CN101215631A

CN101215631A - 一种铁矿石流化床磁化焙烧装置

Info

Publication number: CN101215631A
Application number: CNA2007103045343A
Authority: CN
Inventors: 刘伯谦
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2008-07-09

Abstract

本发明提供了一种铁矿石流化床磁化焙烧装置，包括焙烧炉膛(1)、矿石给料机(2)、给煤装置(3)、底部落料管(6)、矿石布料斗(19)和回收槽(7)，铁矿石由矿石给料机(2)进入焙烧炉膛(1)，焙烧炉膛(1)通过烟气出口与移动床板式换热器(18)连接，移动床板式换热器(18)上端与矿石布料斗(19)衔接，移动床板式换热器(18)由若干条平板通道构成，形成矿石通道与烟气通道相间的板式换热器，每条平板矿石通道中设置若干层给料布风管(17)与给料鼓风机(16)连接，烟气经过水管进入烟气降温装置(15)与水换热后进入空气加热器(14)将冷空气加热，然后通过引风机(11)进入烟囱(13)排到大气。本发明主要用于难选氧化铁矿石的流化床焙烧，系统简单，操作简单，不需要造气炉，装置可以全天候露天运行。

Description

一种铁矿石流化床磁化焙烧装置

技术领域：

本发明涉及冶金、选矿领域，特别是难选氧化铁矿石的流化床焙烧-磁选方法。

技术背景：

中国是铁矿石资源严重不足的国家，国家铁矿石储量中品位在30％左右的原矿超过90％，具有经济开采价值的大约为总储量的20％，难选氧化铁矿石超过50％。这就使得一半以上的氧化铁资源成为“鸡肋”。

为合理开发和利用这些宝贵资源，往往采用复杂的选矿工艺，多段分选。对于难选铁矿石，不仅得不到高品位铁精矿，还产生难选的中矿。

现有的磁化焙烧流化床(八一锰矿含铁贫氧化锰矿石直接使用粉煤的流态化焙烧，1980.12)是一个以煤粉(颗粒尺寸为微米级)燃料的流化床焙烧炉。其主要结构是焙烧炉膛、螺旋给料机、布风装置、溢流口和排气口。该装置的主要缺点是：收料主要依靠落料管；一旦矿石原料受潮，容易发生“棚料”，螺旋给料机无法进料，使焙烧炉无法运行；焙烧气氛无法调整，焙烧效果依赖自然过程。

本发明针对难选低品位赤铁矿、菱铁矿和和铁矿等铁矿石而设计，将流态化技术与铁矿石焙烧技术结合起来，形成贫铁矿流化床焙烧装置。

本发明包括焙烧炉膛1、矿石给料机2、给煤装置3、底部落料管6、矿石布料斗19和回收槽7，铁矿石由矿石给料机2进入焙烧炉膛1，所述焙烧炉膛1通过烟气出口与移动床板式换热器18连接，移动床板式换热器18上端与矿石布料斗19衔接，移动床板式换热器18由若干条平板通道构成，形成矿石通道与烟气通道相间的板式换热器，每条平板矿石通道中设置若干层给料布风管17与给料鼓风机16连接，烟气经过水管进入烟气降温装置15与水换热后进入空气加热器14将冷空气加热，然后通过引风机11进入烟囱13排到大气。

如权利要求1所述的一种铁矿石流化床磁化焙烧装置，其特征是在所述的空气加热器14下端连接烟气精矿分离器9进行气固分离，烟气精矿分离器9经高效气固分离器12与引风机11相连。

进一步地，在所述的空气加热器14的一端接鼓风机8，鼓风机8抽取大气中的空气送入到空气加热器14中加热，加热后的热空气经过布风板5送到炉膛1中提供焙烧空气。

进一步地，所述的鼓风机8入口与循环风机10出口连接，同时与大气相通，烟气再循环风机10从烟道中抽取一部分烟气送到鼓风机8的入口，随流化空气一起进入焙烧炉膛。

进一步地，在所述的底部落料管6下有回收槽7。

进一步地，所述的焙烧炉膛1的下面不同高度有4个以上的炉墙落料口4。

本发明的技术方案是难选贫铁矿由输送机送到移动床板式换热器脱除水分，经过给料机进入焙烧炉。燃料经过输送机送到炉前煤斗，由给煤机送入焙烧炉膛。按照多元流态化理论和申请人的实验结果，煤颗粒与贫铁矿石颗粒的粒度配比可以按照5mm∶2mm，8mm∶4mm和10mm∶5mm。燃煤与铁矿石的质量配比从煤占5％到45％，取决于使用煤的性质。根据焙烧热平衡，如果燃煤量不足以实现有效的不完全燃烧，则将一部分烟气引回焙烧炉膛，以CO2代替O2实现还原气氛。

