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    污泥、建筑渣土燒結空心磚生產線——你了解多少?

    信息發布: 磚瓦行業網絡平臺 | 發布日期:2022-05-28 | 瀏覽次數:29

    標題:污泥、建筑渣土燒結空心磚生產線簡介


    作者:陳榮生 余志剛 

    摘要:采用城鎮污水處理后的污泥以及城市道路、大型建筑和工業園區場地平整等工程建設的建筑渣土,生產燒結墻體材料,除減少污泥對地下水和環境的進一步影響,減少廢棄土對堆場的占用,同時,為燒結磚行業提供了較好的原料,燒結磚產品性能安全穩定,滿足《燒結多孔磚和多孔砌塊》和《燒結空心磚和空心砌塊》標準要求,是燒結磚行業燒成隧道窯協同處置污泥和建筑渣土資源綜合利用理想的技術路線,具有較好的示范意義。

    關鍵詞:污泥性質、傳統二次碼燒工藝、工藝控制


    某燒結磚廠,是為生活垃圾分選產物中地煤灰、城鎮污水處理后的污泥兩種廢棄物的處置興建的,隨著城市建設的加快,道路、橋梁、立交橋、大型建筑、工業園區場地平整,各種工程的建筑渣土和建筑基坑土越來越多,有鑒于此,該燒結磚廠于2012年開始采用污泥和建筑渣土生產燒結空心磚和空心砌塊。不僅實現了污泥的“減量化、資源化和無害化”,同時實現了建筑渣土的資源綜合利用。


    1、生產工藝

    該燒結磚廠生產工藝為傳統的“二次碼燒工藝”,主要特征為人工撿碼小干燥車進入隧道式正壓排潮干燥室干燥,然后干坯再次經人工撿碼窯車進入燒成隧道窯焙燒后得到成品。生產工藝如下。


    建筑渣土采用汽車運輸到廠,分別堆放預均化,剔除樹根、塑料包裝袋、編織袋及石灰石等雜質,裝載機搭配及給料,鄂式破碎機、反擊式錘式破碎機破碎,回轉篩篩分,篩下料與污泥匯合。


    污水處理廠污泥為濃縮污泥(圖4)和板框壓濾脫水污泥(圖3)兩種,采用專用汽車運輸到廠后,分別堆放。濃縮污泥需通過在專用堆放棚內進一步脫水,含水率低于40%后,才能使用。板框壓濾脫水污泥經裝載機給料,進入螺旋給料機給料,與篩下料混合后進入雙軸攪拌機,混合料進陳化庫陳化。陳化后混合料經多斗取土機取料,進入兩次雙軸攪拌機攪拌后,通過雙級真空擠磚機擠出成型,自動切條切坯后,人工撿碼干燥車,濕坯經一定時間靜停后,進入10條正壓排潮干燥室干燥,干燥介質采用燒成隧道窯煙氣,干燥后廢氣經處理后煙囪排放(圖13)。合格干坯由人工碼放窯車,進入燒成隧道窯焙燒,得到燒結空心磚或空心砌塊。


    主要工藝參數見下表。

    表1                主要工藝參數

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    產品性能滿足《燒結多孔磚和多孔砌塊》和《燒結空心磚和空心砌塊》標準要求。


    主要原料及工藝環節圖片見圖1~13。

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    2、工藝控制

    生產工藝中,因采用傳統的“二次碼燒工藝”,小干燥車碼坯高度較低,允許的成型水分波動范圍比“一次碼燒”工藝要大一點,干燥合格率也比較高。從而為污泥的無害化處置提供了較好的條件,同時,滿足空心砌塊的生產要求。


    2.1建筑渣土

    因施工地點不同,建筑渣土或基坑土性能變化較大,雜質種類和數量也各不相同,并且,因汽車運輸及道路條件限制,各種類型的廢棄土不會集中到廠,因此,采用廢棄土為主要原料,必須對其施工地點的環境、地質、施工程序進行事前調查,確定專門的汽車駕駛員和運輸車輛,明確渣土或基坑土顏色、塊度、水分等表征條件要求,在裝運環節控制和減少雜質含量

    。

    汽車運輸到廠時,應加強不同質量渣土或基坑土的堆放管理,及時剔除雜質,及時進行混合預均化,滿足制磚工藝對渣土或基坑土的性能要求。


    2.2內燃摻配

    燒結磚生產工藝中,需采用部分內燃摻配料,根據《燒結墻體材料單位產品能源消耗限額》中單位產品能耗準入值指標,該廠采用原煤及鍋爐渣作為內燃摻配料,控制混合料的發熱值為260∽300kcal/kg進行摻配。


