一种高岭石矿物制备灰色胶凝材料的闪烧活化系统及方法

技术领域

本发明涉及一种高岭石矿物煅烧活化系统及方法，尤其涉及一种高岭石矿物制备灰色胶凝材料的闪烧活化系统及方法。

背景技术

与目前混合硅酸盐水泥中使用的主要辅助胶凝材料(SCM)粉煤灰和矿渣相比，煅烧高岭石被认为是未来最有前途的火山灰材料。这与两个原因有关，一方面，许多地区或国家，尤其是发展中国家，粉煤灰和炉渣的供应有限，阻碍了这两种材料的广泛利用。而高岭石在世界范围内拥有丰富的资源，在用作SCM时表现出巨大的潜力。另一方面，与飞灰和矿渣相比，煅烧高岭石的化学成分变化较小。因此，与煅烧高岭石混合的产品的性能更可预测和可控。研究表明，在煅烧高岭石混合水泥中，在不影响性能的情况下，煅烧高岭石的最大替代率约为30％。而LC

高岭石中的有色元素，如铁、钛和锰，在煅烧和冷却过程中会改变氧化态，从而改变最终产品的颜色。通常铁的氧化物在高岭石的颜色中起主要作用。高岭石材料可含有高达15wt％的氧化铁相，而Fe

在高岭石矿物煅烧制备高活性胶凝材料时，在高岭石原料铁含量高的条件下，成品往往偏红，当需要生产灰色产品时，常规的做法是在煅烧炉内营造还原气氛，使矿物中的铁质氧化物被还原生成灰色的磁铁矿物Fe

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种颜色可控、能耗低的高岭石矿物制备灰色胶凝材料的闪烧活化系统；

本发明的第二个目的是提供上述的系统制备灰色胶凝材料的方法。

技术方案：本发明所述的高岭石矿物制备灰色胶凝材料的闪烧活化系统，包括高固气比初级预热系统、低固气比深度预热系统、活化系统、低温还原脱色系统和悬浮冷却系统；生料经初级预热后与另一股生料汇合进行深度预热，然后经活化、脱色后冷却，或者经活化后冷却；所述活化系统包括缺氧燃烧区和富氧燃烧区；用于初级预热的烟气来自缺氧燃烧区，用于深度预热的烟气来自活化后的物料经气固分离后的烟气；用于活化过程的烟气来自低温还原脱色系统，空气来自悬浮冷却系统，燃料来自燃料管路；用于低温还原脱色过程的烟气来自高固气比初级预热系统的出口烟气；用于悬浮冷却系统的空气来自与低固气比深度预热系统的出口烟气换热后的空气。

其中，所述高固气比初级预热系统包括位于第一级可进行气固分离的C1收尘器，以及与C1收尘器连接的若干级旋风筒；所述C1收尘器出口烟气通过风管和引风机与低温还原脱色系统的烟气进口相连，高固气比初级预热系统最后一级旋风筒的出料管与低固气比深度预热系统第一级旋风筒的进料管相连，高固气比初级预热系统的高温、高CO、低量烟气来自活化系统的活的缺氧燃烧区。高固气比初级预热系统的最后一级旋风筒的出料口管与另一股生料管汇合后，与低固气比深度预热系统的进料口相连。

其中，所述低固气比深度预热系统包括若干级旋风筒，第一级旋风筒的高温烟气出口与换热器连接回收热量，降温后去除尘系统除尘，达标后外排；低固气比深度预热系统的最后一级旋风筒出料通过控料装置与活化系统相连。

其中，所述活化系统包括活化炉，与活化炉的顶部物料出口连接的气固分离器，气固分离器的上部烟气出口与低固气比深度预热系统的进风管相连，气固分离器的下部固体物料出口与低温还原脱色系统的进料口相连。优选气固分离器的下部固体物料出口连接有两路料管，其中一路与低温还原脱色系统的进料口相连，用于进行还原脱色，另一路与悬浮冷却系统的第一级旋风筒的进料口相连，当不需要脱色时，从活化系统的气固分离器出来的物料不经过低温还原脱色系统脱色，而直接进入悬浮冷却系统冷却后排出。活化炉分为底部的缺氧燃烧区和上部的富氧燃烧区。底部缺氧燃烧区的空气进口及上部富氧燃烧区的空气进口分别与悬浮冷却系统的第一级旋风筒的出口风管相连，即，活化炉气化所需的空气由悬浮冷却系统提供。活化炉沿不同高度位置连接有多根燃料管路。活化炉不同高度位置设有多个进料口，分别与所述低固气比深度预热系统最后一级旋风筒的出料口连接。具体的，燃料喷层数为2-4层，每层燃料喷点数为3-4点，生料下料点为2-4层，每层1-2点。

