CN104630407B - 一种通体外加热隔焰式回转窑 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金设备领域，尤其涉及一种通体外加热隔焰式回转窑，采用预热段、高温段通体连续外加热隔焰式煤基回转窑装置，实现了高温区温度的连续稳定，符合了还原铁对还原条件的苛刻要求；采用隔焰式加热，使回转窑中还原气氛十分充分，挥发的煤气全部回收利用，余热得到充分利用，使被还原物料的还原所需温度大大降低，且还原速度有很大的提高，大大降低了能耗，减少了碳排放；本装置适合一切粒度、品质的非焦煤作为还原煤，适合各种高低品位、种类的铁原料，还原工艺灵活，具有多方面的优势。本装置的单条生产线，年还原处理矿量规模最高为180～210万吨。

Description

一种通体外加热隔焰式回转窑

技术领域

本发明属于冶金设备领域，尤其涉及一种通体外加热隔焰式回转窑。

背景技术

中国是一个钢铁大国，如今，钢铁产量已经突破8亿吨大关。我国虽然铁矿资源分布广泛，但低贫细难选铁矿资源分布却占96％以上，至今没有得到很好的开发和利用，造成资源闲置和浪费，反而，钢厂每年还需要进口大量的高品位铁矿石，进口依赖程度占钢厂铁矿石总消耗量的55％以上。

中国钢铁行业，以往是大力发展高炉炼铁，还原铁技术却相对比较滞后，我国还原铁年产量约50万吨，占世界还原铁总产量不足1％。随着电炉优质钢的比例逐渐提高，还原铁产品每年有2800万吨以上的缺口，因此，每年要进口国外的DRI、HRI产品大约1000万吨。随着我国焦煤储量日益贫乏及环保问题日益严重的情况下，国家出台了较多的相关产业政策，鼓励开发、应用非焦煤资源，进行直接还原铁和熔融还原铁等非焦炼铁工艺和短流程炼钢等技术开发与应用，大力发展电炉优质钢的生产，所以，提高还原铁的产量和质量，降低能耗，减少CO₂的排放，尤其是尽快开发我国大量的低贫细难选铁矿及含铁废料，使其资源化是一项迫在眉睫的事业。

如今的中国，电炉钢比例不到20％，而且高炉-转炉炼钢方式的尾气排放量是整个钢铁行业的80％以上，废钢(还原铁)+电炉炼钢方式的尾气排放量，仅占高炉－转炉炼钢方式的20％。我国又是一个天然气进口国，发展和引进国外成熟的气基还原铁技术和装备，由于天然气资源的匮乏而不具备条件；如果发展煤转气，煤转气的设备投资大，煤转气本身也要消耗20％以上的能量，不符合我国的国情。因此，要解决中国钢铁行业节能减排降碳的环保问题及发展短流程炼钢事业，就必须积极发展产能规模大、投资比低、生产运行成本低、可操作性强、节能减排等先进、稳定的煤基还原铁工艺技术和装备，将非常符合我国还原铁行业的国情。

目前，我国煤基还原铁工业化比较成熟的工艺技术和装置主要有：煤基隧道窑罐式法、煤基隧道窑无罐法及煤基回转窑法，而煤基转底炉、煤基竖炉等工艺和装置投资较大、工艺技术和装置尚不成熟，需要继续完善，不足以规模化推广。

其中，传统的煤基隧道窑罐式法，只能采用TFe≥66％的高品位铁矿或易选铁矿，无法利用低细难选铁矿、复合矿及含铁废料直接还原分离出高品位的还原铁产品，而且工艺技术落后，造成产能低、还原时间长，占地面积广，能耗高、产品质量低下、产品销路不畅，属于淘汰工艺和装置。

煤基隧道窑无罐法，虽然可以将各种铁矿还原分离冶选出高品位优质还原铁产品，但单条生产线年处理能力最高也不到10万吨原矿，仍需要进一步完善。

煤基回转窑法工艺技术逐渐成熟，运行成本较低，正在逐渐推广，但对还原煤有着严格的要求，必须应用优质长焰煤、褐煤的颗粒煤做还原剂，并且回转窑还原温差很大，操作要求苛刻，投资比相对也较大，单条生产线的年最大产能也不到30万吨原矿。

