鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)及其方法，旨在解決當(dāng)前電解鋁行業(yè)對炭渣回收利用率不高、造成環(huán)境污染的技術(shù)問題，包括加熱爐、加熱循環(huán)裝置、尾氣凈化裝置、與加熱爐對應(yīng)連通的料斗、與料斗對應(yīng)連通設(shè)置的原料倉；加熱循環(huán)裝置分別對應(yīng)連通于加熱爐、原料倉；在原料倉上設(shè)置有連通于所述尾氣凈化裝置的尾氣出氣口；本發(fā)明可有效解決困擾電解鋁行業(yè)多年的廢槽襯炭渣堆放或填埋污染環(huán)境，造成大量的原材料浪費(fèi)等問題。
【專利說明】鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明及一種廢炭渣處理系統(tǒng)及其方法，尤其涉及一種鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁作為重要的基礎(chǔ)工業(yè)原材料，電解鋁屬于重要的輕有色金屬工業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)非常重要的地位，已廣泛應(yīng)用于交通、國防、電力、機(jī)械、建筑、輕工、航天等多個(gè)行業(yè)中，并且隨著科技的不斷發(fā)展，鋁的應(yīng)用將更加的廣泛。在電解鋁生產(chǎn)過程中，由于陽極碳素體未完全參與反應(yīng)、長期受電解質(zhì)沖蝕和洗刷、質(zhì)量不合格等種種原因會在電解槽內(nèi)形成碳渣；而陰極碳素內(nèi)襯及其他筑爐材料長期受鈉、電解質(zhì)和鋁的侵蝕而吸收大量的含氟鹽，同時(shí)侵蝕過程 中產(chǎn)生的應(yīng)力作用會使電解槽變形和內(nèi)襯破損，電解槽在運(yùn)行到一定壽命(6~8年)必須進(jìn)行大修，大修時(shí)電解槽內(nèi)襯就要更換，包括底部陰極碳塊、耐火磚、保溫磚和防滲材料和側(cè)部碳化硅磚。因此在電解鋁生產(chǎn)、鑄造過程中和電解槽大修過程中，會產(chǎn)生大量的炭渣、鋁灰、殘陽極、廢陰極炭塊、廢保溫磚、廢耐火材料和廢陰極方鋼等，這類物質(zhì)統(tǒng)稱為電解鋁炭渣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)和鑄造一噸鋁，大約產(chǎn)生10-20kg炭渣、20-30kg鋁灰、20-30kg廢陰極、25-35kg廢耐火材料。而隨著電解鋁產(chǎn)量的增加，此類炭渣的量也在迅速增加。2013年，我國原鋁產(chǎn)量達(dá)2300萬噸，約占全球總產(chǎn)量的45%，產(chǎn)生的炭渣排放量約30萬噸，鋁灰排放量約20萬噸，廢舊碳陰極排放量達(dá)40萬噸，耐火材料48萬噸。由于該類炭渣中均含有一定量的可溶性氟化鈉，根據(jù)2008年6月6日環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)展和改革委員會聯(lián)合發(fā)布的《國家危險(xiǎn)廢物名錄》(環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)展和改革委員會令第I號)規(guī)定，該類廢棄物屬于工業(yè)危險(xiǎn)廢物。同時(shí)，通過浸出試驗(yàn)證明，在這些炭渣中，其浸出液中氟含量可達(dá)6000mg/L，CN-含量可達(dá)10~40mg/L (注:F-和CN-的含量因槽型、使用壽命、電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)、操作工藝的不同而有所不同)，大大超過了國家《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)一浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)標(biāo)準(zhǔn)要求規(guī)定的< 50mg/L、CN^ < lmg/L的120倍和10~40倍。因此電解鋁炭渣也被判別為工業(yè)危險(xiǎn)廢物，并被業(yè)內(nèi)稱為“隱形炸彈”。目前，電解鋁廠對該類炭渣大多采用露天堆放或建渣場填埋的方式進(jìn)行處理，不僅占用了大量土地，而且其中含有的可溶性氟化物、氰化物還會隨雨水流入江河，滲入地下污染土壤和地下水、地表水,對周圍生態(tài)環(huán)境、人類健康和動植物生長造成極大危害,破壞生態(tài)環(huán)境,影響農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡，使農(nóng)作物減產(chǎn)。此類危害是嚴(yán)重的、長期的、不可逆轉(zhuǎn)的，這與構(gòu)建低投入、高產(chǎn)出、低消耗、少排放，能循環(huán)、可持續(xù)的資源節(jié)約型社會相違背。
