鞠召會(huì)，張黎，褚旭

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陶瓷拋光污泥立式烘干分級(jí)系統(tǒng)的應(yīng)用

鞠召會(huì)，張黎，褚旭

摘 要：陶瓷拋光污泥所含的大量水分以及未有效分級(jí)是限制其大規(guī)模資源化利用的瓶頸。本文介紹了由中材裝備集團(tuán)有限公司自主研發(fā)并應(yīng)用于廣州市翔龍環(huán)保科技有限公司的陶瓷拋光污泥立式烘干分級(jí)系統(tǒng)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程、工作參數(shù)范圍、存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施和運(yùn)行性能指標(biāo)等進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：陶瓷拋光污泥；陶瓷拋光廢渣；立式；烘干；分級(jí)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及陶瓷工業(yè)的快速發(fā)展，陶瓷工業(yè)廢料日益增多，不僅對(duì)城市環(huán)境造成巨大壓力，而且限制了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［1］。目前，我國(guó)陶瓷工業(yè)廢料的處理與利用程度比較低，資金緊缺，致使大量廢料擠占耕地，使水和空氣受到污染［2］。如何變廢為寶，化廢料為資源，已經(jīng)成為科技和環(huán)保部門的當(dāng)務(wù)之急。陶瓷生產(chǎn)中廢料的循環(huán)利用，不僅可以節(jié)約資源、減少環(huán)境負(fù)荷，而且對(duì)陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

據(jù)報(bào)道，2014年我國(guó)全年陶瓷磚產(chǎn)能達(dá)139.61億平方米，其中拋光磚產(chǎn)能占比達(dá)27.90%［3］。而每生產(chǎn)1m2拋光磚將大致形成2.1kg左右的拋光污泥［4］，因此2014年我國(guó)將產(chǎn)生約820萬(wàn)噸的陶瓷拋光污泥。與一般的陶瓷廢料不同，陶瓷拋光污泥具有含水量高、粘性大、顆粒粒徑小、比表面積大、火山灰活性高等特征［5］，其不需要進(jìn)行破碎、去除表面雜質(zhì)和細(xì)磨等其他復(fù)雜處理工序，可直接應(yīng)用于水泥行業(yè)作混合材使用［6］和用于混凝土行業(yè)作膠凝材料替代二級(jí)粉煤灰使用［7］。目前，我國(guó)90%以上的陶瓷拋光污泥尚未得到大規(guī)模高效利用［8］，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，陶瓷拋光污泥所含的大量水分以及未有效分級(jí)是限制其大規(guī)模資源化利用的瓶頸。

針對(duì)上述問(wèn)題，中材裝備集團(tuán)有限公司自主開(kāi)發(fā)了陶瓷拋光污泥立式烘干分級(jí)系統(tǒng)，并將其成功應(yīng)用于廣州市翔龍環(huán)?？萍加邢薰灸晏幚?0萬(wàn)噸陶瓷拋光污泥生產(chǎn)線項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2013年10月正式投產(chǎn)，目前該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，技術(shù)指標(biāo)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品性能優(yōu)良，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為陶瓷拋光污泥的大規(guī)模資源化利用打下基礎(chǔ)。

1　陶瓷拋光污泥粒度及化學(xué)組成

檢測(cè)所用陶瓷拋光污泥，由在陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑隨沖刷用水流入地下沉淀池，再加入少量聚丙烯酰胺絮凝劑沉淀后所得。陶瓷拋光污泥的粒徑分析測(cè)定結(jié)果以及化學(xué)成分分別如圖1和表1所示。

圖1　陶瓷拋光污泥的粒徑分析

由圖1表明，陶瓷拋光污泥顆粒主要集中在35μm以下，占89.08%。其平均粒徑為14.46μm。由表1可知，陶瓷拋光污泥的主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、MgO、CaO等，礦物組成以石英為主。另外，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，陶瓷拋光污泥的含水量為28.30%。

