CN108504853A - 一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了化工、钢铁冶金技术领域的一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺及其装置，包括加煤仓，所述加煤仓的底部安装有棒阀，所述煤粉气化炉的左侧顶部设置通过管道连接有低氧燃烧器，所述调质室的底部与反应炉的底部通过管道相连通，所述反应炉的左侧顶部通过管道连接有收料器，煤炭气化及烟气调质分别在独立的室内进行，对煤的气化及工艺所需烟气调节方便可控；传热、传质效率高，焙烧反应的转化速率快；热能利用率高；蒸汽用于发电，实现了热能利用率最大化；循环利用低温磁化铁矿工艺与装置降低难选铁矿石粉体磁化焙烧过程的能耗，提高难选铁矿石粉体磁化焙烧过程的经济性、工艺简单、可操作性强、安全可靠易于大型化工业生产。

Description

一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺及其装置
技术领域
本发明涉及化工、钢铁冶金技术领域，具体为一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺及其装置。
背景技术
钢铁行业是国民经济的支柱性产业，支撑着汽车、建筑、交通、机电等众多重要产业。随着我国经济的快速发展，对铁矿石的需求大幅攀升，当前国内铁矿石的产量已难以满足生产需求，每年需要进口大量的铁矿石(如2005年我国共进口铁矿石约2.7亿吨)。近年来国际铁矿石价格大幅攀升，铁矿石进口国际形势不容乐观，已危及我国铁矿石供应的安全。低品位铁矿中有一半属于弱磁性难选贫矿，为了利用这些铁矿，往往采用浮选、重选或强磁选等多种方法进行处理，现有的技术中常常以煤炭直接作为还原剂的铁矿石流态化磁化焙烧工艺，在现有的技术中，煤炭的利用率低，焙烧效率低，热能利用率低，尾气排放不达标，环境污染严重，为此，我们提出一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺及其装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺及其装置，以解决上述背景技术中提出的在现有的技术中，煤炭的利用率低，焙烧效率低，热能利用率低，尾气排放不达标，环境污染严重的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合装置，包括加煤仓，所述加煤仓的底部安装有棒阀，所述棒阀的底部安装有螺旋输送机，所述螺栓输送机的右侧连接有煤粉气化炉，所述煤粉气化炉的底部设置有煤粉气化炉气箱，所述煤粉气化炉气箱的底部设置有煤粉气化炉排渣机，所述煤粉气化炉气箱的底部右侧设置有鼓风机，所述煤粉气化炉气箱的左侧通过管道连接有第二循环风机，所述煤粉气化炉的顶部上端设置有布袋收尘器，所述布袋收尘器的右侧通过管道连接有引风机，所述引风机的右侧通过管道连接有烟囱，所述布袋收尘器的左侧通过管道连接有第一循环风机，所述第一循环风机和第二循环风机通过管道相连通，所述煤粉气化炉的左侧顶部设置通过管道连接有低氧燃烧器，所述低氧燃烧器的顶部安装有燃烧风机，所述低氧燃烧器的底部安装有调质室，所述调质室的左侧设置有反应炉，所述调质室的底部与反应炉的底部通过管道相连通，所述反应炉的左侧顶部通过管道连接有收料器，所述收料器的底部通过管道连接有焙烧矿换热器，所述焙烧矿换热器的内腔顶部和底部分别设置有空气换热管和水换热管，所述空气换热管与鼓风机连接，所述反应炉的左侧底部与收料器的顶部均通过管道连接有多级预热器，两组所述多级预热器分别依次设置在收料器的上方，顶部所述多级预热器的顶部与第一循环风机连接，底部所述多级预热器的顶部通过管道与顶部多级预热器的左侧顶部连接。
优选的，所述反应炉是内腔设置有2-3个缩口，且2-3缩口将反应炉分为3-4个焙烧单元。
优选的，所述空气换热管的左侧设置有空气进口，且空气进口与鼓风机连接，所述水换热管的右侧设置有进水口。
优选的，该煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺包括如下步骤：
S1：将煤炭通过加煤仓加入，通过螺旋输送机将煤炭输入煤粉气化炉内，煤炭经过煤粉气化炉还原反应，产生烟气，煤炭经过还原处理后的煤渣经过煤粉气化炉排渣机排出，鼓风机及焙烧尾气部分风循环风风相连接并设有点火装置，根据煤炭气化所需空气量及循环风量配设PLC控制器根据煤粉气化炉内温度及气氛控制其两者的比例生产出工艺要求的烟气；
