CN112725615A - 一种基于分层复合供热的均热烧结方法 - Google Patents

一种基于分层复合供热的均热烧结方法 Download PDF

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Abstract

一种基于分层复合供热的均热烧结方法，该方法包括：1)将含铁原料、熔剂、固体燃料、水进行配料，将配好的烧结混合料布料至烧结机台车上；2)将布料至烧结机台车上的烧结混合料点燃，位于烧结机台车内的表层烧结混合料开始烧结；3)在点火后向烧结混合料的料面喷吹高温气体，高温气体为中上层烧结混合料供热；4)经过保温供热后，向烧结混合料的料面喷吹可燃气体，可燃气体在料层内燃烧为中层烧结混合料供热；5)经过燃气喷吹后，向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽蓄热为下层烧结混合料供热。采用本发明能有效解决传统烧结上部料层热量不足，下部料层热量过剩的问题，实现绿色均热低碳烧结。

Description

一种基于分层复合供热的均热烧结方法
技术领域
本发明涉及烧结生产工艺，具体涉及一种基于分层复合供热的均热烧结方法，属于烧结技术领域。
背景技术
烧结工艺是炼铁流程中的一个关键环节，其原理是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，烧结成块，从而送往高炉进行下一步工序。烧结是我国钢铁冶炼主要的原料加工工艺，75％以上的高炉原料来源于烧结矿。但烧结是典型的高能耗、高污染行业，其能耗居钢铁工业第二位，污染负荷占钢铁工业的40％而居首位。随着环保要求的日益严格，研究和开发高能效低排放烧结清洁生产技术及其装备，对支撑我国钢铁工业产业升级、实现绿色可持续发展具有重大意义。
现有技术烧结工艺中，烧结过程所需热量全部由焦炭等固体燃料在料层内燃烧提供。这种单一的供热模式一方面会导致烧结工序所需固体燃耗较高，相应的燃烧污染物生产量较大；另一方面，焦炭在料层中的燃烧模式会导致燃烧带内温度分布不均匀，影响烧结矿质量的同时，局部高温会导致二噁英等污染气体的产生。
图1是现有技术中烧结机的结构简图。烧结机头部设置布料装置，布料装置后部安装有点火炉。若干个烧结机台车首尾相连安装在烧结机上，烧结机台车车轮安装在烧结机轨道上，台车沿烧结机轨道运行。轨道下方安装有底部风箱，风箱上部正对台车底部，风箱下部连接烧结大烟道。
烧结开始前，先将铁矿石和焦炭、白云石等的混合料从烧结机前部装填进烧结台车。装填满烧结料的台车在经过点火炉罩下方时，由点火烧嘴将烧结料表面的焦炭等点燃，在料层表面形成一层薄薄的燃烧带，台车继续沿轨道向烧结机尾部运行。烧结大烟道内维持一定的负压(一般约14kPa)，保证烧结机上部台车处于抽风状态，料层上方的空气被抽入烧结料层内。在抽风作用下，料层下部的物料逐渐被上部燃烧带点燃，表层的燃烧带最终移动至台车底部，完成物料的烧结。烧结完成的成品矿从烧结机尾部排出，烧结过程形成的废气则从底部大烟道抽走。
烧结过程是一个典型的抽风作业模式，烧结料层经点火在料层表面形成一定厚度的燃烧带后，在主抽风机的作用下，燃烧层逐渐向下移动，直至料层底部，伴随烧结料层由上至下的移动，热量也从料层上部不断向下迁移。对于特定料层高度内的烧结原料，其烧结过程的热量一部分来自于料层内固体燃料的燃烧，一部分来自于上部料层热量的向下迁移(即上部料层的蓄热)，显然，越靠近料层底部，料层的这种蓄热作用越明显，因此烧结所需的固体燃料也越少，即烧结理论表明，烧结料层所需的固体燃料，沿烧结料高度方向，自上而下逐渐减少。而现有烧结过程中，固体燃料与烧结原料混合均匀后，散布到烧结机台车上，由于布料过程中存在燃料偏析，大颗粒燃料往料层底部偏析，导致实际料层中，上部料层固体料层少，下部料层燃料多。这与烧结理论所需的燃料上多下少正好相反。因此，现有烧结供热模式与理论烧结需热模型严重不匹配，烧结过程固体燃耗偏高。
现有烧结技术中，烧结过程所需热量全部由配入混合料的焦炭等固体燃料提供，导致烧结工序固体燃耗高。相应的，混合料中焦炭等固体燃料过高，携带进烧结过程的NOx和SOx等燃料性污染物和CO2等燃烧产物也会增加，导致烧结过程污染物排放量大。
现有烧结技术，采用混合料内配固体燃料，固体燃料在料层内燃烧供热的单一供热方式。料层内部燃烧的焦炭燃烧方式，不利于焦炭燃烧过程的发生和发展，使得实际烧结过程中，燃烧带较窄，且在燃烧带内温度分布不均匀，存在局部高温，对烧结矿整体质量有不利影响。
