CN106402820B - 一种粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉 - Google Patents

一种粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉，主要包括前置蒸发器、锁气器Ⅰ、悬浮床蒸发器、旋风分离器、锁气器Ⅱ、流化床换热器、流化风装置Ⅱ、汽包、除氧器、加药装置和排污系统。冶金工艺中粉矿悬浮磁化焙烧粉体通过前置蒸发器、悬浮床蒸发器及流化床换热器三段式降温工艺有效控制粉的降温过程和实现粉体不失磁的降温工艺。不仅能够有效利用粉体中的余热，降低企业生产能耗和生产成本，而且主要满足冶金选矿工艺要求和节能、降耗，具有可观的经济价值和社会效益。

Description

一种粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉
技术领域
本发明属于冶金、节能技术领域，具体涉及到冶金工艺中铁矿石的一种粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉。
背景技术
我国是一个铁矿资源严重不足的国家，且铁矿石储量一半以上属于难选氧化铁矿石，为了合理开采这些矿产，采用了各种复杂的选矿工艺，其中，粉矿悬浮磁化焙烧粉体选矿工艺属于最经济、最优化的方案，特别是对于难选氧化铁矿石的选矿更能体现铁精矿品味高、能耗低、资源利用率高等特点。
近年来，随着节能型粉末选矿冶金技术在冶金工业领域广泛采用，生产过程中先要对大量超细粉体进行高温焙烧，使氧化铁矿石（2Fe2O3·3H2O）在高温氧化条件下进行脱水、氧化，当焙烧温度达到300-400℃时氧化铁矿石（2Fe2O3·3H2O）开始脱除结晶水、达到600℃时结晶水脱除完毕，氧化铁矿石（2Fe2O3·3H2O）转变为赤铁矿（Fe2O3）。赤铁矿（Fe2O3）在弱还原气氛下570℃时还原成磁铁矿（Fe3O4）。只有磁铁矿（Fe3O4）通过磁选可以精选铁精矿，可以大大降低冶炼能耗和成本。但磁选过程是在低温下进行的，而570℃的高温磁铁矿（Fe3O4）需降温到400℃左右时才能与空气接触冷却达到磁选温度。因为高温过程中磁铁矿（Fe3O4）在氧化环境下又会氧化成失磁的赤铁矿（Fe2O3），前面的焙烧过程白白浪费能源。因此，需要对570℃的高温磁铁矿（Fe3O4）在无氧条件下急冷降温到400℃左右时才能不失磁，满足后续工序的要求。其具体反应式如下：
2Fe2O3·3H2O→2Fe2O3+3H2O（当焙烧温度达到300-400℃时氧化铁矿石（2Fe2O3·3H2O）开始脱除结晶水、达到600℃时结晶水脱除完毕，氧化铁矿石（2Fe2O3·3H2O）转变为赤铁矿（Fe2O3））
3Fe2O3+C→2Fe3O4+ C O↑
3Fe2O3+ CO→2Fe3O4+ CO2↑（铁矿（Fe2O3）在弱还原气氛下570℃时还原成磁铁矿（Fe3O4））
传统的冷却方式通常为水套冷却，这种方式产出的热水没有得到有效地利用，甚至产生二次污染。也有采用与惰性气体混合后将含超细粉体的高温惰性气体通过对流换热回收热量的方式，这种方式将高品质的废热转化为低品质的废热加以利用，致使能源利用效率大大降低，造成能源的大量浪费，同时，大量惰性气体的成本也非常昂贵，另外，含超细粉体的高温惰性气体对换热设备的磨损非常大造成换热设备寿命大大减短。即使采用列管进行高温惰性气体与水或其他介质进行热交换的，由于热交换效率低等原因，换热面积很大，工艺、设备都比较复杂，投资较大，不利于工业推广。
