CN106222448B - 一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工冶金领域，具体涉及一种利用红土镍矿热解和还原反应的系统与方法。针对现有技术的不足，本发明提出一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统及方法，来实现红土镍矿煤基直接还原过程中的煤的热解和红土镍矿湿球团的还原熔炼。该系统中红土镍矿湿球团入炉，缩短了干燥流程。热解后的半焦继续在转底炉内参加红土镍矿的直接还原反应得到金属化球团。该系统能够在红土镍矿直接还原过程实现了煤的热解，使宝贵的油气资源得以回收，增加了转底炉煤基直接还原工艺的副产品，并且，所述转底炉炉体内部产生的烟气余热可以被有效再利用，从而，该系统实现了绿色环保，间接降低了工艺能耗和成本。

Description

一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还 原反应系统及方法

技术领域

本发明涉及化工冶金领域。具体地讲，本发明涉及一种利用红土镍矿热解和还原反应的系统与方法。

背景技术

近年来，随着高品位硫化镍矿的枯竭及国内不锈钢产业的快速发展，低品位红土镍矿已经成为生产镍铁产品的主要原料。为了解决红土镍矿的合理利用问题，以红土镍矿为原料，煤粉为还原剂，采用直接还原法将矿石中的铁和镍还原成了金属铁和金属镍，再经过熔分或磨选使镍富集到镍铁产品中。

现今，煤基直接还原工艺有多种，其中，由于转底炉还原工艺具有设备简单、操作容易、生产周期短、反应速度快、环境友好等优点，所以转底炉还原工艺已经引起了广泛的关注。转底炉炼铁的基本原理是通过位于炉侧壁的平焰烧嘴燃烧，火焰的高温通过辐射传给料层表面的球团，使含碳球团中的金属氧化物在高温下被还原，加热能源多采用天然气、裂化气、焦炉煤气、转炉煤气和煤制气等，能源来源十分广泛。采用转底炉设备直接还原铁(DRI)工艺主要包括以下步骤：将铁矿粉与还原剂煤粉混合均匀，压制成含碳球团矿，烘干；将干燥的含碳球团均匀地铺在转底炉上，使含碳球团在转底炉炉内的还原区域(温度可达1300℃～1400℃)内被还原15min~30min，即可得到金属化率为85％以上的金属化球团。转底炉设备用于生产DRI的优点在于，还原温度高、时间短、炉料与炉底保持相对的静止不动，从而避免了回转窑、流化床粘结、竖炉结瘤等问题。中国专利CN 102212636A 公开了一种红土镍矿转底炉煤基直接还原—燃气熔分炉熔分的炼铁方法，将红土镍矿与煤及助熔剂混合后造球，干球布入转底炉内进行直接还原得到金属化球团，金属化球团送入用煤气作燃料的蓄热式燃气熔分炉进行熔分，最终得到高镍的镍铁合金。

但是，现有转底炉处理红土镍矿技术中仍然存在一些问题。一方面，还原煤在红土镍矿转底炉直接还原过程中仅仅是起到了还原矿物和一部分供给热量的作用，自身宝贵的油气资源没有得到更为有效的利用；另一方面，因为红土镍矿不能湿球直接入炉，原因是红土镍矿湿球团入炉后受急热会失水爆裂粉化，导致转底炉内烟尘量过大，从而堵塞烧嘴影响生产，所以入炉的红土镍矿湿球团要先经过干燥处理工序，增加能耗。因此，现有转底炉处理红土镍矿技术有待进一步改进。

发明内容

针对现有转底炉处理红土镍矿技术中没有考虑在直接还原过程回收还原煤中的油气资源和不能实现湿球团直接入炉的现状，本发明提出一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统及方法，来实现红土镍矿煤基直接还原过程中的煤的热解和红土镍矿湿球团的还原熔炼。该系统中红土镍矿湿球团入炉，缩短了干燥流程。热解后的半焦继续在转底炉内参加红土镍矿的直接还原反应得到金属化球团。该系统能够在红土镍矿直接还原过程实现了煤的热解，使宝贵的油气资源得以回收，增加了转底炉煤基直接还原工艺的副产品，并且，所述转底炉炉体内部产生的烟气余热可以被有效再利用，从而，该系统实现了绿色环保，间接降低了工艺能耗和成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统。根据本发明的实施例，该系统包括：配料混料装置、成型装置、具有热解和还原功能的转底炉、油气除尘装置、油气回收装置、渣铁分离装置和烟气除尘装置，其中：