上述的几种还原铁方法，每条生产线投资规模均在几千万到几个亿，限制了还原铁投资者进军本领域。

现有的外加热隔焰式煤基回转窑法，窑炉中间由于有托圈、托轮支撑装置，窑炉高温段无法长距离加热，加热炉也只能留出托圈、托轮支撑部分，形成分段式外加热隔焰式回转窑窑炉。因此，窑炉规模较小、还原温度较低，高温区的温度不连续、不稳定，无法实现回转窑通体加热，而且回转窑还原滚筒均为单筒，加上分段加热，不能适应还原铁对还原温度连续性和稳定性的要求，只能小规模用于化工、有色贵金属等处理量较少的行业，限制了其在还原铁领域的发展。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种通体外加热隔焰式回转窑，其结构简单，窑体载重负荷小，实现还原温度的连续性和稳定性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种通体外加热隔焰式回转窑，包括回转窑筒体、加料装置、驱动装置、第一托圈装置和第二托圈装置，其特殊之处在于，所述回转窑筒体支撑在所述驱动装置、第一托圈装置及第二托圈装置上，所述驱动装置与第一托圈装置之间设有第一加热炉体，所述第一托圈装置与第二托圈装置之间设有第二加热炉体，所述第一加热炉体和第二加热炉体的两侧分别设有第一烧嘴组和第二烧嘴组；

所述回转窑筒体从前到后依次包括预热段、高温段和冷却段，所述高温段设于所述第一加热炉体及第二加热炉体之内，所述加料装置与所述预热段前端相衔接，所述冷却段后端设有出料口。

本发明的有益效果是：本发明采用预热段、高温段通体连续外加热隔焰式煤基回转窑装置，实现了高温区温度的连续稳定，符合了还原铁对还原条件的苛刻要求；采用隔焰式加热，使回转窑中还原气氛十分充分，挥发的煤气全部回收利用，余热得到充分利用，使被还原物料的还原所需温度大大降低，且还原速度、还原率均有提高，节约能源；本装置可以采用焦煤或非焦煤作为还原煤，适合各种种类的铁原料，还原工艺灵活，具有多方面的优势。本装置的单条生产线，年还原处理矿量规模最高为180～210万吨。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述回转窑筒体在所述第一加热炉体和第二加热炉体之间套装有筒体外壁，所述筒体外壁与回转窑筒体之间均布有支撑管，在筒体外壁与回转窑筒体之间形成烟气通道，所述筒体外壁支撑在所述第一托圈装置上；所述第一托圈装置包括托圈、支撑座及支撑辊筒，所述托圈设于筒体外壁外围，所述支撑辊筒设于所述支撑座上，并支撑在所述托圈下部。

采用上述进一步方案的有益效果是，支撑管在筒体外壁与回转窑外壁之间形成烟气通道，使整个隔焰回转窑高温区实现通体加温，有效防止了分段式外加热隔焰式回转窑窑炉造成的高温段温度不连续不稳定。且加热炉体保温效果良好，减少了供热温度和物料受热温度的温差，降低能源消耗。

进一步，所述回转窑筒体的轴线与水平线夹角为2.5°～5°，所述预热段高于冷却段。

采用上述进一步方案的有益效果是，倾斜设置，能够使回转窑筒体内的半熔融状态还原铁产品靠自身重力缓缓下流，还原过程中产生的煤气和尾气上浮，从煤气出口和尾气排放口排出收集，实现预热再利用。

进一步，所述预热段外部设有烟气回收管，所述烟气回收管与回转窑筒体之间设有排烟火焰支管道，所述回转窑筒体的前端设有排烟护罩，所述排烟火焰支管道在排烟护罩内设有径向通风口，所述排烟护罩上设有尾气排放口；所述驱动装置支撑在所述烟气回收管上。

采用上述进一步方案的有益效果是，煤气出口回收的高纯煤气，可以用于煤化工应用，也可以为本加热炉燃烧使用，回收的煤气可以满足本加热炉30％～60％的燃烧能源；尾气排放口的尾气可直接用于球团烘干。

进一步，所述加料装置包括加料斗和螺旋输送机，所述螺旋输送机的出口伸到所述回转窑筒体内，在所述出口上方设有煤气出口。

采用上述进一步方案的有益效果是，螺旋输送机在驱动装置作用下，带动回转窑筒体旋转，转速为0.5～5r/min，被还原物料在回转窑内不断旋转，反应更加剧烈，大大缩短反应时间，且金属化球团不会发生粘接现象。

