CN101386908B - 对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧的工艺系统及焙烧的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工、冶金领域，特别涉及采用循环流化床对褐铁矿、菱铁矿、沉积型赤铁矿等难选铁矿石粉体进行磁化焙烧的工艺系统。本发明采用高效、低阻的循环流化床反应器对铁矿石粉体进行磁化焙烧；焙烧尾气先在燃烧室中通过燃烧释放其中未反应还原性气体的潜热，再通过多级旋风筒预热器与冷铁矿石粉体换热回收热量；采用流态化冷却器回收高温焙烧矿的显热。本发明具有磁化焙烧效率高，焙烧过程热量回收利用充分等优点，可降低难选铁矿石粉体磁化焙烧过程的能耗，提高难选铁矿石磁化焙烧过程的经济性。
Description
技术领域
本发明属于化工、冶金领域，特别涉及采用循环流化床对褐铁矿、菱铁矿、沉积型赤铁矿等难选铁矿石粉体进行磁化焙烧的工艺系统及焙烧的工艺。
背景技术
我国的铁矿石储量中97％为贫矿，其中包括褐铁矿、菱铁矿、沉积型赤铁矿等在内的难选铁矿石有近100亿吨之多，对这些铁矿石即使采用重选、浮选、强磁选相联合的选矿工艺，也难以实现有效的分选。通过还原焙烧(又称磁化焙烧)将上述弱磁性的铁氧化物转化成强磁性的人工磁铁矿，再继以弱磁选，已被证明是上述矿物的有效分选方法。铁矿石磁化焙烧技术研发可追溯到上世纪初，在上世纪五六十年代达到高潮，但之后已鲜有研发报道，主要原因之一是磁化焙烧成本较高。在铁精矿价格较低的情况下，采用磁化焙烧-磁选工艺制得的铁精矿经济上没有竞争力，因此磁化焙烧工艺一直未能实现大规模的推广应用，一直以来我国也仅有酒钢选矿厂采用竖炉磁化焙烧工艺生产铁精矿。近年来由于铁矿石价格大涨，采用磁化焙烧工艺生产铁精矿在经济上已完全可行，再加上国内铁精矿供应持续紧张，难选铁矿石的磁化焙烧在国内又重新受到人们的重视。
铁矿石磁化焙烧的经济性主要取决于焙烧过程的效率，一个理想的磁化焙烧工艺不仅要有高效的焙烧反应器，还要对整个工艺过程的能量进行充分、合理的利用。国内外对磁化焙烧反应器进行过很多研究，有很多发明，包括竖炉(如中国发明专利ZL98114198.6)，回转窑(如英国专利GB960725，中国发明专利申请200610017607.6等)，流化床(如中国发明专利申请92113333.2等)，但是对磁化焙烧工艺过程能量利用及优化方面的研究则要少很多。英国专利GB1008938公开了一种铁矿磁化焙烧工艺，该工艺由两个流化床反应器及相应的辅助系统组成。第一个反应器分三段，矿石进入第一个反应器的上段预热(矿石已先以稀相输送方式在第二反应器的下段进行初级预热)，通过溢流管进入第一个反应器中段的分布板上方，在中段完成脱水、氧化等反应，预热及脱水所需的热量由第一个反应器下段燃烧室内汽油燃烧产生的高温烟气提供。完成预热及脱水的铁矿通过第一个反应器中段的溢流口流入第二个反应器的上段，在其中完成磁化焙烧反应，然后焙烧矿通过溢流管进入第二个反应器的下段，第二个反应器下段内设有换热套管，冷的铁矿粉在套管内以稀相(空气+矿粉)与焙烧矿进行换热，在第二个反应器下段的上部喷入汽油，汽油裂解产生的还原性气体提供第二个反应器上段磁化焙烧所需气氛，焙烧后的尾气(还原性)与上部设置盘管内的空气及汽油换热回收部分显热后排空。该工艺反应器结构复杂，只回收了焙烧矿的部分显热，没有回收焙烧尾气中还原性气体的潜热。