CN104911332B - 一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提供一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置及其使用方法，焙烧炉包括焙烧炉组件、气化炉组件、燃烧装置和控制装置；焙烧炉组件包括上料段、加热段、还原段、冷却段、出料段五个部分；还原段包括还原气喷嘴、用于测量还原段处温度的第二测温装置和料封装置；冷却段包括水冷却器、用于测量冷却段处温度的第三测温装置；燃烧装置包括助燃风机、助燃风管路及进风阀门、还原气管路及进气阀门、烟气管路及排烟阀门、引风机、第五测温装置、CO浓度监测装置；控制装置与焙烧炉组件、气化炉组件和燃烧装置控制连接。该焙烧炉具有结构简单、操作方便，节能环保，使用寿命长且维护成本低，能广泛的被应用等优点。

Description

一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及低品位氧化锰矿焙烧炉窑技术领域，具体涉及一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置及其使用工艺。

背景技术

我国的锰矿资源特点是贫锰矿占全国锰矿查明总储量的93.6％，平均品位22％，目前还不能直接在工业上大规模应用。钢铁工业的迅猛发展，对锰矿石的需求急剧增长，目前我国锰矿石主要依赖进口，到2012年对外矿的依存度达62％，严重依赖国外矿的局面持续，势必危及国家的经济安全。因此研究如何经济、合理和高效的利用低品位锰矿资源对缓解我国锰矿资源严重紧缺的矛盾、确保锰行业的可持续发展具有十分重要的战略意义。

目前低品位锰矿的利用方法主要有“煤粉焙烧还原法”、“两矿焙烧浸出法”和“直接还原浸出法”。“煤粉焙烧还原法”处理低品位氧化锰矿的主要问题是低品位氧化锰矿中的石英成分含量高，其在高于600℃容易软化及烧结，而煤还原氧化锰一般在850℃以上进行，这使此工艺的连续性生产受到影响，并且工艺本身也存在高能耗、高还原温度和高生产成本等缺点，限制了其在还原低品位氧化锰矿制备一氧化锰中的应用。“两矿焙烧浸出法”是将硫铁矿和氧化锰矿按一定比例混合，在500～600℃下，将矿中二氧化锰还原为一氧化锰后再直接转化为硫酸锰的方法，该法最大的优点是不需要硫酸，同时还能达到两矿的有效利用，具有流程简单、操作方便、生成成本低、投资少和易工业化的特点；但该法也存在焙烧时间长，能耗高，渣量大及烟气排放大等问题。“直接还原浸出法”是将氧化锰矿、还原剂和硫酸混合后，在一定的温度和酸度条件下，将氧化锰矿还原为一氧化锰，再溶于硫酸得到硫酸锰溶液的过程。直接还原浸出法具有设备投资小，反应温度低，转化率高等优点。然而，“一氧化锰的两矿焙烧法”和“直接还原浸出法”由于引入了许多新的杂质，使其净化工艺复杂，难以制备出高纯度锰产品，致使这些工艺未在工业生产中得到广泛应用。相对而言，还原焙烧法是最有可能工业化的利用方法，但是传统煤还原焙烧法，由于反应需要在850℃以上的高温下进行，不仅浪费能源，而且对设备的要求也高，并且煤还原后也会产生的酸性气体和温室气体污染环境。

目前生物质还原氧化锰矿的工艺为生物质粉与锰矿粉按比例混合，间接加热；也有生物质气作为燃料，锰矿粉中另外添加还原剂，直接加热锰矿粉。上述方法工艺复杂，传动设备多，控制复杂，对生物质气利用率不高。因此选择高效、环保和经济的还原氧化锰矿工艺和设备是解决低品质锰矿利用的关键。

发明内容

针对现有技术中出现的主要采用煤作为还原剂，其还原温度高、生产成本大、能耗高、烟尘排放量大，同时也没有成熟的还原设备等问题，本发明的目的在于：提供一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置及其使用方法。该焙烧炉具有结构简单、操作方便，节能环保，使用寿命长且维护成本低，能广泛的被应用等优点。

