CN103352128A - 直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其包括炉体、旋流喷嘴、至少二组切向风进口、产品捕集口、烟气管道以及空气预热器。旋流喷嘴将包含煤粉和锌原料粉末的混合物供给至炉体的炉膛内。至少二组切向风进口将空气送入炉膛内用于煤粉的燃烧放热以及锌的氧化。产品捕集口捕集炉膛内制得的氧化锌。烟气管道将炉膛内产生的烟气排出至烟囱。空气预热器设于烟气管道内并具有烟气流路和空气流路，来自外部环境的空气通过管线送入空气预热器的空气流路内以便与流经空气预热器的烟气流路的高温烟气换热，经空气预热器预热后的空气通过管线送入至少二组切向风进口。

Description

直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统

技术领域

本发明涉及一种氧化锌生产系统，特别涉及一种火法、直接法的氧化锌生产系统。

背景技术

现有技术的火法制备氧化锌生产工艺主要分为直接法和间接法。直接法也称韦氏炉法，因首先出现在美国，又称美国法，其中含锌的原料在1000～1200℃下被含碳物质(主要是煤)还原成锌蒸气，然后导入氧化设备氧化成氧化锌，最后冷却收集成品。间接法是于1844年由法国科学家勒克莱尔(LeClaire)推广的，因此又称为法国法，其使用金属锌(一般是经过冶炼得到的金属锌锭或锌渣)在坩埚中约1000℃高温下气化成锌蒸气，随后被鼓入的空气氧化生成氧化锌，并在冷却管后收集得氧化锌颗粒。

直接法生产氧化锌的优点是成本较低、热效率高。常见的直接法制备氧化锌是以锌精矿为原料，经高温氧化焙烧脱除铅、镉、硫等杂质后，配以还原煤并压制成团，再在炉内高温还原，挥发出的锌蒸气与引入的空气直接氧化成氧化锌。反应设备一般选用韦氏炉或回转窑。

如中国专利申请98105010.7号公开的一种制取直接法氧化锌产品的工艺方法。该方法是将含有氧化锌的锌冶炼下脚料或间接法氧化锌生产过程中的氧化锌粗渣粉配以无烟煤、石灰、水及造渣剂制成球团，风干后投入反射炉中，在1100～1300℃的温度下煅烧而生产出氧化锌。

又如中国专利申请00100666.5号公开的一种用锌白炉冶炼炉渣生产氧化锌的方法，该方法以锌白炉冶炼炉渣为主要原料，辅以低成本的冶炼废锌渣或氧化锌矿，将锌白炉炉渣和冶炼废锌渣或氧化锌矿破碎后，与还原煤和粘合剂混合配料，压制成球团矿，配料时使球团矿中锌与铅、镉、砷、铜、硫杂质经氧化后生成的氧化锌与杂质氧化物的重量比大于95∶5，将压制好的团矿投入锌白炉，用直接法氧化锌生产工艺进行冶炼，得到高等级氧化锌。

再如中国专利03241896.5号公开的一种直接法连续性生产氧化锌的锌白炉，特点是废气室和还原室的下端有移动的炉排，废气室和还原室下端的炉排是从还原室的一端伸出，进入炉渣罩内，废气室和还原室下端的炉排是延伸到废气室外部，在炉排延伸段的上方有料仓。移动的炉排带动煤或锌物料进入废气室，在进行废气排放，然后移动送入还原室，在还原室进行正常生产，从还原室出来进行排渣，形成连续化生产。

然而，上述三件专利申请所公开的氧化锌生产方法或设备存在如下的共同缺点：(1)由于氧化锌的生产均在1000摄氏度左右的高温下进行，烟气出口处的烟气温度均可能达到800摄氏度以上，而上述三件专利申请均未揭示或建议烟气余热的回收利用构造或方法，如果将这些高温烟气直接排放到环境中，不但会造成能源浪费还会对环境造成一定程度的破坏；(2)上述三件专利申请的生产工艺中均是先将含锌原料与煤等材料压制成球或团，干燥后再送入炉膛进行还原和氧化反应，这使得工艺复杂、成本提高、不利于连续化生产；(3)无论是采用韦氏炉还是回转窑，燃烧效率均不高，当采用块煤时燃烧效率更低。

因此，提供一种工艺简单且燃烧效率高的氧化锌生产系统成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其能够简化生产工艺并充分提高燃烧效率。