本发明有如下优点：

1.系统简单，操作简单，不需要造气炉，用不完全燃烧产生一氧化碳制造还原性气氛，必要时引回部分烟气调整焙烧炉膛气氛。

2.装置可以全天候露天运行，由于设置了移动床板式换热器，可以清除矿石携带的超量水分，保证矿石给料器安全工作。

3.设计矿石粒度不超过5mm，极大地降低了磨矿能耗。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图，图中焙烧炉膛1、矿石给料机2、给煤机3、炉墙落料管4、布风板5、底部落料管6、精矿回收槽7、鼓风机8、烟气精矿分离器9、循环风机10、引风机11、高效气固分离器12、烟囱13、空气加热器14、水管烟气降温装置15、给料鼓风机16、给料布风管17、矿石加热器18、布料斗19。

图2是铁矿石流化床磁化焙烧炉主视图，标明了所有部件与焙烧炉膛之间的位置关系。

图3是焙烧炉膛俯视截面图，同时给出了各个风机的相对位置。

下面结合附图做进一步详述。

具体实施方式

如图1，矿石进入焙烧炉膛前的主要工作过程是破碎后的原矿经布料斗19进入移动床板式换热器18吸收热量，一方面降低了烟气温度回收部分能量。另一方面矿石吸热后放出所含的水分，释放的水分被布风管17送出的空气带走送到鼓风机8的入口，保证被携带走的矿石细粉回到炉膛焙烧。

移动床板式换热器18中的矿石依靠重力向下运动，来自布风管的空气保持颗粒处于滑移状态，形成连续的加热过程，排除矿石中携带的可以造成颗粒粘结水分。来自布风管的空气、缓慢下降的矿石粉体与矿石通道一起组成移动床与其两侧的高温烟气换热形成移动床板式换热器。

进入炉膛的固体矿石颗粒经由以下通道离开焙烧炉膛。第一条通道经由底部落料管6进入精矿回收槽7，这是大颗粒矿石离开焙烧炉膛的主要通道。第二条通道经由炉墙落料管4进入精矿回收槽7。这是中等颗粒矿石离开焙烧炉膛的主要通道。由于不同颗粒矿石要求不同的焙烧时间，炉墙落料管的数量根据矿石焙烧处理量和矿石破碎后的粒度分布特征确定。第三条通道是穿越移动床板式换热器18、空气加热器14、水管烟气降温装置15进入烟气精矿分离器9。逃离烟气精矿分离器19的细粉精矿在高效气固分离器12中分离出来。按照矿石颗粒离开焙烧过程的顺序，焙烧好的精矿通过精矿回收槽7、烟气精矿分离器9和高效气固分离器12收集。

贫铁矿在焙烧炉中的工作过程如下。

经由矿石给料机2进入焙烧炉膛的矿分在流化床焙烧炉膛中迅即按照颗粒度分层流化运动。按照选矿物理化学理论，贫铁矿在570℃以上以碳为还原介质时可以发生三氧化二铁转化为四氧化三铁的反应。根据化学反应动力学理论和煤燃烧动力学理论，为保持焙烧的连续性和稳定性，570℃可以认为是节能工作的最低温度。根据煤流化床燃烧经验，保持良好燃烧和良好环境效应的燃煤流化床通常不高于1000℃温度工作。因此，流化床焙烧炉可以在570℃-1000℃之间工作，考虑到运行的稳定性和焙烧效果以及铁矿石和燃料中含有较高S元素的条件，工作温度以800-850℃之间工作比较适宜。由于不同颗粒度矿石需要不同的焙烧时间，除了在炉膛底部按照流化床燃烧要求布置落料管外，沿着炉膛高度设置了多个炉墙落料管。流化床反应器研究显示，循环流化床提升管中的流动是环核流动。即提升管中心的颗粒流动是向上的，而沿着边壁的颗粒流动是向下的。当沿着器壁下降的颗粒遇到炉墙上的开口，其中一部分会进入开口中，特别是在炉膛倾斜部分。这样就有可能大致按照颗粒停留时间控制颗粒焙烧时间，保证良好的焙烧效果。

铁矿石焙烧品质在很大程度上取决于焙烧气氛。按照焙烧气氛要求，形成还原性气氛的途径可以是还原性气体，如氢气、甲烷、一氧化碳等，也可以是以惰性气体为主要成分，减少氧气的体积份额。文献[1]表明，当还原性气体CO从6％降低到1％时，铁矿石的品位降低不足2％。而较高的CO需要造气炉生成。CO2是煤燃烧的主要产物，同时也是抑制炉膛中氧气含量有效成分。本设计将一部分燃烧产物CO2引回到焙烧炉膛，造成焙烧炉中氧气的缺乏，一方面形成缺氧燃烧，导致碳燃烧的不完全，生成较多的一氧化碳。同时由于CO2的大量进入，排挤掉应该进入焙烧炉膛的氧气份额，形成还原性气氛，强化焙烧效果。