为了达到上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置，所述焙烧炉包括焙烧炉组件、气化炉组件、燃烧装置和控制装置；所述焙烧炉组件包括上料段、加热段、还原段、冷却段、出料段五个部分；所述上料段包括自动上料机、加料密封装置、加料斗；所述加热段包括燃烧器、用于测量加热段处温度的第一测温装置和测压装置；所述还原段包括还原气喷嘴、用于测量还原段处温度的第二测温装置和料封装置；所述冷却段包括水冷却器、用于测量冷却段处温度的第三测温装置；所述出料段包括出料斗、出料密封装置、用于测量出料段处温度的第四测温装置、传动装置；所述气化炉组件包括气化炉加料装置、气化炉鼓风机、气化炉、水封一、放散管、水封二；所述气化炉加料装置用于将生物质或煤加入至所述气化炉中；所述气化炉鼓风机用于向所述气化炉内供风以便所述生物质或煤发生气化；所述生物质或煤在气化初期产生含有杂质的燃气经所述水封一后通过所述放散管放散；所述生物质在燃烧过程中产生达标后的燃气经所述水封二通入所述焙烧炉；所述燃烧装置包括助燃风机、助燃风管路及进风阀门、还原气管路及进气阀门、烟气管路及排烟阀门、引风机、第五测温装置、CO浓度监测装置；所述控制装置与所述焙烧炉组件、气化炉组件和燃烧装置控制连接。

作为上述方案的进一步优化：所述控制装置包括PLC单片机控制模块、电源模块、LIN通讯模块、用于声音提醒的警报模块、用于灯光提醒的灯光模块、上料输出端口、出料输出端口、CO浓度检测输出端口、显示模块、控制阀；所述电源模块与所述PLC单片机控制模块相连接用于提供电能；所述警报模块、灯光模块、显示模块分别与所述PLC单片机控制模块控制连接；所述PLC单片机控制模块通过所述上料输出端口与所述上料段中加料密封装置的输入端口相连接；所述PLC单片机控制模块通过所述出料输出端口与所述出料段中出料密封装置的输入端口相接连；所述PLC单片机控制模块通过所述CO浓度检测输出端口与所述燃烧装置的CO浓度检测装置的输入端口相连接；所述PLC单片机控制模块还通过控制阀分别与所述焙烧炉组件中的第一测温装置、测压装置、第二测温装置、第三测温装置四者的输出端口相连接。

作为上述方案的进一步优化：所述还原段与所述冷却段的连接处钢结构外壁还设置有用于避免所述焙烧炉组件底部支撑结构高温发生变形的水冷套。

作为上述方案的进一步优化：在还原段、加热段、上料段均设置便于手动调节和检修管路阀门的操作平台。

作为上述方案的进一步优化：所述第一测温装置、第二测温装置、第三测温装置、第四测温装置、第五测温装置为热电偶；所述测压装置为差压变送器。

作为上述方案的进一步优化：所述焙烧炉组件的上端还设有防爆装置；所述冷却段采用管壳式冷凝器。

一种采用上述焙烧炉装置的使用方法，该方法包括如下步骤：

(1)球团成型：将锰矿粉与适量粘结剂及水混合，混合料在造球机上制成锰矿球团，球团直径不大于4cm；

(2)加料：自动上料机将锰矿球团加入装料口，加料密封装置打开，锰矿球团加入炉内后，料封关闭，保证炉内气氛；

(3)验纯：起炉时，气化炉加料装置往气化炉内加入生物质或煤，气化炉鼓风机向气化炉内供风，由于初运行，气化炉产生的燃气不纯，开启放散管阀门，还原气经水封一后通过放散管放散，气化炉运行一段时间后，对气化炉产生的生物质气或煤气进行取样爆破试验，试验成功后关闭放散管路阀门，开启焙烧炉进气阀门，还原气经水封二通往焙烧炉；

(4)燃烧：气化炉产生的还原气送入加热段底部燃烧器燃气喷口，鼓风机将助燃空气送入燃烧器空气喷口，在炉内点燃，燃料在球团缝隙中完全燃烧，将物料加热到650℃或850℃；燃烧段还原气占总用气量的30％～40％，助燃空气的量为燃烧段中包括燃烧段供气量和还原段剩余还原气量的助燃空气量，燃烧后的烟气由炉体上部排烟口排出，烟气上升的同时将上部物料预热，排烟温度降至低于150℃，由引风机引入烟气处理装置除尘后经烟囱排放；

(5)还原：加热后的物料进入还原段，还原气喷嘴由还原段底部通入炉内，还原气占总用气量的60％～70％，还原反应时间30～120min，M_nO₂还原率达到90％以上，还原后物料温度约450℃～650℃，未完全反应的还原气在加热段完全燃烧，加热物料；