进一步，所述冷却段设有换热器，所述换热器包括冷却段回转窑外壁、换热管、热风护罩和冷风护罩，所述换热管设于所述回转窑筒体的内壁，所述冷却段回转窑外壁设于所述回转窑筒体的外部，所述热风护罩及冷风护罩分别设于所述冷却段回转窑外壁的前、后端外部，所述换热管两端分别设有穿过所述回转窑筒体的径向通风口。

采用上述进一步方案的有益效果是，冷风进入冷却段回转窑外壁中，接触高温的回转窑筒体，将回转窑筒体内物料冷却后，冷风变成热风，经热风出口排出进入烧嘴外部的助燃风管道和煤气管道，作为高温助燃风，节约能耗。

进一步，所述烧嘴组包括水平设置的多个烧嘴，所述的烧嘴外部连接有助燃风管道和煤气管道。

单根回转窑筒体的直径一般要求在￠200～￠2200mm比较合理，为了增加装置的产能，可以将另外5～6只同规格回转窑筒体均匀分布，捆绑在中心回转窑筒体的四周，形成共计6～7只回转筒体组合成的“梅花状”或“百合花状”捆绑式多回转窑筒体的隔焰复合式回转窑还原铁装置，产能必然可增加6～7倍，如图7所示。

附图说明

图1为本发明的纵向剖面示意图；

图2为图1的A-A方向断面示意图；

图3为图1的B-B方向断面示意图；

图4为图1的C-C方向断面示意图；

图5为图1的D-D方向断面示意图；

图6为图1的E-E方向断面示意图；

图7为“梅花状”隔焰复合式回转窑还原铁装置示意图；

图中，1、回转窑筒体；2、加料斗；3、螺旋输送机；4、驱动装置；5、第一托圈装置；6、第二托圈装置；7、第一加热炉体；8、第二加热炉体；9、第一烧嘴组；10、第二烧嘴组；11、预热段；12、高温段；13、冷却段；14、筒体外壁；15、支撑管；16、烟气通道；17、托圈；18、支撑座；19、支撑辊筒；20、烟气回收管；21、排烟火焰支管道；22、排烟护罩；23、径向通风口；24、尾气排放口；25、煤气出口；26、冷却段回转窑外壁；27、换热管；28、热风护罩；29、冷风护罩；30、助燃风管道；31、煤气管道；32、出料口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种通体外加热隔焰式回转窑，包括回转窑筒体1、加料装置、驱动装置4、第一托圈装置5和第二托圈装置6，其特殊之处在于，所述回转窑筒体1支撑在所述驱动装置4、第一托圈装置5及第二托圈装置6上，所述驱动装置4与第一托圈装置5之间设有第一加热炉体7，所述第一托圈装置5与第二托圈装置6之间设有第二加热炉体8，所述第一加热炉体7和第二加热炉体8的两侧分别设有第一烧嘴组9和第二烧嘴组10；

所述回转窑筒体1从前到后依次包括预热段11、高温段12和冷却段13，所述高温段12设于所述第一加热炉体7及第二加热炉体8之内，所述加料装置与所述预热段11前端相衔接，所述冷却段13后端设有出料口32；

所述回转窑筒体1在所述第一加热炉体7和第二加热炉体8之间套装有筒体外壁14，所述筒体外壁14与回转窑筒体1之间均布有支撑管15，在筒体外壁14与回转窑筒体1之间形成烟气通道16，所述筒体外壁14支撑在所述第一托圈装置5上；

所述回转窑筒体1的轴线与水平线夹角为2.5°～5°，所述预热段11高于冷却段13。

所述第一托圈装置5包括托圈17、支撑座18及支撑辊筒19，所述托圈17设于筒体外壁14外围，所述支撑辊筒19设于所述支撑座18上，并支撑在所述托圈17下部。

所述预热段11外部设有烟气回收管20，所述烟气回收管20与回转窑筒体1之间设有排烟火焰支管道21，所述回转窑筒体1的前端设有排烟护罩22，所述排烟火焰支管道21在排烟护罩22内设有径向通风口23，所述排烟护罩22上设有尾气排放口24；所述驱动装置4支撑在所述烟气回收管20上。