为了强化焙烧效果并保证焙烧炉机组连续稳定运行，采用了水管烟气降温装置和空气加热器。两者的共同作用是降低烟气温度，加热后的热水作为选矿的工艺用水，加热后的空气作为流化空气使用，提高焙烧效果。

焙烧炉膛中是多元流态化体系，由于铁矿石、燃料煤以及燃烧后生成的煤灰和焙烧后的精铁矿具有不同重度，所以这四种颗粒的比重、颗粒形貌、颗粒度、颗粒筛分范围都将极大地影响流态化焙烧效果。

为实现良好的多元体系流态化运行必须按照多元流态化理论和实验研究数据处理好比重、颗粒度、筛分范围和颗粒形貌之间的关系。图2是焙烧炉膛垂直剖面图，图中给出了炉墙落料管管口标高，分左右两个侧墙交错布置。标高分别是6.0m、6.8m、7.6m和8.2m。落料口中心线距离炉膛中心线距离200mm。

图3是焙烧炉膛俯视截面图，同时给出了各个风机的相对位置。炉膛截面为正方形，外墙边长4.16m，内墙边长3.16m。鼓风机采用9-19型高压风机，循环风机为5-47型，引风机为4-18型高压引风机。罗茨风机为3L52WD型。

具体参数如下：

铁矿石流化床磁化焙烧炉：日处理矿石量100t/d的铁矿石流化床磁化焙烧炉USTB-100，炉膛为矩形截面。铁矿石为难选鲕状赤铁矿，设计焙烧煤种为淮南烟煤。炉膛有效截面-10m²，炉膛高度10.5m；布风板上设有底部落料管1根，左右侧墙布风板以上4m高度范围内设有4个炉墙落料管。设计运行风速2.5-3m/s，运行焙烧温度700-900℃。炉膛设置炉门1个、防暴门1个、螺旋给料机2个(给料机和给煤机)、测点和取样点若干。炉墙为重型炉墙。

移动床板式换热器：由4个矿石通道和5个烟气通道组成，烟气通道为3回程(2次180度转弯)；矿石通道高3.5m贯穿矩形通道，在其下沿、下沿向上1m、2m处分别设置开孔率4％的布风管，共12根，由罗茨风机作为风源。

水管烟气降温装置：为错列管束换热器(与锅炉管式省煤器结构相同)，有效管根数180根，垂直冲刷。

烟气精矿分离器：采用冲激水浴除尘器CCJ-10型气固分离器，运行阻力不超过1600Pa，气固分离效率99.9％。

高效气固分离装置：由于CCJ除尘器已经具有很高的气固分离能力，本实施例中的高效气固分离装置实际上已经成为一个烟气脱水装置。

实施效果

原矿品位：32％-40％

还原条件：用循环风机将部分烟气引回炉膛调节炉膛气氛，炉膛出口控制CO含量2％。

精矿品位：60％-64％，回收率不低于75％。

Claims

1.一种铁矿石流化床磁化焙烧装置，包括焙烧炉膛(1)、矿石给料机(2)、给煤装置(3)、底部落料管(6)、矿石布料斗(19)和回收槽(7)，铁矿石由矿石给料机(2)进入焙烧炉膛(1)，其特征是所述焙烧炉膛(1)通过烟气出口与移动床板式换热器(18)连接，移动床板式换热器(18)上端与矿石布料斗(19)衔接，移动床板式换热器(18)由若干条平板通道构成，形成矿石通道与烟气通道相间的板式换热器，每条平板矿石通道中设置若干层给料布风管(17)与给料鼓风机(16)连接，烟气经过水管进入烟气降温装置15与水换热后进入空气加热器(14)将冷空气加热，然后通过引风机11进入烟囱13排到大气。

2.如权利要求1所述的一种铁矿石流化床磁化焙烧装置，其特征是在所述的空气加热器(14)下端连接烟气精矿分离器(9)进行气固分离，烟气精矿分离器(9)经高效气固分离器(12)与引风机(11)相连。

3.如权利要求2所述的一种铁矿石流化床磁化焙烧装置，其特征是在所述的空气加热器(14)的一端接鼓风机(8)，鼓风机(8)抽取大气中的空气送入到空气加热器(14)中加热，加热后的热空气经过布风板(5)送到炉膛(1)中提供焙烧空气。

4.如权利要求3所述的一种铁矿石流化床磁化焙烧装置，其特征是在所述的鼓风机(8)入口与循环风机(10)出口连接，同时与大气相通，烟气再循环风机(10)从烟道中抽取一部分烟气送到鼓风机(8)的入口，随流化空气一起进入焙烧炉膛。

5.如权利要求1，4所述的一种铁矿石流化床磁化焙烧装置，其特征是在所述的底部落料管(6)下有回收槽(7)。

6.如权利要求1所述的一种铁矿石流化床磁化焙烧装置，其特征是在所述的焙烧炉膛(1)的下面不同高度有(4)个以上的炉墙落料口4。