本发明提供一种直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其包括：炉体，炉体为立式且内部设有圆筒状的炉膛；旋流喷嘴，旋流喷嘴设置于炉体的顶端以将包含煤粉和锌原料粉末的混合物以旋流方式供给至炉膛内；至少二组切向风进口，至少二组切向风进口沿炉体的周向方向间隔设置在炉体的侧壁上以将空气送入炉膛内用于煤粉的燃烧放热以及锌的氧化，每组切向风进口沿炉体的纵向方向包括使送入炉膛的切向风沿炉膛的内壁形成环流的至少二个切向风进口；产品捕集口，产品捕集口设置于炉体的底部以捕集炉膛内制得的氧化锌；以及烟气管道，烟气管道在产品捕集口的上部连接于炉体以将炉膛内产生的烟气排出至烟囱。本发明的氧化锌生产系统进一步在烟气管道内设有空气预热器，空气预热器具有烟气流路和空气流路，来自外部环境的空气通过管线送入空气预热器的空气流路内以便与流经空气预热器的烟气流路的高温烟气换热，经空气预热器预热后的空气通过管线送入至少二组切向风进口。其中，锌原料粉末在混合物中所占的重量百分比为40％～60％，旋流喷嘴在单位时间内对炉膛的混合物供给量设定为5～15千克/每秒，至少二组切向风进口在单位时间内向炉膛的总送风量设定为30～120立方米/秒。

可选择地，锌原料粉末可以为锌精矿材料或者经高温氧化焙烧脱除铅、镉、硫等杂质后的锌精矿材料，也可以为含有氧化锌的锌冶炼下脚料或间接法氧化锌生产过程中的氧化锌粗渣，还可以为锌白炉冶炼炉渣、冶炼废锌渣或氧化锌矿等等含有锌或者氧化锌的材料。

炉膛内可以发生的主要化学反应包括：煤粉燃烧放热；锌原料粉末中的氧化锌在高温下与煤中的碳发生还原反应生成锌蒸气；以及，锌被空气中的氧气氧化成氧化锌。

优选地，锌原料粉末在混合物中所占的重量百分比为45％～55％，比如约50％；旋流喷嘴在单位时间内对炉膛的混合物供给量设定为8～10千克/每秒，比如约10千克/每秒；至少二组切向风进口在单位时间内向炉膛的总送风量设定为50～100立方米/秒，比如约80立方米/秒。

所谓旋流喷嘴是指该喷嘴能够使包含煤粉和锌原料粉末的混合物以旋转流动状态而不是直线流动状态喷射至炉膛。如中国专利200610132340.5、200710032333.2、200720061209.4、200810029721.X等申请文件中所公开的喷嘴或喷枪结构可选择用于本发明。

优选地，可以进一步包括发电机，经空气预热器预热后的空气先经管线送入发电机用于发电，对发电机做功后的空气再经管线送入至少二组切向风进口。发电机可以为透平发电机或涡轮发电机。可选择地，经空气预热器预热后的空气的温度可以设定为700～1000摄氏度，比如约900摄氏度，对发电机做功后的空气的温度可以设定为400～600摄氏度，比如约500摄氏度。

更优选地，可以进一步包括空气压缩机，来自外部环境的空气先被加压至0.5～0.8兆帕后再送入空气预热器预热，预热后送入发电机做功。

优选地，可以进一步包括原料仓和原料混合器，来自原料仓的煤粉和锌原料粉末经管线送入原料混合器内均匀混合，原料混合器一侧设有高压空气输入管线而另一侧设有混合物输送管线，原料混合器内混合均匀的煤粉和锌原料粉末的混合物利用来自高压空气输入管线的高压空气经混合物输送管线送入旋流喷嘴。高压空气管线内的空气压力可以根据需更设设定为0.5～0.8兆帕。

更优选地，可以进一步包括原料预热器，原料预热器在空气预热器与烟囱之间设置于烟气管道中，原料预热器具有烟气流路和原料流路，来自原料混合器的混合物输送管线的混合物先送入原料预热器的原料流路内以便由流经原料预热器的烟气流路的烟气来干燥预热(一般可以达到150～250摄氏度，比如200摄氏度左右)，经原料预热器干燥预热后的混合物再经管线送入旋流喷嘴。

优选地，至少二组切向风进口包括沿炉体的周向方向等间隔设于炉体的侧壁上的三组或三组以上切向风进口，每组切向风进口分别包括沿炉体的纵向方向等间隔设置的三个或三个以上切向风进口。

优选地，进一步包括产品收集槽，来自产品捕集口的氧化锌通过管道输送至产品收集槽。更优选地，可以在产品捕集口与产品收集槽之间设置冷却装置以冷却氧化锌。

优选地，在空气预热器与烟囱之间，于烟气管道中可以设置除尘设备以进一步捕集烟气中的氧化锌。具体地，除尘设备可以设置在空气预热器与原料预热器之间。更优选地，来自除尘设备的氧化锌可以通过管道输送至产品收集槽。