     表2       燒結墻體材料單位產品能耗準入值

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    生產過程中,原煤或鍋爐渣與渣土或基坑土同時進入破碎和篩分,內燃摻配較為均勻。根據資料,污泥含固率為35∽45%時,熱值為4.8∽6.5MJ/kg。摻配污泥后,可帶入部分熱值,有利減少燃煤的消耗。


    2.3污泥含水率與摻配量

    由城市污水處理廠汽車運輸的污泥,有濃縮污泥和板框壓濾脫水污泥兩種類型。


    濃縮污泥含水率約80%,到廠后在屋面為透光板的室內堆放脫水,脫水過程中濃縮污泥表面結成硬殼,阻礙污泥內水分的繼續脫出,使得脫水極為緩慢。圖4顯示,濃縮污泥看似很干,然而輕輕觸動,即成為污泥泥漿,具有觸變性。給配料帶來較大的難度。


    根據GB/T 25031-2010 《城鎮污水處理廠污泥處置 制磚用泥質》標準要求,污泥用于制磚時,其含水率應≤40%。而在燒結磚企業內,僅僅采用堆放晾曬脫水的方式,很難將濃縮污泥含水率降低到40%以下。


    圖3所示為板框壓濾脫水污泥,含水率約30%,在室內繼續堆放脫水,能夠滿足配料要求。


    板框壓濾脫水污泥與建筑渣土的重量摻配比為18~20%。隨著污泥含水率的降低,摻配穩定性還可進一步改善。


    根據《城鎮污水處理廠污泥處置 制磚用泥質》標準中混合比例≤10%?;旌媳壤亩x是,“將處理后污泥與其他制磚原料混合時,污泥(以干污泥計)與制磚原料的重量比”。


    1kg板框壓濾脫水污泥到廠后的含水率如為30%,此時,干污泥含量為0.7kg,按照干污泥20%摻配比計算,每萬塊190×190×115mm、密度為900kg/m3空心砌塊,摻配30%含水率的濕污泥為10660kg。


    該廠燒結磚生產線達到生產能力時,干污泥日處理量為47.75噸。


    2.4混合料細度

    破碎后混合料細度,要求小于2mm。除滿足生產燒結空心磚和燒結空心砌塊的成型要求外,還需要滿足與污泥的混合均化。污泥的顆粒很細,當混合料顆粒較粗時,兩種原料的完全均化較為困難。因此,要求混合料破碎篩分后粉料比例要高一些,對污泥的充分均化和完全包裹有利。在焙燒溫度范圍內,隨著混合料細度的減小,成品燒結程度提高,從而可避免產品在應用中,污泥含有的重金屬污染物的浸出危害。如進一步降低混合料細度,還能適當增加污泥的摻配量。


    2.5攪拌及陳化

    生產工藝中,污泥的摻配量較低,與建筑渣土的混合只能依靠2臺雙軸攪拌機和1臺擠出攪拌機,然后進入陳化庫陳化,混合料的攪拌和陳化,主要目的是改善成型性能,減少濕坯裂紋、斷磚等干燥缺陷。三次攪拌與陳化工藝環節的配置,不僅滿足空心砌塊的成型和干燥要求,同時,也是保證摻配污泥后混合料均化的基礎條件。


    2.6成型水分

    190×190×115mm空心磚,孔洞率為45%,雙級真空擠磚機成型時,混合料含水率控制為14∽16%,擠出泥條外觀光滑整齊、密實度較高,切坯后,人工撿碼不會變形。


    當成型水分放寬到17%時,由于小干燥車碼放高度僅5層(115mm尺寸方向),因人工碼坯,濕坯外觀質量受到一定影響,干燥周期延長。


    成型水分一定時,當建筑渣土的含水率較低時,允許摻加的污泥含水率可適當放寬。


    2.7人工撿碼干燥車

    該廠傳統“二次碼燒工藝”的特征,主要表現為濕坯需要碼放在小干燥車上進行干燥,干坯需要再次碼放窯車進行焙燒。


    人工撿碼干燥車,具有較好的靈活性,可根據不同產品及孔洞率,孔洞形式,及時調整干燥車碼放形式,避免濕坯開裂。


    此環節中,雖然沒有明顯刺激性臭味,由于員工需與濕坯接觸,因而需要佩戴手套和口罩,加強個人衛生防護。


    2.8干燥介質參數

    10條干燥室的干燥介質是燒成隧道窯的煙氣,采用電動機功率為55kw的16號鍋爐引風機送入干燥室,風機出風口風溫度為60∽80℃,干燥介質流速不宜過高,在保證燒成隧道窯焙燒要求條件下,干燥室內流速約為3米/秒左右,此時,16號風機變頻調速器控制為28Hz,能夠較好地保證燒成和干燥的要求。