[0003]目前對該類炭渣所采用的的技術(shù)有:
(I)浮選技術(shù)；該技術(shù)存在的不足之處有:回收電解質(zhì)純度底，不能直接使用:回收的電解質(zhì)中含碳約5%，并且夾雜有浮選劑。直接使用會造成微細(xì)碳粒及其它有機(jī)物質(zhì)在電解質(zhì)中燃燒，誘發(fā)陽極效應(yīng)，不利于電解槽穩(wěn)定運(yùn)行。必須進(jìn)行焙燒去碳和浮選劑后才能使用；其次浮選產(chǎn)生的廢水氟含量超標(biāo)，不能直接外排:浮選廢水中氟含量約100mg/L，高于工業(yè)廢水排放限值10mg/L，必須進(jìn)行廢水處理；最后，浮選技術(shù)電解質(zhì)回收率較底，約為85%:浮選回收的碳粉中仍含有電解質(zhì)約10%，廢水中也含有一定量的電解質(zhì)，所回收的碳粉由于電解質(zhì)含量較高，也不能返回碳素系統(tǒng)使用，且浮選工藝復(fù)雜，成本較高；正是因?yàn)橐陨弦蛩氐闹萍s，浮選法處理炭渣在國內(nèi)只是停留在實(shí)驗(yàn)階段，并沒有在行業(yè)內(nèi)推廣開來。
[0004](2)火法處理技術(shù)；該技術(shù)存在的不足之處在于:首先，回收率較低，約為85%，在加熱過程中會存在氟化物分解揮發(fā)現(xiàn)象，污染環(huán)境；其次，回收成本較高，回收I噸成品約消耗I噸的焦炭、100KW的電能、IONM3的氧氣；再者，回收的尾氣由于含有大量的粉塵、以及氟化物、氰化物，不能直接排放，必須經(jīng)過除塵和氟化物回收，工序復(fù)雜、處理成本高；由于該技術(shù)存在上述劣勢，從而沒有在行業(yè)內(nèi)得到應(yīng)用推廣。
[0005]因此，為了解決上述問題，亟需一種可以更好的回收炭渣中材料的系統(tǒng)與方法，且在回收處理中不會產(chǎn)生有害的氣體或液體，避免對環(huán)境造成破換，與當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需要，提供一種鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)及其方法，旨在解決當(dāng)前電解鋁行業(yè)對炭渣回收利用率不高、且在加熱過程中，現(xiàn)有加熱爐在對溫度影響較大造成爐膛溫度分布不均勻而造成炭渣等分解揮發(fā)不均勻產(chǎn)生的尾氣造成環(huán)境污染、部分原材料由于溫度過高而燒結(jié)的現(xiàn)象的技術(shù)問題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
設(shè)計(jì)一種鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，包括加熱爐、加熱循環(huán)裝置、尾氣凈化裝置、與所述加熱爐對應(yīng)連通的料斗、與所述料斗對應(yīng)連通設(shè)置的原料倉；所述加熱爐包括爐膛，所述加熱循環(huán)裝置包括引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、均與所述爐膛對應(yīng)連通的第一蓄熱室與第二蓄熱室、分別與所述第一蓄熱室與第二蓄熱室對應(yīng)連通的三道進(jìn)氣換向閥及三道出氣換向閥；所述引風(fēng)機(jī)的吸氣口均與所述三道進(jìn)氣換向閥及三道出氣換向閥對應(yīng)連通，其出氣口與原料倉對應(yīng)連通；所述鼓風(fēng)機(jī)的排氣口對應(yīng)連通于所述三道進(jìn)氣換向閥及三道出氣換向閥；在第一蓄熱室、第二蓄熱室與爐膛連接口處均設(shè)置有向所述爐膛內(nèi)噴入燃?xì)獾那矣糜趯t膛加熱的燃?xì)鈬婎^；在所述原料倉上設(shè)置有連通于所述尾氣凈化裝置的尾氣出氣口。
[0008]在所述第一蓄熱室與第二蓄熱室的內(nèi)部均設(shè)置有由陶瓷制成的蜂窩狀的蓄熱體。
[0009]還包括第一快切閥、第二快切閥、燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥，所述燃?xì)庖来谓?jīng)由對應(yīng)設(shè)置的燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥、第一快切閥或第二快切閥進(jìn)入爐膛內(nèi)。