中国发明专利申请200610032484.3公开了一种铁矿石磁化焙烧工艺，煤气与空气在热风炉中燃烧后，在进入闪速焙烧炉(旋风筒)前补充CO等还原性气体，气体在旋风筒反应器中对铁矿粉进行还原，还原后的气体经过三到五级旋风筒回收气相显热，经气固分离后部分放空，部分回送至热风炉；铁矿粉经旋风筒换热器预热，旋风筒反应器还原后直接水淬。该工艺未能充分回收焙烧尾气中未反应还原性气体的潜热，也没有回收利用高温焙烧矿的显热。中国发明专利申请9211333.2公开了一种粉铁矿石循环流化床预还原炉，主要采用两个流化床来实现不同粒级铁矿石粉体的还原，同样，该工艺仅回收了焙烧尾气的显热，没有对焙烧尾气中未反应还原性气体的潜热及焙烧矿的显热进行回收。中国发明专利申请200410041935公开一种循环流化床矿物还原焙烧装置及还原焙烧方法，矿石粉与粉煤从循环流化床下部加入，经预热的空气从底部进入流化床，对矿石进行还原焙烧，焙烧矿经“J”阀返回流化床，焙烧后的高温尾气通过换热器与空气换热后，经布袋除尘后放空，该工艺也同样没有对焙烧尾气的潜热及焙烧矿的显热进行回收。
铁矿石磁化焙烧过程是一耗能过程，整个工艺过程能量利用效率的高低决定了过程的经济性，现有的工艺只是利用了焙烧尾气的显热，没有充分利用焙烧尾气中未反应还原性气体的潜热(CO、H2、CH4的化学能)，同时对于高温焙烧矿所含的大量显热也没有回收或充分回收。
本发明正是针对现有工艺的上述不足，提出了一种难选铁矿石粉体循环流化床磁化焙烧工艺，对焙烧尾气的显热、未反应还原性气体的潜热，以及高温焙烧矿的显热进行充分的回收利用，降低磁化焙烧过程的能耗，提高其经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用循环流化床对难选铁矿石粉体进行高效节能的磁化焙烧的工艺系统。
本发明的再一目的是提供利用目的一的采用循环流化床对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧的工艺系统进行难选铁矿石粉体焙烧的工艺。
本发明的目的是通过如下方式实现的：采用高效、低阻的循环流化床反应器进行磁化焙烧，提高磁化焙烧过程的效率；对焙烧尾气中未完全反应的还原性气体，先在燃烧室中燃烧释放其中还原性气体的化学能，再通过与冷矿粉体换热来回收焙烧尾气的潜热和显热，提高燃料的利用效率；通过流态化冷却器回收焙烧矿的显热，产生工艺蒸汽。
本发明提供的对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧的工艺系统，主要是采用循环流化床设备对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧，该工艺系统包括料仓，多级旋风筒预热器，燃烧室，旋风除尘器，循环流化床反应器(包括循环流化床反应器料腿，循环流化床反应器提升管)，流态化冷却器，换热水管，换热器，空气风机，煤气压缩机，补充水泵，布袋除尘器，引风机，烟囱；
所述的多级旋风筒预热器由3～5级旋风筒预热器组成，其中首级旋风筒预热器分别通过管路与料仓及布袋除尘器相连接，末级旋风筒预热器分别通过管道与循环流化床料腿的进料口及燃烧室出口相连。
所述的多级旋风筒预热器由3～5级旋风筒预热器组成；其是在首级旋风筒预热器与末级旋风筒预热器之间串联有1～3级旋风筒预热器，每一级旋风筒预热器顶部的出气口处有一管路，且该管路与上一级旋风筒预热器的入口处的管路相连，每一级旋风筒预热器底部固体物料出口通过管道与下一级旋风筒预热器的气体入口管路相连；
所述的料仓底部的出料口处有与首级旋风筒预热器的进料口相连接的管路，在首级旋风筒预热器顶部的出气口处有与布袋除尘器的进气口相连接的管路；
