PL189064B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania lekkiego kruszywa budowlanego - Google Patents

Abstract

1 S posób w ytw arzania lekkiego kruszyw a budow lanego, z m aterialów odpadow ych górnictw a w eglow ego, polegajacy na przygotow aniu zestaw u m ieszanki z odpadu poflotacyjnego w ilosci pow yzej 30% w agow ych i rozdrobnionego odpadu poplucz- kow ego w ilosci pow yzej 40% w agow ych, oraz ew entualnie uzupel- nionej dodatkiem m ialu w eglow ego 1 skladnika schudzajacego, a nastepnie na przeprow adzeniu procesów hom ogenizacji, grudko- w ania 1 obróbki cieplnej obejm ujacej podsuszanie, spiekanie i chlodzenie grudek kruszyw a, z n a m ie n n y ty m , ze sklad m ieszanki - zaw ierajacej w agow o odpad poflotacyjny w ilosci 40-60% , rozdrob- niony do u ziam iem a ponizej 1 m m od p ad popluczkow y w ilosci 30-40% , oraz ew entualnie m ial w eglow y i skladnik schudzajacy w ilosciach po 5-10% - d obiera sie tak, by la czn a zaw arto sc czesci palnych b yla nie m niejsza niz, 30% , pro ces grudkow ania przy w ilgotnosci m ieszanki w iekszej niz 22% , d o k o n u je sie przez w yciskanie a przy w ilgotnosci m niejszej n iz 19% p rzez g ranulow a- nie, n atom iast obróbke c iep ln a prow adzi sie w dw ukom orow ym u rzadzeniu przelotow ym , z tak dobranym i p aram etram i szybkosci przeplyw u 1 nadm uchu pow ietrza by w pierw szej kom orze - stan o - w iacej przelotow e palenisko (A ) o za sad n iczo poziom ym przeply- w ie w sadu - zachodzilo w ylacznie od p aro w an ie w ilgoci, odgazo- w am e czesci lotnych i ich spalenie, a w d rugiej szybow ej kom orze spiekania (B ) dopalanie koksika w ew n atrz grudek , spiekanie i chlodzenie kruszyw a 2 U rzadzenie do w y tw arzania lekkiego kruszyw bu d o - w lanego, zaw ierajace obudow e z w ylozeniem ceram icznym , usytu- ow any w strefie górnej zespól zasypow y w sadu 1 kanal spalinowy oraz w ykonana ponizej szybow a kom ore spiekania, z zabudow anym i w scianach bocznych dyszam i n adm uchu pow ietrza a zam knieta w strefie dna zespolem o d bierajacym sp ieczo n e grudki kruszyw a, z n a m ie n n e ty m . Ze pod zespolem zasypow ym (3 ) m a F ig .1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania lekkiego, spiekanego kruszywa budowlanego z materiałów odpadowych górnictwa węglowego, zwłaszcza odpadów poflotacyjnych i popłuczkowych pochodzących z procesów wzbogacania węgla kamiennego.

Większość odpadów węglowych składowana jest w obrębie kopalń na otwartych hałdach i pryzmach, ulegając z upływem czasu samozagrzewaniu, zgazowaniu i utlenieniu. Wydzielające się aromatyczne węglowodory i tlenki węgla zanieczyszczają powietrze. Składowiska zajmują i degradują bardzo znaczny obszar terenu. Odpady z procesów wzbogacania węgla, zwłaszcza poflotacyjne i popłuczkowe, zawierają znaczne ilości części palnych.

Znane są różne sposoby wykorzystania odpadów węglowych, w tym również jako surowca do wytwarzania lekkiego kruszywa budowlanego. Przykładowo, sposób przedstawiony w polskim opisie patentowym nr 165 805 polega na przygotowaniu zestawu mieszanki zawierającej: odpady popłuczkowe w ilości 50-80% wagowych w stanie suchym i skałę płonną w ilości 20-50%. Odpady popłuczkowe suszy się wstępnie do wilgotności 10-15%, natomiast skałę płonną rozdrabnia się do ziarnistości poniżej 5 mm. Całość homogenizuje uzupełniając zawartość wody do około 12%. Po uformowaniu grudki obrabiane są cieplnie, wprowadzone do pieca obrotowego są kolejno na długości pieca suszone, spiekane i chłodzone.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 78281 sposób wytwarzania kruszywa wyróżniający się tym, że zestaw mieszanki tworzony jest z suchego popiołu lotnego

189 064 zmieszanego z odpadem poflotacyjnym węgla kamiennego w proporcji wagowej 100:40, oraz z dodatkiem odpadów popłuczkowych o granulacji poniżej 5 mm. Mieszanka nie powinna zawierać więcej niż 1,5% siarki. W trakcie wypalania masy w piecu obrotowym w temperaturach 1200-1600 K powstaje kruszywo o gęstości nasypowej w granicach 600-1100 kg/m³.