发明内容
针对上述现有烧结供热模式与烧结理论所需供热分布之间的矛盾，本发明的目的在于提供一种基于分层复合供热的均热烧结方法。该方法将整个烧结混合料的料层分为多个层次单元，根据各料层的不同特性，分别采用气体燃料+固体燃料或蓄热+固体燃料等复合供热方法，实现烧结燃料上多下少的理想偏析状态，使烧结供热与理论需热相匹配，从而实现降低烧结过程固体燃耗、整体热耗和降低烧结过程污染物排放的目的。
根据本发明的第一种实施方案，提供一种基于分层复合供热的均热烧结方法。
一种基于分层复合供热的均热烧结方法，烧结混合料在烧结机内进行烧结，沿着烧结机台车深度的方向，烧结混合料分为多个层次单元，各层次单元按照各自分配供热比例进行供热烧结。
在本发明中，沿着烧结机台车深度的方向，烧结混合料分为4个层次单元，从上至下依次分为：表层、中上层、中层、下层四个单元。表层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a1，中上层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a2，中层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a3，下层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a4。其中：
Figure BDA0002851042300000021
a2＝k2×a1…………(2)。
a3＝k3×(a1+a2)…………(3)。
a4＝1-(a1+a2+a3)…………(4)。
式(1)-(4)中，d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k1、k2、k3为工况系数，k1的取值范围为0.03～0.1，k2的取值范围为0.5～1，k3的取值范围为0.2～0.5。
在本发明中，通过控制烧结机上的点火装置的点火深度来调节表层烧结混合料的供热量：
Figure BDA0002851042300000031
其中：De为点火装置的点火深度。a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。k4为工况系数，k4的取值范围为0.2～0.7。
在本发明中，通过保温装置给中上层烧结混合料供热。所述保温装置的供热量为：
Figure BDA0002851042300000032
其中：Q为保温装置提供的热量。a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。d为烧结混合料的平均粒度。k5为工况系数，k5的取值范围为0.05～0.3。
在本发明中，通过向烧结混合料中喷吹燃气给中层烧结混合料供热。喷吹燃气的浓度为：
Figure BDA0002851042300000033
其中：C为燃气喷吹装置所喷吹的燃气浓度。S1为燃气喷吹面积。S2为烧结机面积。a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k6为工况系数，k6的取值范围为0.1～0.3。
在本发明中，全部烧结混合料在烧结过程所需的热量为：
Figure BDA0002851042300000034
其中：Q总为全部烧结混合料在烧结过程所需的热量。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。w5为烧结混合料中的铁矿原料配比。k7为工况系数，k7的取值范围为0.1～0.5。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种基于分层复合供热的均热烧结方法。
一种基于分层复合供热的均热烧结方法，该方法包括以下步骤：
1)混合布料：将含铁原料、熔剂、固体燃料、水进行配料，将配好的烧结混合料布料至烧结机台车上；
2)点火烧结：位于烧结机上游的烧结机台车的正上方设有点火装置；点火装置对布料至烧结机台车内的烧结混合料点火，位于烧结机台车内的表层烧结混合料开始烧结；同时，通过安装在烧结机台车下的风箱将台车上的烧结混合料上方的空气抽入到风箱，使得烧结机台车内的烧结混合料从台车表层向台车下层进行烧结；
3)保温供热：位于点火装置下游、烧结机台车上方设有保温装置；保温装置对经过点火烧结后的烧结混合料的料面喷吹高温气体，高温气体为位于表层烧结混合料下方的中上层烧结混合料供热；
