2020年11月18日， 组织召开了由山东恒远利废技术股份有限公司完成的“瀑落式回转窑制备轻骨料的生产工艺与成套技术装备”科技成果鉴定会。鉴定委员会专家们认为，该成果具有占地面积小、能耗低、协同处置固废等技术特点，对推动轻骨料行业技术进步具有重要意义和示范作用，市场应用前景广阔。

一、立项背景

工业固体废弃物是大规模工业生产的副产品，产品的生产过程就伴随着废弃物的产生过程。当前，我国正处于经济高速发展时期，工业的迅速发展导致固体废弃物排放量也迅速增加。据统计，全国每年新增工业固废33亿吨，历史堆存量达600-700亿吨。固废堆存不仅造成土地大量占用，而且造成大量土壤、水源等的污染，严重影响人民群众的生产生活，急需进行处理处置。

目前对固体废弃物的现有处置方式主要是填埋、焚烧、干化、堆肥、资源化利用等几种方式。与填埋、焚烧、干化、堆肥等处置方式相比，瀑落式回转窑制备高性能轻骨料技术具有成本低、占地面积小、无二次污染的特点，不但可实现固体废弃物的无害化处理，其烧成的高性能轻骨料还可多渠道广泛使用，是一种资源化综合利用方式。

国内生产轻骨料的厂家大多采用普通的回转窑进行烧制，一是多采用黏土和页岩为原材料，废弃物的利用不足，不符合保护耕地等政策的要求；二是核心装备技术落后、能耗高，不仅造成能源的浪费，同时造成轻骨料受热不均，影响轻骨料的产量、技术指标和匀质性；三是生产工艺不合理，部分生产企业没有专门的成分分析、小试和中试试验装置，无法针对特定的原材料制定针对性工艺参数，造成工艺随意性大，或使烧制时间过长、烧制温度过高，造成热量和能量的损失。所有上述原因使高性能轻骨料行业受到了不同程度的影响。

二、研究内容

本项目成果在利用工业固体废弃物制备轻骨料技术取得了一定程度的突破，主要的研究内容如下：

1. 核心装备的研发和制造

在引进英国三叶旋转窑技术基础上，开发了具有自主知识产权的瀑落式回转窑成套装备，通过三叶式结构的设计，耐高温、耐腐蚀、耐磨内部材料的研发，窑径比的设计优化，窑内线性温度的形成，窑内900度以上温度的控制及窑外尾气1.5秒急冷的设计，实现工业固废烧制轻骨料过程中的高效、低能耗、低成本。由国家建筑材料工业水泥能效环保评价检验测试中心出具的瀑落式回转窑生产线烧成系统能效测试报告表明，本项目成果瀑落式回转窑烧成系统的成品综合热耗为41.64 kgce/t，烧成工序电耗32.73 kWh/t。烧成系统总热效率为37.89%，系统烧成效率为44.17%，回转窑单位容积热力强度为2.03×10⁵ kJ/m³·h，回转窑断面热负荷为3.22×10⁶ kJ/m³·h，回转窑单位容积产量为166.59kg/m³·h，表现出优良的
能耗水平和较高的生产效率。

瀑落式回转窑窑体外观

立式紊流搅拌机采用物料混合盘与转子旋转方向及转子间转速的差异性，使混和物料形成逆向和横向的物料紊流，提高了粘稠型混和物料的匀质性和分散度。生产能力达到80m³/h，搅拌均匀度1.5分钟达到99.8%。

生产线集成的振动沸腾床烘干机由定向激振器产生振动，将料球抛起，与来自沸腾床底板的热空气充分对流，可在1.5分钟内将料球含水率由25%左右降低到2%左右。

立式紊流搅拌机外观

2. 成套节能环保设备和工艺的研发与设计

   采用“低温烘干+高温焙烧+急速冷却”的技术路线，避开了二噁英的产生和重新合成的温度区间。生产过程中废水循环使用，废渣作为原料重新进入生产线。生产车间全封闭，烟气、臭气等集合处理，配置收尘、脱硫、脱硝、除臭等系统，烟气排放满足低排放标准要求。生产线配备余热回用装置，循环利用焙烧设备的烟气余热以及冷却机的余热。