[0010]在所述鼓風(fēng)機(jī)的出氣口處還設(shè)置有空氣流量調(diào)節(jié)閥，外界空氣依次經(jīng)由空氣流量調(diào)節(jié)閥、三道進(jìn)氣換向閥或三道出氣換向閥進(jìn)入爐膛內(nèi)；在所述引風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口處還設(shè)置有煙氣流量調(diào)節(jié)閥。
[0011]所述加熱爐包括爐頂、爐體及爐底；在所述爐頂、爐底對應(yīng)處分別設(shè)置有進(jìn)料口與出料口，所述爐體由內(nèi)至外依次包括爐襯層、塞拉含鉻纖維層、外殼層，所述爐頂由內(nèi)至外依次包括爐襯層、塞拉含鉻纖維層；所述爐底由內(nèi)之外依次包括耐火澆注料、粘土磚、輕質(zhì)耐火磚、纖維毯層。
[0012]在所述爐體上對應(yīng)位置處設(shè)有用于清理爐渣的出渣口，并在所述出渣口處對應(yīng)鉸支連接有爐門；所述爐門由內(nèi)至外依次包括型鋼、鋼板、塞拉含鉻纖維層、爐門護(hù)板；所述爐門護(hù)板由一定數(shù)量的耐熱鑄鐵塊拼接而成，且各鑄鐵塊之間設(shè)置有膨脹縫。[0013]所述爐體、爐頂部位處的塞拉含鉻纖維層的厚度均為300~400mm。
[0014]還包括自動監(jiān)控機(jī)構(gòu)；所述自動監(jiān)控機(jī)構(gòu)包括可編程控制器、均與所述可編程控制器對應(yīng)連接的報(bào)警燈、報(bào)警擴(kuò)音器、顯示器、用于輸入相應(yīng)設(shè)置信息的控制按鍵組、至少一個(gè)溫度傳感器與壓力傳感器；所述溫度傳感器及壓力傳感器對應(yīng)設(shè)置于爐膛的內(nèi)部；所述空氣流量調(diào)節(jié)閥、燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥、煙汽流量調(diào)節(jié)閥、第一快切閥、三道進(jìn)氣換向閥、三道出氣換向閥、第二快切閥均為電磁閥且均與可編程控制器對應(yīng)連接。
[0015]一種鋁電解廢炭渣無害化處理方法，包括如下步驟:
(1)先將炭渣粉碎成顆粒狀并放入如上所述鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)中的原料倉中；再進(jìn)行步驟(2)或(3);
(2)啟動加熱循環(huán)裝置，外界空氣依次經(jīng)由所述的鼓風(fēng)機(jī)、三道進(jìn)氣換向閥、第一蓄熱室進(jìn)入爐膛內(nèi)，同時(shí)燃?xì)庖来谓?jīng)由所述燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥通入往爐膛內(nèi)燃燒，將爐膛加熱至1250~1350°C;爐膛內(nèi)高溫氣體依次經(jīng)由第二蓄熱室、三道出氣換向閥、引風(fēng)機(jī)進(jìn)入原料倉中對炭渣進(jìn)行預(yù)熱至130~150°C ；
(3)啟動加熱循環(huán)裝置，外界空氣依次經(jīng)由所述鼓風(fēng)機(jī)、三道出氣換向閥、第二蓄熱室進(jìn)入爐膛內(nèi)，同時(shí)燃?xì)庖来谓?jīng)由所述燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥通入往爐膛內(nèi)燃燒，將爐膛加熱至1250~1350°C;爐膛內(nèi)高溫氣體依次經(jīng)由第一蓄熱室、三道進(jìn)氣換向閥、引風(fēng)機(jī)進(jìn)入原料倉中對炭渣進(jìn)行預(yù)熱至130~150°C ;
(4)對原料倉中原料預(yù)熱后的低溫尾氣經(jīng)由其上的尾氣出氣口進(jìn)入尾氣凈化裝置內(nèi)凈化處理達(dá)標(biāo)后排空；
(5)原料倉中預(yù)熱后的炭渣經(jīng)由料斗送入加熱爐內(nèi)加熱分解7~8小時(shí)；
(6 )爐膛內(nèi)分解后的電解質(zhì)經(jīng)由出料口排出，碳粉經(jīng)由出渣口排出。
[0016]所述步驟(2)、(3)依次交替進(jìn)行。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
1.本發(fā)明可有效解決困擾電解鋁行業(yè)多年的炭渣堆放或填埋污染環(huán)境，造成大量原材料浪費(fèi)等問題，該系統(tǒng)具有工藝先進(jìn)、設(shè)計(jì)思路新穎、控制精確、能耗低、無污染等特點(diǎn)。
[0018]2.利用本發(fā)明所回收的碳粉可以二次利用，且采用本發(fā)明所回收的碳粉中電解質(zhì)含量< 1%，使其可以直接用于制造碳素材料。
[0019]3.本發(fā)明在處理炭渣過程中不產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣等污染物時(shí)，可避免對環(huán)境的污染；且本發(fā)明在工作中能耗較低，生產(chǎn)成本較為低廉。
