水泥废料再循环装置和使水泥废料再循环的方法与流程

本发明涉及水泥废料再循环装置和使水泥废料再循环的方法。

背景技术：

水泥的主要成分是硅酸钙。在通过添加水以及砾石和/或砂将其用作混凝土中的粘结剂之后，硅酸钙以约20％(重量/重量)的浓度以水合形式存在。如果可以将废弃混凝土中的水合硅酸钙从砾石和/或砂中释放出来，则可以对其再次加热以生产新的水泥。可以通过将废弃混凝土加热至超过900℃的温度(在该温度点下，废弃混凝土破裂成砾石和/或砂以及硅酸钙)来释放水合硅酸钙。由于砾石和/或砂以及硅酸钙最初彼此附着，因此砾石和/或砂充当寄生热容(parasiticheatcapacity)。

德国专利申请de102006049836a1公开了用于由含有建筑碎石的硅酸钙生产水硬性粘结剂的方法，其中首先将建筑碎石减小成尺寸小于10mm的颗粒，任选地通过筛分或分选使建筑碎石的粘结剂相富集，随后在600℃至800℃的温度下将碎石加热持续0.25小时至10小时。

显然，这样长期的加热需要许多能量，从而导致工业上不适用的过程。

或者，可以应用两步法，其中首先将混凝土废料加热至较低的温度，由此使砾石和/或砂与硅酸钙之间的粘结变弱。之后，研磨经加热的混凝土废料，粘结被破坏。

从“h.shima等，anadvancedconcreterecyclingtechnologyanditsapplicabilityassessmentthroughinput-outputanalysis，journalofadvancedconcretetechnology，2005”中已知利用这样的两步法的水泥废料再循环装置。将混凝土碎石破碎至小于50mm的尺寸，并在立式煤油燃料炉中加热至300℃。之后，将经加热的混凝土送至研磨设备。

在该分批式过程中，在水泥废料静止的同时对其进行加热。这意味着热在整个水泥废料中分布不均匀，导致温度梯度和能量浪费。

本发明的目的是提供与现有技术的装置和方法相比具有较低的能量需求的水泥再循环装置和用于使水泥再循环的方法。在本发明的范围内并且为了避免疑惑，指出水泥废料包括混凝土细料。

技术实现要素：

根据本发明，提供了使水泥废料再循环的方法，所述方法包括使水泥废料与经加热的气体彼此接触，以及获得温度为400℃至600℃的经加热的水泥废料，其中水泥废料和经加热的气体沿彼此相反的方向移动。水泥废料和经加热的气体的这种逆流移动是有利的，因为其促进了水泥废料与经加热的气体彼此彻底混合。这使得热从经加热的气体有效传递至水泥废料，因为两相的接触表面是尽可能大的。此外，逆流移动确保在装置中每个点处两相之间的温差都尽可能大，从而产生最佳的热传递。

根据本发明，还提供了特别适用于进行这样的方法的水泥废料再循环装置，所述装置包括具有用于水泥废料的进口和用于经处理的水泥废料的出口的加热器，所述加热器被配置成用于将水泥废料沿水泥废料输送方向从进口输送至出口，同时以与水泥废料输送方向逆流的方式输送经加热的气体，其中至少一个筛被定位在加热器的进口与出口之间，并且其中筛的至少部分是可振动的。加热器的进口与出口之间的筛起到将水泥废料更均匀地分布在整个加热器中的作用，从而改善了从经加热的气体相至水泥废料相的热传递。此外，筛充当水泥废料相的屏障，并减慢水泥废料的输送，使得水泥废料在加热器中的停留时间更长，并因此更好地将热从经加热的气体传递至水泥废料。筛可以由坚固的材料，例如钢或者其他金属或金属合金构成。

筛的至少部分是可振动的。这防止了筛变得堵塞，并且确保没有水泥废料残留在细长杆的顶部上，残留在细长杆的顶部上的水泥废料可能被加热至远高于期望的温度，因为该特定水泥废料的停留时间将比其他水泥废料长得多，从而导致不必要的能量浪费。