4)燃气喷吹：位于保温装置下游、烧结机台车上方设有燃气喷吹装置；经过保温供热后，燃气喷吹装置向烧结混合料的料面喷吹可燃气体，可燃气体进入烧结混合料中，可燃气体在料层内燃烧为位于中上层烧结混合料下方的中层烧结混合料供热；
5)蒸汽喷吹：位于燃气喷吹装置下游、烧结机台车上方设有蒸汽喷吹装置；经过燃气喷吹后，蒸汽喷吹装置向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽进入烧结混合料内；蒸汽将烧结机台车内的表层烧结混合料、中上层烧结混合料、中层烧结混合料中的蓄热带入位于中层烧结混合料下方的下层烧结混合料；
6)烧结完成：烧结完成后，从烧结机台车上卸料。
在本发明中，在步骤1)中，所述固体燃料占烧结混合料总量的质量比为0.2％～2.5％，优选为0.3％～2％，进一步优选为0.4％～1.5％，更优选为0.5％～1.0％。
作为优选，所述烧结混合料中的全部固体燃料燃烧的放热量占烧结过程所需热量的50％～90％，优选为55％～85％，更优选为60～80％。
在本发明中，沿着烧结混合料的料层高度方向，烧结混合料的料层自上而下分为表层烧结混合料、中上层烧结混合料、中层烧结混合料和下层烧结混合料。
烧结机台车内的所述表层烧结混合料通过点火装置供热、烧结混合料中的固体燃料提供热量，进行烧结。烧结机台车内的所述中上层烧结混合料通过保温装置提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料的蓄热，进行烧结。烧结机台车内的所述中层烧结混合料通过喷吹可燃气体燃烧提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料和/或中上层烧结混合料的蓄热，进行烧结。烧结机台车内的所述下层烧结混合料通过蒸汽传递的蓄热、烧结混合料中的固体燃料提供的热量进行烧结。
在本发明中，沿着烧结机台车的运行方向，烧结机上依次设有点火段、保温段、燃气喷吹段和蒸汽喷吹段。作为优选，所述点火段的长度、保温段的长度、燃气喷吹段的长度和蒸汽喷吹段的长度分别占烧结机总长度的百分比为5％～12％，10％～50％，15％～75％和10％～70％。
优选的是，所述表层烧结混合料的厚度、中上层烧结混合料的厚度、中层烧结混合料的厚度和下层烧结混合料的厚度分别占烧结混合料总料层厚度的百分比为5％～12％，10％～50％，15％～75％和10％～70％。
在本发明中，在步骤1)中，所述含铁原料包括铁矿原料、除尘灰和瓦斯灰。所述表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
Figure BDA0002851042300000051
所述中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a2＝k2×a1…………(2)。
所述中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a3＝k3×(a1+a2)…………(3)。
所述下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a4＝1-(a1+a2+a3)…………(4)。
其中：a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k1、k2、k3为工况系数，k1的取值范围为0.03～0.1，k2的取值范围为0.5～1，k3的取值范围为0.2～0.5。
在本发明中，表层烧结混合料进行烧结的热量中，10％～30％的热量来自点火装置供热，70％～90％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量。
中上层烧结混合料进行烧结的热量中，5％～30％的热量来自保温装置提供的热量，50％～90％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量，5％～20％的热量来自表层烧结混合料的蓄热。
中层烧结混合料进行烧结的热量中，5％～70％的热量来自喷吹可燃气体燃烧提供的热量，10％～70％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量，5％～20％的热量来自表层烧结混合料和/或中上层烧结混合料的蓄热。