(6)冷却：加热段与还原段的连接处设置一个水冷套，降低钢结构的温度，保证支撑型钢不变形，同时对还原物料进行预冷，还原物料进入冷却段，即冷却箱内，冷水进口布置在冷却箱底部，冷水与物料逆流换热，冷却水管路将物料20～40min内冷却到60℃以下；

(7)出料：冷却物料落入下料斗，由出料装置和传送装置实现连续出料；在上述过程中，通过PLC单片机控制模块与各输出端口相连接，实时获取所述焙烧炉组件内温度、压力、CO浓度的状态并及时控制调节。

与现有技术中的焙烧炉设备相比，采用本发明的焙烧炉具有如下优点：

(1)本发明工艺简单，还原气既作为燃料也作为还原剂，在炉体上部直接加热物料，燃料耗量少，节能环保，符合节能减排的要求；

(2)立式分段式炉窑，物料靠重力下落，运动部件少，维修简便；炉型结构简单，投资运行费用少；上料、出料机械化，操作方便，控制简单，炉子寿命长；还原反应时间短，冷却迅速，生产能力大；本发明较煤粉还原焙烧炉节约能耗约50％；减少烟气、粉尘排放量60～70％；节能减排效果显著。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

其中附图标记说明如下：

1.自动加料装置；2.加料密封装置；3.加料斗；4.燃烧器；5.还原气喷嘴；6.水冷套；7.水冷却箱；8.出料装置；9.传送装置；10.助燃风机；11.引风机；12.烟气处理装置；13.气化炉加料装置；14.气化炉鼓风机；15.气化炉；16.水封一；17.放散管；18.水封二；19.操作平台；20.防爆装置。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的焙烧炉装置及其使用方法作进一步说明：

一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置，其特征在于：所述焙烧炉包括焙烧炉组件、气化炉组件、燃烧装置和控制装置；所述焙烧炉组件包括上料段、加热段、还原段、冷却段、出料段五个部分；所述上料段包括自动上料机1、加料密封装置2、加料斗3；所述加热段包括燃烧器4、用于测量加热段处温度的第一测温装置21和测压装置；所述还原段包括还原气喷嘴5、用于测量还原段处温度的第二测温装置22和料封装置；所述冷却段包括水冷却器7、用于测量冷却段处温度的第三测温装置；所述出料段包括出料斗8、出料密封装置、用于测量出料段处温度的第四测温装置23、传动装置9；所述气化炉组件包括气化炉加料装置13、气化炉鼓风机14、气化炉15、水封一16、放散管17、水封二18；所述气化炉加料装置用于将生物质或煤加入至所述气化炉中；所述气化炉鼓风机用于向所述气化炉内供风以便所述生物质或煤发生气化；所述生物质或煤在气化初期产生含有杂质的燃气经所述水封一后通过所述放散管放散；所述生物质在燃烧过程中产生达标后的燃气经所述水封二通入所述焙烧炉；所述燃烧装置包括助燃风机10、助燃风管路及进风阀门、还原气管路及进气阀门、烟气管路及排烟阀门12、引风机11、第五测温装置24、CO浓度监测装置25；所述控制装置与所述焙烧炉组件、气化炉组件和燃烧装置控制连接。

作为上述方案的进一步优化：所述控制装置包括PLC单片机控制模块、电源模块、LIN通讯模块、用于声音提醒的警报模块、用于灯光提醒的灯光模块、上料输出端口、出料输出端口、CO浓度检测输出端口、显示模块、控制阀；所述电源模块与所述PLC单片机控制模块相连接用于提供电能；所述警报模块、灯光模块、显示模块分别与所述PLC单片机控制模块控制连接；所述PLC单片机控制模块通过所述上料输出端口与所述上料段中加料密封装置的输入端口相连接；所述PLC单片机控制模块通过所述出料输出端口与所述出料段中出料密封装置的输入端口相接连；所述PLC单片机控制模块通过所述CO浓度检测输出端口与所述燃烧装置的CO浓度检测装置的输入端口相连接；所述PLC单片机控制模块还通过控制阀分别与所述焙烧炉组件中的第一测温装置、测压装置、第二测温装置、第三测温装置四者的输出端口相连接。