S2：通过步骤S1中所得到的烟气经过低氧燃烧器进行组织燃烧，经过组织燃烧的烟气进入调质室内，经过调质室进行调制，使得烟气满足工艺要求，并通过调质室底部是管道进入反应炉内；
S3：向多级预热器中加入矿粉，并对矿粉进行预热至反应温度，预热后的矿粉通过管道进入反应炉内，与反应炉内的烟气进行反应；
S4：反应炉内设2－3个缩口将反应炉分为3－4个焙烧单元，使低温还原气体在炉内形成回流，使矿粉均匀分散在烟气中，实现烟气的扩散及完成磁化焙烧反应，反应后的气体和焙烧矿从反应炉的顶部进入收料器内；
S5：收料器底部与焙烧矿换热器相连接，焙烧矿从收料器底部进入焙烧矿换热器内先与空气作为冷却介质进行间接换热后再与下部以水作为冷却介质进行换热冷却至200℃以下从焙烧矿换热器底部排出，空气被加至400－500℃的热空气返回至煤粉气化炉底部作为流化气；水被加热成为水蒸汽用来余热发电；
S6：焙烧矿尾气从收料器顶部进入多级预热器相互加热矿粉至450－550℃，低温尾气从多级预热器顶部排出，经第一循环风机后，一部分进入煤粉气化炉气箱作为煤气化的流化用气；一部分至调质室顶部用于调节调质室内温度，剩余的尾气经布袋除尘器排至大气，排放气体达到相关排放标准。
优选的，所述步骤S1中的烟气温度控制在750－1050℃，CO含量控制在10－40％。
优选的，所述步骤S2中经过低氧燃烧器进行组织燃烧所产生的烟气温度控制在650－1000℃，CO含量控制在0－20％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该发明提出的一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺，煤炭气化及烟气调质分别在独立的室内进行，对煤的气化及工艺所需烟气(包括气氛、温度)调节方便可控；采用焙烧矿预热空气及含CO2的低氧低温焙烧矿尾气从煤气化炉底部进入气化室对煤粉流态气化更加有利易于实现(低氧燃烧具有火焰体积成倍扩大、火焰温度场分布均匀，低NOx污染等特点)，煤炭气化温度低，热回收利用充分等特点；在调质室内采用新型低氧燃烧器作为燃烧设备卷吸烟气和助燃空气充分混合较大幅度的降低了燃烧区及整个炉膛中的氧浓度，并采用焙烧尾气中部分尾气在调质室内通过燃烧释放其中未反应还原性气体的潜热再进入焙烧炉，在调质室内通过对空气量、回风量的调节满足铁矿粉焙烧所需的气体，调质室内烟气的温度及气体成份调节方便、可控易于实现；反应炉内矿粉与低温还原气体呈逆向流动，低温还原气体以喷腾形式进入反应炉的内并在炉内形成回流，矿粉均匀分散在热气体中实现对流换热、辐射换热的同时伴随着分子的扩散作用，还原气体被矿粉表面吸附进行化学反应(矿粉颗粒比表面积大，气固之间的接触面积大，在很短的时间及温度下进行反应)，传热、传质效率高，焙烧反应的转化速率快；40－60％焙烧矿尾气进入煤气化炉及调质室循环利用，热能利用率高；温度550－650焙烧矿经换热器与空气、水经过间接换热，热空气作为煤气化气的一部分；蒸汽用于发电，实现了热能利用率最大化；煤气化、烟气调质及反应炉内铁矿粉还原反应都能在独立的反应炉进行，保证煤气化与铁矿粉还原都能够在各自最大的条件下进行；本发明具有煤气化炉产生含CO为20－40％的750－900℃满足工艺需要的烟气，部分焙烧尾气不需冷却直接进入调质室与空气、煤炭不完全燃烧炉内烟气在调质室内调整为工艺所需的温度为800－950℃含CO量为0.5－10％烟气；循环利用低温磁化铁矿工艺与装置降低难选铁矿石粉体磁化焙烧过程的能耗，提高难选铁矿石粉体磁化焙烧过程的经济性、工艺简单、可操作性强、安全可靠易于大型化工业生产。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1加煤仓、2棒阀、3螺旋输送机、4煤粉气化炉、41煤粉气化炉气箱、42煤粉气化炉排渣机、5鼓风机、6调质室、61燃烧风机、62低氧燃烧器、7反应炉、8收料器、9焙烧矿换热器、91空气换热管、92水换热管、10多级预热器、11第一循环风机、12第二循环风机、13布袋收尘器、14引风机、15烟囱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合装置，包括加煤仓1，所述加煤仓1的底部安装有棒阀2，所述棒阀2的底部安装有螺旋输送机3，所述螺栓输送机3的右侧连接有煤粉气化炉4