管道可设几个。铺设隔气密封罩等。
用罗茨或叶氏风机为各种管道供(排)气。罗茨A为密封罩供 气，气体主要成分为CO2，供气压力为P1。
用罗茨B向外环形供气管道供气，点火时用氧气，正常生产时 用空气，供气压力为P2。
用罗茨C控制内环形管道的供气成分、压力和温度，供气压力 为P3。当罗茨C供给CO2，且压力大于P4时。可防止窑腔内的边风和 外部漏气及塌边现象。当窑内熟料烧成后，可通入低温CO2，使熟 料急冷，以提高熟料的易磨性和水泥的抗硫酸性。当窑内燃料耗尽 (熟料烧成并冷却后)通以空气，可以增加对堆窑堆特别是其上部 灯生料球供气氧化。实际上，随着由下而上的燃料的逐渐耗尽，氧 化层和其上的还原层亦逐渐上移。在还原层形成以CO为主的可燃气 体，从上排气口排出。所以内环形管道及其上的个字形孔砌块构成 之园形窑腔壁是该装置的重要部分;必要时可设两套，由两台罗茨 (C和C‘)分别控制供气成分和压力。
罗茨D给窑腔供气，点火时用氧气，正常生产时用空气，供气 压力为P4。
罗茨E接排气管道抽气，早、中期抽出的为经过堆窑堆的炽热 带后形成的、CO为主的气体，后期为CO2和其它有害气体为主。压力 为P5。
为保证氧和空气流入和渗入堆窑堆内部，使CO2也渗入其内， 不使热量随CO2外逸，使所有气态物质(包括烟尘等)均由罗茨E抽 出。一般要求整个生产过程保持P1>P2>P5，P5为负压，P4一般等于 P2，P3视情况用于调控气体成分和气流强度与方向。
罗茨E抽出的气体可供给附近的企业作能源;也可直接供给罗茨D， 以加速窑内煅烧，或者供热降温后贮存供企业使用。煤气燃烧后产 生的CO2，可降温后供给罗茨A;多余的可直接排空;或供给塑料 大棚，使棚内农作物有充足CO2，这将有利于农作物之增产。
在罗茨E、罗茨D和罗茨A中循环的部分气体中，其中的不燃部 分如NOx等会得到浓缩，可在浓度较大时回收利用。至于煤气中的 SOx，在其形成的同时即与石灰岩中的钙结合而形成CaSO4，它正是水 泥熟料所需要的，当然它不宜超量。
免烧砖原料与水泥熟料烧成后即可将隔气密封罩用千斤顶支起， 这时隔气罩起防雨作用。制砖工序为：从中取出免烧砖原料，适当 粉磨后加水搅拌、成型，在保湿、严冬季节保温条件下养护几天即 可出厂。制水泥的后续工序，与一般水泥厂相同。堆窑的上排气可 以在锻烧过程回收、利用与净化：在煅烧初期和中期，上排气主要 为CO，其余为NOx、H2S和碳氢化合物，到后期CO减少，CO2增加。 故初中期的上排气排气可回送至堆窑下部作气态燃料，在这循环过 程CO等可燃气体消耗，CO2增加，NOx等有害气体浓度增大，这些 气体就可能回收，或将含它们的废水用生物方法净化，其生物膜等 构成之有机污泥水，可拌入制生料球的粉料之中，从而完全实现无 二次污染。
由于城市垃圾和污泥来源复杂，为确保建材产品使用中对人体 无害，在制出成品、出厂前应检测其化学成分和放射性，然后确定 其用途(有害化学成分超标的可用于公路、机场等;个别有放射性 超标的，可分许多次掺入熟料中，使混合料中的放射强度不超过安 全标准)。
本发明可使我国工业废物的主要部分粉煤灰和煤矸石及全部城 市垃圾和污泥都得到无废无害、创造高产值地利用，是废物集约化、 资源化和企业化利用的创举。它不仅是环境工程方面的重大发明， 也是煤矿、燃煤电厂、建材企业和城镇的节能利废，保护耕地，减 少建厂投资和生产成本、增加利润的实用技术。对全国来说，其年 创经济效益当以百亿元计。