CN101481752B - 自密封氮气循环冷却方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自密封氮气循环冷却方法，包括以下步骤：a、将钢铁厂内通过吸附制氧技术制氧后排放的氮气，经加压泵、输送管道送至风机总管，风机总管中的氮气与余热回收后的循环气体进行混合；b、混合气体经鼓风机加压后，送至冷却机进气管，经进气管进入自密封冷却机的物料层区，与1000℃高温球团进行热交换后从大烟道输出；c、大烟道内的废气温度高达500-600℃，经余热回收，温度降至180-230℃，作为循环气体再引入风机总管，与补充的氮气混合循环利用。使用该技术可实现生产的连续性、稳定性、高温废热的回收及产品的金属化率，并且还符合国家节能减排，循环经济的政策要求，对生产成本的降低提供了空间。
Description
所属技术领域
本发明属于钢铁行业金属化球团(或直接还原铁)生产技术领域，具体涉及一种用氮气冷却球团的循环冷却技术及装置。
背景技术
转底炉直接还原工艺生产金属化球团(直接还原铁)是最近三十年间发展起来的炼铁新工艺。由于这一工艺无需燃料的制备和原料的深加工，对合理利用自然资源、保护人类环境有积极作用，因而受到冶金行业的普遍关注。冷却是该工艺的一个重要工序，1000℃的球团降至300℃以下，回收其余热，防止球团的再次氧化，提高产品的金属化率，对于转底炉生产的节能降耗及后道工序高炉或转炉或电炉能耗的降低有着重要的意义。
氮气为惰性气体是防止产品氧化最好的介质，而保持生产的连续性是保证转底炉生产率的重要条件。因此，为了连续生产，国外金属化球团的冷却方式主要是间接水冷式敞口冷却，余热损失较大，冷却水进出口温度仅相差15℃左右。为了进一步降低球团的氧化，日本将低浓度氮气引入间接水冷式冷却筒，通过不断补充氮气来实现减少球团金属化率降低的目的，但是余热仍无法回收利用，且球团在冷却筒冷却翻动前进过程中出现大量的粉末。我国现有的转底炉直接还原工艺的冷却设施是由北京科技大学开发的间接水冷式振动冷却机，其结构简单，但冷却效果较差，进出口冷却水温差小，热量无法回收利用，且金属化球团实际显露在空气之中，表层被氧化，影响产品的最终金属化率。
氮气作为冷却气源在国内外都广泛采用，其效果有目共睹。国内外焦化行业焦炉生产的干熄焦冷却工艺就是以氮气为循环冷却气源，上面提及的日本转底炉冷却工艺也是引入低浓度氮气作为冷却气源。
如何实现生产的连续性、稳定性、高温废热的回收及产品的金属化率对于转底炉生产及其它直接还原铁生产尤为重要。我们开发的自封型氮气循环冷却技术及装备不仅解决了现有冷却工艺存在的弊端，实现生产的连续性、稳定性、高温废热的回收及产品的金属化率，并且还符合国家节能减排，循环经济的政策要求，对生产成本的降低提供了空间。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种连续性、稳定性、可进行高温废热回收、降低球团二次氧化率、提升球团品质以及减轻环境污染的自封型氮气循环冷却方法及装备。
自密封氮气循环冷却方法包括以下步骤：
a、氮气与循环气体混合段：将钢铁厂内通过吸附制氧技术制氧后排放的氮气，经加压泵、输送管道送至风机总管，风机总管中的氮气与余热回收后的循环气体进行混合；
b、混合气体对球团冷却段：风机总管中氮气与余热回收后的循环气体混合后形成的混合气体经鼓风机加压后，送至自密封冷却机进气管，经进气管进入自密封冷却机的物料层区，与1000℃高温球团进行热交换后从大烟道输出；
c、高温循环气体余热回收段：大烟道内的废气温经余热锅炉进行热量回收，温度降至180-230℃，作为循环气体再引入风机总管，与补充的氮气混合循环利用。
上述补充的氮气纯度为40-98％。
步骤b)中，大烟道内的废气温度为500-600℃。
步骤b)中，金属化球团冷却至至200～300℃，经出料漏斗进入与出料漏斗相接的链板机，通过链板机的带动、连续物料自然堆积及负压操作实现出料端的自密封。
一种实现上述自密封氮气循环冷却方法的装置，由加压泵、输送管道、鼓风机、自密封冷却机、余热锅炉和布袋除尘器依次连接而成，其特征在于：所述的自密封冷却机由冷却机机体、进料器、出料器、及链板机组成，冷却机机体表面为金属框架结构，内衬高温段和低温段不同的耐火砖，机体高温端连接导料漏斗，低温端连接出料漏斗，链板机与出料漏斗相接。
优选的，所述装置包括链篦机，链篦机位于自密封冷却机的机体内，自密封冷却机的机体顶部设有出气孔(4)，在机体一侧沿料行进方向设有多个进气孔(16)，另一侧设有人孔(14)。