    2.9干燥室改造

    傳統的“二次碼燒工藝”中干燥室為正壓排潮,各條道干燥后的廢氣經干燥室頂部排潮煙囪排出,隨著《磚瓦工業大氣污染物排放標準》的實施,該廠對干燥室進行技術改造,各條道干燥后的廢氣集中后,再由1臺電動機功率為55kw的16號鍋爐引風機將干燥室廢氣抽出,干燥室成為正壓送風,負壓排潮。


    風機將廢氣抽出后,干燥后廢氣溫度約為50℃,經石灰法脫硫(圖13)除塵處理后,煙囪排放。


    2.10焙燒

    干坯經人工撿碼3.3×3.3米窯車,此工段,工人可根據空心砌塊規格、孔洞率等參數變化,及時調整碼窯方式,從而提高燒成產量,降低煤耗并保證成品燒成質量。


    由于工人接觸干坯,碼窯車工位需要加強通風及局部除塵,碼坯員工需要佩戴手套和防塵口罩,加強個人衛生防護。


    干坯窯車進入燒成隧道窯焙燒,根據燒成曲線,干坯經預熱帶、高溫帶、冷卻帶,坯體由低溫逐漸達到燒結的950~1000℃,然后再逐漸降低到常溫,燒成周期約為28-36小時。 


    在燒成隧道窯預熱帶設置9對哈風口,在冷卻帶設置了5對哈風口,為保證焙燒的火行速度,在預熱帶,干坯由常溫逐漸升高,在250∽400℃溫度區間時,干坯中水分完全排出,繼續升溫,磚坯中有機化合物、內燃摻配料及污泥中的含氯化合物開始氧化燃燒,磚坯燃燒產生的煙氣,由隧道窯預熱帶哈風口經離心風機送人干燥室,作為干燥介質干燥濕坯,然后廢氣再經風機抽出,進入石灰法濕法脫硫除塵排放。


    考慮到污泥性質,摻配污泥的干坯在隧道窯預熱帶,存在低溫焙燒過程、燃燒煙氣經哈風口排出的情況。


    相關資料顯示,當采用以下4項措施時,可充分減少污泥燃燒時二噁英類的生成,即保證焚燒爐出口煙氣的足夠溫度(850℃)、煙氣在燃燒室內停留足夠的時間(大于2秒)、燃燒過程中適當的湍流和過量的空氣(氧含量不低于6%),然而在燒結磚焙燒隧道窯預熱帶,卻不完全具備如此條件,因此,煙氣中可能含有有害物質二噁英(該廠對煙氣的檢測中未發現二噁英類污染物)。


    焙燒過程中,應減少外投煤,按照燒成周期,每天焙燒20∽22車,每車容量為3100塊,全年產量達到6000萬塊(折標磚)。


    2.11煙氣治理

    燒成隧道窯燃燒產生的煙氣,由隧道窯預熱帶哈風口經離心風機送人干燥室,作為干燥介質干燥濕坯,廢氣再經風機抽出,進入石灰法濕法脫硫除塵排放。


    根據GB18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》8.4條要求,“生活污水處理設施產生的污泥、一般工業固體廢物專用焚燒爐排放煙氣中二噁英類污染物濃度執行下表規定的限值”,見表3。


    表3          二噁英類污染物排放濃度限值

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    該廠生產工藝中,因污泥摻配量較低,污泥中的氯含量也較低,參照焚燒處理能力<50噸/日的排放限值,二噁英類污染物濃度需低于1.0納克毒性當量/立方米。目前,該廠隧道窯焙燒及干燥后的廢氣中二噁英類污染物濃度未檢出。


    從國際上近幾十年來的實踐經驗,專門的污泥焚燒企業排放的煙氣中污染物排放濃度見表4。

    表4          國外污泥焚燒污染物排放值(煙氣凈化處理后)

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    注:數據由《城鎮污水處理廠污泥處理處置污染防治可行技術指南(試行)》整理