具体实施方式

在一个优选实施方案中，筛可以包括具有复数个细长杆的复数个层，其中各层内的细长杆被间隔开并且布置成彼此近似平行。平行细长杆的均匀分布确保水泥废料在整个加热器中均匀分布。通过在杆之间具有等距离的间隙，水泥废料穿过这些间隙的速度更恒定，使得经加热的气体与水泥废料的混合更均匀。

在一个优选实施方案中，复数个层中的每一者可以布置成与水泥废料输送方向近似垂直。这样的布置改善了水泥废料在整个加热器中的均质分布。复数个层中的每一者的除与水泥废料输送方向垂直的方向之外的方向将导致水泥废料在整个加热器中更不均匀地分布，并且水泥废料的停留时间将具有较大的可变性。

在一个优选实施方案中，复数个层中的第一层可以以错开的位置堆叠在复数个层中的第二层的顶部上，其中第一层内的细长杆与第二层内的细长杆近似平行。筛中的层的错开配置增加了水泥废料颗粒必须行进穿过筛的平均距离。因此，平均停留时间增加。层可以是错开的，使得第一层中的第一个杆与所述第一层的顶部上的第二层中的另外两个杆之间的距离相等。换言之，第一层相对于所述第一层的顶部上的第二层的偏移量等于层内细长杆之间距离的一半。

在一个优选实施方案中，在复数个层中的至少一个层内，细长杆可以以规则的第一距离彼此间隔开。这确保了在与水泥废料输送方向垂直的截面平面中水泥废料从进口到出口通过加热器的通量更恒定，这使得水泥废料在整个加热器中更均质的分布，并因此更好地将热从经加热的气体传递至水泥废料。

在一个优选实施方案中，在复数个层中的至少一个层内，细长杆之间的各间隔的宽度可以为5mm至15mm，优选8mm至12mm，最优选约10mm。筛的层中的细长杆之间的间隔根据水泥废料颗粒尺寸分布来选择。当向水泥废料再循环装置供给尺寸为0mm至4mm的水泥废料时，发现细长杆之间的间隔的最佳宽度为约10mm。该间隔宽度表现出以下两个方面之间的良好折衷：一方面减慢水泥废料，从而增加平均停留时间以进行有效热传递，以及另一方面防止筛被较大的水泥废料颗粒堵塞。可以对水泥废料进行研磨直至水泥废料颗粒的尺寸达到0mm至4mm。在将水泥废料材料供给至水泥废料再循环装置之前，可以使其穿过粗保护筛，例如10mm格筛，以避免偶然的大颗粒阻塞水泥废料再循环装置的内部空间。

在一个优选实施方案中，各层可以以规则的距离彼此间隔开。这提供了筛内的细长杆之间的非常相似的间隙。将水泥废料输送穿过这样的筛使得穿过筛的水泥废料的速度更恒定且分布均质，并因此从经加热的气体到水泥废料的热传递更恒定和可预测。

在一个优选实施方案中，细长杆可以具有至少局部为圆形的截面，例如弧状截面。细长杆的弧状截面一方面有效地使水泥废料向细长杆的任一侧偏转，另一方面有效地减慢水泥废料。另一个优点是，与例如具有圆形或方形截面的细长杆相比，弧状截面更有效地利用构成细长杆的材料。换言之，它们更便宜。

在一个优选实施方案中，细长杆的曲率半径可以为10mm至20mm，优选12.5mm至17.5mm，并且最优选曲率半径为15mm。这使得细长杆在具有允许水泥废料容易地滑动至细长杆的任一侧的曲率的同时，能够具有足够的宽度以减慢水泥废料流，从而防止筛被水泥废料堵塞。

在一个优选实施方案中，筛的至少部分是可以以20hz至30hz，优选以约25hz的频率振动的。该频率确保通过加热器的水泥废料的通过量良好。

在一个优选实施方案中，筛的至少部分是可以沿与水泥废料输送方向垂直的振动方向振动的。这样的振动方向是优选的，因为其防止筛变得堵塞，同时使由撞击水泥废料导致的细长杆的磨损最小化。