在末级旋风筒预热器上部的进气口有与燃烧室顶部的出气口相连接的管路，在该管路上有与上一级旋风筒预热器底部的出料口相连接的管路；在末级旋风筒预热器底部的出料口有与循环流化床反应器提升管的进料口相连接的管路；
所述的燃烧室的进气口分别有与空气风机和旋风除尘器顶部的出气口相连接的管路；
所述的旋风除尘器底部的出料口与循环流化床反应器料腿相连接；旋风除尘器上部的进气口与循环流化床反应器料腿顶部的出气口相连接；
所述的循环流化床反应器料腿底部的出料口有与流态化冷却器相连接的管路；
在循环流化床反应器提升管上有与流态化冷却器顶部的出气口相连接的管路，在循环流化床反应器提升管底部的进气口有与煤气压缩机相连接的管路；
在流态化冷却器中有与换热器相连接的换热水管，在流态化冷却器的壁上开有溢流口，在流态化冷却器的底部的进气口有与煤气压缩机相连接的管路；
在换热器的进水口有与补充水泵相连接的管路；
一布袋除尘器顶部的出气口通过管路与引风机相连接，引风机的出气口通过管路与烟囱相连接。
所述的燃烧室的进气口与空气风机和旋风除尘器顶部的出气口相连接的管路上分别安装有阀门。
所述的流态化冷却器的底部的进气口与煤气压缩机相连接的管路上安装有阀门。
本发明利用对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧的工艺系统进行难选铁矿石粉体焙烧的工艺是：经粉碎的铁矿石粉体由料仓送入首级旋风筒预热器，并与燃烧室出来的尾气通过所述的多级旋风筒预热器与铁矿石粉体进行热交换后，由末级(最后一级)的旋风筒预热器底部的出料口与循环流化床反应器提升管相连接的管路进入循环流化床反应器提升管中；铁矿石粉体在循环流化床反应器提升管与循环流化床反应器料腿间循环反应，反应后的高温焙烧矿由循环流化床反应器料腿排入流态化冷却器中，流态化冷却器中设有换热水管，焙烧矿与冷却水进行换热，焙烧矿被冷却至200℃以下从流态化冷却器溢流口排出；在流态化冷却器下部通入煤气，使焙烧矿处于流化状态以增加传热系数；冷却水以逆流方式进入流态化冷却器的换热水管内，被逐步加热，汽化成为300～450℃的蒸汽，蒸汽在换热器实现热量利用。
所述的焙烧尾气先在燃烧室中通过燃烧释放其中未反应还原性气体的潜热，再通过与冷铁矿石粉体换热回收热量。
本发明所述的煤气经循环流化床进行磁化焙烧反应后，仅部分发生了还原反应，焙烧尾气中尚存在大量的还原性气体如H2、CO、CH4等，经除尘后进入燃烧室与空气发生如下的燃烧反应：
CH4+2O2＝CO2+2H2O+ΔH
H2+0.5O2＝H2O+ΔH
CO+0.5O2＝CO2+ΔH
通过上述燃烧反应将焙烧尾气中未反应还原性气体的化学能(潜热)释放出来，燃烧产生的热量将气体加热至高温，由燃烧室出来的高温尾气经多级旋风筒预热器与冷粉矿石粉进行多级热量交换，铁矿粉体被逐级加热，尾气逐级被冷却，冷却后的尾气经除尘后排空。
所述的煤气可以是高炉煤气、焦炉煤气以及由煤炭气化产生的煤气，所述的煤气的热值要求大于850Kcal/Nm3，若煤气热值太低，则所需煤气量大，尾气量也大，尾气带走显热多。
本发明工艺的特征之一在于铁矿石粉体的磁化焙烧采用循环流化床反应器。
本发明工艺的特征之二在于采用流态化冷却器回收利用焙烧矿的显热。
本发明与现有的难选铁矿石粉体磁化焙烧工艺相比，具有如下优点：
采用循环流化床反应器对铁矿石粉体进行磁化焙烧，可强化流化床反应器内的传质与传热，提高磁化焙烧反应效率。
焙烧尾气先在燃烧室内燃烧释放其中未反应还原性气体的潜热，再通过与冷铁矿石粉体粉进行多级换热，不但回收了焙烧尾气的潜热，还回收了焙烧尾气的显热，大大提高了燃料的利用效率，可降低难选铁矿石粉体磁化焙烧过程的能耗，提高难选铁矿石磁化焙烧过程的经济性。