    考慮到該廠污泥的摻配變化,采用石灰法濕法脫硫除塵的煙氣治理措施,需要進一步完善。


    3、成品性能

    該廠190×190×115mm空心磚、孔洞率為45%、密度900kg/m3,產品經檢驗,強度等級、外觀尺寸、密度等級、傳熱系數和放射性核素等指標(略),均滿足《燒結多孔磚和多孔砌塊》(GB13544-2011)、《燒結空心磚和空心砌塊》(GB/T13545-2014)和GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》標準要求。同時,產品已取得《貴州省新型墻體材料認定證書》和《貴州省建筑節能技術和產品備案證明》。


    4、結束語

    該廠生產工藝表明,采用板框壓濾污泥、建筑渣土或建筑基坑土生產燒結空心磚和空心砌塊,能夠實現干化污泥的“減量化、資源化和無害化”。工藝中,需要注意以下幾點。


    污泥性質的影響:燒結磚生產工藝中,濕坯成型需要維持成型水分為14~16%,能夠保證濕坯較好的成型質量,而當污泥含水率較高時,則對控制成型水分的穩定,有一定影響,因此,污泥含水量應越低越好,在此條件下,能夠穩定污泥的摻配量。


    污泥成分的影響:污泥含有有機質、氮、磷、鉀,和各種微量元素,寄生蟲卵、病原微生物等致病物質,銅、鋅、鉻等重金屬,以及多氯苯、二噁英等難降解有毒有害物質,對其進行燒成隧道窯協同處置時,需要采取完備等工藝條件及煙氣治理措施。


    污泥具有一定發熱值,用于燒結磚工藝中,可降低燃煤消耗。


    根據GB/T 25031-2010 《城鎮污水處理廠污泥處置 制磚用泥質》標準中混合比例定義,“將處理后污泥與其他制磚原料混合時,污泥(以干污泥計)與制磚原料的重量比≤10%”,此時,污泥摻配量有限,燒成隧道窯協同處置污泥產生的污染物,經過煙氣治理,能夠滿足排放標準的指標要求,相對安全可靠。


    建筑渣土的雜質:建筑渣土來源地較為分散,施工順序不同,地面附著物性質差異較大,開挖深度變化后廢棄土的成分會發生變化,因此,針對其來源及施工性質,應嚴格管理,進廠后,需要及時清除石灰石、樹根、塑料制品等雜質,保證符合燒結磚工藝要求。清除雜質工作中,重要的是清除石灰石,避免燒結磚產生石灰爆裂。


    生產工藝中、破碎、攪拌和陳化:利用污泥和建筑渣土的燒結磚工藝,需要有較為完備的破碎、攪拌和陳化工藝環節,以保證混合料細度、均化程度和成型質量。


    生產線的環保措施:目前隨著《磚瓦工業大氣污染物排放標準》的實施,標準規定,燒結磚煙氣中大氣污染物需折算為基準空氣過量系數條件下,顆粒物、二氧化硫和氮氧化物的排放必須低于限值。因此,該廠現有煙氣治理環節需要進一步完善,可增加電除塵器或濕法除塵器的專門除塵環節,同時,需增加噴淋脫硫塔脫硫。采用濕法除塵器時,不僅能夠降低煙氣中顆粒物數量,同時減少SO 2的含量。專門的除塵環節,有利提高噴淋脫硫塔脫硫效率和降低堿耗。


    燒結磚企業如果同時進行污泥協同處置,則必須具備濕法除塵及噴淋脫硫塔脫硫的煙氣處理環節,以便燒結磚煙氣達標排放的同時,能夠進一步減少煙塵中二噁英類污染物的危害。


     傳統“二次碼燒工藝”,因工人接觸濕坯、干坯,因此,需要加強勞動安全衛生保護設施及條件建設。當采用機械碼坯或機器人碼坯的“一次碼坯”工藝時,工人不接觸濕坯、干坯,勞動安全衛生條件得到改善。


    煙氣的二次燃燒措施:燒結磚工藝中,磚坯根據確定的燒成曲線進行,獲得燒結磚產品為主,與單純污泥高溫焚燒不同。燒結磚生產線協同處置污泥過程中,如污泥摻配量提高,由于燒成隧道窯預熱帶設置有哈風口,煙氣不完全具備如同污泥焚燒時的高溫處理條件。因此,防止二噁英類污染物產生的兩個工藝參數應引起高度關注,需根據《城鎮污水處理廠污泥處理處置污染防治可行技術指南(試行)》中,“污泥焚燒高溫煙氣在850℃上的停留時間大于2秒”的要求。對此,燒結磚隧道窯低溫煙氣應考慮由冷卻帶送入隧道窯內,經高溫帶的二次燃燒措施,實現煙氣在850℃上的停留時間大于2秒的要求,從而避免二噁英類污染物的生成。


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