所述配料混料装置包括：红土镍矿入口、还原煤入口、添加剂入口和混合物料出口，用于将红土镍矿、还原煤和添加剂进行配料混料处理，得到混合物料；

所述成型装置包括：混合物料入口和湿球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连，用于将所述混合物料进行成型处理，得到湿球团；

所述具有热解和还原功能的转底炉包括：依次相邻的进料区、干燥热解区、低温还原区、高温还原区和出料区，其中，所述干燥热解区分别与所述进料区、所述低温还原区之间设有隔墙，所述高温还原区与所述出料区之间设有挡墙，所述隔墙和所述挡墙均是由所述转底炉的顶壁向下延伸，并与所述转底炉的布料盘保持一定间隔；其中，所述干燥热解区和所述低温还原区设有多个加热管，用于对所述干燥热解区和所述低温还原区进行加热管方式加热；所述高温还原区设有多个烧嘴，用于对所述高温还原区进行烧嘴方式加热；所述进料区炉壁上设有湿球团入口，所述干燥热解区炉壁上设有加热管高温除尘烟气入口和热解油气出口，所述低温还原区炉壁上设有加热管高温除尘烟气入口和高温烟气出口，所述出料区炉壁上设有金属化球团出口，所述湿球团入口与所述湿球团出口相连；

所述油气除尘装置包括：含尘热解油气入口和除尘热解油气出口，所述含尘热解油气入口与所述转底炉的热解油气出口相连，用于将含尘热解油气进行除尘处理，得到除尘热解油气；

所述油气回收装置包括：除尘热解油气入口、焦油出口和燃气出口，所述除尘热解油气入口与所述除尘热解油气出口相连，用于将所述除尘热解油气进行收集和分离处理，得到焦油和燃气；

所述渣铁分离装置包括：金属化球团入口、镍铁产品出口和尾渣出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连，用于将所述金属化球团进行渣铁分离处理，得到镍铁产品和尾渣；

所述烟气除尘装置包括：高温烟气入口和高温除尘烟气出口，所述高温烟气入口与所述转底炉的高温烟气出口相连，用于将高温烟气进行除尘处理，得到高温除尘烟气，所述高温除尘烟气出口分别与所述干燥热解区和所述低温还原区的加热管高温除尘烟气入口相连，用于将所述高温除尘烟气作为加热管的热源，加热所述转底炉的干燥热解区和低温还原区的物料。

发明人发现，根据本发明实施例的系统结构简单，操作方便，该系统中红土镍矿湿球团入炉，缩短了干燥流程。热解后的半焦继续在转底炉内参加红土镍矿的直接还原反应得到金属化球团。该系统能够在红土镍矿直接还原过程实现了煤的热解，使宝贵的油气资源得以回收，增加了转底炉煤基直接还原工艺的副产品，并且，所述转底炉炉体内部产生的烟气余热可以被有效再利用，从而，该系统实现了绿色环保，间接降低了工艺能耗和成本。

根据本发明的实施例，所述具有热解和还原功能的转底炉的水平截面为圆环形，所述干燥热解区的圆环夹角60º-150º。

根据本发明的实施例，所述具有热解和还原功能的转底炉的水平截面为圆环形，所述低温还原区的圆环夹角80º-130º。

根据本发明的实施例，所述具有热解和还原功能的转底炉的水平截面为圆环形，所述高温还原区的圆环夹角80º-200º。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种利用前面所述的系统进行红土镍矿湿球团热解和还原反应的方法，包括以下步骤：