其中，所述低温还原脱色系统包含位于左右两侧相连通的低温低氧还原性气体发生炉和还原脱色炉。其中，还原性气体发生炉锥部装有燃料喷枪，激发燃料缺氧燃烧产生还原性气体的低温缺氧气体引自高固气比初级预热系统的第一级旋风筒出口烟气。还原性气体发生炉的顶部烟气出口与活化炉上部富氧燃烧区相连，位于还原性气体发生炉下部的固体物料出料管与悬浮冷却系统相连。低温还原脱色系统的进料装置位于还原脱色炉底部，与活化炉的出口料管相连。

其中，所述悬浮冷却系统包括若干级旋风筒以及向第二级旋风筒提供空气的安全仓一、向最后一级旋风筒提供空气的安全仓二；所述低固气比深度预热系统的烟气出口与换热器连接，所述换热器与安全仓一连接。优选包括三级旋风筒：C6旋风筒、C7旋风筒、C8旋风筒。其中，物料流动顺序为：C6旋风筒-C7旋风筒-C8旋风筒。气相流动顺序为：换热器的热空气出口-安全仓一-C7旋风筒-C6旋风筒；送入C8旋风筒的空气来自于与大气连通的安全仓二；所述低温还原脱色系统的出料管与第二级旋风筒的进料口相连。所述活化系统的与C6旋风筒的进料口相连，

上述的系统制备灰色胶凝材料的方法，将高岭石原料送入高固气比初级预热系统和低固气比深度预热系统的入料口，部分原料在高固气比初级预热系统内与缺氧燃烧区引出的还原性烟气经过逆流换热后与另一股生料汇合，进入低固气比深度预热系统进行深度预热后喂入活化系统，悬浮冷却系统的出口热空气及低温脱色系统的出口烟气送入活化系统内，活化后排出的物料经气固分离后，固体物料进入低温脱色系统进行脱色或直接进入悬浮冷却系统冷却，烟气进入低固气比深度预热系统预热来料；脱色后得到的产品以及与低固气比深度预热系统的出口烟气换热后的空气进入悬浮冷却系统内进行换热，产品经降温后送出。

其中，所述的高固气比初级预热系统固气比为3-5kg/kg；所述的低固气比深度预热系统固气比为1-2kg/kg；所述的高固气比初级预热系统出口烟气温度为150-250℃，出口物料温度为250-350℃。

其中，所述的低固气比深度预热系统出口烟气温度为350-550℃，出口物料温度为550-650℃；所述的低固气比深度预热系统换热器进口空气温度为120-150℃，出口空气温度为200-300℃，进口烟气温度为350-550℃，出口烟气温度为150-180℃。

其中，所述低温还原脱色系统的还原脱色炉进口还原烟气CO含量为3％-5％，温度为150-250℃；低温还原脱色系统还原脱色炉物料出口温度为300-650℃；炉内停留时间为3-5秒。

有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：本发明将闪烧活化炉分区燃烧得到的底部高温、缺氧燃烧区产生大量高浓度还原气的烟气去预热生料，降温后送去还原脱色炉作为低温、高还原、低氧烟气，这样即为还原脱色炉提供了高浓度的还原性低氧烟气，又对还原脱色炉进行了降温，使之降低后续再次氧化的程度，从而控制产品颜色，又高效回收了烟气的余热。同时，本发明还将生料的预热分为高固气比初级预热和低固气比深度预热两个串连的系统，达到了烟气的高效热回收。因此，本发明有效解决了高铁含量高岭石矿物煅烧产品颜色偏红、能耗高的问题。

附图说明

图1为本发明的高效高岭石矿物制备灰色胶凝材料的闪烧活化系统结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明的高效高岭石矿物制备灰色胶凝材料的闪烧活化系统包括高固气比初级预热系统1、低固气比深度预热系统2、活化系统3、低温还原脱色系统4和悬浮冷却系统5。生料经初级预热后与另一股生料汇合进行深度预热，然后经活化、脱色后冷却，或者经活化后冷却。

