CN102660673B - 强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺及其装置，通过设计沸腾焙烧炉，包括炉型、沸腾炉给料装置、强化沸腾炉内气流分布、沸腾炉内引入二次风及选择风帽材质，强化硫铁矿充分氧化成二氧化硫及三氧化二铁，降低硫酸渣含硫量，提高硫资源利用率，制取更多硫酸；提高硫酸渣铁品位，提供优质炼铁原料，从而为实现硫铁矿中硫和铁两种有价元素提供良好条件。

Description

强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺，特别是涉及一种强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺，本发明还涉及实现该强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺的装置。

背景技术

硫铁精矿是重要的硫酸化工原料，主要产于硫铁矿矿床，此外，有色金属矿中也大量伴生硫铁矿。通过选矿工艺富集生产高品位的硫精矿，用于焙烧制硫酸，硫酸渣铁品位高、硫、铜等有害元素含量低时可通过烧结或球团工艺，用于生产炼铁原料烧矿或球团矿。2007年我国生产硫酸6800多万吨，其中采用硫铁矿制酸2500万吨，排放硫酸渣2200万吨。因此，硫铁精矿资源的利用首道工序是焙烧脱硫，利用焙烧烟气制取硫酸。焙烧工艺效果的好坏直接决定硫铁矿中硫的利用率及硫酸渣的铁品位和对后续炼铁原料生产的影响。目前，常规焙烧工艺是沸腾炉焙烧脱硫。但是铜陵有色集团冬瓜山硫铁精矿是从选铜尾矿中浮选回收的副产物，其性质很特殊，其中含有48%的磁黄铁矿，具有粒度细、发热量高的特点，常规的沸腾炉难以适应这种硫铁精矿的工业化生产，易带来结炉和温度不好控制及硫酸渣含硫高、铁品位低等难题，严重影响硫和铁的有效利用。可是大量的硫铁精矿若作尾砂堆存处理，一则是占场地太大；二则在堆放过程中容易自燃有安全隐患并造成环境影响；三则堆放中遇到雨水将形成大量的酸性水，会对周围的环境造成很大污染；四则造成硫铁精矿中大量硫铁资源的浪费。因此，依据循环经济理念，提出对冬瓜山铜矿副产的硫铁精矿加以处理，提炼其中的硫、铁资源，既处理了尾砂，又保护了环境，提高了资源利用率同时也促进了企业效益。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种焙烧脱硫率高，硫酸产量高，硫酸渣的铁品位高和降低硫含量，为高炉冶炼提供优质炉料的强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现焙烧脱硫率高，硫酸产量高，硫酸渣的铁品位高和降低硫含量，为高炉冶炼提供优质炉料的强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺的装置。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺，原料工序通过行车抓料合理配比的硫精砂，通过定量给料，由抛料机向沸腾炉设置的两个加料口抛料，为防止出现沸腾炉内布料不均、靠近进料口处料多堆积的现象，沸腾炉风室分为前后风室，通过阀门分别控制两个风室的进风量，使靠近进料口的前风室内风压增加，这样可以使硫精砂在流化床的分布更加均匀；在沸腾炉内硫精砂与来自炉底空气鼓风机的空气进行混合沸腾焙烧，通过焙烧反应生成含质量SO₂12～13.4%、温度900～930℃，含矿尘300～365mg/Nm³的高温烟气和温度800～850℃的炉渣，炉渣连续地从沸腾炉的溢流口溢流到排渣系统，使沸腾炉保持一定的流化床高度，沸腾层的温度通过设置在沸腾炉流化床的冷却管束进行间接换热来控制；炉气经强制循环余热锅炉回收部分热量温度降至≤350℃，然后依次通过旋风收尘器和电除尘器，使炉气中含尘含量降至≤0.20g/Nm³后进入硫酸系统烟气净化工段；由焙烧炉排除的热渣经过冷却滚筒降温后与余热锅炉、旋风除尘器排出的渣进增湿滚筒，喷水降温增湿后由皮带输送至球团原料工序，电除尘器排出的渣由气力输送仓式泵送至球团原料工序；沸腾炉设计参数如下：焙烧温度750～900℃，焙烧强度7.9～10.4t/d·m²，沸腾床气速0.67～0.81m/s，焙烧风量70000～98000NM³/h，二次风量0～28000NM³/h，处理硫铁精矿量1100～1140t/d，烧渣含硫低于0.6%。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的实现强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺的装置，包括沸腾炉，所述的沸腾炉的炉膛上部设有扩大段，所述的沸腾炉的风室内增设有气体预分布板且气体预分布板将所述的风室分为前风室和后风室。