[0020]4.本發(fā)明的加熱爐在加熱過程中溫度分布均勻，各料室溫差< 5°C，可有效對廢棄物中有害物質(zhì)進(jìn)行分解揮發(fā)。
[0021]5.本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)低溫尾氣對原料的高效預(yù)熱功能，可以節(jié)約燃料、降低成本。
[0022]6.本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)換向閥出氣口尾氣排放溫度≤150°C;終端尾氣排放溫度≤80°C；電解質(zhì)純度達(dá)到冰晶石國II標(biāo)準(zhǔn)；碳粉純度> 98% ;氟鹽回收率> 98%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2為本發(fā)明中加熱循環(huán)裝置及與爐膛連接示意圖；
圖3為本發(fā)明中加熱爐示意圖； 圖4為本發(fā)明中爐門主要結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1.爐膛；2.第一快切閥；3.第一蓄熱室；4.三道進(jìn)氣換向閥；5.空氣流量調(diào)節(jié)閥；6.引風(fēng)機(jī)；7.煙汽流量調(diào)節(jié)閥；8.鼓風(fēng)機(jī)；9.三道出氣換向閥；10.第二蓄熱室；11.燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥；12.燃?xì)膺M(jìn)氣口 ；13.第二快切閥；14.第二蓄熱室與加熱爐連接口 ；15.纖維毯層；16.進(jìn)料口 ；17、29.爐襯層；18、24.鋼板；19、26、28.塞拉含鉻纖維層；20.出渣口 ；21.出料口 ；22.爐體；23.型鋼；25.爐門護(hù)板；27.第一蓄熱室與加熱爐連接口 ；30.耐火澆注料；31.粘土磚；32.輕質(zhì)耐火磚。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明:
實(shí)施例1:一種鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，參見圖1，圖2，圖3，圖4，包括加熱爐、加熱循環(huán)裝置、尾氣凈化裝置、與所述加熱爐對應(yīng)連通的料斗、與所述料斗對應(yīng)連通設(shè)置的原料倉；所述加熱爐包括爐膛1，所述加熱循環(huán)裝置包括均與所述爐膛對應(yīng)連通的第一蓄熱室3與第二蓄熱室10、引風(fēng)機(jī)6、鼓風(fēng)機(jī)8、分別與所述第一蓄熱室3與第二蓄熱室10對應(yīng)連通的三道進(jìn)氣換向閥4及三道出氣換向閥9 ;所述引風(fēng)機(jī)的吸氣口與所述三道進(jìn)氣換向閥及三道出氣換向閥對應(yīng)連通，其出氣口與原料倉對應(yīng)連通；所述鼓風(fēng)機(jī)8的排氣口對應(yīng)連通于所述三道進(jìn)氣換向閥4及三道出氣換向閥9 ;在第一蓄熱室3、第二蓄熱室10與爐膛連接口 27、14處均設(shè)置有向所述爐膛內(nèi)噴入燃?xì)庥糜趯t膛加熱的燃?xì)鈬婎^；在所述原料倉上設(shè)置有連通于所述尾氣凈化裝置的尾氣出氣口。在所述第一蓄熱室3與第二蓄熱室10內(nèi)部均設(shè)置有由陶瓷制成的蜂窩狀的蓄熱體。
[0025]還包括第一快切閥2、第二快切閥13、燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥11，所述燃?xì)庖来谓?jīng)由對應(yīng)設(shè)置的燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥、第一快切閥或第二快切閥進(jìn)入爐膛內(nèi)。
[0026]在所述鼓風(fēng)機(jī)8的出氣口處還設(shè)置有空氣流量調(diào)節(jié)閥5，外界空氣依次經(jīng)由空氣流量調(diào)節(jié)閥5、三道進(jìn)氣換向閥4或三道出氣換向閥9進(jìn)入爐膛內(nèi)；在所述引風(fēng)機(jī)6的進(jìn)氣口處還設(shè)置有煙氣流量調(diào)節(jié)閥7。
[0027]所述加熱爐包括爐頂、爐體22及爐底；在所述爐頂、爐底對應(yīng)處分別設(shè)置有進(jìn)料口與出料口，所述爐體由內(nèi)至外依次包括爐襯層17、塞拉含鉻纖維層19、外殼層,該外殼層由鋼板18制成，所述爐頂由內(nèi)至外依次包括爐襯層29、塞拉含鉻纖維層28 ;所述爐底由內(nèi)之外依次包括耐火澆注料30、粘土磚31、輕質(zhì)耐火磚32、纖維毯層15。