作为上述方案的进一步优化：所述还原段与所述冷却段的连接处钢结构外壁还设置有用于避免所述焙烧炉组件底部支撑结构高温发生变形的水冷套6。

作为上述方案的进一步优化：在还原段、加热段、上料段均设置便于手动调节和检修管路阀门的操作平台19。

作为上述方案的进一步优化：所述第一测温装置、第二测温装置、第三测温装置、第四测温装置、第五测温装置为热电偶；所述测压装置为差压变送器。

作为上述方案的进一步优化：所述焙烧炉组件的上端还设有防爆装置20；所述冷却段采用管壳式冷凝器。

一种采用上述焙烧炉装置的使用方法，该方法包括如下步骤：

(1)球团成型：将锰矿粉与适量粘结剂及水混合，混合料在造球机上制成锰矿球团，球团直径不大于4cm；

(2)加料：自动上料机1将锰矿球团加入装料口，加料密封装置2打开，锰矿球团加入炉内后，料封关闭，保证炉内气氛；

(3)验纯：起炉时，气化炉加料装置13往气化炉内加入生物质或煤，气化炉鼓风机14向气化炉15内供风，由于初运行，气化炉产生的燃气不纯，开启放散管17阀门，还原气经水封一16后通过放散管放散，气化炉运行一段时间后，对气化炉产生的生物质气或煤气进行取样爆破试验，试验成功后关闭放散管路阀门，开启焙烧炉进气阀门，还原气经水封二18通往焙烧炉；

(4)燃烧：气化炉15产生的还原气送入加热段底部燃烧器4燃气喷口，鼓风机将助燃空气送入燃烧器4空气喷口，在炉内点燃，燃料在球团缝隙中完全燃烧，将物料加热到650℃或850℃；燃烧段还原气占总用气量的30％～40％，助燃空气的量为燃烧段中包括燃烧段供气量和还原段剩余还原气量的助燃空气量，燃烧后的烟气由炉体上部排烟口排出，烟气上升的同时将上部物料预热，排烟温度降至低于150℃，由引风机11引入烟气处理装置12除尘后经烟囱排放；

(5)还原：加热后的物料进入还原段，还原气喷嘴5由还原段底部通入炉内，还原气占总用气量的60％～70％，还原反应时间30～120min，M_nO₂还原率达到90％以上，还原后物料温度约450℃～650℃，未完全反应的还原气在加热段完全燃烧，加热物料；

(6)冷却：加热段与还原段的连接处设置一个水冷套6，降低钢结构的温度，保证支撑型钢不变形，同时对还原物料进行预冷，还原物料进入冷却段，即冷却箱7内，冷水进口布置在冷却箱底部，冷水与物料逆流换热，冷却水管路将物料20～40min内冷却到60℃以下；

(7)出料：冷却物料落入下料斗，由出料装置8和传送装置9实现连续出料；在上述过程中，通过PLC单片机控制模块与各输出端口相连接，实时获取所述焙烧炉组件

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置，其特征在于：所述焙烧炉包括焙烧炉组件、气化炉组件、燃烧装置和控制装置；所述焙烧炉组件包括上料段、加热段、还原段、冷却段、出料段五个部分；所述上料段包括自动上料机(1)、加料密封装置(2)、加料斗(3)；所述加热段包括燃烧器(4)、用于测量加热段处温度的第一测温装置(21)和测压装置；所述还原段包括还原气喷嘴(5)、用于测量还原段处温度的第二测温装置(22)和料封装置；所述冷却段包括水冷却器(7)、用于测量冷却段处温度的第三测温装置；所述出料段包括出料斗(8)、出料密封装置、用于测量出料段处温度的第四测温装置(23)、传动装置(9)；所述气化炉组件包括气化炉加料装置(13)、气化炉鼓风机(14)、气化炉(15)、水封一(16)、放散管(17)、水封二(18)；所述气化炉加料装置用于将生物质或煤加入至所述气化炉中；所述气化炉鼓风机用于向所述气化炉内供风以便所述生物质或煤发生气化；所述生物质或煤在气化初期产生含有杂质的燃气经所述水封一后通过所述放散管放散；所述生物质在燃烧过程中产生达标后的燃气经所述水封二通入所述焙烧炉；所述燃烧装置包括助燃风机(10)、助燃风管路及进风阀门、还原气管路及进气阀门、烟气管路及排烟阀门(12)、引风机(11)、第五测温装置(24)、CO浓度监测装置(25)；所述控制装置与所述焙烧炉组件、气化炉组件和燃烧装置控制连接。