优选地，可以进一步包括至少二个送风管组，至少二个送风管组沿炉体的周向方向间隔设于炉体的侧壁上，每个送风管组分别包括沿炉体的纵向方向间隔设置的至少二个送风管，每个送风管相应地与炉体的侧壁上设置的每个切向风进口连通，来自空气预热器的预热后的空气经至少二个送风管组送入至少二组切向风进口。

本发明的有益效果是：(1)通过在烟气管道中设置空气预热器，一方面有效回收利用了烟气的余热、避免了能源浪费和环境污染，另一方面将冷空气预热成热空气后再送入炉膛能够充分提高煤粉的燃烧效率和锌的氧化反应效率；(2)煤粉和锌原料粉末直接混合后送入炉膛进行还原和氧化反应，使得工艺简化、成本降低、有利于连续化生产；(3)通过采用旋流喷嘴，并且通过设置至少二组切向风进口并将充分预热后的空气以旋风方式吹入炉膛内，大大提高了煤粉与空气的混合均匀性、碳与氧化锌的混合均匀性、锌与氧气的混合均匀性，从而同时促进了煤粉的燃烧放热反应、锌原料粉末中的氧化锌的还原反应、以及生成的锌蒸气被氧化成氧化锌的氧化反应；(4)通过采用发电机，将预热后的空气的能量在用于助燃/反应之前适当转化为电能，避免了能量浪费，对发电机做功后的空气还具有约500摄氏度的温度，仍能够充分提高燃烧/反应效率；(5)通过采用原料预热器，进一步有效回收利用烟气余热来对混合物进行干燥预热，从而能够进一步充分提高燃烧/反应效率。

附图说明

图1示出了本发明的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统的示意图。

图2示出了根据第一实施方式的炉膛与切向风进口的布置关系的示意图。

图3示出了根据第二实施方式的炉膛与切向风进口的布置关系的示意图。

具体实施方式

请参照图1，根据本发明的第一实施方式，直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统100包括炉体110、旋流喷嘴120、二个送风管组130、烟气管道140、空气预热器150、发电机160、除尘设备170、产品收集槽180、原料仓191、原料混合器192、原料预热器194以及烟囱199。

请一并参照图1及图2，炉体110内部设有圆筒状的炉膛1102。在该实施方式中，炉体110为立式，旋流喷嘴120设置于炉体110的顶端壁上以将包含煤粉和锌原料粉末的混合物以旋流方式供给至炉膛1102内。在该实施方式中，锌原料粉末选用经高温氧化焙烧脱除铅、镉、硫等杂质后的锌精矿材料。

请参照图2，炉体110的侧壁上沿炉体的周向方向间隔设置二组切向风进口1105以将空气送入炉膛1102内用于煤粉的燃烧放热以及锌的氧化。每组切向风进口沿炉体110的纵向方向包括二个切向风进口1105，切向风进口1105构造成使得送入炉膛1102的切向风沿炉膛的内壁形成环流。

二个送风管组130沿炉体110的周向方向间隔设于炉体110的侧壁上。每个送风管组130分别包括沿炉体110的纵向方向间隔设置的二个送风管1301。每个送风管1301相应地与炉体110的侧壁上开设的每个切向风进口1105连通。请参照图2，每个切向风进口1105沿炉膛1102的内壁的切线方向贯穿炉体110的侧壁以将来自送风管1301的空气以旋风方式吹入炉膛1102内。

炉体110的底部呈锥形渐缩状并形成产品捕集口1108以捕集炉膛内制得的氧化锌。来自产品捕集口1108的氧化锌通过管道(未标号)输送至产品收集槽180。

烟气管道140在炉体110底部的呈锥形渐缩状部分的上部连接于炉体以将炉膛1102内产生的烟气排出至烟囱199。

空气预热器150设置于烟气管道140内并且具有烟气流路(未图示)和空气流路(未图示)。来自外部环境的冷空气经空气入口管线1501送入空气预热器150的空气流路内以便与流经空气预热器150的烟气流路的高温烟气换热。在本实施方式中，空气预热器150为表面式换热器，即，温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。

经空气预热器150预热后的空气先经管线(未标号)送入发电机160用于发电，对发电机160做功后的空气再经管线(未标号)送入二个送风管组130。经空气预热器150预热后的空气的温度设定为约900摄氏度，对发电机160做功后的空气的温度设定为约500摄氏度。在本实施方式中，发电机为透平发电机，其将预热的空气导入透平膨胀机膨胀做功驱动发电机，例如高炉煤气余压透平发电装置(TRT)。