Znane sposoby wytwarzania kruszywa z odpadów górnictwa węglowego wymagają wprowadzenia do procesu dodatkowego ciepła, technologicznie niezbędnego dla dopalenia uwalniających się części palnych. Ciepło wprowadzane jest palnikami gazowymi, względnie palnikami na paliwo ciekłe lub na pył węglowy.

Obróbka cieplna grudek - z których na wyjściu otrzymujemy kruszywo budowlane prowadzona jest w różnych urządzeniach, najczęściej: w piecu obrotowym, na taśmowym ruszcie spiekalniczym z wymuszonym przepływem powietrza od góry do dołu, w piecu szybowym. W piecu szybowym i obrotowym ekonomiczność procesu przeciwprądowego obarczona jest niekorzystnym wzrostem w gazach spalinowych ilości niedopalonych związków lotnych, tlenku węgla, węglopochodnych, sadzy. Wynika to z faktu, że wypalanie części palnych następuje od temperatury wyższej do niższej - co stanowi, że wydzielające się związki odprowadzane są do obszaru temperatur niższych od temperatury zapłonu - i nie ulegają spaleniu, unoszone są ze spalinami do kanału spalinowego.

Sposób według wynalazku wyróżnia się tym, że skład mieszanki - zawierającej wagowo: odpad poflotacyjny w ilości 40-60%, rozdrobniony do uziamienia poniżej 1 mm odpad popłuczkowy w ilości 30-40%, oraz ewentualnie miał węglowy i składnik schudzający w ilościach po 5-10% - dobiera się tak, by łączna zawartość części palnych była nie mniejsza niż 30%. W zależności od posiadanej przez taką mieszankę wilgotności proces grudkowania dokonuje się przez wyciskanie gdy wilgotność mieszanki jest większa niż 22% lub przez granulowanie przy wilgotności mniejszej niż 9%. Obróbka cieplna prowadzona jest w dwukomorowym urządzeniu przelotowym, z tak dobranymi parametrami szybkości przepływu i nadmuchu powietrza by w pierwszej komorze - stanowiącej przelotowe palenisko o zasadniczo poziomym przepływie wsadu - zachodziło wyłącznie odparowanie wilgoci, odgazowanie części lotnych i ich spalenie. Pierwszą komorę stanowić więc mogą zwłaszcza paleniska z rusztem: taśmowym, wibracyjnym, obrotowym i strefowym doprowadzaniem powietrza, z rusztem fluidalnym. W drugiej szybowej komorze spiekania dokonuje się dopalanie koksiku wewnątrz grudek, spiekanie i chłodzenie kruszywa.

Istotę rozwiązania stanowi więc technologia przetwarzania odpadów górnictwa węglowego na paliwo niskokaloryczne w postaci granul, oraz odzyskania zawartej w odpadach energii chemicznej w sposób jednocześnie zapewniający otrzymanie użytecznej pozostałości spalania - w postaci spieczonego kruszywa budowlanego. Prowadzona dwuetapowo obróbka cieplna w jednym urządzeniu znacznie obniża toksyczność gazów spalinowych. W pierwszej komorze - zwłaszcza z rusztem taśmowym przy poziomym przepływie wsadu warstwą o niewielkiej grubości, lub z rusztem fluidalnym - występują bardzo dobre warunki odparowania wilgoci i odgazowania części lotnych. Ilość ciepła uzyskana z reakcji chemicznych składników palnych mieszanki jest większa od ilości ciepła potrzebnego na podgrzanie substratów to znaczy materiału mineralnego, wilgoci, powietrza potrzebnego do spalania - do temperatury wyższej od temperatury zapłonu. Odgazowane części lotne dają z powietrzem palną mieszankę. W drugiej komorze o układzie szybowym występują bardzo korzystne warunki dla spiekania i chłodzenia grudek. W obu komorach struktura wsadu jest jednorodna, o dużej przenikliwości gazowej. Proces spalania prowadzony jest z mniejszym współczynnikiem nadmiaru powietrza, czego wynikiem jest mniejsza ilość spalin.