（1）将红土镍矿、还原煤和添加剂加入配料混料装置进行混料和配料处理，得到混合物料；

（2）将混合物料加入成型装置进行成型处理，得到湿球团；

（3）将湿球团加入到具有热解和还原功能的转底炉中进行热解和还原处理，得到热解油气和金属化球团；

（4）将金属化球团加入渣铁分离装置进行渣铁分离处理，得到镍铁产品和尾渣。

根据本发明的实施例，所述步骤（2）中的湿球团的含水量为14-25%。

根据本发明的实施例，所述步骤（1）中的红土镍矿、还原煤和添加剂的粒度均小于100目。

根据本发明的实施例，所述步骤（1）中的还原煤为中低阶煤，挥发分不低于20%，优选褐煤。

根据本发明的实施例，所述步骤（1）中的红土镍矿、还原煤和添加剂的重量配比为红土镍矿：还原煤：添加剂=100：10-40：3-15。

根据本发明的实施例，所述步骤（3）中湿球团在具有热解和还原功能的转底炉进行热解和还原处理的反应条件为：干燥热解区温度500-900℃，停留时间10-30min；低温还原区温度1000℃-1150℃，停留时间10-20min；高温还原区温度1200-1400℃，停留时间10-20min。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统及方法，实现了红土镍矿湿球团可以直接入炉，有效地缩短了干燥流程，从而降低了能耗。

（2）本发明提供一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统及方法，能够在红土镍矿直接还原过程实现煤的热解，使得宝贵的油气资源得以回收，增加了转底炉煤基直接还原工艺的副产品，从而，间接减低了工艺能耗和成本。

（3）本发明提供一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统及方法，热解后的半焦继续在转底炉内参加红土镍矿的直接还原反应，得到金属化球团。

（4）本发明提供一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统及方法，转底炉采用高温除尘烟气来加热加热管，使得转底炉炉体内部产生的烟气余热可以被有效再利用，从而，该系统实现了节能减排，绿色环保，降低了成本。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的简易图。

图3为本发明的工作流程图。

其中，10、加热管，20、隔墙，30、烧嘴，40、烟道，50、挡墙，100、配料混料装置，101、红土镍矿入口，102、还原煤入口，103、添加剂入口，104、混合物料出口，200、成型装置，201、混合物料入口，202、湿球团出口，300、具有还原和热解功能的转底炉，301、湿球团入口，302、加热管高温除尘烟气入口，303、热解油气出口，304、高温烟气出口，305、金属化球团出口，400、油气除尘装置，401、含尘热解油气入口，402、除尘热解油气出口，500、油气回收装置，501、除尘热解油气入口，502、焦油出口，503、燃气出口，600、渣铁分离装置，601、金属化球团入口，602、镍铁产品出口，603、尾渣出口，700、烟气除尘装置，701、高温烟气入口，702、高温除尘烟气出口。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统，如图1所示，其结构包括：配料混料装置100、成型装置200、具有热解和还原功能的转底炉300、油气除尘装置400、油气回收装置500、渣铁分离装置600和烟气除尘装置700。图2为本发明烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统的简易图，如图2所示，所述配料混料装置包括：红土镍矿入口101、还原煤入口102、添加剂入口103和混合物料出口104，用于将红土镍矿、还原煤和添加剂进行配料混料处理，得到混合物料；所述成型装置包括：混合物料入口201和湿球团出口202，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连，用于将所述混合物料进行成型处理，得到湿球团；所述具有热解和还原功能的转底炉包括：依次相邻的进料区、干燥热解区、低温还原区、高温还原区和出料区；所述油气除尘装置包括：含尘热解油气入口401和除尘热解油气出口402，所述含尘热解油气入口与所述转底炉的热解油气出口相连；所述油气回收装置包括：除尘热解油气入口501、焦油出口502和燃气出口503，所述除尘热解油气入口与所述除尘热解油气出口相连，用于将所述除尘热解油气进行收集和分离处理，得到焦油和燃气；所述渣铁分离装置包括：金属化球团入口601、镍铁产品出口602和尾渣出口603，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连；所述烟气除尘装置包括：高温烟气入口701和高温除尘烟气出口702，所述高温烟气入口与所述转底炉的高温烟气出口相连，所述高温除尘烟气出口分别与所述干燥热解区和所述低温还原区的加热管高温除尘烟气入口相连。

发明人发现，根据本发明实施例的系统结构简单，操作方便，该系统中红土镍矿湿球团入炉，缩短了干燥流程。热解后的半焦继续在转底炉内参加红土镍矿的直接还原反应得到金属化球团。该系统能够在红土镍矿直接还原过程实现了煤的热解，使宝贵的油气资源得以回收，增加了转底炉煤基直接还原工艺的副产品，并且，所述转底炉炉体内部产生的烟气余热可以被有效再利用，从而，该系统实现了绿色环保，间接降低了工艺能耗和成本。