通过流态化冷却器回收反应后焙烧矿的显热，提高了整个工艺过程的热量利用效率。
附图说明
图1.是以难选铁矿石粉体磁化焙烧过程采用三级旋风筒预热器换热时的工艺流程示意图。
附图标记
1.料仓 2.一级旋风筒预热器
3.二级旋风筒预热器 4.三级旋风筒预热器
5.燃烧室 6.旋风除尘器
7.循环流化床反应器料腿 8.循环流化床反应器提升管
9.流态化冷却器 9-1.换热水管
9-2.溢流口 10.换热器
11.空气风机 12.煤气压缩机
13.补充水泵 14.布袋除尘器
15.引风机 16.烟囱
具体实施方式
下面以难选铁矿石粉体磁化焙烧过程采用三级旋风筒预热器换热为例对本发明作进一步说明。
请参见图1所示的本发明的工艺系统。煤气经煤气压缩机12压缩后分为两路，一路由流态化冷却器9底部的进气口进入流态化冷却器9中，用于流化焙烧矿，再由流态化冷却器顶部的出气口通过管路进入循环流化床反应器提升管8中；另一路直接由循环流化床反应器提升管8底部的进气口进入循环流化床反应器提升管8中与铁矿石粉体发生磁化焙烧反应后，经循环流化床反应器料腿7上部的旋风除尘器初步实现气固分离后，由该旋风除尘器顶部的排气口进入旋风除尘器6，在旋风除尘器6中实现进一步的气固分离后，由旋风除尘器6顶部排除进入燃烧室5的入口管，与经空气风机11压缩进入到燃烧室5中的空气一起进行燃烧反应；燃烧尾气通过燃烧室5顶部与三级旋风筒预热器4上部相连接的管路进入三级旋风筒预热器4中，并与从二级旋风筒预热器3底部出料口排出的粉矿在三级旋风筒预热器4中换热后从三级旋风筒预热器4顶部的出气口流出，接着尾气由二级旋风筒预热器3上部的进气口进入二级旋风筒预热器3中，并与从一级旋风筒预热器2排出的粉矿在二级旋风筒预热器3中换热后，从在二级旋风筒预热器3顶部出气口流出进入一级旋风筒预热器2中，并与从料仓1出来的冷粉矿在一级旋风筒预热器2中换热后，从一级旋风筒预热器2顶部的出气口流出，经布袋除尘器14，由引风机15引入烟囱16排入大气。
经粉碎的铁矿石粉体从料仓1送入一级旋风筒预热器2、二级旋风筒预热器3、三级旋风筒预热器4进行热交换预热后，由三级旋风筒预热器4底部的出料口与循环流化床反应器提升管8相连接的管路进入循环流化床反应器提升管8的下部，其中，焙烧尾气先在燃烧室中通过燃烧释放其中未反应还原性气体的潜热，再通过与冷铁矿石粉体换热回收热量；铁矿石粉体在循环流化床反应器提升管8与循环流化床反应器料腿7间循环反应，反应后的高温焙烧矿由循环流化床反应器料腿7下部排出送入流态化冷却器9中，流态化冷却器中设有换热水管，焙烧矿与冷却水进行换热，焙烧矿被冷却至200℃以下经流态化冷却器冷却后由溢流口9-2排出。
在流态化冷却器下部通入热值大于850Kcal/Nm3的高炉煤气，使焙烧矿处于流化状态以增加传热系数；冷却水以逆流方式进入流态化冷却器的换热水管内，被逐步加热，汽化成为400～450℃的蒸汽，蒸汽由换热器实现热量利用。
冷却补充水经补充水泵13输入流态化冷却器换热水管9-1的换热水管内，通过与高温焙烧矿逆流换热产生水蒸气，水蒸气经换热器10换热冷凝后循环使用。
Claims (8)
1.一种对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧的系统，主要采用循环流化床对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧，该系统包括料仓，多级旋风筒预热器，燃烧室，旋风除尘器，循环流化床反应器，流态化冷却器，换热器，空气风机，煤气压缩机，补充水泵，布袋除尘器，引风机，烟囱；其特征是：