高固气比初级预热系统的烟气进口与活化系统的缺氧燃烧区连接，高固气比初级预热系统的烟气出口与低温还原脱色系统连接；低固气比深度预热系统的烟气进口与活化系统的烟气出口连接，低固气比深度预热系统的烟气出口与换热器连接；活化系统的烟气进口与低温还原脱色系统连接用于向富氧燃烧区提供还原性气体，活化系统的空气进口与悬浮冷却系统连接用于向缺氧燃烧区和富氧燃烧区提供热空气；换热器与悬浮冷却系统连接用于向悬浮冷却系统输送热空气。

高固气比初级预热系统1包括位于第一级可进行气固分离的C1收尘器，以及与C1收尘器连接的若干级旋风筒。预热级数为2-N级，本实施例为2级，包括C1收尘器、C2旋风筒。高固气比初级预热系统1的出口烟气，即C1收尘器分离出的烟气通过风管和引风机与低温还原脱色系统的还原脱色炉底部烟气进口相连，高固气比初级预热系统1的最后一级旋风筒，即C2旋风筒锥部出料通过下料管与低固气比深度预热系统2的第一级旋风筒的进口管道相连，高固气比初级预热系统1的高温、高CO、低量烟气来自活化系统3的活化炉301下部的缺氧燃烧区。高固气比初级预热系统1的C1收尘器为气固分离器，具体为高温金属过滤器，金属过滤器出口烟气含尘小于30mg/Nm

低固气比深度预热系统2包括若干级旋风筒，预热级数为2-N级，本实施例为2级，包括C3旋风筒、C4旋风筒。低固气比深度预热系统2第一级旋风筒，即C3旋风筒的出口高温烟气经换热器6回收热量，降温后去除尘系统除尘，达标后外排；低固气比深度预热系统2最后一级旋风筒，即C4旋风筒锥部出料通过控料装置与活化系统3的活化炉301相连。

活化系统3包括活化炉301，与活化炉301的顶部出口连接的气固分离器302，为旋风气固分离器，气固分离器302上部烟气出口与低固气比深度预热系统2最后一级旋风筒的进风管相连，气固分离器302下部设有两个物料出料管，其中一个出料管与低温还原脱色系统4的进料口相连，用于进行还原脱色，另一个出料管与悬浮冷却系统5的进料口相连，当不需要脱色时，从气固分离器302出来的物料不经过低温还原脱色系统4，而直接进入悬浮冷却系统冷却后排出。

悬浮冷却系统5第一级旋风筒的出口风管与活化炉301的进风口相连，本实施例活化炉的进风口设有两个。活化炉301分为两个区，分别为底部的缺氧燃烧区和上部的富氧燃烧区，活化炉其中一个进风口位于活化炉的底部，与缺氧燃烧区相连，另一个进风口与富氧燃烧区相连。缺氧燃烧区主要用来生成高浓度还原性气体，并被部分引出作为高固气比初级预热系统1的换热热烟气，富氧燃烧区主要用来提供过量氧气使炉内燃料和还原性气体CO燃烧完全。活化系统3的活化炉301分区、分温控制燃烧是通过燃料、生料多层、多点喷入控制。活化炉301连接有燃料管路。燃料喷层数为2-4层，每层燃料喷点数为3-4点。生料下料点为2-4层，每层1-2点。燃料可以是煤粉、天然气、煤气。

低温还原脱色系统包含位于左右两侧相连通的低温低氧还原性气体发生炉和还原脱色炉。其中，还原性气体发生炉锥部装有燃料喷枪，激发燃料缺氧燃烧产生还原性气体的低温缺氧气体引自高固气比初级预热系统的第一级旋风筒出口烟气。还原性气体发生炉的顶部烟气出口与活化炉上部富氧燃烧区相连，位于还原性气体发生炉下部的固体出料管与悬浮冷却系统相连。低温还原脱色系统的进料装置位于还原脱色炉底部，与活化炉的出口料管相连。