根据本发明的具体实施例，所述具有热解和还原功能的转底炉包括：依次相邻的进料区、干燥热解区、低温还原区、高温还原区和出料区，其中，所述干燥热解区分别与所述进料区、所述低温还原区之间设有隔墙20，所述高温还原区与所述出料区之间设有挡墙50，所述隔墙和所述挡墙均是由所述转底炉的顶壁向下延伸，并与所述转底炉的布料盘保持一定间隔。由此，所述高温还原区与出料区之间的挡墙可以有效地分隔两个区，能够保证高温还原区和低温还原区气氛稳定。

根据本发明的具体实施例，所述进料区炉壁上设有湿球团入口301，所述湿球团入口与所述湿球团出口相连，所述湿球团入口用于将湿球团加入到所述转底炉内进行反应；所述干燥热解区炉壁上设有加热管高温除尘烟气入口302和热解油气出口303，所述加热管高温除尘烟气入口用于将加热管高温除尘烟气导入所述转底炉内的干燥热解区进行加热，所述热解油气出口用于将所述转底炉内产生的热解油气排出去；所述低温还原区炉壁上设有加热管高温除尘烟气入口302和高温烟气出口304，所述加热管高温除尘烟气入口用于将加热管高温除尘烟气导入所述转底炉内的低温还原区进行加热，所述高温烟气出口用于将高温烟气排出所述低温还原区；所述出料区炉壁上设有金属化球团出口305，所述金属化球团出口用于将金属化球团出口排出所述转底炉的出料区。由此，所述转底炉将烟道40设在低温还原区，产生的烟气经过除尘后直接作为干燥热解区和低温还原区加热管的热源，实现了炉体内部产生的烟气余热可以被有效再利用，从而，该系统实现了绿色环保，间接降低了工艺能耗和成本。

根据本发明的具体实施例，所述具有热解和还原功能的转底炉的具体形状不受具体限制，只要能够实现对红土镍矿湿球团进行热解和还原反应即可。在本发明的一些实施例中，所述具有热解和还原功能的转底炉的水平截面为圆环形，并且，每个区所占的圆环夹角不受具体限制。优选的，所述干燥热解区的圆环夹角60º-150º，所述低温还原区的圆环夹角80º-130º，所述高温还原区的圆环夹角80º-200º，保证良好的热解效果和还原效果。

根据本发明的具体实施例，所述具有热解和还原功能的转底炉的干燥热解区的加热方式不受具体的限制，只要能够加热原料即可。在本发明的一些实施例中，所述干燥热解区采用加热管的方式进行加热，进一步的，所述加热管可以安装在所述干燥热解区，可以设置多个加热管10。从而，实现了对所述干燥热解区的原料进行加热。

根据本发明的具体实施例，所述具有热解和还原功能的转底炉的低温还原区的加热方式不受具体的限制，只要能够加热原料即可。在本发明的一些实施例中，所述还原区采用加热管的方式进行加热，进一步的，所述加热管可以安装在所述低温还原区，可以设置多个加热管10。从而，实现了对所述低温还原区的原料进行加热。

根据本发明的具体实施例，所述具有热解和还原功能的转底炉的高温还原区的加热方式不受具体的限制，只要能够加热原料即可。在本发明的一些实施例中，所述高温还原区采用烧嘴的方式进行加热，进一步的，所述烧嘴可以安装在所述高温还原区，可以设置多个烧嘴30。在本发明的一些实施例中，采用烧嘴燃烧产生的热量通过辐射传热的方式来传递给球团。因为，烧嘴明火燃烧具有燃烧能力大、加热温度高的优势（可达1500℃），从而，实现了对所述高温还原区的原料进行加热。