所述的沸腾炉采用抛料的进料方式。

所述的沸腾炉的风帽采用等边三角形排法；最外侧2-3圈采用同心圆排列。

所述的沸腾炉的过渡段添加有二次风管。

采用上述技术方案的强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺及其装置，硫铁精矿在沸腾炉内进行焙烧是一个自热过程，通过硫化铁与空气中的氧反应，生成二氧化硫和氧化铁。二氧化硫进入烟气，用于制取硫酸，氧化铁则用于生产炼铁原料或其它产品。硫铁矿氧化放出大量的热量，维持脱硫反应的需要。但是，若硫铁精矿含硫高、粒度细，则氧化速度很快，炉内温度升高过快，易产生熔化，甚至结炉。硫铁精矿含硫越高、粒度越细，反而导致硫酸渣含硫升高、铁品位降低。降低硫资源的利用率，硫酸渣难以用做炼铁原料。本发明通过设计新型沸腾炉，包括设计炉型、研制沸腾炉给料装置、强化沸腾炉内气流分布技术、沸腾炉内引入二次风及选择风帽材质，强化硫铁矿充分氧化成二氧化硫及三氧化二铁，降低硫酸渣含硫量，提高硫资源利用率，制取更多硫酸；提高硫酸渣铁品位，提供优质炼铁原料，从而为实现硫铁矿中硫和铁两种有价元素提供良好条件。

本发明的优点和积极效果：

常规沸腾炉不能正常焙烧高硫细粒硫铁精矿（粒度为95.6%-74μm，含量硫37-40%）。与常规焙烧硫铁矿制酸相比，硫酸渣含硫量由0.9%下降到0.5%左右，铁精矿品位由58%左右提高到62%左右，焙烧强度由5.5t/d·m2提高到8.4t/d·m2以上。杜绝了微细粉尘在后续工序的二次燃烧造成烧结而导致锅炉烧损变形、烟道堵塞等危险。铜陵有色800kt/a制酸装置自投料试运行平稳，很快达产达标。烧渣是生产铁矿球团的优质原料，利用该渣为原料的球团生产线已投入正常生产。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

图2是本发明的装置的风室内的气体预分布板的结构示意图。

图3是本发明的装置的风帽分布的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

设计规模确定为两套400kt/a硫酸装置组成，焙烧工艺流程为：原料工序通过行车抓料合理配比的硫精砂，通过定量给料，由抛料机向单台138m²沸腾炉设置的两个加料口抛料，为防止出现沸腾炉内布料不均、靠近进料口处料多堆积的现象，沸腾炉风室分为前后风室，通过阀门分别控制两个风室的进风量，使靠近进料口的前风室内风压增加，这样可以使硫精砂在流化床的分布更加均匀。

在沸腾炉内硫精砂与来自炉底空气鼓风机的空气进行混合沸腾焙烧，通过焙烧反应生成含质量SO²12～13.4%、温度900～930℃，含矿尘300～365mg/Nm³的高温烟气和温度800～850℃的炉渣。炉渣连续地从沸腾炉的溢流口溢流到排渣系统，使沸腾炉保持一定的流化床高度。沸腾层的温度通过设置在沸腾炉流化床的冷却管束进行间接换热来控制。

炉气经一台强制循环余热锅炉回收部分热量温度降至≤350℃，然后依次通过旋风收尘器和电除尘器，使炉气中含尘含量降至≤0.20g/Nm³后进入硫酸系统烟气净化工段。

由焙烧炉排除的热渣经过冷却滚筒降温后与余热锅炉、旋风除尘器排出的渣进增湿滚筒，喷水降温增湿后由皮带输送至球团原料工序，电除尘器排出的渣由气力输送仓式泵送至球团原料工序。

参见图1和图2，沸腾炉2的炉膛上部设有扩大段1，沸腾炉的扩大段1设有二次风管15，沸腾炉2的风室内增设有气体预分布板8且气体预分布板8将风室分为前风室9和后风室6，一次风管10与前风室9和后风室6连通，一次风管10和二次风管15与风机13的出口连接，风机13的进口连接有消音器12，沸腾炉2设有烧嘴4和油枪11，设有两个加料口16和两台抛料机14，一个排渣管5。沸腾炉2的风帽采用等边三角形排法，最外侧2-3圈采用同心圆排列。

炉型设计：焙烧炉型式为一次扩大型。炉膛上部设有扩大段1，扩大段1可以使气相在焙烧炉中有充分的停留时间，以确保气、固体之间能完全地进行化学反应。同时，扩大段亦提供了一个分离区，使气泡在流化床表面爆裂时抛向分离段的粗粒固体能够落回至流化床，不仅有助于提高脱硫率，还可减少炉气含尘量及提高操作的适应性。沸腾炉风室内增设了气体预分布板使风分布均匀，并将风室分为前、后风室。

基于原料的物化特性和焙烧炉的床层面积，采用了抛料的进料方式，以确保精砂能充分与沸腾床层进行混合和反应。

参见图3，风帽设计：风帽17为焙烧炉的关键部件，因其涉及沸腾炉气体的分布是否均匀，直接影响炉子的沸腾状态。风帽17设计最重要工艺参数就是小孔气速能使床层内的所有颗粒都能处于流化状态，以保证充分燃烧。为此，风帽17采用了等边三角形排法；最外侧2-3圈采用同心圆排列，以消除风帽17距离炉壁不等的缺陷，两种排法结合部如有间距过大则补加风帽17。为保证风帽17有较强的耐高温抗氧化腐蚀的能力，材质为低碳高铬铸钢。风帽17为5*Φ3.5mm，在不影响炉内气体流速的同时增加了小孔气速，8900个风帽均匀分布，也使得床层流态化效果更好。