所述的多级旋风筒预热器由3～5级旋风筒预热器组成；其是在首级旋风筒预热器与末级旋风筒预热器之间串联有1～3级旋风筒预热器，每一级旋风筒预热器顶部的出气口处有一管路，且所述的管路与上一级旋风筒预热器的入口处的管路相连，每一级旋风筒预热器底部固体物料出口通过管道与下一级旋风筒预热器的气体入口管路相连；
所述的料仓底部的出料口处有与首级旋风筒预热器的进料口相连接的管路，在首级旋风筒预热器顶部的出气口处有与布袋除尘器的进气口相连接的管路；
在末级旋风筒预热器上部的进气口有与燃烧室顶部的出气口相连接的管路，在该管路上有与上一级旋风筒预热器底部的出料口相连接的管路；在末级旋风筒预热器底部的出料口有与循环流化床反应器提升管的进料口相连接的管路；
所述的燃烧室的进气口分别有与空气风机和旋风除尘器顶部的出气口相连接的管路；
所述的旋风除尘器底部的出料口与循环流化床反应器料腿相连接；旋风
除尘器上部的进气口与循环流化床反应器料腿顶部的出气口相连接；
所述的循环流化床反应器料腿底部的出料口有与流态化冷却器相连接的管路；
在循环流化床反应器提升管上有与流态化冷却器顶部的出气口相连接的管路，在循环流化床反应器提升管底部的进气口有与煤气压缩机相连接的管路；
在流态化冷却器中有与换热器相连接的换热水管，在流态化冷却器的壁上开有溢流口，在流态化冷却器的底部的进气口有与煤气压缩机相连接的管路；
在换热器的进水口有与补充水泵相连接的管路；
一布袋除尘器顶部的出气口通过管路与引风机相连接，引风机的出气口通过管路与烟囱相连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的燃烧室的进气口与空气风机和旋风除尘器顶部的出气口相连接的管路上分别安装有阀门。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的流态化冷却器底部的进气口与煤气压缩机相连接的管路上安装有阀门。
4.一种利用权利要求1～3任一项所述的系统进行难选铁矿石粉体焙烧的工艺，其特征是：经粉碎的铁矿石粉体由料仓送入首级旋风筒预热器，并与燃烧室出来的尾气通过所述的多级旋风筒预热器与铁矿石粉体进行热交换后，由末级的旋风筒预热器底部的出料口与循环流化床反应器提升管相连接的管路进入循环流化床反应器提升管中；铁矿石粉体在循环流化床反应器提升管与循环流化床反应器料腿间循环反应，反应后的高温焙烧矿由循环流化床反应器料腿排入流态化冷却器中，流态化冷却器中设有换热水管，焙烧矿与冷却水进行换热，焙烧矿被冷却至200℃以下从流态化冷却器溢流口排出；在流态化冷却器下部通入煤气，使焙烧矿处于流化状态以增加传热系数；冷却水以逆流方式进入流态化冷却器的换热水管内，被逐步加热，汽化成为300～450℃的蒸汽，蒸汽在换热器实现热量利用。
5.根据权利要求4所述的焙烧工艺，其特征是：所述的煤气是高炉煤气、焦炉煤气或由煤炭气化产生的煤气，所述煤气的热值大于850Kcal/Nm3。
6.根据权利要求4所述的焙烧工艺，其特征是：所述的尾气先在燃烧室中通过燃烧释放其中未反应还原性气体的潜热，再通过与冷铁矿石粉体换热回收热量。
7.根据权利要求4所述的焙烧工艺，其特征是：所述的铁矿石粉体的磁化焙烧采用循环流化床反应器。
8.根据权利要求4所述的焙烧的工艺，其特征是：所述采用流态化冷却器回收利用焙烧矿的显热。
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