除尘设备170在空气预热器150与烟囱199之间设置于烟气管道140中，以进一步捕集烟气中的氧化锌。由除尘设备170捕集的氧化锌通过管道(未标号)输送至产品收集槽180。

来自原料仓191的煤粉和锌原料粉末经管线送入原料混合器192内均匀混合。原料混合器192一侧设有高压空气输入管线1901，而另一侧设有混合物输送管线1902。高压空气管线1901内的空气压力可以根据需要设定为约0.5兆帕。原料混合器192内混合均匀的煤粉和锌原料粉末的混合物利用来自高压空气输入管线1901的高压空气经由混合物输送管线1902送入原料预热器194。

原料预热器194在除尘设备170与烟囱199之间设置于烟气管道中。原料预热器194为表面式换热器并具有烟气流路(未图示)和原料流路(未图示)，来自原料混合器192的混合物输送管线1902的气粉混合物先送入原料预热器194的原料流路内以便由流经原料预热器194的烟气流路的烟气来干燥预热，经原料预热器194干燥预热后的气粉混合物再经管线(未标号)送入旋流喷嘴120。

根据该实施方式的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统100运行时，锌原料粉末在煤粉和锌原料粉末的混合物中所占的重量百分比为约50％。旋流喷嘴120在单位时间内对炉膛1102的混合物供给量设定为约8千克/每秒。二组切向风进口1105在单位时间内向炉膛1102的总送风量设定为约80立方米/秒。炉膛内的温度设定为约1100摄氏度。炉膛内发生的主要化学反应包括：煤粉燃烧放热；锌原料粉末中的氧化锌在高温下与煤中的碳发生还原反应生成锌蒸气；以及，锌蒸气被空气中的氧气氧化成氧化锌。

根据本发明的第二实施方式，与第一实施方式不同之处在于沿炉体的周向方向等间隔设置三组切向风进口，每组切向风进口分别包括沿炉体的纵向方向等间隔设置的三个切向风进口。如图3所示，位于炉体的同一横截面上的三个切向风进口1105’沿炉膛1102’的内壁的切线方向贯穿炉体的侧壁以将来自送风管的热空气以旋风方式吹入炉膛内。同时，需设置相应的送风管与各个切向风进口连通。此外，锌原料粉末选用未经高温氧化焙烧的锌精矿材料。锌原料粉末在混合物中所占的重量百分比为约55％。旋流喷嘴在单位时间内对炉膛的混合物供给量设定为约10千克/每秒。三组切向风进口在单位时间内向炉膛的总送风量设定为约100立方米/秒。炉膛内的温度设定为约1200摄氏度。

根据本发明的第三实施方式，与第一实施方式不同之处在于在产品捕集口1108与产品收集槽180之间设置冷却装置(未图示)以冷却氧化锌。并且进一步包括空气压缩机(未图示)，来自外部环境的空气先被加压至0.5～0.8兆帕后再送入空气预热器150预热，预热后送入发电机160做功。此外，锌原料粉末选用含有氧化锌的锌冶炼下脚料、间接法氧化锌生产过程中的氧化锌粗渣、锌白炉冶炼炉渣、冶炼废锌渣、氧化锌矿材料或者上述材料的任意组合。锌源料粉末在混合物中所占的重量百分比为约45％。旋流喷嘴在单位时间内对炉膛的混合物供给量设定为约5千克/每秒。至少二组切向风进口在单位时间内向炉膛的总送风量设定为约50立方米/秒。炉膛内的温度设定为约1000摄氏度。

此外，在本发明的第二实施方式或第三实施方式中，空气预热器还可以采用蓄热式换热器，即，通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。根据该替代实施方式，可以采用两组交替使用的蓄热式换热器来代替第一实施方式中的空气预热器。

根据本发明的第四实施方式，与第一、第二或第三实施方式不同之处在于可以不设置发电机160和除尘设备170。经空气预热器150预热后的热空气通过管线直接送入送风管组130。

根据本发明的第五实施方式，与第一、第二、第三或第四实施方式不同之处在于可以不设置原料预热器194，原料混合器192内混合均匀的煤粉和锌原料粉末的混合物利用来自高压空气输入管线1901的高压空气经混合物输送管线1902直接送入旋流喷嘴120。