所述进料器(1)由进料漏斗(18)和圆辊布料器(10)组成，进料漏斗(18)为耐热不锈钢结构，内衬以耐高温耐磨喷涂料喷涂，进料漏斗的倾斜底板上设置导料筋条(17)，倾斜底板下部与圆辊布料器(10)连接。
所述出料器(9)由出料漏斗(19)和活动闸板(8)组成，出料漏斗为钢结构，以耐热耐磨喷涂料喷涂，出料漏斗(8)倾斜底板上设置导料筋条(17)，出料漏斗上设置活动闸板(8)，闸板一端与冷却机机体(11)相连，另一端与物料(2)表面相接。
所述进料器(1)相对水平面向下倾斜，进料器的进料漏斗(18)底边与圆辊布料器(10)的中心轴线水平垂直方向倾斜角度为15-45°。
所述出料器(9)相对水平面向下倾斜，出料器的活动闸板(8)，与冷却机机体(11)夹角为0～60°。
有益效果：自密封氮气循环冷却技术的装置中进料器下部设圆辊布料器，出料器下部紧接运转链板机，保证了物料的连续流动，进料器与出料器相对水平面向下倾斜，连续物料自然堆积及负压操作实现了进料端及出料端的自密封，同时出料器设有活动闸板，与冷却机机体夹角为0～60°，亦起到密封的作用。
本发明明显加快了金属化球团的冷却速度，避免了金属化球团氧化现象的发生，保证了金属化率的不降低。同时，充分考虑了热量的回收利用，降低了工序能耗。应用结果表明：纯度为40-98％的氮气与烟道循环废气混合后在鼓风机的作用下，进入冷却机内部冷却高温金属化球团，出口废气通过余热锅炉进行热交换。当进气温度为100-150℃、压力为8KPa时，年产20万吨金属化球团的规模计算，每小时产生蒸汽5吨，同时金属化球团金属化率与水冷方式相比，提高了3个百分点。
本发明不仅解决了现有冷却工艺存在的弊端，实现了生产的连续性、稳定性、高温废热的回收及产品的金属化率，并且还符合国家节能减排，循环经济的政策要求，对生产成本的降低提供了空间。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明的截面示意图；
图3是本发明进气管俯视示意图；
图4是本发明进料器平面图；
图5是本发明出料器平面图；
1、进料器 2、物料 3、金属外壳 4、出气孔 5、耐火砖层 6、链篦机 7、链篦机支架 8、活动闸板 9、出料器 10、圆辊布料器 11、机体 12、进气总管 13、进气支管 14、人孔 15、氮气补充管 16、进气孔 17、导料筋条 18、进料漏斗 19、出料漏斗
图1中→表示气体运行方向；
具体实施方式
实施例1：
将钢铁厂内通过吸附制氧技术制氧后排放的纯度为90％的氮气，经加压泵、输送管道以5m3/h的气量送至风机总管，补充氮气与余热回收后的循环气体混合后，经鼓风机加压后以1.3m/s的速度送至冷却机进气管，通过侧分管进入冷却机内链篦机宽1m，长6 m，高300mm的高温金属化球团料层区，与1000℃高温球团进行热交换后分别从大烟道输出。大烟道内的废气温度高达580℃，经余热锅炉进行热量回收得到每小时蒸汽量为2.6吨，温度降至200℃，作为循环气体引入风机总管，与补充的氮气混合循环利用。
1000℃高温金属化球团通过设有导料装置的漏斗，布入链篦机，连续物料自然堆积及负压操作实现进料端的自密封；链篦机出料端的出料器设有活动闸板，活动闸板一端与冷却机机体相连，另一端与出料漏斗相接，侧进气的循环混合气体通过链篦机上料层后达到冷却金属化球团的目的，冷却15min，冷却至280℃的金属化球团经出料漏斗进入与出料漏斗相接的链板机，通过链板机的带动、连续物料自然堆积及负压操作实现出料端的自密封。
实施例2：
将钢铁厂内通过吸附制氧技术制氧后排放的纯度为80％的氮气，经加压泵、输送管道以15m3/h的气量送至风机总管，补充氮气与余热回收后的循环气体混合后，经鼓风机加压后以1.3m/s的速度送至冷却机进气管，通过侧分管进入冷却机内链篦机宽1.5m，长12m，高500mm的高温金属化球团料层区，与1000℃高温球团进行热交换后分别从大烟道输出。大烟道内的废气温度高达600℃，经余热锅炉进行热量回收得到每小时蒸汽量为5.2吨，温度降至180℃，作为循环气体引入风机总管，与补充的氮气混合循环利用。
1000℃高温金属化球团通过设有导料装置的漏斗，布入链篦机，连续物料自然堆积及负压操作实现进料端的自密封；链篦机出料端设有活动闸板，活动闸板一端与冷却机机体相连，另一端与出料漏斗相接，侧进气的循环混合气体通过链篦机上料层后达到冷却金属化球团的目的，冷却8min，冷却至至250℃的金属化球团经出料漏斗进入与出料漏斗相接的链板机，通过链板机的带动、连续物料自然堆积及负压操作实现出料端的自密封。