，所述煤粉气化炉4的底部设置有煤粉气化炉气箱41，所述煤粉气化炉气箱41的底部设置有煤粉气化炉排渣机42，所述煤粉气化炉气箱41的底部右侧设置有鼓风机5，所述煤粉气化炉气箱41的左侧通过管道连接有第二循环风机12，所述煤粉气化炉4的顶部上端设置有布袋收尘器13，所述布袋收尘器13的右侧通过管道连接有引风机14，所述引风机14的右侧通过管道连接有烟囱15，所述布袋收尘器13的左侧通过管道连接有第一循环风机11，所述第一循环风机11和第二循环风机12通过管道相连通，所述煤粉气化炉4的左侧顶部设置通过管道连接有低氧燃烧器62，所述低氧燃烧器62的顶部安装有燃烧风机61，所述低氧燃烧器62的底部安装有调质室6，所述调质室6的左侧设置有反应炉7，所述调质室6的底部与反应炉7的底部通过管道相连通，所述反应炉7的左侧顶部通过管道连接有收料器8，所述收料器8的底部通过管道连接有焙烧矿换热器9，所述焙烧矿换热器9的内腔顶部和底部分别设置有空气换热管91和水换热管92，所述空气换热管91与鼓风机5连接，所述反应炉7的左侧底部与收料器8的顶部均通过管道连接有多级预热器10，两组所述多级预热器10分别依次设置在收料器8的上方，顶部所述多级预热器10的顶部与第一循环风机11连接，底部所述多级预热器10的顶部通过管道与顶部多级预热器10的左侧顶部连接。
其中，所述反应炉7是内腔设置有2-3个缩口，且2-3缩口将反应炉7分为3-4个焙烧单元。所述空气换热管91的左侧设置有空气进口，且空气进口与鼓风机5连接，所述水换热管92的右侧设置有进水口。
本发明还提供了一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺，该煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺包括如下步骤：
S1：将煤炭通过加煤仓1加入，通过螺旋输送机3将煤炭输入煤粉气化炉4内，煤炭经过煤粉气化炉4还原反应，产生烟气，煤炭经过还原处理后的煤渣经过煤粉气化炉排渣机41排出，鼓风机5及焙烧尾气部分风循环风风相连接并设有点火装置，根据煤炭气化所需空气量及循环风量配设PLC控制器根据煤粉气化炉4内温度及气氛控制其两者的比例生产出工艺要求的烟气，烟气温度控制在750－1050℃，CO含量控制在10－40％；
S2：通过步骤S1中所得到的烟气经过低氧燃烧器62进行组织燃烧，经过组织燃烧的烟气进入调质室6内，经过低氧燃烧器62进行组织燃烧所产生的烟气温度控制在650－1000℃，CO含量控制在0－20％，经过调质室6进行调制，使得烟气满足工艺要求，并通过调质室6底部是管道进入反应炉7内；
S3：向多级预热器10中加入矿粉，并对矿粉进行预热至反应温度，预热后的矿粉通过管道进入反应炉7内，与反应炉7内的烟气进行反应；
S4：反应炉7内设2－3个缩口将反应炉分为3－4个焙烧单元，使低温还原气体在炉内形成回流，使矿粉均匀分散在烟气中，实现烟气的扩散及完成磁化焙烧反应，反应后的气体和焙烧矿从反应炉7的顶部进入收料器8内；
S5：收料器8底部与焙烧矿换热器9相连接，焙烧矿从收料器8底部进入焙烧矿换热器9内先与空气作为冷却介质进行间接换热后再与下部以水作为冷却介质进行换热冷却至200℃以下从焙烧矿换热器9底部排出，空气被加至400－500℃的热空气返回至煤粉气化炉4底部作为流化气；水被加热成为水蒸汽用来余热发电；
S6：焙烧矿尾气从收料器8顶部进入多级预热器10相互加热矿粉至450－550℃，低温尾气从多级预热器10顶部排出，经第一循环风机11后，一部分进入煤粉气化炉气箱41作为煤气化的流化用气；一部分至调质室6顶部用于调节调质室6内温度，剩余的尾气经布袋除尘器13排至大气，排放气体达到相关排放标准。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合装置，包括加煤仓(1)，其特征在于：所述加煤仓(1)的底部安装有棒阀(2)，所述棒阀(2)的底部安装有螺旋输送机(3)，所述螺栓输送机(3)的右侧连接有煤粉气化炉(4)，所述煤粉气化炉(4)的底部设置有煤粉气化炉气箱(41)，所述煤粉气化炉气箱(41)的底部设置有煤粉气化炉排渣机(42)，所述煤粉气化炉气箱(41)的底部右侧设置有鼓风机(5)，所述煤粉气化炉气箱(41)的左侧通过管道连接有第二循环风机(12)，所述煤粉气化炉(4)的顶部上端设置有布袋收尘器(13)，所述布袋收尘器(13)的右侧通过管道连接有引风机(14)，所