而随着现代工业的发展和节能减排的国家战略要求，我国冶金行业必须淘汰高能耗、高污染的老、旧冶金选矿、工艺装备，粉矿悬浮磁化焙烧选矿工艺必将得到快速发展，粉矿悬浮磁化焙烧选矿工艺过程中的核心技术——高温超细粉体再无氧条件下急冷降温的技术应用也将快速得到发展，粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉必将在冶金行业得到广泛应用和推广。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种冶金工艺中粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷式降温余热锅炉，采用三段式工艺降温，其中第一级为前置蒸发器降温，本级降温为急冷式降温，首先本级降温不仅能够有效利用粉体中的余热，降低企业生产能耗和生产成本，而且是粉矿悬浮磁化焙烧选矿的核心工艺部分——将570℃的高温粉体急冷降温至400℃不失磁的磁铁矿（Fe3O4），第三，在高温粉体急冷降温过程中仅采用极少量惰性气体作为强化传热的使粉体流态化的动力源，大大节省因急冷降温需要的惰性气体而增加的生产成本，属于工艺核心技术和节能、降耗，具有可观的经济价值和社会效益。
为实现以上目的，采用以下技术方案：一种粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉主要包括前置蒸发器、锁气器Ⅰ、悬浮床蒸发器、旋风分离器、锁气器Ⅱ、流化床换热器、汽包、除氧器、加药装置和排污系统。前置蒸发器与悬浮床蒸发器通过锁气器Ⅰ连接，悬浮床蒸发器与旋风分离器连接，旋风分离器与流化床换热器通过锁气器Ⅱ连接，旋风分离器还与热空气通道相连，热空气通道与焙烧炉之间连接有高温引风机，将旋风分离器分离的热空气送入焙烧炉供焙烧使用；悬浮床蒸发器与流化床换热器通过流化风管道相连，前置蒸发器、悬浮床蒸发器和流化床换热器分别通过排污管道连接到排污系统；所述的汽包通过上升管、下降管分别与前置蒸发器和悬浮床蒸发器相连，汽包通过加药泵连接到加药装置，汽包通过排污管道连接到排污系统，汽包通过锅炉给水管道连接到流化床换热器；所述的除氧器分别通过预热水管道、锅炉给水管道和减温水管道与流化床换热器相连，除氧器通过低压饱和蒸汽管道连接到排污系统。
所述的排污系统包括连续排污膨胀器、定期排污膨胀器及排污换热器，连续排污膨胀器和定期排污膨胀器分别通过排污管道与排污换热器相连。
所述的前置蒸发器包括布料器、自然循环蒸发受热面、强制循环蒸发受热面和流化风装置Ⅰ。
所述的悬浮床蒸发器下部布置“L”弯型文丘里结构的配风结构。
所述的悬浮床蒸发器的炉膛设计采用全密封结构，整个炉膛由无缝钢管与扁钢焊成全膜式水冷壁结构。
所述的流化床换热器内部被隔板分隔成若干腔室，除第一个腔室及最后一个腔室外依次布置低温过热器、高温过热器、蒸发器Ⅰ、蒸发器Ⅱ、高温省煤器、低温省煤器和除氧器受热面，流化床换热器的前端低温过热器与高温过热器连接管之间设置减温器，流化床换热器的底部设置流化风装置Ⅱ。
所述的自然循环蒸发受热面和强制循环蒸发受热面的换热管均采用错列布置且前两排换热管均有防磨套管。
所述的流化风装置Ⅱ（9-9）由罗茨风机（19）与主风管（21）、主风箱（22）、分配风干管（23）、调节阀（24）、分配风箱（25）、再分配风连管（26）、布风支管（27）、播风喷嘴（28）依次连接构成。
