2020年11月18日，中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì )組織召開(kāi)了由山東恒遠利廢技術(shù)股份有限公司完成的“瀑落式回轉窯制備輕骨料的生產(chǎn)工藝與成套技術(shù)裝備”科技成果鑒定會(huì )。鑒定委員會(huì )專(zhuān)家們認為，該成果具有占地面積小、能耗低、協(xié)同處置固廢等技術(shù)特點(diǎn)，對推動(dòng)輕骨料行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義和示范作用，市場(chǎng)應用前景廣闊。

一、立項背景

工業(yè)固體廢棄物是大規模工業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程就伴隨著(zhù)廢棄物的產(chǎn)生過(guò)程。當前，我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展時(shí)期，工業(yè)的迅速發(fā)展導致固體廢棄物排放量也迅速增加。據統計，全國每年新增工業(yè)固廢33億噸，歷史堆存量達600-700億噸。固廢堆存不僅造成土地大量占用，而且造成大量土壤、水源等的污染，嚴重影響人民群眾的生產(chǎn)生活，急需進(jìn)行處理處置。

目前對固體廢棄物的現有處置方式主要是填埋、焚燒、干化、堆肥、資源化利用等幾種方式。與填埋、焚燒、干化、堆肥等處置方式相比，瀑落式回轉窯制備高性能輕骨料技術(shù)具有成本低、占地面積小、無(wú)二次污染的特點(diǎn)，不但可實(shí)現固體廢棄物的無(wú)害化處理，其燒成的高性能輕骨料還可多渠道廣泛使用，是一種資源化綜合利用方式。

國內生產(chǎn)輕骨料的廠(chǎng)家大多采用普通的回轉窯進(jìn)行燒制，一是多采用黏土和頁(yè)巖為原材料，廢棄物的利用不足，不符合保護耕地等政策的要求；二是核心裝備技術(shù)落后、能耗高，不僅造成能源的浪費，同時(shí)造成輕骨料受熱不均，影響輕骨料的產(chǎn)量、技術(shù)指標和勻質(zhì)性；三是生產(chǎn)工藝不合理，部分生產(chǎn)企業(yè)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的成分分析、小試和中試試驗裝置，無(wú)法針對特定的原材料制定針對性工藝參數，造成工藝隨意性大，或使燒制時(shí)間過(guò)長(cháng)、燒制溫度過(guò)高，造成熱量和能量的損失。所有上述原因使高性能輕骨料行業(yè)受到了不同程度的影響。

二、研究?jì)热?/span>

本項目成果在利用工業(yè)固體廢棄物制備輕骨料技術(shù)取得了一定程度的突破，主要的研究?jì)热萑缦拢?/span>

1. 核心裝備的研發(fā)和制造

在引進(jìn)英國三葉旋轉窯技術(shù)基礎上，開(kāi)發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的瀑落式回轉窯成套裝備，通過(guò)三葉式結構的設計，耐高溫、耐腐蝕、耐磨內部材料的研發(fā)，窯徑比的設計優(yōu)化，窯內線(xiàn)性溫度的形成，窯內900度以上溫度的控制及窯外尾氣1.5秒急冷的設計，實(shí)現工業(yè)固廢燒制輕骨料過(guò)程中的高效、低能耗、低成本。由國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評價(jià)檢驗測試中心出具的瀑落式回轉窯生產(chǎn)線(xiàn)燒成系統能效測試報告表明，本項目成果瀑落式回轉窯燒成系統的成品綜合熱耗為41.64 kgce/t，燒成工序電耗32.73 kWh/t。燒成系統總熱效率為37.89%，系統燒成效率為44.17%，回轉窯單位容積熱力強度為2.03×10⁵ kJ/m³·h，回轉窯斷面熱負荷為3.22×10⁶ kJ/m³·h，回轉窯單位容積產(chǎn)量為166.59kg/m³·h，表現出優(yōu)良的
能耗水平和較高的生產(chǎn)效率。

瀑落式回轉窯窯體外觀(guān)

立式紊流攪拌機采用物料混合盤(pán)與轉子旋轉方向及轉子間轉速的差異性，使混和物料形成逆向和橫向的物料紊流，提高了粘稠型混和物料的勻質(zhì)性和分散度。生產(chǎn)能力達到80m³/h，攪拌均勻度1.5分鐘達到99.8%。

生產(chǎn)線(xiàn)集成的振動(dòng)沸騰床烘干機由定向激振器產(chǎn)生振動(dòng)，將料球拋起，與來(lái)自沸騰床底板的熱空氣充分對流，可在1.5分鐘內將料球含水率由25%左右降低到2%左右。

立式紊流攪拌機外觀(guān)

2. 成套節能環(huán)保設備和工藝的研發(fā)與設計

   采用“低溫烘干+高溫焙燒+急速冷卻”的技術(shù)路線(xiàn)，避開(kāi)了二噁英的產(chǎn)生和重新合成的溫度區間。生產(chǎn)過(guò)程中廢水循環(huán)使用，廢渣作為原料重新進(jìn)入生產(chǎn)線(xiàn)。生產(chǎn)車(chē)間全封閉，煙氣、臭氣等集合處理，配置收塵、脫硫、脫硝、除臭等系統，煙氣排放滿(mǎn)足低排放標準要求。生產(chǎn)線(xiàn)配備余熱回用裝置，循環(huán)利用焙燒設備的煙氣余熱以及冷卻機的余熱。