Obróbka cieplna grudek wykonanych wg wskazanej powyżej mieszanki może być korzystnie przeprowadzona w urządzeniu według wynalazku. Urządzenie zawiera obudowę z wyłożeniem ceramicznym, usytuowany w strefie górnej zespół zasypowy wsadu i kanał spalinowy oraz wykonaną poniżej szybową komorę spiekania. W ścianach bocznych komory spiekania zabudowane są dysze nadmuchu powietrza, w strefie dna komora zamknięta jest zespołem odbierającym spieczone grudki kruszywa. Istota rozwiązania polega na tym, że pod zespołem zasypowym urządzenie posiada przelotowe palenisko o zasadniczo poziomym kierunku przepływu wsadu, zwłaszcza z rusztem taśmowym lub fluidalnym. Wylot z paleniska znajduje się nad szybową komorą spiekania. W kanale spalinowym zabudowany jest wymień4

189 064 nik ciepła. W rozwiązaniu takim obróbka cieplna wsadu prowadzona jest dwuetapowa, z wymienionymi powyżej korzyściami w zakresie jakości spalania i parametrów granulatu. Gazy spalinowe o temperaturze około 1200°C oddają w wymienniku ciepło, które może być wykorzystane do celów technologicznych lub socjalnych.

Wynalazek zostanie wyjaśniony opisem przykładowego procesu, w którym operacja obróbki cieplnej prowadzona jest w urządzeniu pokazanym na rysunku, a stanowiącym przykładowe wykonanie konstrukcji wynalazku. Na fig. 1 w ujęciu schematycznym pokazany jest przekrój pionowy urządzenia w którym pierwsza komora ma palenisko z rusztem taśmowym, natomiast na fig. 2 przedstawione jest urządzenie z pierwszą komorą w postaci paleniska fluidalnego.

Odpady z procesu wzbogacania węgla kamiennego jednej z kopalń cechują się względnie średnia zawartością części palnych: odpady poflotacyjne - około 30%, w tym 16% części lotnych, a odpady popłuczkowe - około 12% palnych, w tym 10% lotnych. Odpady poflotacyjne mają uziamienie 0 - 1 mm i wilgotność około 35%. Z odpadów tych zestawiono mieszankę o składzie: odpad poflotacyjny 50%, odpad popłuczkowy zmielony do ziarnistości mniejszej niż 1 mm - 30%, miał węglowy 10% i dodatek schudzający - piasek - 10%. Miał węglowy dodano w ilości zapewniającej uzyskanie wymaganego minimum 30% części palnych w mieszance. Wartość opałowa tak skomponowanej mieszanki wynosiła około 15 000 kJ/kg, natomiast jej skład chemiczny tworzyły: SiO₂ - 43%, A1₂O₃ - 19%, Na₂O + K₂O - 1%, MgO - 1%, CaO - 1%, Fe₂O₃ - 3%, S - 1%, części palne - 31%, w tym C - 27%, H - 4%, a więc mieszanka nadawała się do spalania i spiekania. Mieszankę ujednorodniono w mieszarce ślimakowej uzyskując masę o wilgotności 20%, co narzuciło konieczność wprowadzenia dodatkowej ilości wody dającej wilgotność końcową 22,5 %. Proces formowania grudek wykonano na wyciskarce, oddzielając część wody. Uformowane grudki zostały wstępnie podsuszone do wilgotności około 3%.

Obróbkę cieplną grudek niskokalorycznego paliwa przeprowadzana jest w urządzeniu pokazanym na fig. 1. Urządzenie posiada obudowę 1 do której w strefie górnej połączony jest kanał spalinowy 2 oraz - usytuowany przy ścianie bocznej - zespół zasypowy 3 grudek wsadu. Pod wylotem zespołu zasypowego 3 znajduje się ruszt taśmowy 4 przelotowego paleniska A. Pod rusztem taśmowym 4 zabudowana jest skrzynia powietrzna, zasilana przez króciec powietrza pierwotnego 5 oraz wyposażoną w części dolnej leja zasypowego w króciec przepadowy popiołu 6. Poniżej wylotowego końca rusztu taśmowego 4 znajduje się szybowa komora spiekania B o wielokrotnie większej objętości od komory paleniska A. W ścianach komory spiekania B zabudowane są dysze nadmuchu powietrza 7, zasilane z kolektora obejmującego szyb a przyłączonego do króćca powietrza wtórnego 8. Dno komory spiekania B ukształtowane jest jednostronnie łukowo, przestrzeń bocznego otworu wylotowego przesłonięta jest zespołem odbierającym kruszywo 9, mającym konstrukcję dozownika celkowego. W kanale spalinowym 2 urządzenia zabudowany jest wymiennik ciepła 10.