三段式降温工艺说明：1）前置蒸发器粉体温度控制可以通过以下三种措施实现：①前置蒸发器分为自然循环对流受热面和强制循环对流受热面，强制循环对流受热面一侧通过上升管与汽包汽空间相连，另一侧先与循环泵相连，再通过下降管与汽包水空间相连，形成闭合循环回路。根据前置蒸发器出口温度信号反馈给循环泵，循环泵通过改变循环水量改变水侧传热系数，从而改变粉体侧放热量，粉体温度得到调节；②前置蒸发器蒸发受热面下部布置流化风，流化风采用压缩惰性气体，根据前置蒸发器出口温度信号反馈给压缩惰性气体管道调节阀，调节阀通过改变压缩惰性气体量改变粉体扰动状态，从而改变粉体侧放热量，粉体温度得到调节；③采取强制循环从锅炉汽包抽取饱和水通过热水循环泵送入强制循环蒸发受热面与高温粉体进行换热，换热后汽水混合物再通过管道送回锅炉汽包。以上①②③三种方式可以结合粉体经监测前置蒸发器出口温度联合使用，这三种措施是确保粉体降温不失磁的重要措施方法，也是可调节的重要措施。2）悬浮床蒸发器的目的是将冷空气通过与粉体在悬浮床蒸发器传质混合换热到405℃左右，通过悬浮床蒸发器出口的旋风分离器分离，将分离出的高温空气送入焙烧炉以节能。悬浮床蒸发器粉体温度控制：粉体与冷空气在悬浮床蒸发器下部迅速混合、反应，混合后温度为405℃左右，工艺要求悬浮床蒸发器出口温度为400℃，悬浮床蒸发器中依靠悬浮床蒸发器的换热量较小，大量的热量与冷空气混合，加热冷空气。悬浮床蒸发器由膜式水冷壁构成。整个水冷壁四周均焊有销钉，工地安装时在此区域敷设耐磨浇注料炉衬，以减轻空气、粉体混合物对水冷壁的磨损，同时，耐磨浇注料炉衬敷设到悬浮床蒸发器换热面积的大小可以调整粉体在悬浮床蒸发器中的放热量，确保工艺要求热空气的温度和后续设备的能量供应。3）流化床换热器粉体温度控制：流化床换热器内合理布置受热面，各级受热面内工质温度逐级降低，通过流化床换热器内底部布置的流化风使得粉体在流化床换热器内呈流动状态，粉体以“∽”型运动依次通过高温过热器、低温过热器、蒸发器Ⅰ、蒸发器Ⅱ、高温省煤器、低温省煤器和除氧器受热面，最终将粉体温度降到80℃以下供精选矿使用。
所述的流化床换热器的底部设置流化风装置Ⅱ采用罗茨风机提供高压流化风，高压流化风通过主风管送入主风箱，主风箱两侧配备多根分配风干管，并在每根分配风干管上装设调节阀门，用于调节流化床换热器中各段不同风量以及设备开工启动时流化床换热器中各段风量的关停与启动调整，与分配风干管、调节阀的另一端相连的是根据流化床换热器中各段使用的风量配备的多个分配风箱，分配风箱按照流化床换热器的结构两侧左、右外置，通过按照流化床换热器底部面积均匀布置多支分配风连管连接左、右两侧的分配风箱，在每支分配风连管上依据流化床换热器底部面积装设多对呈90°或60°角度的布风喷嘴，通过布风喷嘴将罗茨风机提供的高压流化风吹向流化床换热器底面，依靠流化风与流化床换热器底面的反弹力使粉体流动和扰动，粉体在流化床换热器内的流动和扰动强化了粉体与流化床换热器受热面管的换热，实现了废热回收之目的，同时也实现了粉体进一步降温之目的。