2　立式烘干分級(jí)系統(tǒng)工藝流程

圖2為陶瓷拋光污泥立式烘干分級(jí)系統(tǒng)的工藝流程示意圖，整個(gè)系統(tǒng)由原料計(jì)量和輸送系統(tǒng)、烘干分級(jí)系統(tǒng)、成品儲(chǔ)存及散裝系統(tǒng)等部分組成。

圖2　陶瓷拋光污泥立式烘干分級(jí)系統(tǒng)工藝流程示意圖

儲(chǔ)存在堆棚的陶瓷拋光污泥通過(guò)鏟車上料，經(jīng)卸車坑、定量給料機(jī)、膠帶輸送機(jī)并除鐵后輸送至立式烘干分級(jí)器，在立式烘干分級(jí)器內(nèi)物料首先被沿周向均勻分布有弧形撒料葉片的撒料盤(pán)打撒與分散，而后被從噴射環(huán)噴出的熱氣體帶起并呈螺旋線上升，在上升的過(guò)程中物料與熱氣體充分換熱并被干燥，最后通過(guò)立式烘干分級(jí)器頂部的分級(jí)器分選，合格細(xì)粉經(jīng)袋式收塵器過(guò)濾收集后，由空氣輸送斜槽、斗式提升機(jī)送至成品細(xì)粉庫(kù)儲(chǔ)存；粗粉則通過(guò)立式烘干分級(jí)器的側(cè)部出口排出，進(jìn)入振動(dòng)篩，經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩篩選后的合格粉則經(jīng)空氣輸送斜槽、斗式提升機(jī)送至成品粗粉庫(kù)儲(chǔ)存；喂料中偶有的大塊物料（如陶瓷碎片）在噴射環(huán)處不能被熱風(fēng)帶起，則通過(guò)立式烘干分級(jí)器底部的排渣口排出系統(tǒng)。

立式烘干分級(jí)器通風(fēng)及烘干所需的熱煙氣由生物質(zhì)沸騰爐提供，熱風(fēng)通過(guò)管道從兩側(cè)進(jìn)入立式烘干分級(jí)器，而排出的廢氣則通過(guò)袋式收塵器凈化后由系統(tǒng)風(fēng)機(jī)送出，一部分排入大氣，另一部分則循環(huán)使用。

3　系統(tǒng)工作參數(shù)確定

烘干分級(jí)系統(tǒng)中的立式烘干分級(jí)器是整個(gè)處理系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要設(shè)置有螺旋輸送機(jī)、撒料盤(pán)、噴射環(huán)、分級(jí)器等關(guān)鍵部件。結(jié)合陶瓷拋光污泥的特點(diǎn)和我們?cè)谖锪虾娓煞旨?jí)領(lǐng)域所取得的經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要因素是風(fēng)溫、風(fēng)壓、噴射環(huán)風(fēng)速和撒料盤(pán)轉(zhuǎn)速。

3.1風(fēng)溫

表1　陶瓷拋光污泥的化學(xué)成分，%

為強(qiáng)化干燥過(guò)程和提高經(jīng)濟(jì)效益，在一定的干燥終含水的要求下，干燥煙氣的溫度越高越好，但應(yīng)在物料允許的最高溫度范圍內(nèi)，且應(yīng)考慮熱風(fēng)源的供給能力以及設(shè)備材質(zhì)的耐熱能力。由于陶瓷拋光污泥熱穩(wěn)定性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，經(jīng)權(quán)衡，入口煙氣溫度控制在260～300℃之間，出口煙氣溫度一般比其露點(diǎn)溫度高20～50℃，從而避免在布袋收塵器內(nèi)析出冷凝水，影響干燥產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)多次調(diào)試的結(jié)果得出，立式烘干分級(jí)器的出口風(fēng)溫宜控制在80～120℃范圍之間。