在一个优选实施方案中，振动方向可以与细长杆的纵轴平行。该振动方向防止水泥废料颗粒在筛内部飞绕，并因此使细长杆的磨蚀最小化。此外，实现了水泥废料通过筛的稳定流动。

在一个优选实施方案中，水泥废料再循环装置可以包括阻尼装置，优选波纹管。该波纹管充当减振器，并且可以连接在筛与水泥废料再循环装置的剩余部分之间，以有效吸收振动筛的振动，并防止这些振动不期望地传递至水泥废料再循环装置的其他固定部件。

在一个优选实施方案中，筛在水泥输送方向上的长度为约1m至2m，优选1.25m至1.75m，最优选约1.5m。该长度允许水泥废料在加热器中的停留时间超过30秒，这足以将水泥废料加热至520℃。停留时间可以通过以下来调节：改变筛中细长杆的尺寸、改变这些细长杆之间的距离、改变筛的振动方向和/或振动频率、改变由加热器引入的经加热的气体的温度、改变筛的长度和/或宽度、改变筛内的层的数量、以及其他变量。

在一个优选实施方案中，水泥废料再循环装置包括各自具有进口和出口的第一加热器和第二加热器，其中第一加热器的出口与第二加热器的进口连接。这样的布置是特别有利的，因为其允许将第一加热器中的水泥加热至约520℃的温度，以使砂/砾石与硅酸钙之间的粘结断裂。之后，在第二加热器中，将水泥废料冷却至低于250℃的温度，并将回收的热直接供给至第一加热器。通过将两个加热器彼此堆叠，确保了水泥废料和经加热的气体在整个水泥废料再循环装置中的恒定流量。

在一个优选实施方案中，水泥废料再循环装置包括经加热的气体的再循环管道，所述经加热的气体的再循环管道的一端在加热器的出口附近与装置连接，并且其另一端在加热器的进口附近与装置连接。如果加热器的出口附近的经加热的气体温度为约600℃，并且用于每kg/秒通过量的水泥废料的逆流经加热的气体流量为约1.3kg/秒，则加热器的进口附近或第一加热器的进口附近(如果水泥废料再循环装置包括两个加热器的话)的经加热的气体温度为约120℃。排出的温度为约120℃的加热气流表现出相当大量的能量，因此是有价值的资源，其经由再循环管道进行再循环。此外，如上所述，如果水泥再循环装置包括两个加热器，则可以将第一加热器的进口排出的热引导至第二加热器的出口，其中第一加热器的出口与第二加热器的进口连接。因此，温度低于250℃的经冷却的水泥废料经由例如旋转闸门从第二加热器的出口排出。之后，可以通过合适的机械过程例如研磨将该经冷却的水泥废料内包含的硅酸钙从水泥废料中释放出来。

在一个优选实施方案中，经加热的气体的再循环管道包括分离器，优选旋风分离器。排出的温度为约120℃的加热气流包含水分，以及水泥废料中细料的极细部分(250微米)。该极细部分的流量占水泥废料中细料总流量的约10％。因此，当使该气流再循环时，将该材料从排出的加热气流中除去是有益的，以避免该材料在水泥废料再循环装置内积聚。可以在使该流再循环之前，使用旋风分离器将该材料从排出的加热气流中除去。

在一个优选实施方案中，水泥废料再循环装置包括与进口连接的用于将水泥废料供给至加热器的供给单元，其中供给单元包括输送机。水泥废料相对稠密，并且试验性水泥废料再循环装置已经能够每小时处理3吨细水泥废料。输送机能够实现水泥废料再循环装置的持续供给，这是保持其逆流运行所需要的。