实施例3：
将钢铁厂内通过吸附制氧技术制氧后排放的纯度为50％的氮气，经加压泵、输送管道以10m3/h的气量送至风机总管，补充氮气与余热回收后的循环气体混合后，经鼓风机加压后以1.2m/s的速度送至冷却机进气管，通过侧分管进入冷却机内链篦机宽1m，长10m，高400mm的高温金属化球团料层区，与1000℃高温球团进行热交换后分别从大烟道输出。大烟道内的废气温度高达550℃，经余热锅炉进行热量回收得到每小时蒸汽量为3.6吨，温度降至180℃，作为循环气体引入风机总管，与补充的氮气混合循环利用。
1000℃高温金属化球团通过设有导料装置的漏斗，布入链篦机，连续物料自然堆积及负压操作实现进料端的自密封；链篦机出料端设有活动闸板，活动闸板一端与冷却机机体相连，另一端与出料漏斗相接，侧进气的循环混合气体通过链篦机上料层后达到冷却金属化球团的目的，冷却12min，冷却至至300℃的金属化球团经出料漏斗进入与出料漏斗相接的链板机，通过链板机的带动、连续物料自然堆积及负压操作实现出料端的自密封。
Claims (10)
1.一种自密封氮气循环冷却方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a)、氮气与循环气体混合段：将钢铁厂内通过吸附制氧技术制氧后排放的氮气，经加压泵、输送管道送至风机总管，风机总管中的氮气与余热回收后的循环气体进行混合；
b)、混合气体对球团冷却段：步骤a)中混合后形成的混合气体经鼓风机加压后，送至冷却机进气管，经进气管进入自密封冷却机的物料层区，与900～1100℃高温球团进行热交换；然后从大烟道输出；
c)、高温循环气体余热回收段：大烟道输出的废气，经余热锅炉进行热量回收，温度降至180-230℃，作为循环气体再引入风机总管，与补充的氮气混合循环利用。
2.如权利要求1所述的自密封氮气循环冷却方法，其特征在于，步骤b)中，大烟道内的废气温度为500-600℃。
3.如权利要求1所述的自密封氮气循环冷却方法，其特征在于，步骤b)中，金属化球团冷却至200～300℃，经出料器至链板机，出料。
4.如权利要求1所述的自密封氮气循环冷却方法，其特征在于，步骤c)中补充的氮气纯度为40-98％。
5.一种实现权利要求1所述的自密封氮气循环冷却方法的装置，由加压泵、输送管道、鼓风机、自密封冷却机、余热锅炉和布袋除尘器依次连接而成，其特征在于：所述的自密封冷却机由冷却机机体、进料器、出料器、及链板机组成，冷却机机体表面为金属框架结构，内衬高温段和低温段为不同的耐火砖，机体高温端连接进料器，低温端连接出料器，链板机与出料漏斗相接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述装置还包括链篦机，链篦机位于自密封冷却机的机体内，自密封冷却机的机体顶部设有出气孔(4)，在机体一侧沿料行进方向设有多个进气孔(16)，另一侧设有人孔(14)。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，进料器(1)由进料漏斗(18)和圆辊布料器(10)组成，进料漏斗(18)为耐热不锈钢结构，内衬以耐高温耐磨喷涂料喷涂，进料漏斗的倾斜底板上设置导料筋条(17)，倾斜底板下部与圆辊布料器(10)连接。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，出料器(9)由出料漏斗(19)和活动闸板(8)组成，出料漏斗为钢结构，以耐热耐磨喷涂料喷涂，出料漏斗(8)倾斜底板上设置导料筋条(17)，出料漏斗上设置活动闸板(8)，闸板一端与冷却机机体(11)相连，另一端与物料(2)表面相接。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述进料器(1)相对水平面向下倾斜，进料器的进料漏斗(18)底边与圆辊布料器(10)的中心轴线水平垂直方向倾斜角度为15-45°。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的出料器(9)相对水平面向下倾斜，出料器的活动闸板(8)，与冷却机机体(11)夹角为0～60°。
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