Po wprowadzeniu grudek na ruszt taśmowy 4 paleniska A następuje odparowanie z grudek reszty wilgoci, odgazowanie tak zwanych części lotnych i ich spalenie. Proces spalania następuje bardzo szybko. Odgazowane i podgrzane grudki podawane są do komory spiekania B, gdzie w strefie górnej następuje dopalanie koksiku zawartego wewnątrz grudek. Umiejscowienie i wydatek dysz nadmuchu powietrza 7 zapewnia pełne wypalenie grudek oraz temperaturę właściwą do ich spieczenia. Powietrze podawane dolnymi dyszami do komory spiekania B przepływając przez warstwę grudek ochładza je a samo nagrzewa się uzyskując w strefie górnej dopalania koksika temperaturę rzędu 1100°C.

Schłodzony granulat osypuje się z zespołu odbierającego kruszywo 9 na przenośnik, którym dostarczany jest do urządzenia klasyfikującego 11.

Palenisko A urządzenia pokazanego na fig.2 ma ruszt fluidalny 12 i pierścieniowo obejmuje szyb komory spiekania B. Zespół odbierający kruszywo 9 ma poprzeczną konstrukcję z wybieraj ącą tarczą obrotową. Pozostałe elementy jak i działanie urządzenia są takie same jak w opisanym powyżej urządzeniu z fig. 1.

189 064

Fig.2

189 064

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania lekkiego kruszywa budowlanego, z materiałów odpadowych górnictwa węglowego, polegający na przygotowaniu zestawu mieszanki z odpadu poflotacyjnego w ilości powyżej 30% wagowych i rozdrobnionego odpadu popłuczkowego w ilości powyżej 40% wagowych, oraz ewentualnie uzupełnionej dodatkiem miału węglowego i składnika schudzającego, a następnie na przeprowadzeniu procesów: homogenizacji, grudkowania i obróbki cieplnej obejmującej podsuszanie, spiekanie i chłodzenie grudek kruszywa, znamienny tym, że skład mieszanki - zawierającej wagowo: odpad poflotacyjny w ilości 40-60%, rozdrobniony do uziamienia poniżej 1 mm odpad popłuczkowy w ilości 30-40%, oraz ewentualnie miał węglowy i składnik schudzający w ilościach po 5-10% - dobiera się tak, by łączna zawartość części palnych była nie mniejsza niż, 30%, proces grudkowania przy wilgotności mieszanki większej niż 22%, dokonuje się przez wyciskanie a przy wilgotności mniejszej niż 19% przez granulowanie, natomiast obróbkę cieplną prowadzi się w dwukomorowym urządzeniu przelotowym, z tak dobranymi parametrami szybkości przepływu i nadmuchu powietrza by w pierwszej komorze - stanowiącej przelotowe palenisko (A) o zasadniczo poziomym przepływie wsadu - zachodziło wyłącznie odparowanie wilgoci, odgazowanie części lotnych i ich spalenie, a w drugiej szybowej komorze spiekania (B) dopalanie koksika wewnątrz grudek, spiekanie i chłodzenie kruszywa.
2. 2. Urządzenie do wytwarzania lekkiego kruszywa budowlanego, zawierające obudowę z wyłożeniem ceramicznym, usytuowany w strefie górnej zespół zasypowy wsadu i kanał spalinowy oraz wykonaną poniżej szybową komorę spiekania, z zabudowanymi w ścianach bocznych dyszami nadmuchu powietrza a zamknięta w strefie dna zespołem odbierającym spieczone grudki kruszywa, znamienne tym, że pod zespołem zasypowym (3) ma przelotowe palenisko (A) o zasadniczo poziomym kierunku przepływu wsadu, zwłaszcza z rusztem taśmowym (4) lub fluidalnym (12), natomiast wylot z paleniska (A) znajduje się nad szybową komorą spiekania (B).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że w kanale spalinowym (2) ma zabudowany wymiennik ciepła (10).