在一个优选实施方案中，输送机为螺旋输送机。螺旋输送机可以提供恒定流量的水泥废料材料，并且适合于输送硬且重的材料。如有需要，也可以使用其他输送机，例如带式输送机。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括使水泥废料和经加热的气体移动穿过筛。水泥废料在移动穿过筛的同时被干燥，并通过与经加热的气体接触而从环境温度被加热至约520℃的温度，经加热的气体的温度从约600℃降低至120℃。筛起到减慢并分散经加热的气体和水泥废料二者的作用，以允许足够的接触面积和热交换组。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括提供具有复数个层的筛，所述复数个层具有复数个细长杆，其中各层内的细长杆被间隔开并且布置成彼此近似平行。如果将复数个层布置成与水泥废料和经加热的气体的移动方向近似垂直，则实现水泥废料在加热器上的最佳分布。此外，这允许水泥废料有效地减慢。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括将复数个层中的第一层以错开的位置堆叠在复数个层中的第二层的顶部上，其中第一层内的细长杆与第二层内的细长杆近似平行。这种在筛内堆叠层的方法使得穿过筛的层的水泥废料更有效地减慢，并增强水泥废料在整个筛中的均质分布。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括在复数个层中的至少一个层内，将细长杆布置成以规则的第一距离彼此间隔开。这样间隔开可以使得细长杆之间各间隔的宽度为5mm至15mm，优选8mm至12mm，最优选约10mm。

在一个优选实施方案中，所述方法还可以包括布置各层，使得各层以规则的第二距离彼此间隔开。细长杆在整个筛中具有均匀的间隔提供了水泥废料再循环装置运行期间水泥废料在整个筛中的均匀且均质的分布。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括提供具有至少局部为圆形的截面，例如弧状截面的细长杆。这样的弧状形状表现出减慢水泥废料以促进有效热传递与防止筛变得堵塞之间的良好折衷。弧还是有弹性且坚固的形状，适合于承受掉落的水泥废料的冲击。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括提供曲率半径为10mm至20mm，优选12.5mm至17.5mm，并且最优选曲率半径为15mm的细长杆。因此，细长杆足够弯曲，使得水泥废料无法积聚在细长杆上。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括将筛提供为使筛的至少部分是可振动的。振动运动进一步增强水泥废料在整个筛和加热器中的流体流动。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括将筛提供为使筛的至少部分是可以以20hz至30hz，优选以约25hz的频率振动的。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括将筛提供为使筛的至少部分是可以沿与水泥废料和经加热的气体的移动方向垂直的振动方向振动的。该振动方向确保水泥废料不会像其在其他振动方向上那样从细长杆弹起得那么多。

在一个优选实施方案中，振动方向可以与细长杆平行。除了与水泥废料输送方向垂直之外，该平行方向进一步减少水泥废料从细长杆弹起的可能性，并减少细长杆和筛本身的磨损。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括提供具有阻尼装置，优选波纹管的筛。该波纹管阻止振动运动传递至水泥废料再循环装置的固定部件。根据存在的可振动筛的量，可以在水泥再循环装置内提供多个阻尼装置。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括提供在水泥废料和经加热的气体的移动方向上的长度为约1m至2m，优选1.25m至1.75m，最优选约1.5m的筛。尽管可以根据筛的配置及其目的(加热或冷却)选择不同的长度，但是所述长度允许有足够的停留时间以将水泥废料加热至约520℃的温度。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括在将水泥废料加热至400℃至600℃的温度之后，将水泥废料冷却至50℃至200℃的温度。加热后冷却水泥废料是再利用能量的有效方式。由于能量成本占使水泥废料再循环所需的总成本的大部分，因此收回加热时消耗的能量是非常有利的。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括使经加热的气体再循环。经加热的气体包含可用的能量，并因此，使该气体再循环产生更加能量有效的过程，导致较低的运行成本。加热气流可以在第一加热器的进口处被捕获并引导至第二加热器的出口，其中第一加热器堆叠在第二加热器上，并且第一加热器的出口与第二加热器的进口连接。因此，第一加热器将水泥废料有效地加热至约450℃至550℃的温度，并将经加热的气体有效地冷却至约50℃至200℃的温度。同时在第二加热器中，水泥废料被冷却至低于250℃，并且再循环的气体被加热至超过350℃。与现有技术的水泥废料再循环过程相比，加热器的这种非常有效的布置使得水泥废料再循环过程需要很少的能量。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括用分离器，优选旋风分离器分离经加热的气体中包含的颗粒。如果将颗粒从再循环的气体中除去，则它们无法再充当能量吸收源，从而进一步优化水泥废料再循环方法的整体能量效率。

在一个优选实施方案中，所述方法可以包括在使水泥废料与经加热的气体彼此接触之前，用供给单元供给水泥废料，其中供给单元包括输送机。这导致水泥废料的稳定供给，从而能够实现经加热的气体与水泥废料之间的有效热传递。