根据本发明的具体实施例，该系统还包括所述油气除尘装置，用于将含尘热解油气进行除尘处理，得到除尘热解油气。在本发明的一些实施例中，所述油气除尘装置包括：含尘热解油气入口和除尘热解油气出口，所述含尘热解油气入口与所述转底炉的热解油气出口相连，能有效地将所述转底炉的干燥热解区内的煤热解产生的含尘热解油气输送到所述油气除尘装置进行油气除尘处理。在本发明的一些实施例中，该系统还包括油气回收装置，与所述除尘热解油气出口连接，用于将所述除尘热解油气进行收集和分离处理，以便得到焦油和燃气，使宝贵的油气资源得以回收。由此，有效地将所述转底炉中产生含尘热解油气进行除尘处理，得到除尘热解油气，并且使宝贵的油气资源得以回收，从而，增加了转底炉煤基直接还原工艺的副产品，间接降低了工艺能耗和成本。

根据本发明的具体实施例，该系统还包括所述烟气除尘装置，用于对高温烟气进行除尘处理，得到高温除尘烟气。在本发明的一些实施例中，所述烟气除尘装置包括：高温烟气入口和高温除尘烟气出口，所述高温烟气入口与所述转底炉的高温烟气出口相连，用于将高温烟气进行除尘处理，得到高温除尘烟气，所述高温除尘烟气出口分别与所述干燥热解区和所述低温还原区的加热管高温除尘烟气入口相连，用于将所述高温除尘烟气作为加热管的热源，加热所述转底炉的干燥热解区和低温还原区的物料。由此，所述转底炉炉体内部产生的烟气余热可以被有效再利用，从而，该系统实现了绿色环保，降低了成本。

根据本发明的具体实施例，该系统还包括所述渣铁分离装置，用于将所述金属化球团进行渣铁分离处理，得到镍铁产品和尾渣。在本发明的一些实施例中，所述渣铁分离装置包括：金属化球团入口、镍铁产品出口和尾渣出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连，用于将所述金属化球团进行渣铁分离处理，得到镍铁产品和尾渣。由此，该系统实现了对红土镍矿的有效处理，得到了镍铁产品。

根据本发明的实施例，所述系统中的红土镍矿与还原煤和添加剂的重量配比不受具体的限制。在本发明的一些实施例中，所述系统中的红土镍矿与还原煤和添加剂的重量配比为红土镍矿：还原煤：添加剂=100：10-40：3-15。由此，在此配比范围内的原料在反应过程中，有利于镍铁颗粒的聚集和长大。

根据本发明的实施例，所述系统中的红土镍矿、还原煤和添加剂的粒度不受具体的限制，只要能够用于进行反应即可。在本发明的一些实施例中，红土镍矿、还原煤和添加剂的粒度均小于100目。

根据本发明的实施例，所述系统中的还原煤的种类不受具体的限制，只要能够用于进行反应即可。在本发明的一些实施例中，所述还原煤为中低阶煤。进一步的，所述还原煤的挥发分不低于20%，优选的，为褐煤。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种利用前面所述的系统进行红土镍矿湿球团热解和还原反应的方法，其工作流程如图3所示，包括以下步骤：

（1）将红土镍矿、还原煤和添加剂加入配料混料装置进行混料和配料处理，得到混合物料。根据本发明的实施例，所述系统包括配料混料装置，用于将红土镍矿、还原煤和添加剂进行混料和配料处理，得到混合物料。所述系统中的红土镍矿与还原煤和添加剂的重量配比为红土镍矿：还原煤：添加剂=100：10-40：3-15。由此，在此配比范围内的原料在反应过程中，有利于镍铁颗粒的聚集和长大。并且，红土镍矿、还原煤和添加剂的粒度均小于100目，所述还原煤为中低阶煤。进一步的，所述还原煤的挥发分不低于20%，优选的，为褐煤。

（2）将混合物料加入成型装置进行成型处理，得到湿球团。根据本发明的实施例，所述成型装置用于对混合物料进行成型处理，得到湿球团。所述湿球团的含水量为14-25%，有利于反应的进行。由此，该系统中红土镍矿湿球团入炉，缩短了干燥流程，间接降低了工艺能耗和成本。