[0028]在所述爐體上對應(yīng)位置處設(shè)有用于清理爐渣的出渣口 20，并在所述出渣口 20處對應(yīng)鉸支連接有爐門；所述爐門由內(nèi)之外依次包括型鋼23、鋼板24、塞拉含鉻纖維層26、爐門護(hù)板25 ;所述爐門護(hù)板由一定數(shù)量的耐熱鑄鐵塊拼接而成，且各鑄鐵塊之間設(shè)置有膨脹縫。
[0029]所述爐體22、爐頂部位處的塞拉含鉻纖維層28的厚度均為300?400mm，優(yōu)選的為 350mm。
[0030]本系統(tǒng)還包括自動監(jiān)控機(jī)構(gòu)；所述自動監(jiān)控機(jī)構(gòu)包括可編程控制器、均與所述可編程控制器對應(yīng)連接的報(bào)警燈、報(bào)警擴(kuò)音器、顯示器、用于輸入相應(yīng)設(shè)置信息的控制按鍵組、至少一個(gè)溫度傳感器與壓力傳感器；所述溫度傳感器及壓力傳感器對應(yīng)設(shè)置于爐膛的內(nèi)部；所述空氣流量調(diào)節(jié)閥、燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥、煙汽流量調(diào)節(jié)閥、第一快切閥、三道進(jìn)氣換向閥、三道出氣換向閥、第二快切閥均為電磁閥且均與可編程控制器對應(yīng)連接。
[0031]本鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)進(jìn)行炭渣無害化處理的方法，包括如下步驟:
(1)先將炭渣粉碎成顆粒狀并放入如上所述鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)中的原料倉中；再進(jìn)行步驟(2)或(3);
(2)啟動加熱循環(huán)裝置，外界空氣依次經(jīng)由所述的鼓風(fēng)機(jī)、三道進(jìn)氣換向閥、第一蓄熱室進(jìn)入爐膛內(nèi)，同時(shí)燃?xì)庖来谓?jīng)由所述燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥通入往爐膛內(nèi)燃燒，將爐膛加熱至1250~1350°C;爐膛內(nèi)高溫氣體依次經(jīng)由第二蓄熱室、三道出氣換向閥、引風(fēng)機(jī)進(jìn)入原料倉中對炭渣進(jìn)行預(yù)熱至130~150°C ；
(3)啟動加熱循環(huán)裝置，外界空氣依次經(jīng)由所述鼓風(fēng)機(jī)、三道出氣換向閥、第二蓄熱室進(jìn)入爐膛內(nèi)，同時(shí)燃?xì)庖来谓?jīng)由所述燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥通入往爐膛內(nèi)燃燒，將爐膛加熱至1250~1350°C;爐膛內(nèi)高溫氣體依次經(jīng)由第一蓄熱室、三道進(jìn)氣換向閥、引風(fēng)機(jī)進(jìn)入原料倉中對炭洛進(jìn)行預(yù)熱至130~150°C ; (4)對原料倉中原料預(yù)熱后的低溫尾氣經(jīng)由其上的尾氣出氣口進(jìn)入尾氣凈化裝置內(nèi)凈化處理達(dá)標(biāo)后排空；
(5)原料倉中預(yù)熱后的炭渣經(jīng)由料斗送入加熱爐內(nèi)加熱分解7~8小時(shí)；
(6 )爐膛內(nèi)分解后的電解質(zhì)經(jīng)由出料口排出，碳粉經(jīng)由出渣口排出。
[0032]上述步驟(2)、(3)依次交替進(jìn)行。
[0033]本實(shí)施例將對以上步驟說明如下:
空氣進(jìn)入爐膛I被加熱后，抽引周圍的氣體形成一股含氧量大大低于21%的稀薄貧氧高溫氣流，同時(shí)繼續(xù)往稀薄高溫空氣附近注入燃?xì)?或燃油)，這樣燃?xì)庠谪氀?3~15%)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)燃燒；與此同時(shí)爐膛I內(nèi)燃燒后的煙氣經(jīng)過第二蓄熱室10 (或第一蓄熱室3)由引風(fēng)機(jī)6抽出送入原料倉中，實(shí)現(xiàn)對原料倉中的原料由室溫預(yù)熱至150°C左右,可進(jìn)一步的提高燃料的熱效率；對原料倉中的炭渣與加熱后的煙氣進(jìn)入尾氣凈化裝置中凈化后排出。爐膛I內(nèi)的高溫?zé)釤煔馔ㄟ^第二蓄熱室10 (或第一蓄熱室3)時(shí)，將熱能儲存在第一、第二蓄熱室中的蓄熱體內(nèi)，然后以15(T200°C的低溫?zé)煔饨?jīng)過對應(yīng)的三道出氣換向閥(三道進(jìn)氣換向閥)進(jìn)入引風(fēng)機(jī)中，進(jìn)而輸送至原料倉中。