本发明有益效果：本发明采用三段式降温工艺有效控制粉的降温过程，前置蒸发器中粉体在隔绝空气的情况下急冷降温，不会使粉体失磁；悬浮床蒸发器中粉体与空气迅速混合、反应、降温，有效控制了粉体失磁率以及将焙烧所需的空气加热到所需的高温状态送入焙烧炉；流化床换热器中粉体在流化风的作用下呈“↑、↓”状态扰动，且以“∽”型运动形式依次通过各级受热面，使高温粉体与各级受热面进行换热，高温粉体经换热降温冷却后通过粉体溢流口溢出，供下一步工序精选矿使用，流化床换热器中上部溢出的热空气通过多支收风支管收集汇入到收风干管中送入悬浮床蒸发器底部的“L”弯型文丘里配风结构的中间部位。综上，粉体在冷却过程中可以产生高品质产品。同时，粉体在冷却过程中还产生了高温热空气和过热蒸汽，高温过热空气可以送至焙烧系统作为助燃空气，降低企业能耗，过热蒸汽可以直接进行工业生产或用于汽机透平做功发电，降低生产成本，增加企业经济效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是流化风装置Ⅱ示意图。
如图所示：前置蒸发器1、布料器1-1、自然循环蒸发受热面1-2、强制循环蒸发受热面1-3、流化风装置Ⅰ1-4、锁气器Ⅰ2、膨胀节Ⅰ3、悬浮床蒸发器4、膨胀节Ⅱ5、旋风分离器6、锁气器Ⅱ7、膨胀节Ⅲ8、流化床换热器9、低温过热器9-1、减温器9-2、高温过热器9-3、蒸发器Ⅰ9-4、蒸发器Ⅱ9-5、高温省煤器9-6、低温省煤器9-7、除氧器受热面9-8、流化风装置Ⅱ9-9、汽包10、除氧器11、锅炉给水泵12、减温水泵13、加药罐14、加药泵15、连续排污膨胀器16、定期排污膨胀器17、排污换热器18、罗茨风机19、循环水泵20、主风管21、主风箱22、分配风干管23、调节阀24、分配风箱25、再分配风连管26、布风支管27、播风喷嘴28、收风支管29、收风干管30、“L”弯型文丘里进风管31、热风道32、引风机33。
具体实施方式
实施例
下面结合附图对本发明对进一步说明，该锅炉包括前置蒸发器（1）、锁气器Ⅰ（2）、悬浮床蒸发器（4）、旋风分离器（6）、锁气器Ⅱ（7）、流化床换热器（9）、汽包（10）、除氧器（11）、加药装置（14）和排污系统。排污系统包括连续排污膨胀器（16）、定期排污膨胀器（17）及排污换热器（18），连续排污膨胀器（16）和定期排污膨胀器（17）分别通过排污管道与排污换热器（18）相连。前置蒸发器（1）包括布料器（1-1）、自然循环蒸发受热面（1-2）、强制循环蒸发受热面（1-3）和流化风装置Ⅰ（1-4），自然循环蒸发受热面（1-2）和强制循环蒸发受热面（1-3）的换热管均采用错列布置且前两排换热管均有防磨套管。悬浮床蒸发器（4）下部布置空气入口，空气入口为文丘里结构，悬浮床蒸发器（4）的炉膛设计采用全密封结构，整个炉膛由无缝钢管与扁钢焊成全膜式水冷壁结构。流化床换热器（9）内部被隔板分隔成若干腔室，除第一个腔室及最后一个腔室外依次布置低温过热器（9-1）、高温过热器（9-3）、蒸发器Ⅰ（9-4）、蒸发器Ⅱ（9-5）、高温省煤器（9-6）、低温省煤器（9-7）和除氧器受热面（9-8），流化床换热器（9）的低温过热器（9-1）与高温过热器（9-3）连接管之间设置减温器（9-2）置于流化床换热器（9）外部，流化床换热器（9）的底部设置流化风装置Ⅱ（9-9）。
前置蒸发器（1）与悬浮床蒸发器（4）通过锁气器Ⅰ（2）连接，锁气器Ⅰ（2）与悬浮床蒸发器（4）之间设置膨胀节Ⅰ（3）。悬浮床蒸发器（4）与旋风分离器（6）连接，并且二者之间设置膨胀节Ⅱ（5）。旋风分离器（6）与流化床换热器（9）通过锁气器Ⅱ（7）连接，并且锁气器Ⅱ（7）与流化床换热器（9）之间设置膨胀节Ⅲ（8）。旋风分离器（6）还与热空气烟道相连。悬浮床蒸发器（4）与流化床换热器（9）通过流化风管道相连。