二次空气的配置：在沸腾炉过渡段添加二次风管，有利于提高脱硫率和控制床层温度，对焙烧粒度较细的硫精砂尤为重要。

沸腾炉设计参数如下：焙烧面积138m²，焙烧温度750～900℃，焙烧强度7.9～10.4t/d·m²，沸腾床气速0.67～0.81m/s，焙烧风量70000～98000NM³/h，二次风量0～28000NM³/h，处理硫铁精矿量1100～1140t/d，烧渣含硫低于0.6%。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

常规沸腾炉焙烧，沸腾气体0.70-0.90流速m/s，焙烧风量2800-3700Nm³/h，焙烧温度720～910℃，烧渣残硫0.8-0.9%，烧渣铁品位为57.8-58.4%，焙烧强度5.5-t/d·m²。

实施例2：

强化焙烧炉沸腾焙烧，沸腾气体0.67流速m/s，焙烧风量2800Nm³/h，焙烧温度702～851℃，烧渣残硫0.505%，烧渣铁品位为61.35%，焙烧强度8.45t/d·m²。

实施例3：

强化焙烧炉沸腾焙烧，沸腾气体流速0.80m/s，焙烧风量/050Nm³/h，焙烧温度875～956℃，烧渣残硫0.455%，烧渣铁品位为62.41%，焙烧强度8.61t/d·m²。

实施例4：

强化焙烧炉沸腾焙烧，沸腾气体流速0.89m/s，焙烧风量3450Nm³/h，焙烧温度849～914℃，烧渣残硫0.392%，烧渣铁品位为61.82%，焙烧强度8.80t/d·m²。

实施例5：

强化焙烧炉沸腾焙烧，沸腾气体流速0.98m/s，焙烧风量3750Nm³/h，焙烧温度868～922℃，烧渣残硫0.496%，烧渣铁品位为62.09%，焙烧强度9.17t/d·m²。

实施例6：

强化焙烧炉沸腾焙烧，沸腾气体流速0.91m/s，焙烧风量3450Nm³/h，焙烧温度905～934℃，烧渣残硫0.438%，烧渣铁品位为62.67%，焙烧强度9.20t/d·m²。

Claims (5)

1.一种强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺，其特征是：原料工序通过行车抓料合理配比的硫精砂，通过定量给料，由抛料机向沸腾炉设置的两个加料口抛料，沸腾炉风室分为前后风室，通过阀门分别控制两个风室的进风量，使靠近进料口的前风室内风压增加，使硫精砂在流化床的分布更加均匀；在沸腾炉内硫精砂与来自炉底空气鼓风机的空气进行混合沸腾焙烧，通过焙烧反应生成含SO₂质量为12～13.4%、温度900～930℃，含矿尘300～365mg/Nm³的高温烟气和温度800～850℃的炉渣，炉渣连续地从沸腾炉的溢流口溢流到排渣系统，使沸腾炉保持一定的流化床高度，沸腾层的温度通过设置在沸腾炉流化床的冷却管束进行间接换热来控制；炉气温度降至≤350℃，然后依次通过除尘器除尘，使炉气中含尘含量降至≤0.20g/Nm³后进入硫酸系统烟气净化工段；沸腾炉参数如下：焙烧温度750～900℃，焙烧强度7.9～10.4t/d·m²，沸腾床气速0.67～0.81m/s，焙烧风量70000～98000NM³/h，二次风量0～28000NM³/h，处理硫铁精矿量1100～1140t/d，烧渣含硫低于0.6%。

2.根据权利要求1所述的强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺，其特征是：沸腾炉的炉气依次通过旋风收尘器和电除尘器，由沸腾炉排除的热渣经过冷却滚筒降温后与余热锅炉、旋风除尘器排出的渣进增湿滚筒，喷水降温增湿后由皮带输送至球团原料工序，电除尘器排出的渣由气力输送仓式泵送至球团原料工序。

3.实现权利要求1所述的强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺的装置，包括沸腾炉(2)，其特征是：所述的沸腾炉(2)的炉膛上部设有扩大段(1)，所述的沸腾炉(2)的风室内增设有气体预分布板(8)且所述的气体预分布板(8)将所述的风室分为前风室(9)和后风室(6)。

4.根据权利要求3所述的实现强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺的装置，其特征是：所述的沸腾炉的风帽采用等边三角形排法，最外侧2-3圈采用同心圆排列。

5.根据权利要求3或4所述的实现强化高硫硫铁精矿沸腾炉焙烧工艺的装置，其特征是：所述的沸腾炉的扩大段(1)设有二次风管(15)。

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