Дополнительное снижение плотности заполнителя обеспечивается за счет разбухания гранул вследствие удерживания внутри гранул заполнителя газов от сгорания летучих органических веществ, связанного углерода и реакций кальцинации.
Смесь может содержать от 35 до 99% зольной пыли в сухом весе. Предпочтительнее, чтобы смесь содержала от 65 до 95% зольной пыли в сухом весе и от 5 до 35% шлама в сухом весе.
Важнейшими характеристиками обработки внутри вращающейся обжиговой печи являются параллельное движение окатышей и газа, размещение основной горелки на загрузочном конце печи, совершенно ровный температурный профиль вдоль всей длины печи, максимум температур газа порядка 800-1200oC в зонах сжигания и спекания в печи, и состав и скорость течения газа через печь, которые обеспечивают достаточную температуру, кислород и время выдержки для полного выгорания углерода и летучих органических компонентов.
Высокая тепловая энергия отходящих из печи газов позволяет использовать их для сушки агломерируемой смеси пыли и шлама или сушки шлама, предшествующей смешиванию его с зольной пылью.
Упомянутые выше и другие цели и преимущества изобретения поясняются дальнейшим подробным описанием предпочтительного способа выполнения изобретения.
Зольная пыль может изменяться по составу в зависимости от источника ее получения, а также может меняться и в случае получения ее из одного и того же источника в зависимости от специфических условий работы, практикуемых на силовой установке. Типичная зольная пыль, используемая в настоящем изобретении, представляет собой пыль, получаемую на нескольких углесжигающих электростанциях среднего Запада. Потери на обзоливание типичной зольной пыли составляют 0-20% и зольные пыли такого типа могут успешно использоваться. Однако, когда есть несколько источников зольной пыли, целесообразнее смешивать зольную пыль от различных источников для получения конечной смеси, имеющей потери на обзоливание порядка 5-10%. Химический состав золы в той же зольной пыли представлен в табл. 2. Шлам очистки сточных вод также широко меняется по составу и характеристикам. Также очень сильно меняется влажность в зависимости от уровня обработки на средствах обслуживания сточных вод. Примерами типичного шлама также являются шламы, полученные на средствах обслуживания сточных вод на верхнем среднем Западе. Перед смешиванием с зольной пылью влажность шлама должна быть уменьшена до такого уровня, чтобы влажность смеси пыли и шлама была пригодной для агломерации. В зависимости от исходной влажности такой, шлам досушивают общепринятыми и широко известными способами механической и термической сушки шлама.
Исходный высушенный шлам затем может требовать снижения крупности для разрушения любых твердых комков, образовавшихся в процессе сушки и способствования равномерному рассредоточению в смеси с зольной пылью.
Зольная пыль и шлам смешиваются на участке приготовления материала 10, который может включать дозированное или непрерывное смешивание. Влажность смешиваемых пыли и шлама должна быть порядка 5-25% для облегчения смешивания и последующей агломерации смеси. Пыль и шлам смешивают в соотношении около 35-99% пыли в сухом весе и около 1 - 65% шлама в сухом весе. Внутри эти пределов предпочтительным соотношением является около 65-95% пыли в сухом весе и около 5-35% шлама в сухом весе. Как свойственно агломерации, может быть необходимым и желательным добавлять такое связующее как бентонит для способствования образованию смешанных частиц. Такое связующее не должно превышать порядка 20% от общего сухого веса полученной смеси и предпочтительно не должно превышать 5%.
В зависимости от когезионной способности и целостности необработанной агломерируемой смеси в связующем может не возникнуть необходимости.
Смесь смешиваемых пыли и шлама со связующим или без него подается в первый агломератор 12, агломерирующий смесь в небольшие окатыши с диаметром порядка 1/8 - 3/4 дюйма (0,3175 - 1,905 см). Сырые окатыши, полученные в первом агломераторе. 12, подаются во второй агломерате 14, в котором сырые окатыши могут быть покрыты кроющим материалом для предотвращения спекания их друг с другом в процессе тепловой обработки во вращающейся обжиговой печи. Предпочтительно покрытие из зольной пыли с низкими потерями на обзоливание. Альтернативно в качестве покрытия могут использоваться доломит, известняк, портландцемент и другие материалы. В зависимости от тенденции спекания окатышей в обжиговой печи в покрытии может не быть необходимости.