（3）将湿球团加入到具有热解和还原功能的转底炉中进行热解和还原处理，得到热解油气和金属化球团。根据本发明的实施例，所述具有热解-还原功能的转底炉沿运行方向具体划分为进料区，干燥热解区，低温还原区，高温还原区和出料区，所述干燥热解区和低温还原区的加热方式为加热管，所述高温还原区的加热方式为烧嘴加热。所述湿球团在具有热解和还原功能的转底炉进行热解和还原处理的反应条件为：干燥热解区温度500-900℃，停留时间10-30min，以便对入炉湿球团在干燥热解区先进行预热，脱除红土镍矿球团中的表水和结晶水，同时对入炉湿球团中的还原煤进行热解处理得到热解油气；低温还原区温度1000℃-1150℃，停留时间10-20min，用于将热解后的球团进行低温还原，以达到良好的还原效果，即镍的还原率到90%以上，铁的还原率到50%以上；最后，高温还原区温度1200-1400℃，停留时间10-20min，用于对球团进行深度还原和镍铁晶粒长大，所述高温还原区的加热方式为烧嘴加热，红土镍矿球团在高温还原区经过深度还原和镍铁晶粒长大后最终得到金属化球团在出料区排出转底炉，由此，该系统能够在红土镍矿直接还原过程实现了煤的热解，并且，热解后的半焦继续在转底炉内参加红土镍矿的直接还原反应得到金属化球团。所述油气除尘装置，用于将所述干燥热解内的煤热解产生的含尘热解油气进行除尘处理，得到除尘热解油气，可通过所述油气回收装置进行回收，从而，使得该系统实现了宝贵的油气资源得以回收，增加了转底炉煤基直接还原工艺的副产品，间接降低了工艺能耗和成本。所述烟气除尘装置，用于对所述转底炉炉体内部产生的高温烟气进行除尘处理，得到高温除尘烟气，然后将所述高温除尘烟气作为加热管的热源，加热所述转底炉的干燥热解区和低温还原区的物料，实现了转底炉炉体内部产生的烟气余热可以被有效再利用，从而，该系统实现了绿色环保，降低了成本。

（4）将金属化球团加入渣铁分离装置进行渣铁分离处理，得到镍铁产品和尾渣。根据本发明的实施例，所述渣铁分离装置，用于将所述金属化球团进行渣铁分离处理，得到镍铁产品和尾渣。由此，该系统实现了对红土镍矿的有效回收，得到了镍铁产品。

发明人发现，根据本发明实施例的系统结构简单，操作方便，该系统中红土镍矿湿球团入炉，缩短了干燥流程。热解后的半焦继续在转底炉内参加红土镍矿的直接还原反应得到金属化球团。该系统能够在红土镍矿直接还原过程实现了煤的热解，使宝贵的油气资源得以回收，增加了转底炉煤基直接还原工艺的副产品，并且，所述转底炉炉体内部产生的烟气余热可以被有效再利用，从而，该系统实现了绿色环保，间接降低了工艺能耗和成本。

实施例1

将红土镍矿（含Ni 1.85%）、烟煤（挥发分25%）和碳酸钠按质量比100:10:5在混料配料装置中进行配料、混料处理得到混合物料，将混合物料在成型装置中进行成型处理得到湿球团（含水14.6%），然后将湿球团在具有热解和还原功能的转底炉中进行热解和还原处理，转底炉热解区和低温还原区加热管的热量来自转底炉的高温除尘烟气的换热，干燥热解区圆环夹角60º，干燥热解区温度900℃，停留时间10min；低温还原区圆环夹角100º，低温还原区温度1100℃，停留时间10min；高温还原区圆环夹角180º，高温还原区温度1350℃，停留时间20min。干燥热解区得到的热解油气首先经过油气除尘装置进行除尘处理后再经油气回收装置处理得到焦油和燃气，金属化球团送入渣铁分离装置进行渣铁分离处理得到镍铁粉（含Ni 5.62%，TFe 64.73%）和尾渣，整个流程镍回收率95%。

实施例2

将100目以下的三种原料：红土镍矿（含Ni 2.45%）、褐煤（挥发分40%）和石灰石按质量比100:20:15在混料配料装置中进行配料、混料处理得到混合物料，将混合物料在成型装置中进行成型处理得到湿球团（含水18.6%），然后将湿球团在具有热解和还原功能的转底炉中进行热解和还原处理，转底炉热解区和低温还原区加热管的热量来自转底炉的高温除尘烟气的换热，干燥热解区圆环夹角100º，干燥热解区温度800℃，停留时间25min；低温还原区圆环夹角110º，低温还原区温度1150℃，停留时间20min；高温还原区圆环夹角140º，高温还原区温度1400℃，停留时间10min。干燥热解区得到的热解油气首先经过油气除尘装置进行除尘处理后再经油气回收装置处理得到焦油和燃气，金属化球团送入渣铁分离装置进行渣铁分离处理得到镍铁粉（含Ni 6.82%，TFe 65.64%）和尾渣，整个流程镍回收率96%。