工作溫度不高的三道進(jìn)氣換向閥、三道出氣換向閥及第一快切閥、第二快切閥以一定的頻率進(jìn)行切換，使兩個(gè)蓄熱室中蓄熱體處于蓄熱與放熱交替工作狀態(tài)，常用的切換周期為30-200秒。該加熱循環(huán)裝置的主要優(yōu)勢在于--節(jié)能潛力巨大，平均節(jié)能35%以上。因而可以向大氣環(huán)境少排放二氧化碳25%以上,大大緩解了大氣的溫室效應(yīng)；擴(kuò)大了火焰燃燒區(qū)域，火焰的邊界幾乎擴(kuò)展到爐膛的邊界，從而使得爐膛內(nèi)溫度均勻，這樣一方面提高了產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面延長了爐膛壽命；對于連續(xù)式爐來說，爐長方向的平均溫度增加，加強(qiáng)了爐內(nèi)傳熱，導(dǎo)致同樣產(chǎn)量的工業(yè)爐其爐膛尺寸可以縮小20%以上，換句話說，同樣長度的爐子其產(chǎn)品的產(chǎn)量可以提高20%以上，大大降低了設(shè)備的造價(jià)；由于火焰不是在燃燒器中產(chǎn)生的，而是在爐膛空間內(nèi)才開始逐漸燃燒，因而燃燒噪聲低；采用傳統(tǒng)的節(jié)能燃燒技術(shù)，助燃空氣預(yù)熱溫度越高，煙氣中NOx含量越大；而采用本裝置空氣燃燒技術(shù)，在助燃空氣預(yù)熱溫度非常高的情況下，NOx含量大大減少了 ；貧氧燃燒，有利于在爐膛內(nèi)產(chǎn)生還原焰，能保證加熱及加熱等工藝要求，比普通燃燒方式節(jié)能40%，比傳統(tǒng)蓄熱式燃燒方式進(jìn)一步節(jié)能15%。
[0034]本發(fā)明的加熱爐包括由上至下依次對應(yīng)設(shè)置的爐頂、爐體及爐底；在所述爐頂、爐底對應(yīng)處分別設(shè)置有進(jìn)料口 16與出料口 21，所述爐體22由內(nèi)至外依次包括爐襯層17、塞拉含鉻纖維層19、鋼板制成的外殼層18，所述爐頂由內(nèi)至外依次包括爐襯層29、塞拉含鉻纖維層28 ;所述爐底由內(nèi)之外依次包括耐火澆注料30、粘土磚31、輕質(zhì)耐火磚32、纖維毯層15 ;在所述爐體22上對應(yīng)位置處設(shè)置有用于清理爐渣的出渣口 20，并在所述出渣口處對應(yīng)鉸支連接有爐門；所述爐門由型鋼23、鋼板24、爐門護(hù)板25和塞拉含鉻纖維層19由內(nèi)之外依次設(shè)置構(gòu)成；所述爐門護(hù)板25由多個(gè)耐熱鑄鐵塊組成，各鑄鐵塊之間設(shè)置有膨脹縫；爐門護(hù)板處的耐熱鑄鐵之間的膨脹縫，可以保證爐門長期使用不變形；此外，在本發(fā)明中爐口處的護(hù)板是平滑的金屬面，與爐門含鉻纖維表面接觸并壓緊時(shí)，使?fàn)t門口達(dá)到良好的密封面；爐門上的襯體作成凸臺的結(jié)構(gòu)，可保護(hù)爐門護(hù)板結(jié)構(gòu)，又可實(shí)現(xiàn)與爐門的結(jié)合密封；除此之外，本發(fā)明中的爐門的框架采用工字型鋼和槽型鋼焊制而成。
[0035]上述耐火澆 注料由重量百分比占60~65%的AL2O3和粘土構(gòu)成；所述輕質(zhì)耐火磚中包含有重量百分比占≥30%的AL2O3 ;所述粘土磚由重量百分比占50~65%的AL203、
2.0~2.5%的Fe2O3和粘土澆鑄制成；所述纖維毯由重量百分比分別占52~57%的AL203、< 0.2%的Na20+K20，> 99%AL203+ SiO2, < 0.2%的Fe2O3構(gòu)成。本發(fā)明中的加熱爐在實(shí)際應(yīng)用中內(nèi)部的最高爐溫為1400°C ;所使用的燃料為燃?xì)?，具有清潔無污染的優(yōu)點(diǎn)；所述爐體、爐頂部位處的塞拉含鉻纖維層的厚度均為350mm。
[0036]進(jìn)一步地，本發(fā)明中的自動監(jiān)控機(jī)構(gòu)中的溫度傳感器與壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測爐膛中的內(nèi)部溫度，并將結(jié)果反饋至可編程控制器(PLC)中，最后將其結(jié)果顯示至顯示器上，便于工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測工作環(huán)境的變化，并通過報(bào)警燈與報(bào)警擴(kuò)音器的提示及時(shí)的作出相應(yīng)的處理。