悬浮冷却系统5包括安全仓一501、安全仓二502、C6旋风筒、C7旋风筒、C8旋风筒。活化系统的旋风气固分离器302出料管支路与C6旋风筒的进料口相连，C6旋风筒的出料管与C7旋风筒的进料口相连，C7旋风筒的出料管与C8旋风筒的进料口相连。安全仓一501与换热器6连接，安全仓一501的热空气来自换热器6内被加热的空气，安全仓一501的出风管与C7旋风筒的进风口连接，还原脱色炉的出料管与C7旋风筒的进料口相连，C7旋风筒的出风管与C6旋风筒的进风口连接，悬浮冷却系统5第一级旋风筒出口风管，即C6旋风筒出口风管分别与活化炉301底部的缺氧燃烧区和上部的富氧燃烧区相连；悬浮冷却系统5最后一级旋风筒出口风管，即C8旋风筒出口风管与袋式收尘器7相连，袋式收尘器7与烟囱8连接，烟气经除尘后外排。C8旋风筒的出料口、安全仓一501、安全仓二502的出料口分别与拉链机连接，出口物料即为灰色基成品。从袋式收尘器7出来的烟气部分送入换热器6内，与从低固气比深度预热系统第一级旋风筒的出口高温烟气进行换热。

利用上述的系统制备灰色胶凝材料的方法，将高岭石原料送入高固气比初级预热系统和低固气比深度预热系统的入料口，部分原料在高固气比初级预热系统内与缺氧燃烧区引出的还原性烟气经过逆流换热后与另一股生料汇合，进入低固气比深度预热系统进行深度预热后喂入活化系统，悬浮冷却系统的出口热空气及低温脱色系统的出口烟气送入活化系统内，活化后排出的物料经气固分离后，固体物料进入低温脱色系统进行脱色或直接进入悬浮冷却系统冷却，烟气进入低固气比深度预热系统预热来料；脱色后得到的产品以及与低固气比深度预热系统的出口烟气换热后的空气进入悬浮冷却系统内进行换热，产品经降温后送出。

本实施例的高固气比初级预热系统1固气比为3-5kg/kg；低固气比深度预热系统2固气比为1-2kg/kg。高固气比初级预热系统1出口烟气温度为150-250℃，出口物料温度为250-350℃。低固气比深度预热系统2出口烟气温度为350-550℃，出口物料温度为550-650℃。低固气比深度预热系统2换热器6出口空气温度为120-150℃，出口空气温度为200-300℃，进口烟气温度为350-550℃，出口烟气温度为150-180℃。低温还原脱色系统4的还原脱色炉进口还原烟气CO含量为3％-5％，温度为150-250℃；低温还原脱色系统4还原脱色炉物料出口温度为300-650℃；炉内停留时间为3-5秒。

具体的工艺过程为：

高岭石原料由斗式提升机和控制不同比例的分料阀送入高固气比初级预热系统1和低固气比深度预热系统2的入料口，部分原料在高固气比初级预热器内与活化系统3的活化炉301底部缺氧燃烧区引出的高浓度还原性烟气经过N级逆流换热后，从高固气比初级预热系统1的最后一级旋风筒锥部出料口送出，此时物料温度为温度约150-250℃，与分料阀下来的另一股温度约为25-50℃的生料汇合后，进入低固气比深度预热系统2进行深度预热，预热后温度约550-650℃，然后由分料阀、下料管分别喂入活化系统3的活化炉301的不同位置，分三层喂入，每层两个喂料点；深度预热系统2温度约750℃-800℃的热烟气来自活化系统3，低固气比深度预热系统2出口约500-650℃热烟气进入换热器6加热来自空气降温至150-180℃后去除尘外排，被加热的热空气送入悬浮冷却系统5倒数第二级作为冷却介质进行热回收。活化炉301内燃料按照三层喷入，每层四个喷点。通过控制炉内空气供应，使之分为缺氧燃烧区和富氧燃烧区，缺氧燃烧区和富氧燃烧区的热空气均来自悬浮冷却系统5的第一级旋风筒C6出口风管提供，通过阀门控制不同区域的空气流量，在燃料缺氧区，主要生成还原反应所需的高浓度的3％-5％CO还原性气体，在富氧燃烧区，空气过剩，使燃料和缺氧燃烧区产生的还原性气体充分燃烧，并提供足够的热量供活化炉301内高岭石活化，控制活化炉301富氧区内750-800℃均匀的温度场。活化系统3出口物料经旋风筒气固分离后，750-800℃的固体物料进入低温还原脱色系统4，烟气进入低固气比深度预热系统2预热来料。低温还原脱色系统4低温缺氧还原气体主要引自活化系统3的缺氧燃烧区，氧含量低于3％，CO含量为3％-5％，温度经高固气比预热系统换热后降为150-250℃；来自活化系统3的700-850℃的高温物料和还原性气体进行密切接触，进行Fe