Сырые окатыши с покрытием или без него затем сушат в сушилке 16, с подвижными решетками. Сырые окатыши высушивают до влажности менее 5%. Высушенные окатыши затем вводят во вращающуюся обжиговую печь 18. Высушенные окатыши поступают в тот же конец печи 18, через который снаружи через горелки 20 вводят топливо и воздух, либо воздух вводят через воздушные фурмы 22. Окатыши будут медленно перемещаться через наклонную вращающуюся обжиговую печь в том же направлении, в котором через печь движется поток горячих газов (т.е. в параллельном с потоком газов направлении), максимальная температура в печи должна быть в пределах 800-120oC, и температурный профиль по всей длине обжиговой печи должен быть относительно ровным (или плоским). Окатыши в печи затвердеют. Окатыши пройдут полное прокаливание и будут подвергнуты в различной степени пиролизу и спеканию. На наружной поверхности окатышей будет образовываться оболочка, задерживающая газы, образующиеся внутри окатышей, в результате чего окатыши раздуваются. Это формирует пористую внутреннюю часть (внутренность). Полученный продукт является шаровидным материалом с низкой плотностью, но с твердой и пористой структурой.
Обожженный продукт поступает в охладитель 24, который может охлаждаться водой или воздухом, для снижения температуры продукта до температуры, при которой затем он может транспортироваться и штабелироваться. Тепло из охладителя 24 может быть уловлено и использовано для различных технологических приемов, включая сушку сырых окатышей в сушилке с подвижными решетками.
Добавка шлама существенно увеличивает калорийность смеси в печи и значительно снижает количество внешнего топлива, такого как природный газ, который требуется для зажигания печи. В приведенной ниже таблице 5 приведено сравнительное содержание топлива в типичной смеси зольной пыли и шлама сточных вод в соотношении 65% и 35% соответственно в сравнении со 100% зольной пылью. Как будет показано, количество топлива в виде природного газа, которое необходимо добавить в печь для получения той же самой скорости продукта в коротких тоннах в час (короткая тонна = 907,18 кг) снижается до примерно 85% за счет использования смеси пыли и шлама в сравнении с полностью пылью. Кроме того отходящие из печи газы обладают значительной колорийностью, и эта тепловая энергия может использоваться для сушки шлама, предшествующей смешиванию, для сушки свежих окатышей и для утилизации энергии и других целей. Охладитель и/или отходящие из печи газы могут быть поданы в сушилку с подвижными решетками в качестве источника тепла для процесса сушки. Неиспользованные газы проходят газоочистку и выходят через выводную трубу 26.
На опытной установке проведены испытания различных смесей зольной пыли и шлама сточных вод, включая сравнительные тесты с пылью без шлама. Параметры работы печи также изменялись. Зольная пыль, использованная в каждой смеси, сама была смесью зольных пылей из различных источников. Соотношения различных компонентов в смесях пылей были выбраны с целью достижения определенного процентного содержания потерь на обзоливание. В тестах 1 и 2 процентное содержание потерь на обзоливание составило 10 и 12,8% соответственно. Для всех тестов с 3 по 18 процентное содержание потерь на обзоливание в дозирующем смесителе 30, который придает интенсивное аксиальное и радиальное движение материалу вибратором с высокой скоростью смешения.
Смесь поступала в лотковый окомкователь 32 с диаметром 101 см и глубиной 16,5 см, вращающийся со скоростью порядка 15 - 20 об/мин под углом 45o - 50o к горизонтали. Сырые шарики из первого лоткового окомкователя 32 поступали во второй лотковый окомкователь 34 с аналогичными характеристиками, и сухие покрывающие материалы, если это необходимо, подавались во второй лотковый окомкователь. Пробы агломерированного материала со стадии окомкования собирались и анализировались на влажность, насыпную плотность, количество 45,7 см шариков во фракции, прочность на сжатие в сухом и влажном состоянии и калибр для определения качества полученных сырых шариков. Параметры сырых шариков полученных в различных опытах, приведены в табл. 8.
Сырые окатыши поступали в решетчатую сушилку 36, утилизирующую текущий вниз к плотным частицам теплообменника поток газа. Нагрузочное поперечное сечение сырых окатышей 27,9 см в ширину, 15,2 см в глубину с длиной активной сушки 1,22 м и скоростью решетки менялась от 2,54 до 10,1 см/мин. Температура сушки поддерживалась в зоне 150-200oC. Технологический поток газа регулировался для поддержания влажности в осушаемых шариках ниже 5%.
Высушенные окатыши поступали во вращающуюся обжиговую печь 38 с внутренним диаметром 57,8 см и длиной 3,96 м. Подача осуществлялась в том же направлении, что и зажигание во вращающейся печи, так чтобы поток технологического газа перемещался в одном направлении с потоком твердых частиц. В загрузочном конце печи входящие из сушилки окатыши сначала сушились и подогревались, некоторые органические составляющие испарялись, и начиналось удаление горючих веществ. В следующей зоне испарялись оставшиеся органические вещества, обжигались негорючие вещества в окатышах, и полностью завершалась головка слоя. В последней греющей зоне плотные твердые частицы и газ в течение определенного времени обеспечивают высокие температуры, гарантирующие полный обжиг и последующее затвердевание окатышей.