[0037]在實(shí)際生產(chǎn)中本發(fā)明的鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)可以解決困擾電解鋁行業(yè)多年的炭渣堆放或填埋污染環(huán)境，造成大量的原材料浪費(fèi)等問題，且回收后的碳粉中電解質(zhì)含量< 2%，可以直接用于制造碳素材料；回收的耐火材料、防滲料、碳素材料純度高:耐火材料、防滲料、碳素材料純度> 98%，可以直接返回耐材和碳素企業(yè)做原料使用；此外，采用本發(fā)明在處理炭渣過程中產(chǎn)生極少量的廢水、廢氣、廢渣等污染物，可減少對環(huán)境的污染，終端尾氣排放溫度< 80° C ;回收的電解質(zhì)純度達(dá)到冰晶石國II標(biāo)準(zhǔn)；回收的碳粉純度> 98% ;氟鹽回收率> 98%，實(shí)現(xiàn)了電解質(zhì)的高純度回收；使電解鋁的炭渣綜合利用率達(dá)到98%，尾氣排放符合國家尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0038]采用本系統(tǒng)及其方法在對三批次的廢碳渣進(jìn)行無害化處理后的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表1、表2所不:
表1:回收率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

I『卿……I……….......................aWBBBBBPWPmiilili'111111……IIHHH……......................……I順帽…卿順帽帽..--?..--..--!1 |ΒΡ—丨丨丨丨丨丨丨丨丨.................................丨丨丨liiilHililililililH丨丨_丨11丨1丨丨丨1丨丨丨丨丨....................................、p1................................................………UUi………..............................1%
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表2:回收的電解質(zhì)成分分析結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，包括加熱爐、加熱循環(huán)裝置、尾氣凈化裝置、與所述加熱爐對應(yīng)連通的料斗、與所述料斗對應(yīng)連通設(shè)置的原料倉；所述加熱爐包括爐膛，其特征是:所述加熱循環(huán)裝置包括引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、均與所述爐膛對應(yīng)連通的第一蓄熱室與第二蓄熱室、分別與所述第一蓄熱室與第二蓄熱室對應(yīng)連通的三道進(jìn)氣換向閥及三道出氣換向閥；所述引風(fēng)機(jī)的吸氣口均與所述三道進(jìn)氣換向閥及三道出氣換向閥對應(yīng)連通，其出氣口與原料倉對應(yīng)連通；所述鼓風(fēng)機(jī)的排氣口對應(yīng)連通于三道進(jìn)氣換向閥及三道出氣換向閥；在第一蓄熱室、第二蓄熱室與爐膛連接口處均設(shè)置有向爐膛內(nèi)噴入燃?xì)獾那矣糜趯t膛加熱的燃?xì)鈬婎^；在所述原料倉上設(shè)置有連通于所述尾氣凈化裝置的尾氣出氣口。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，其特征是:在所述第一蓄熱室與第二蓄熱室的內(nèi)部均設(shè)置有由陶瓷制成的蜂窩狀的蓄熱體。
3.如權(quán)利要求1所述的鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，其特征是:還包括第一快切閥、第二快切閥、燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥，所述燃?xì)庖来谓?jīng)由對應(yīng)設(shè)置的燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥、第一快切閥或第二快切閥進(jìn)入爐膛內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，其特征是:在所述鼓風(fēng)機(jī)的出氣口處還設(shè)置有空氣流量調(diào)節(jié)閥，外界空氣依次經(jīng)由空氣流量調(diào)節(jié)閥、三道進(jìn)氣換向閥或三道出氣換向閥進(jìn)入爐膛內(nèi)；在所述引風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口處還設(shè)置有煙氣流量調(diào)節(jié)閥。