3.2風(fēng)壓

立式烘干分級(jí)器的干燥過(guò)程可認(rèn)為是流化床干燥和氣流干燥的組合，其顯著特點(diǎn)之一就是物料在設(shè)備中停留時(shí)間極短（幾秒鐘），為瞬間快速干燥。陶瓷拋光污泥原料顆粒非常細(xì)小，立式烘干分級(jí)器需呈微負(fù)壓操作，系統(tǒng)尾排風(fēng)機(jī)靜壓也不宜過(guò)大，以免物料微粒穿透濾袋逸出。經(jīng)多次調(diào)試，立式烘干分級(jí)器煙氣入口壓力在-500Pa左右，設(shè)備壓損在2 500～3 000Pa時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，既能達(dá)到設(shè)計(jì)的干燥能力，又能全部回收陶瓷拋光污泥粉。

3.3噴射環(huán)風(fēng)速

在干燥過(guò)程中，打散后的物料被從噴射環(huán)噴出的熱氣體帶起沿立式烘干分級(jí)器筒體螺旋上升，由于氣流摩擦等因素，旋轉(zhuǎn)氣流的最大切向速度隨著氣流上升高度的增加而減少，直至氣流不再旋轉(zhuǎn)（切向速度為零），成為普通直管氣流為止。噴射環(huán)風(fēng)速直接影響著被干燥物料運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，進(jìn)而影響干燥質(zhì)量和效率，所以必須保證立式烘干分級(jí)器內(nèi)有足夠的噴射環(huán)風(fēng)速（主要為切向速度），具體大小需根據(jù)物料性質(zhì)確定。噴射環(huán)風(fēng)速過(guò)低，物料不能分散和流化，不能達(dá)到干燥目的；風(fēng)速過(guò)高，則流動(dòng)阻力過(guò)大，需風(fēng)壓很大的風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率過(guò)大，顯然不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于陶瓷拋光污泥，立式烘干分級(jí)器正常運(yùn)行時(shí)的適宜噴射環(huán)風(fēng)速應(yīng)控制在25～40m/s范圍內(nèi)。

3.4撒料盤(pán)轉(zhuǎn)速

撒料盤(pán)的轉(zhuǎn)速是立式烘干分級(jí)器最重要的控制參數(shù)之一。當(dāng)陶瓷拋光污泥經(jīng)螺旋輸送機(jī)進(jìn)入立式烘干分級(jí)器中心時(shí)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的撒料盤(pán)可以有效地將陶瓷拋光污泥均勻地甩開(kāi)至噴射環(huán)四周。熱風(fēng)則由噴射環(huán)噴出，帶動(dòng)物料螺旋上升，在此過(guò)程中熱風(fēng)與物料充分的實(shí)現(xiàn)熱交換，從而達(dá)到最佳的烘干效果。然而，過(guò)高的轉(zhuǎn)動(dòng)速度將導(dǎo)致撒料盤(pán)磨損嚴(yán)重，從而影響其使用壽命。因此，撒料盤(pán)轉(zhuǎn)速需要控制在一定范圍內(nèi)，具體視立式烘干分級(jí)器的直徑大小而定。

4　存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

4.1螺旋輸送機(jī)輸送能力偏低

進(jìn)廠的陶瓷拋光污泥直接取自陶瓷加工廠的沉淀池，含水量較高，現(xiàn)場(chǎng)又沒(méi)有足夠的堆棚進(jìn)行堆放排水，有的甚至露天堆放。這就造成進(jìn)入處理系統(tǒng)的物料水分偏高，極易粘附在螺旋輸送機(jī)的螺桿和導(dǎo)向葉片上，導(dǎo)致其輸送能力降低甚至堵塞。

首先，確保原料在堆棚內(nèi)能堆放3～5d，原料水分控制在25%以內(nèi)。其次，將立式烘干分級(jí)器的喂料螺旋輸送機(jī)改為強(qiáng)制輸送能力強(qiáng)、具有自清作用的雙螺旋輸送機(jī)。采取這些措施后效果明顯，雙螺旋輸送機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。