根据本发明的第六实施方式，与第五实施方式不同之处在于可以不设置原料仓和原料混合器，煤粉和锌原料粉末直接按照设定配比提供至旋流喷嘴120。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。此外，系统各处的温度和压力等参数可以根据具体使用条件在本发明所公开的范围内适当选取。

Claims (10)

1.一种直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，包括：

炉体，所述炉体为立式且内部设有圆筒状的炉膛；

旋流喷嘴，所述旋流喷嘴设置于所述炉体的顶端以将包含煤粉和锌原料粉末的混合物以旋流方式供给至所述炉膛内；

至少二组切向风进口，所述至少二组切向风进口沿所述炉体的周向方向间隔设置在所述炉体的侧壁上以将空气送入所述炉膛内用于煤粉的燃烧放热以及锌的氧化，每组所述切向风进口沿所述炉体的纵向方向包括使送入所述炉膛的切向风沿所述炉膛的内壁形成环流的至少二个切向风进口；

产品捕集口，所述产品捕集口设置于所述炉体的底部以捕集所述炉膛内制得的氧化锌；以及

烟气管道，所述烟气管道在所述产品捕集口的上部连接于所述炉体以将所述炉膛内产生的烟气排出至烟囱；

其特征在于：

所述烟气管道内设有空气预热器，所述空气预热器具有烟气流路和空气流路，来自外部环境的空气通过管线送入所述空气预热器的空气流路内以便与流经所述空气预热器的烟气流路的高温烟气换热，经所述空气预热器预热后的空气通过管线送入所述至少二组切向风进口；

其中，所述锌原料粉末在所述混合物中所占的重量百分比为40％～60％，所述旋流喷嘴在单位时间内对所述炉膛的混合物供给量设定为5～15千克/每秒，所述至少二组切向风进口在单位时间内向所述炉膛的总送风量设定为30～120立方米/秒。

2.如权利要求1所述的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其特征在于，所述锌原料粉末在所述混合物中所占的重量百分比为45％～55％；所述旋流喷嘴在单位时间内对所述炉膛的混合物供给量设定为8～10千克/每秒；所述至少二组切向风进口在单位时间内向所述炉膛的总送风量设定为50～100立方米/秒。

3.如权利要求1所述的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其特征在于，进一步包括发电机，经所述空气预热器预热后的空气先经管线送入所述发电机用于发电，对所述发电机做功后的空气再经管线送入所述至少二组切向风进口。

4.如权利要求1所述的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其等征在于，进一步包括原料仓和原料混合器，来自所述原料仓的煤粉和锌原料粉末经管线送入所述原料混合器内均匀混合，所述原料混合器一侧设有高压空气输入管线而另一侧设有混合物输送管线，所述原料混合器内混合均匀的煤粉和锌原料粉末的混合物利用来自所述高压空气输入管线的高压空气经所述混合物输送管线送入所述旋流喷嘴。

5.如权利要求4所述的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其特征在于，进一步包括原料预热器，所述原料预热器在所述空气预热器与所述烟囱之间设置于所述烟气管道中，所述原料预热器具有烟气流路和原料流路，来自所述原料混合器的所述混合物输送管线的混合物先送入所述原料预热器的原料流路内以便由流经所述原料预热器的烟气流路的烟气来干燥预热，经所述原料预热器干燥预热后的混合物再经管线送入所述旋流喷嘴。

6.如权利要求1所述的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其等征在于，所述至少二组切向风进口包括沿所述炉体的周向方向等间隔设于所述炉体的侧壁上的三组或三组以上切向风进口，每组所述切向风进口分别包括沿所述炉体的纵向方向等间隔设置的三个或三个以上切向风进口。

7.如权利要求1～6中任一项所述的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其特征在于，进一步包括产品收集槽，来自所述产品捕集口的氧化锌通过管道输送至所述产品收集槽。

8.如权利要求7所述的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其特征在于，在所述空气预热器与所述烟囱之间，于所述烟气管道中设置除尘设备以进一步捕集烟气中的氧化锌。

9.如权利要求8所述的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其特征在于，来自所述除尘设备的氧化锌通过管道输送至所述产品收集槽。

10.如权利要求1～6中任一项所述的直接锌煤混合旋风燃烧式氧化锌生产系统，其特征在于，进一步包括至少二个送风管组，所述至少二个送风管组沿所述炉体的周向方向间隔设于所述炉体的侧壁上，每个所述送风管组分别包括沿所述炉体的纵向方向间隔设置的至少二个送风管，每个所述送风管相应地与所述炉体的侧壁上设置的每个所述切向风进口连通，来自所述空气预热器的预热后的空气经所述至少二个送风管组送入所述至少二组切向风进口。

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