5.如權(quán)利要求4所述的鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，其特征是:還包括自動監(jiān)控機(jī)構(gòu)；所述自動監(jiān)控機(jī)構(gòu)包括可編程控制器、均與所述可編程控制器對應(yīng)連接的報(bào)警燈、報(bào)警擴(kuò)音器、顯示器、用于輸入相應(yīng)設(shè)置信息的控制按鍵組、至少一個(gè)溫度傳感器與壓力傳感器；所述溫度傳感器及壓力傳感器對應(yīng)設(shè)置于爐膛的內(nèi)部；所述空氣流量調(diào)節(jié)閥、燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥、煙汽流量調(diào)節(jié)閥、第一快切閥、三道進(jìn)氣換向閥、三道出氣換向閥、第二快切閥均為電磁閥且均與可編程控制器對應(yīng)連接。
6.如權(quán)利要求1所述的鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，其特征是:所述加熱爐包括爐頂、爐體及爐底；在所述爐頂、爐底對應(yīng)處分別設(shè)置有進(jìn)料口與出料口，所述爐體由內(nèi)至外依次包括爐襯層、塞拉含鉻纖維層、外殼層，所述爐頂由內(nèi)至外依次包括爐襯層、塞拉含鉻纖維層；所述爐底由內(nèi)之外依次包括耐火澆注料、粘土磚、輕質(zhì)耐火磚、纖維毯層。
7.如權(quán)利要求6所述的鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，其特征是:在所述爐體上對應(yīng)位置處設(shè)有用于清理爐渣的出渣口，并在所述出渣口處對應(yīng)鉸支連接有爐門；所述爐門由內(nèi)至外依次包括型鋼、鋼板、塞拉含鉻纖維層、爐門護(hù)板；所述爐門護(hù)板由一定數(shù)量的耐熱鑄鐵塊拼接而成，且各鑄鐵塊之間設(shè)置有膨脹縫。
8.如權(quán)利要求6所述的鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)，其特征是:所述爐體、爐頂部位處的塞拉含鉻纖維層的厚度均為300~400mm。
9.一種鋁電解廢炭渣無害化處理方法，其特征是，包括如下步驟: (1)先將炭渣粉碎成顆粒狀并放入如權(quán)利要求1所述鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)中的原料倉中；再進(jìn)行步驟(2)或(3)； (2)啟動加熱循環(huán)裝置，外界空氣依次經(jīng)由所述的鼓風(fēng)機(jī)、三道進(jìn)氣換向閥、第一蓄熱室進(jìn)入爐膛內(nèi)，同時(shí)燃?xì)庖来谓?jīng)由所述燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥通入往爐膛內(nèi)燃燒，將爐膛加熱至1250~1350°C;爐膛內(nèi)高溫氣體依次經(jīng)由第二蓄熱室、三道出氣換向閥、引風(fēng)機(jī)進(jìn)入原料倉中對炭渣進(jìn)行預(yù)熱至130~150°C ；(3)啟動加熱循環(huán)裝置，外界空氣依次經(jīng)由所述鼓風(fēng)機(jī)、三道出氣換向閥、第二蓄熱室進(jìn)入爐膛內(nèi)，同時(shí)燃?xì)庖来谓?jīng)由所述燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥通入往爐膛內(nèi)燃燒，將爐膛加熱至1250~1350°C;爐膛內(nèi)高溫氣體依次經(jīng)由第一蓄熱室、三道進(jìn)氣換向閥、引風(fēng)機(jī)進(jìn)入原料倉中對炭渣進(jìn)行預(yù)熱至130~150°C ; (4)對原料倉中原料預(yù)熱后的低溫尾氣經(jīng)由其上的尾氣出氣口進(jìn)入尾氣凈化裝置內(nèi)凈化處理達(dá)標(biāo)后排空； (5)原料倉中預(yù)熱后的炭渣經(jīng)由料斗送入加熱爐內(nèi)加熱分解7~8小時(shí)； (6 )爐膛內(nèi)分解后的電解質(zhì)經(jīng)由出料口排出，碳粉經(jīng)由出渣口排出。
10.如權(quán)利要求9所述的鋁電解廢炭渣無害化處理系統(tǒng)的方法，其特征是:所述步驟(2)、(3)依次交替進(jìn)行。
【文檔編號】F23G7/02GK103831285SQ201410089415
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】王旭東, 曹國法, 和清霖, 朱振國, 袁志強(qiáng), 馮曉強(qiáng), 曹志偉, 劉威 申請人:鄭州經(jīng)緯科技實(shí)業(yè)有限公司