前置蒸发器（1）的自然循环蒸发受热面（1-2）通过排污管道连接到排污系统的定期排污膨胀器（17），悬浮床蒸发器（4）通过排污管道连接到排污系统的定期排污膨胀器（17），流化床换热器（9）的蒸发器Ⅰ（9-4）、蒸发器Ⅱ（9-5）、高温省煤器（9-6）、低温省煤器（9-7）和除氧器受热面（9-8）分别通过排污管道连接到排污系统的定期排污膨胀器（17）。
汽包（10）通过上升管与前置蒸发器（1）的自然循环蒸发受热面（1-2）和强制循环蒸发受热面（1-3）相连，汽包（10）和强制循环蒸发受热面（1-3）之间设置循环水泵（20）；汽包（10）通过下降管与悬浮床蒸发器（4）相连；汽包（10）通过加药管道与加药装置（14）相连,并且加药管道上安装加药泵（15）；汽包（10）通过排污管道连接到排污系统的连续排污膨胀器（16）；汽包（10）通过锅炉给水管道连接到流化床换热器（9）的高温省煤器（9-6）。
除氧器（11）通过预热水管道与流化床换热器（9）的除氧器受热面（9-8）相连；除氧器（11）通过减温水管道与流化床换热器（9）的减温器（9-2）相连，且除氧器（11）减温器（9-2）之间的减温水管道上设置减温水泵（13）；除氧器（11）通过锅炉给水管道与流化床换热器（9）的低温省煤器（9-7）相连，且除氧器（11）与低温省煤器（9-7）之间的锅炉给水管道上设置锅炉给水泵（12）；除氧器（11）通过低压饱和蒸汽管道连接到排污系统的连续排污膨胀器（16）和定期排污膨胀器（17）。
流化床换热器（9）的底部设置流化风装置Ⅱ（9-9）。流化风装置Ⅱ由罗茨风机（19）依次与主风管（21）、主风箱（22）、分配风干管（23）、调节阀（24）、分配风箱（25）、再分配风连管（26）、布风支管（27）、播风喷嘴（28）连接构成。
该锅炉的工作过程：570℃粉体由入口进入前置蒸发器（1），经布料器（1-1）分布均匀后依靠重力呈散状依次通过自然循环蒸发受热面（1-2）和强制循环蒸发受热面（1-3），粉体在前置蒸发器（1）内快速降温至450℃以下。降温后的粉体进入锁气器Ⅰ（2），在通入的压缩惰性气体作为松料风与送料风的作用下，粉体进入悬浮床蒸发器（4）。在悬浮床蒸发器（4）底部粉体与空气混合后，混合物向上流动，由悬浮床蒸发器（4）出口排出进入旋风分离器（6）。混合物在旋风分离器（6）内经分离后的400℃高温空气经热风道（32）、引风机（33）引送至焙烧系统，混合物在旋风分离器（6）内经分离后的400℃粉体进入锁气器Ⅱ（7），在通入的压缩空气作为松料风与送料风的作用下，粉体进入流化床换热器（9）。在流化床换热器（9）内，罗茨风机（19）产生的高压流化风的经流化风装置Ⅱ（9-9）布风送入流化床换热器（9）内与粉体混合、扰动，使粉体呈“↑、↓”状态扰动，且以“∽”型运动形式依次通过高温过热器（9-3）、低温过热器（9-1）、蒸发器Ⅰ（9-4）、蒸发器Ⅱ（9-5）、高温省煤器（9-6）、低温省煤器（9-7）和除氧器受热面（9-8），最终，降温到80℃的粉体从流化床换热器（9）尾部的溢流口排放，进入后续工序系统。在流化床换热器（9）内被加热后的流化风从流化床换热器（9）顶部多根收风支管（29）收集汇入收风干管（30），经收风干管（30）送至悬浮床蒸发器（4）下部的“L”弯型文丘里进风管（31）的喉口处。流化风、松料风及送料风均采用采用惰性气体。

Claims (8)