輕骨料生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖

3. 自動(dòng)控制系統的開(kāi)發(fā)

開(kāi)發(fā)了適用于本技術(shù)的PLC/DCS自動(dòng)控制系統，使用該技術(shù)可實(shí)現生產(chǎn)線(xiàn)監控報警、遠程診斷維護、數據存檔管理等操作，提高了輕骨料生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化程度。

4. 協(xié)同處理固廢的材料應用研究

針對傳統輕骨料原料單一性的問(wèn)題，對全國各地不同廠(chǎng)家、礦山以及城市的不同固廢進(jìn)行廣泛采樣，在成分檢測的基礎上進(jìn)行多批次實(shí)驗室試制，通過(guò)對不同成分原料以及多種成品檢測數據的比對、分析，逐漸掌握了適用于瀑落式回轉窯焙燒陶粒的固體廢棄物的成分指標；通過(guò)多種類(lèi)、多批次、多配比的實(shí)驗室小試，相繼選取不同的陶粒摻加或調節料，解決了用固體廢棄物生產(chǎn)輕骨料的摻料及調節料及其配方問(wèn)題。

承建項目生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)出的粉煤灰輕骨料外觀(guān)及微觀(guān)形貌

三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng )新點(diǎn)

1. 在引進(jìn)技術(shù)的基礎上，開(kāi)發(fā)了高效節能的瀑落式回轉窯，實(shí)現了物料的強制換熱和均勻燒結，具有占地面積小、熱工效率高等技術(shù)特點(diǎn)。

2. 自主開(kāi)發(fā)了紊流式攪拌機和高含水率混合料成型造粒設備，形成了包括振動(dòng)沸騰床烘干機在內的物料高效預處理成套關(guān)鍵技術(shù)設備。

3. 建立了收塵、脫硫、脫硝、除臭等成套環(huán)保減排技術(shù)，采用“低溫烘干+高溫焙燒+急速冷卻”的技術(shù)路線(xiàn)，可滿(mǎn)足各種污泥及工業(yè)固廢的安全處置與資源化利用。

4. 開(kāi)發(fā)了PLC/DCS自動(dòng)化控制系統，實(shí)現在線(xiàn)遠程監控。

四、社會(huì )環(huán)境經(jīng)濟效益

本項目成果具有良好的社會(huì )和環(huán)境效益。我國每年產(chǎn)生33億噸工業(yè)固廢，固廢處置市場(chǎng)需求龐大。采用本項目成果的工藝和技術(shù)裝備，可規?；?、無(wú)害化處置工程棄土、底泥、污泥、油泥等多種固廢。在處置固體廢棄物的基礎上，本項目成果可制備高性能輕骨料，滿(mǎn)足結構用骨料的性能要求。目前，全國混凝土行業(yè)骨料年需求量約200億噸，隨著(zhù)國家環(huán)保力度不斷加強、民眾環(huán)保意識不斷普及以及資源保護稅法等的施行，不可再生的普通砂石骨料面臨資源短缺的困境。替代砂石骨料的高性能輕骨料必將在高層建筑、橋梁工程、裝配式建筑等工程領(lǐng)域中大規模應用。另外，由于輕骨料具有比表面積高、耐火阻燃、保溫隔熱等優(yōu)勢，可廣泛應用于輕質(zhì)墻體、地暖填充、海綿城市、污水處理、土壤修復等工程的建設，市場(chǎng)前景可觀(guān)。

本項目成果具有良好的經(jīng)濟效益。一方面，以市政污泥處置市場(chǎng)為例，全國市政污泥年產(chǎn)量約4000萬(wàn)噸，各省市污泥處置補貼200-400元/噸不等，其中廣東省補貼不少于350元/噸，深圳高達500元/噸。另一方面，作為普通砂石骨料的替代產(chǎn)品，高性能輕骨料市場(chǎng)接受度不斷提高，價(jià)格也隨之上漲，以山東泰安地區為例，輕骨料產(chǎn)品的出廠(chǎng)均價(jià)在400元/m3以上，具有較大的利潤空間。

本項目成果已在山東壽光、濰坊等地進(jìn)行了協(xié)同處置污泥和劣質(zhì)粉煤灰等輕骨料項目，建立了四條高性能輕骨料生產(chǎn)線(xiàn)協(xié)同處置固體廢棄物；同時(shí)，成果完成單位將應用領(lǐng)域擴展到危險廢棄物的無(wú)害化協(xié)同處置，在天津開(kāi)啟了年處理10萬(wàn)噸危險廢棄物HW17制備輕骨料項目試點(diǎn)。采用本項目成果的成套設備和工藝技術(shù)生產(chǎn)的高性能輕骨料已經(jīng)成功實(shí)現了建設工程應用。

五、總結

本項目成果已獲授權發(fā)明專(zhuān)利5項、實(shí)用新型專(zhuān)利6項、軟件著(zhù)作權3項，制定企業(yè)標準1項，形成了具有自主知識產(chǎn)權的利用污泥、淤泥與工業(yè)固廢制備高性能輕骨料的生產(chǎn)技術(shù)及成套裝備，在山東科立德環(huán)?？萍加邢薰镜榷嗉移髽I(yè)項目中得到了應用。該成果具有占地面積小、能耗低、協(xié)同處置固廢等技術(shù)特點(diǎn)，對推動(dòng)輕骨料行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義和示范作用，市場(chǎng)應用前景廣闊。