2.根据权利要求1所述的一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置，其特征在于：所述控制装置包括PLC单片机控制模块、电源模块、LIN通讯模块、用于声音提醒的警报模块、用于灯光提醒的灯光模块、上料输出端口、出料输出端口、CO浓度检测输出端口、显示模块、控制阀；所述电源模块与所述PLC单片机控制模块相连接用于提供电能；所述警报模块、灯光模块、显示模块分别与所述PLC单片机控制模块控制连接；所述PLC单片机控制模块通过所述上料输出端口与所述上料段中加料密封装置的输入端口相连接；所述PLC单片机控制模块通过所述出料输出端口与所述出料段中出料密封装置的输入端口相接连；所述PLC单片机控制模块通过所述CO浓度检测输出端口与所述燃烧装置的CO浓度检测装置的输入端口相连接；所述PLC单片机控制模块还通过控制阀分别与所述焙烧炉组件中的第一测温装置、测压装置、第二测温装置、第三测温装置四者的输出端口相连接。

3.根据权利要求1所述的一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置，其特征在于：所述还原段与所述冷却段的连接处钢结构外壁还设置有用于避免所述焙烧炉组件底部支撑结构高温发生变形的水冷套(6)。

4.根据权利要求1所述的一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置，其特征在于：在还原段、加热段、上料段均设置便于手动调节和检修管路阀门的操作平台(19)。

5.根据权利要求1所述的一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置，其特征在于：所述第一测温装置、第二测温装置、第三测温装置、第四测温装置、第五测温装置为热电偶；所述测压装置为差压变送器。

6.根据权利要求1所述的一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置，其特征在于：所述焙烧炉组件的上端还设有防爆装置(20)；所述冷却段采用管壳式冷凝器。

7.一种采用上述权利要求1-6中任一项所述的一种低品位氧化锰矿分段立式焙烧炉装置的使用方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)球团成型：将锰矿粉与适量粘结剂及水混合，混合料在造球机上制成锰矿球团，球团直径不大于4cm；

(2)加料：自动上料机(1)将锰矿球团加入装料口，加料密封装置(2)打开，锰矿球团加入炉内后，料封关闭，保证炉内气氛；

(3)验纯：起炉时，气化炉加料装置(13)往气化炉内加入生物质或煤，气化炉鼓风机(14)向气化炉(15)内供风，由于初运行，气化炉产生的燃气不纯，开启放散管(17)阀门，还原气经水封一(16)后通过放散管放散，气化炉运行一段时间后，对气化炉产生的生物质气或煤气进行取样爆破试验，试验成功后关闭放散管路阀门，开启焙烧炉进气阀门，还原气经水封二(18)通往焙烧炉；

(4)燃烧：气化炉(15)产生的还原气送入加热段底部燃烧器(4)燃气喷口，鼓风机将助燃空气送入燃烧器(4)空气喷口，在炉内点燃，燃料在球团缝隙中完全燃烧，将物料加热到650℃或850℃；燃烧段还原气占总用气量的30％～40％，助燃空气的量为燃烧段中包括燃烧段供气量和还原段剩余还原气量的助燃空气量，燃烧后的烟气由炉体上部排烟口排出，烟气上升的同时将上部物料预热，排烟温度降至低于150℃，由引风机(11)引入烟气处理装置(12)除尘后经烟囱排放；

(5)还原：加热后的物料进入还原段，还原气喷嘴(5)由还原段底部通入炉内，还原气占总用气量的60％～70％，还原反应时间30～120min，M_nO₂还原率达到90％以上，还原后物料温度约450℃～650℃，未完全反应的还原气在加热段完全燃烧，加热物料；

(6)冷却：加热段与还原段的连接处设置一个水冷套(6)，降低钢结构的温度，保证支撑型钢不变形，同时对还原物料进行预冷，还原物料进入冷却段，即冷却箱(7)内，冷水进口布置在冷却箱底部，冷水与物料逆流换热，冷却水管路将物料20～40min内冷却到60℃以下；

(7)出料：冷却物料落入下料斗，由出料装置(8)和传送装置(9)实现连续出料；在上述过程中，通过PLC单片机控制模块与各输出端口相连接，实时获取所述焙烧炉组件内温度、压力、CO浓度的状态并及时控制调节。