1.一种粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉，包括前置蒸发器（1）、锁气器Ⅰ（2）、悬浮床蒸发器（4）、旋风分离器（6）、锁气器Ⅱ（7）、流化床换热器（9）、汽包（10）、除氧器（11）、加药装置和排污系统，其特征在于，前置蒸发器（1）与悬浮床蒸发器（4）通过锁气器Ⅰ（2）连接，悬浮床蒸发器（4）与旋风分离器（6）连接，旋风分离器（6）与流化床换热器（9）通过锁气器Ⅱ（7）连接，旋风分离器（6）还与热空气烟道相连；悬浮床蒸发器（4）与流化床换热器（9）通过流化风管道相连，前置蒸发器（1）、悬浮床蒸发器（4）和流化床换热器（9）分别通过排污管道连接到排污系统；所述的汽包（10）通过上升管、下降管分别与前置蒸发器（1）和悬浮床蒸发器（4）相连，汽包（10）通过加药泵（15）连接到加药装置（14），汽包（10）通过排污管道连接到排污系统，汽包（10）通过锅炉给水管道连接到流化床换热器（9）；所述的除氧器（11）分别通过预热水管道、锅炉给水管道和减温水管道与流化床换热器（9）相连，除氧器（11）通过低压饱和蒸汽管道连接到排污系统。
2.根据权利要求1所述的粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉，其特征在于，所述的排污系统包括连续排污膨胀器（16）、定期排污膨胀器（17）及排污换热器（18），连续排污膨胀器（16）和定期排污膨胀器（17）分别通过排污管道与排污换热器（18）相连。
3.根据权利要求2所述的粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉，其特征在于，所述的前置蒸发器（1）包括布料器（1-1）、自然循环蒸发受热面（1-2）、强制循环蒸发受热面（1-3）和流化风装置Ⅰ（1-4）。
4.根据权利要求3所述的粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉，其特征在于，所述的悬浮床蒸发器（4）下部布置“L”弯型文丘里结构的配风结构。
5.根据权利要求4所述的粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉，其特征在于，所述的悬浮床蒸发器（4）的炉膛设计采用全密封结构，整个炉膛由无缝钢管与扁钢焊成全膜式水冷壁结构。
6.根据权利要求5所述的粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉，其特征在于，所述的流化床换热器（9）内部被隔板分隔成若干腔室，除第一个腔室及最后一个腔室外依次布置低温过热器（9-1）、高温过热器（9-3）、蒸发器Ⅰ（9-4）、蒸发器Ⅱ（9-5）、高温省煤器（9-6）、低温省煤器（9-7）和除氧器受热面（9-8），流化床换热器（9）的低温过热器（9-1）与高温过热器（9-3）连接管之间设置减温器（9-2）置于流化床换热器（9）外部，流化床换热器（9）的底部设置流化风装置Ⅱ（9-9）。
7.根据权利要求6所述的粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉，其特征在于，所述的流化风装置Ⅱ（9-9）由罗茨风机（19）与主风管（21）、主风箱（22）、分配风干管（23）、调节阀（24）、分配风箱（25）、再分配风连管（26）、布风支管（27）、播风喷嘴（28）依次连接构成。
8.根据权利要求3所述的粉矿悬浮磁化焙烧粉体急冷降温工艺余热锅炉，其特征在于，所述的自然循环蒸发受热面（1-2）和强制循环蒸发受热面（1-3）的换热管均采用错列布置且前两排换热管均有防磨套管。
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