轻骨料生产工艺流程简图

3. 自动控制系统的开发

开发了适用于本技术的PLC/DCS自动控制系统，使用该技术可实现生产线监控报警、远程诊断维护、数据存档管理等操作，提高了轻骨料生产线的自动化程度。

4. 协同处理固废的材料应用研究

针对传统轻骨料原料单一性的问题，对全国各地不同厂家、矿山以及城市的不同固废进行广泛采样，在成分检测的基础上进行多批次实验室试制，通过对不同成分原料以及多种成品检测数据的比对、分析，逐渐掌握了适用于瀑落式回转窑焙烧陶粒的固体废弃物的成分指标；通过多种类、多批次、多配比的实验室小试，相继选取不同的陶粒掺加或调节料，解决了用固体废弃物生产轻骨料的掺料及调节料及其配方问题。

承建项目生产线产出的粉煤灰轻骨料外观及微观形貌

三、关键技术和创新点

1. 在引进技术的基础上，开发了高效节能的瀑落式回转窑，实现了物料的强制换热和均匀烧结，具有占地面积小、热工效率高等技术特点。

2. 自主开发了紊流式搅拌机和高含水率混合料成型造粒设备，形成了包括振动沸腾床烘干机在内的物料高效预处理成套关键技术设备。

3. 建立了收尘、脱硫、脱硝、除臭等成套环保减排技术，采用“低温烘干+高温焙烧+急速冷却”的技术路线，可满足各种污泥及工业固废的安全处置与资源化利用。

4. 开发了PLC/DCS自动化控制系统，实现在线远程监控。

四、社会环境经济效益

本项目成果具有良好的社会和环境效益。我国每年产生33亿吨工业固废，固废处置市场需求庞大。采用本项目成果的工艺和技术装备，可规模化、无害化处置工程弃土、底泥、污泥、油泥等多种固废。在处置固体废弃物的基础上，本项目成果可制备高性能轻骨料，满足结构用骨料的性能要求。目前，全国混凝土行业骨料年需求量约200亿吨，随着国家环保力度不断加强、民众环保意识不断普及以及资源保护税法等的施行，不可再生的普通砂石骨料面临资源短缺的困境。替代砂石骨料的高性能轻骨料必将在高层建筑、桥梁工程、装配式建筑等工程领域中大规模应用。另外，由于轻骨料具有比表面积高、耐火阻燃、保温隔热等优势，可广泛应用于轻质墙体、地暖填充、海绵城市、污水处理、土壤修复等工程的建设，市场前景可观。

本项目成果具有良好的经济效益。一方面，以市政污泥处置市场为例，全国市政污泥年产量约4000万吨，各省市污泥处置补贴200-400元/吨不等，其中广东省补贴不少于350元/吨，深圳高达500元/吨。另一方面，作为普通砂石骨料的替代产品，高性能轻骨料市场接受度不断提高，价格也随之上涨，以山东泰安地区为例，轻骨料产品的出厂均价在400元/m³以上，具有较大的利润空间。

本项目成果已在山东寿光、潍坊等地进行了协同处置污泥和劣质粉煤灰等轻骨料项目，建立了四条高性能轻骨料生产线协同处置固体废弃物；同时，成果完成单位将应用领域扩展到危险废弃物的无害化协同处置，在天津开启了年处理10万吨危险废弃物HW17制备轻骨料项目试点。采用本项目成果的成套设备和工艺技术生产的高性能轻骨料已经成功实现了建设工程应用。

五、总结

本项目成果已获授权发明专利5项、实用新型专利6项、软件著作权3项，制定企业标准1项，形成了具有自主知识产权的利用污泥、淤泥与工业固废制备高性能轻骨料的生产技术及成套装备，在山东科立德环保科技有限公司等多家企业项目中得到了应用。该成果具有占地面积小、能耗低、协同处置固废等技术特点，对推动轻骨料行业技术进步具有重要意义和示范作用，市场应用前景广阔。