实施例3

将红土镍矿（含Ni 1.12%）、次烟煤（挥发分35%）和石灰按质量比100:30:9在混料配料装置中进行配料、混料处理得到混合物料，将混合物料在成型装置中进行成型处理得到湿球团（含水25%），然后将湿球团在具有热解和还原功能的转底炉中进行热解和还原处理，转底炉热解区和低温还原区加热管的热量来自转底炉的高温除尘烟气的换热，干燥热解区圆环夹角150º，干燥热解区温度750℃，停留时间30min；低温还原区圆环夹角80º，低温还原区温度1000℃，停留时间10min；高温还原区圆环夹角120º，高温还原区温度1350℃，停留时间15min。干燥热解区得到的热解油气首先经过油气除尘装置进行除尘处理后再经油气回收装置处理得到焦油和燃气，金属化球团送入渣铁分离装置进行渣铁分离处理得到镍铁粉（含Ni 3.83%，TFe 75.83%）和尾渣，整个流程镍回收率97%。

实施例4

将100目以下的三种原料：红土镍矿（含Ni 1.85%）、烟煤（挥发分25%）和碳酸钠按质量比100:40:5在混料配料装置中进行配料、混料处理得到混合物料，将混合物料在成型装置中进行成型处理得到湿球团（含水14.6%），然后将湿球团在具有热解和还原功能的转底炉中进行热解和还原处理，转底炉热解区和低温还原区加热管的热量来自转底炉的高温除尘烟气的换热，干燥热解区圆环夹角120º，干燥热解区温度600℃，停留时间15min；低温还原区圆环夹角90º，低温还原区温度1100℃，停留时间10min；高温还原区圆环夹角140º，高温还原区温度1300℃，停留时间20min。干燥热解区得到的热解油气首先经过油气除尘装置进行除尘处理后再经油气回收装置处理得到焦油和燃气，将金属化球团送入渣铁分离装置进行渣铁分离处理得到镍铁产品（含Ni 18.62%，TFe 79.73%）和镍铁渣，整个流程镍回收率96%。

实施例5

将红土镍矿（含Ni 2.45%）、褐煤（挥发分40%）和石灰石按质量比100:25:15在混料配料装置中进行配料、混料处理得到混合物料，将混合物料在成型装置中进行成型处理得到湿球团（含水18.6%），然后将湿球团在具有热解和还原功能的转底炉中进行热解和还原处理，转底炉热解区和低温还原区加热管的热量来自转底炉的高温除尘烟气的换热，干燥热解区圆环夹角130º，干燥热解区温度500℃，停留时间25min；低温还原区圆环夹角120º，低温还原区温度1100℃，停留时间20min；高温还原区圆环夹角100º，高温还原区温度1250℃，停留时间15min。干燥热解区得到的热解油气首先经过油气除尘装置进行除尘处理后再经油气回收装置处理得到焦油和燃气，将金属化球团送入渣铁分离装置进行渣铁分离处理得到镍铁产品（含Ni 24.82%，TFe 73.24%）和镍铁渣，整个流程镍回收率97%。

实施例6

将100目以下的三种原料：红土镍矿（含Ni 1.12%）、次烟煤（挥发分35%）和石灰按质量比100:35:9在混料配料装置中进行配料、混料处理得到混合物料，将混合物料在成型装置中进行成型处理得到湿球团（含水25%），然后将湿球团在具有热解和还原功能的转底炉中进行热解和还原处理，转底炉热解区和低温还原区加热管的热量来自转底炉的高温除尘烟气的换热，干燥热解区圆环夹角70º，干燥热解区温度900℃，停留时间10min；低温还原区圆环夹角110º，低温还原区温度1100℃，停留时间20min；高温还原区圆环夹角170º，高温还原区温度1350℃，停留时间20min。干燥热解区得到的热解油气首先经过油气除尘装置进行除尘处理后再经油气回收装置处理得到焦油和燃气，将金属化球团送入渣铁分离装置进行渣铁分离处理得到镍铁产品（含Ni 15.35%，TFe 82.83%）和镍铁渣，整个流程镍回收率98%。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (8)