在一个优选实施方案中，输送机可以为螺旋输送机。螺旋输送机是良好装备的，以将硬且稠密的水泥废料以稳定的流量输送至加热器的进口，从而进一步优化经加热的气体与水泥废料之间的热传递。

下文中将参照装置及其运行方法的示例性实施方案的附图来进一步阐明本发明，附图不限制所附的权利要求。

在附图中：

图1为根据本发明的一个优选实施方案的水泥再循环装置的正视图；

图2为图1所示的水泥再循环装置的侧视图；

图3为具有旋风分离器、经加热的气体的再循环管道和彼此堆叠的两个加热器的水泥再循环装置的正视图；以及

图4为图3所示的水泥再循环装置的侧视图。

附图说明

每当在图中应用相同的附图标记时，这些标记指的是相同的部分。在图中，应用以下附图标记表示其后提及的部分：

1水泥再循环装置

2加热器

3进口

4出口

5筛

6层

7细长杆

8第一距离

9间隔

10第二距离

11阻尼装置

12经加热的气体的再循环管道

13分离器

参照图1至图4，根据本发明的一个优选实施方案，水泥再循环装置1包括加热器2，所述加热器2具有用于水泥废料的进口3和用于经处理的水泥废料的出口4，其中加热器2被配置成用于将水泥废料沿水泥废料输送方向从进口3输送至出口4，同时以与水泥废料输送方向逆流的方式输送经加热的气体。

至少一个筛5可以定位在加热器2的进口3与出口4之间。该筛5可以包括具有复数个细长杆7的复数个层6，其中各层6内的细长杆7被间隔开并且布置成彼此近似平行。

复数个层6中的每一者可以布置成与水泥废料输送方向近似垂直。复数个层6中的第一层6可以以错开的位置堆叠在复数个层6中的第二层6的顶部上，其中第一层6内的细长杆7与第二层6内的细长杆7近似平行。

在复数个层6中的至少一个层6内，细长杆7可以以规则的第一距离8彼此间隔开。在复数个层6中的至少一个层6内，细长杆之间的各间隔9的宽度可以为5mm至15mm，优选8mm至12mm，最优选约10mm。

各层6可以以规则的第二距离10彼此间隔开。细长杆7可以具有至少局部为圆形的截面，例如弧状截面，截面的曲率半径为10mm至20mm，优选12.5mm至17.5mm，并且最优选曲率半径为15mm。

筛5的至少部分可以是可以以20hz至30hz，优选以约25hz的频率振动的。该振动的方向可以与水泥废料输送方向垂直或与细长杆7的纵轴平行。

水泥废料再循环装置1还可以包括阻尼装置11，优选波纹管。

筛在水泥输送方向上的长度可以为约1m至2m，优选1.25m至1.75m，最优选约1.5m。

水泥废料再循环装置1可以包括各自具有进口3和出口4的第一加热器2和第二加热器2，其中第一加热器2的出口4与第二加热器2的进口3连接。热可以在水泥废料再循环装置1中再循环，所述水泥废料再循环装置1可以包括经加热的气体的再循环管道12，所述经加热的气体的再循环管道12的一端在加热器2的出口4附近与装置1连接，并且其另一端在加热器2的进口3附近与装置1连接。该经加热的气体的再循环管道12可以包括分离器13，优选旋风分离器。

水泥废料再循环装置1可以包括与进口3连接的用于将水泥废料供给至加热器2的供给单元，其中供给单元包括输送机。该输送机可以为螺旋输送机。

尽管前面已经参照本发明的装置和方法的示例性实施方案讨论了本发明，但是本发明不局限于该特定实施方案，特定实施方案可以在不背离本发明的情况下以多种不同方式变化。因此，所讨论的示例性实施方案不应当严格地据此用于解释所附权利要求。相反，实施方案仅旨在说明所附权利要求的措辞，而不旨在将权利要求限制于该示例性实施方案。因此，本发明的保护范围应当仅根据所附权利要求进行解释，其中应当利用该示例性实施方案来解决权利要求的措辞中可能的歧义。

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