述引风机(14)的右侧通过管道连接有烟囱(15)，所述布袋收尘器(13)的左侧通过管道连接有第一循环风机(11)，所述第一循环风机(11)和第二循环风机(12)通过管道相连通，所述煤粉气化炉(4)的左侧顶部设置通过管道连接有低氧燃烧器(62)，所述低氧燃烧器(62)的顶部安装有燃烧风机(61)，所述低氧燃烧器(62)的底部安装有调质室(6)，所述调质室(6)的左侧设置有反应炉(7)，所述调质室(6)的底部与反应炉(7)的底部通过管道相连通，所述反应炉(7)的左侧顶部通过管道连接有收料器(8)，所述收料器(8)的底部通过管道连接有焙烧矿换热器(9)，所述焙烧矿换热器(9)的内腔顶部和底部分别设置有空气换热管(91)和水换热管(92)，所述空气换热管(91)与鼓风机(5)连接，所述反应炉(7)的左侧底部与收料器(8)的顶部均通过管道连接有多级预热器(10)，两组所述多级预热器(10)分别依次设置在收料器(8)的上方，顶部所述多级预热器(10)的顶部与第一循环风机(11)连接，底部所述多级预热器(10)的顶部通过管道与顶部多级预热器(10)的左侧顶部连接。
2.根据权利要求1所述的一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合装置，其特征在于：所述反应炉(7)是内腔设置有2-3个缩口，且2-3缩口将反应炉(7)分为3-4个焙烧单元。
3.根据权利要求1所述的一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合装置，其特征在于：所述空气换热管(91)的左侧设置有空气进口，且空气进口与鼓风机(5)连接，所述水换热管(92)的右侧设置有进水口。
4.一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺，其特征在于：该煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺包括如下步骤：
S1：将煤炭通过加煤仓(1)加入，通过螺旋输送机(3)将煤炭输入煤粉气化炉(4)内，煤炭经过煤粉气化炉(4)还原反应，产生烟气，煤炭经过还原处理后的煤渣经过煤粉气化炉排渣机(42)排出，鼓风机(5)及焙烧尾气部分风循环风风相连接并设有点火装置，根据煤炭气化所需空气量及循环风量配设PLC控制器根据煤粉气化炉(4)内温度及气氛控制其两者的比例生产出工艺要求的烟气；
S2：通过步骤S1中所得到的烟气经过低氧燃烧器(62)进行组织燃烧，经过组织燃烧的烟气进入调质室(6)内，经过调质室(6)进行调制，使得烟气满足工艺要求，并通过调质室(6)底部是管道进入反应炉(7)内；
S3：向多级预热器(10)中加入矿粉，并对矿粉进行预热至反应温度，预热后的矿粉通过管道进入反应炉(7)内，与反应炉(7)内的烟气进行反应；
S4：反应炉(7)内设2－3个缩口将反应炉分为3－4个焙烧单元，使低温还原气体在炉内形成回流，使矿粉均匀分散在烟气中，实现烟气的扩散及完成磁化焙烧反应，反应后的气体和焙烧矿从反应炉(7)的顶部进入收料器(8)内；
S5：收料器(8)底部与焙烧矿换热器(9)相连接，焙烧矿从收料器(8)底部进入焙烧矿换热器(9)内先与空气作为冷却介质进行间接换热后再与下部以水作为冷却介质进行换热冷却至200℃以下从焙烧矿换热器(9)底部排出，空气被加至400－500℃的热空气返回至煤粉气化炉(4)底部作为流化气；水被加热成为水蒸汽用来余热发电；
S6：焙烧矿尾气从收料器(8)顶部进入多级预热器(10)相互加热矿粉至450－550℃，低温尾气从多级预热器(10)顶部排出，经第一循环风机(11)后，一部分进入煤粉气化炉气箱(41)作为煤气化的流化用气；一部分至调质室(6)顶部用于调节调质室(6)内温度，剩余的尾气经布袋除尘器(13)排至大气，排放气体达到相关排放标准。
5.根据权利要求4所述的一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺，其特征在于：所述步骤S1中的烟气温度控制在750－1050℃，CO含量控制在10－40％。
6.根据权利要求4所述的一种煤炭气化与铁矿磁化焙烧联合工艺，其特征在于：所述步骤S2中经过低氧燃烧器(62)进行组织燃烧所产生的烟气温度控制在650－1000℃，CO含量控制在0－20％。
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