1.一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿湿球团的热解和还原反应系统，其特征在于，包括：配料混料装置、成型装置、具有热解和还原功能的转底炉、油气除尘装置、油气回收装置、渣铁分离装置和烟气除尘装置，其中：

所述配料混料装置包括：红土镍矿入口、还原煤入口、添加剂入口和混合物料出口，用于将红土镍矿、还原煤和添加剂进行配料混料处理，得到混合物料；

所述成型装置包括：混合物料入口和湿球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连，用于将所述混合物料进行成型处理，得到湿球团；

所述具有热解和还原功能的转底炉包括：依次相邻的进料区、干燥热解区、低温还原区、高温还原区和出料区，其中，所述干燥热解区分别与所述进料区、所述低温还原区之间设有隔墙，所述高温还原区与所述出料区之间设有挡墙，所述隔墙和所述挡墙均是由所述转底炉的顶壁向下延伸，并与所述转底炉的布料盘保持一定间隔；其中，所述干燥热解区和所述低温还原区设有多个加热管，用于对所述干燥热解区和所述低温还原区进行加热管方式加热；所述高温还原区设有多个烧嘴，用于对所述高温还原区进行烧嘴方式加热；所述进料区炉壁上设有湿球团入口，所述干燥热解区炉壁上设有加热管高温除尘烟气入口和热解油气出口，所述低温还原区炉壁上设有加热管高温除尘烟气入口和高温烟气出口，所述出料区炉壁上设有金属化球团出口，所述湿球团入口与所述湿球团出口相连；所述具有热解和还原功能的转底炉的水平截面为圆环形，所述干燥热解区的圆环夹角60º-150º，所述低温还原区的圆环夹角80º-130º，所述高温还原区的圆环夹角80º-200º；

所述油气除尘装置包括：含尘热解油气入口和除尘热解油气出口，所述含尘热解油气入口与所述转底炉的热解油气出口相连，用于将含尘热解油气进行除尘处理，得到除尘热解油气；

所述油气回收装置包括：除尘热解油气入口、焦油出口和燃气出口，所述除尘热解油气入口与所述除尘热解油气出口相连，用于将所述除尘热解油气进行收集和分离处理，得到焦油和燃气；

所述渣铁分离装置包括：金属化球团入口、镍铁产品出口和尾渣出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连，用于将所述金属化球团进行渣铁分离处理，得到镍铁产品和尾渣；

所述烟气除尘装置包括：高温烟气入口和高温除尘烟气出口，所述高温烟气入口与所述转底炉的高温烟气出口相连，用于将高温烟气进行除尘处理，得到高温除尘烟气，所述高温除尘烟气出口分别与所述干燥热解区和所述低温还原区的加热管高温除尘烟气入口相连，用于将所述高温除尘烟气作为加热管的热源，加热所述转底炉的干燥热解区和低温还原区的物料。

2.一种利用权利要求1所述的系统进行红土镍矿热解和还原反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将红土镍矿、还原煤和添加剂加入配料混料装置进行混料和配料处理，得到混合物料；

（2）将混合物料加入成型装置进行成型处理，得到湿球团；

（3）将湿球团加入到具有热解和还原功能的转底炉中进行热解和还原处理，得到热解油气和金属化球团；

（4）将金属化球团加入渣铁分离装置进行渣铁分离处理，得到镍铁产品和尾渣。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的湿球团的含水量为14-25%。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的红土镍矿、还原煤和添加剂的粒度均小于100目。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的还原煤为中低阶煤，挥发分不低于20%。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述中低阶煤为褐煤。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的红土镍矿、还原煤和添加剂的重量配比为红土镍矿：还原煤：添加剂=100：10-40：3-15。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中湿球团在具有热解和还原功能的转底炉进行热解和还原处理的反应条件为：干燥热解区温度500-900℃，停留时间10-30min；低温还原区温度1000℃-1150℃，停留时间10-20min；高温还原区温度1200-1400℃，停留时间10-20min。