所述加料装置包括加料斗2和螺旋输送机3，所述螺旋输送机3的出口伸到所述回转窑筒体1内，在所述出口上方设有煤气出口25。

所述冷却段13设有换热器，所述换热器包括冷却段回转窑外壁26、换热管27、热风护罩28和冷风护罩29，所述换热管27设于所述回转窑筒体1的内壁，所述冷却段回转窑外壁26设于所述回转窑筒体1的外部，所述热风护罩28及冷风护罩29分别设于所述冷却段回转窑外壁26的前、后端外部，所述换热管27两端分别设有穿过所述回转窑筒体1的径向通风口23。

所述烧嘴组包括水平设置的多个烧嘴，所述的烧嘴外部连接有助燃风管道30和煤气管道31。

本发明是这样使用的：

(1)将被还原的氧化铁物料(颗粒矿、造球、压球或者压块，或是粉状料)与还原剂按比例混合或者把还原煤内配到被还原物料，通过加料斗，通过螺旋输送机加入预热段，驱动装置带动回转窑筒体旋转，转速为0.5～5r/min，球团强度增加到300～350N/个球；

(2)球块进入高温段进行充分还原，高温段外设有的一段加热炉和二段加热炉为高温段加温，二段加热炉内的高温气体通过第一托圈装置中支撑管形成的烟气通道进入一段加热炉，保证回转窑筒体内部温度始终保持在1050～1150℃；

(3)被还原物料进入冷却段，冷风进入冷却段回转窑外壁中，接触高温的回转窑筒体，将回转窑筒体内物料冷却后，冷风变成热风，经热风出口排出进入烧嘴外部的助燃风管道和煤气管道，作为高温助燃风，为一、二段加热炉加温；

(4)铁矿物料被还原后，从出料口得到DRI初产品，再进行进一步冷却，分离出还原铁产品和干馏煤炭。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种通体外加热隔焰式回转窑，包括回转窑筒体、加料装置、驱动装置、第一托圈装置和第二托圈装置，其特征在于，所述回转窑筒体支撑在所述驱动装置、第一托圈装置及第二托圈装置上，所述驱动装置与第一托圈装置之间设有第一加热炉体，所述第一托圈装置与第二托圈装置之间设有第二加热炉体，所述第一加热炉体和第二加热炉体的两侧分别设有第一烧嘴组和第二烧嘴组；

所述回转窑筒体从前到后依次包括预热段、高温段和冷却段，所述高温段设于所述第一加热炉体及第二加热炉体之内，所述加料装置与所述预热段前端相衔接，所述冷却段后端设有出料口；

所述回转窑筒体在所述第一加热炉体和第二加热炉体之间套装有筒体外壁，所述筒体外壁与回转窑筒体之间均布有支撑管，在筒体外壁与回转窑筒体之间形成烟气通道，所述筒体外壁支撑在所述第一托圈装置上；

所述回转窑筒体的轴线与水平线夹角为2.5°～5°，所述预热段高于冷却段；

所述预热段外部设有烟气回收管，所述烟气回收管与回转窑筒体之间设有排烟火焰支管道，所述回转窑筒体的前端设有排烟护罩，所述排烟火焰支管道在排烟护罩内设有径向通风口，所述排烟护罩上设有尾气排放口；所述驱动装置支撑在所述烟气回收管上。

2.根据权利要求1所述的通体外加热隔焰式回转窑，其特征在于，所述第一托圈装置包括托圈、支撑座及支撑辊筒，所述托圈设于筒体外壁外围，所述支撑辊筒设于所述支撑座上，并支撑在所述托圈下部。

3.根据权利要求1所述的通体外加热隔焰式回转窑，其特征在于，所述加料装置包括加料斗和螺旋输送机，所述螺旋输送机的出口伸到所述回转窑筒体内，在所述出口上方设有煤气出口。

4.根据权利要求1所述的通体外加热隔焰式回转窑，其特征在于，所述冷却段设有换热器，所述换热器包括冷却段回转窑外壁、换热管、热风护罩和冷风护罩，所述换热管设于所述回转窑筒体的内壁，所述冷却段回转窑外壁设于所述回转窑筒体的外部，所述热风护罩及冷风护罩分别设于所述冷却段回转窑外壁的前、后端外部，所述换热管两端分别设有穿过所述回转窑筒体的径向通风口。

5.根据权利要求1所述的通体外加热隔焰式回转窑，其特征在于，所述烧嘴组包括水平设置的多个烧嘴，所述的烧嘴外部连接有助燃风管道和煤气管道。