4.2撒料盤(pán)磨損嚴(yán)重

立式烘干分級(jí)器高速旋轉(zhuǎn)的撒料盤(pán)擔(dān)負(fù)起攪拌和打散陶瓷拋光污泥的功能。由于陶瓷拋光污泥中二氧化硅含量高達(dá)60%以上，對(duì)撒料盤(pán)的磨蝕性很強(qiáng)，我們?cè)谌隽媳P(pán)與物料接觸面和弧形撒料葉片的迎風(fēng)面上進(jìn)行了耐磨層的堆焊。雖然采取了以上措施，但運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)撒料盤(pán)磨損依然嚴(yán)重。為了延長(zhǎng)設(shè)備整體使用壽命，在保證打散效果的前提下，可適當(dāng)降低撒料盤(pán)轉(zhuǎn)速。

4.3大塊陶瓷廢料排料管不暢

進(jìn)廠的陶瓷拋光污泥中偶有大塊陶瓷廢料，造成立式烘干分離器底部堵料較為嚴(yán)重，多點(diǎn)定時(shí)清堵也較為麻煩。為了解決這一問(wèn)題，在立式烘干分級(jí)器底部增設(shè)一圈排料斜槽，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排料，減輕人工操作強(qiáng)度。

表3　運(yùn)行性能指標(biāo)

表4　陶瓷拋光細(xì)、粗粉的性能指標(biāo)

5　結(jié)語(yǔ)

在廠院雙方的共同努力下，經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的調(diào)試、整改，立式烘干分級(jí)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)值，運(yùn)行性能指標(biāo)如表3所示。

本項(xiàng)目產(chǎn)品分為細(xì)粉和粗粉，其中，細(xì)粉占70%～80%左右，可在混凝土生產(chǎn)中作膠凝材料替代二級(jí)粉煤灰使用；粗粉則主要供給水泥廠作混合材使用。粗、細(xì)粉的各項(xiàng)性能指標(biāo)具體如表4所示。

該陶瓷拋光污泥立式烘干分級(jí)系統(tǒng)的成功運(yùn)行，為我國(guó)陶瓷拋光污泥大規(guī)模資源化利用打下了良好基礎(chǔ)。產(chǎn)品可用作為水泥混合材或混凝土膠凝材料，實(shí)現(xiàn)了陶瓷產(chǎn)業(yè)與建材、混凝土兩大行業(yè)的有機(jī)結(jié)合。該系統(tǒng)既能大量處理陶瓷廢料，又可以為建材、水泥混凝土工業(yè)生產(chǎn)提供一種新的原材料，具有廣闊的市場(chǎng)前景，可大力推廣應(yīng)用。

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中圖分類號(hào)：TQ172.622.19

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-6171（2016）01-0032-03

通訊地址：中材裝備集團(tuán)有限公司，天津 300400；

收稿日期：2015-04-29； 編輯：呂 光

Application of Vertical Drying Classification System for Ceram icPolishing Sludge

JU Zhaohui，ZHANG Li，CHU Xu
（Sinoma Technology&Equipment Group Co.，Ltd.，Tianjin 300400，China）

Abstract：Ceramic polishing sludge contains a large amountofmoisture and it has not been effectively classi?fied，which becomes bottlenecks restricting its large scale recycling use.A vertical drying classification system for ceramic polishing sludge，developed independently by Sinoma Technology&EquipmentGroup Co.，Ltd.and applied in Guangzhou Xianglong Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，is introduced in this paper. The process of thewhole system，operating parameters，improvementmeasures for the existing problems，and the operationalperformance，etc.，havebeen investigated.

Keywords：ceramic polishing sludge；ceramic polishingwaste；vertical type；drying；classification