下层烧结混合料进行烧结的热量中，20％～45％的热量来自蒸汽传递的蓄热，55％～80％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量。
在本发明中，在步骤2)中，所述点火装置设置在烧结机上的点火段。所述点火装置包括设置在烧结机台车上部的耐火炉墙及设置在耐火炉墙上的点火烧嘴。优选，所述点火烧嘴沿着烧结机台车的运行方向设置为偶数排，且偶数排点火烧嘴两两相对的倾斜设置在耐火炉墙的顶部。相对设置的点火烧嘴的前端喷孔沿倾斜方向在烧结料面上的投影重合。点火时，相对的两排点火烧嘴形成的火焰在烧结料面相遇，形成与烧结机台车运行方向垂直的高温点火带。同时，点火装置内的高温烟气被抽入烧结料层内，完成对表层烧结混合料的补热。
优选的是，在步骤2)中，所述点火装置的点火深度为：
Figure BDA0002851042300000061
其中：De为点火装置的点火深度。a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。k4为工况系数，k4的取值范围为0.2～0.7。
在本发明中，在步骤3)中，所述保温装置设置在烧结机上的保温段。在保温段内，所述保温装置沿烧结机台车运行方向依次向完成点火烧结的烧结料面喷吹递减温度的高温气体，实现向位于表层烧结混合料下方的中上层烧结混合料的梯级补热。
优选的是，在步骤3)中，所述保温装置提供的热量为：
Figure BDA0002851042300000071
其中：Q为保温装置提供的热量。a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。d为烧结混合料的平均粒度。k5为工况系数，k5的取值范围为0.05～0.3。
在本发明中，在步骤4)中，所述燃气喷吹装置设置在烧结机上的燃气喷吹段。在燃气喷吹段内，所述燃气喷吹装置喷出的可燃气体与从烧结机台车上方抽入的空气混合后，被抽入烧结料层内，可燃气体在料层内燃烧，完成对位于中上层烧结混合料下方的中层烧结混合料的补热。
作为优选，在燃气喷吹段内设置多段燃气喷吹区间，通过调节燃气喷吹装置在各段燃气喷吹区间内喷吹可燃气体的量，从而实现向位于中上层烧结混合料下方的中层烧结混合料的梯级补热。
优选的是，在步骤4)中，所述燃气喷吹装置喷吹的燃气浓度为：
Figure BDA0002851042300000072
其中：C为燃气喷吹装置所喷吹的燃气浓度。S1为燃气喷吹面积。S2为烧结机面积。a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k6为工况系数，k6的取值范围为0.1～0.3。
在本发明中，在步骤5)中，所述蒸汽喷吹装置设置在烧结机上的蒸汽喷吹段。在蒸汽喷吹段内，所述蒸汽喷吹装置向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽被抽入烧结料层内，通过蒸汽的强传热特性，进而利用烧结料层蓄热，完成对位于中层烧结混合料下方的下层烧结混合料的补热。
在本发明中，全部烧结混合料在烧结过程所需的热量为：
Figure BDA0002851042300000073
其中：Q总为全部烧结混合料在烧结过程所需的热量。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。w5为烧结混合料中的铁矿原料配比。k7为工况系数，k7的取值范围为0.1～0.5。
在本发明中，所述步骤1)中，待烧结混合料布料完成后，沿着烧结机台车的运行方向，在烧结混合料的料面上间隔开设多个凹槽。
作为优选，在烧结机台车上，开设凹槽后形成的平料面与凹料面等距排布或以烧结混合料料面宽度方向的中点为原点向两边渐疏或渐密分布。优选，所述凹料面的形状为V形、半圆形、矩形中的一种或几种，优选为半圆形。
优选的是，所述步骤2)中还包括料面视觉识别监测的步骤，具体为：待点火烧结完成后，对烧结混合料的料面进行摄像，获得烧结料面的实时图像，通过图像特征提取来判断烧结料面对应位置的点火状态，进而实现对烧结料面点火状态的实时在线监测。
优选的是，所述步骤6)中还包括机尾断面红层识别监测的步骤，具体为：待烧结完成，烧结机台车翻转卸料时，对烧结料层的机尾断面进行成像，通过图像处理来判断烧结料层的整体燃料状态，进而实现对烧结料层燃料量的实时在线调整。
烧结过程是一个典型的抽风作业模式，烧结料层经点火在料层表面形成一定厚度的燃烧带后，在主抽风机的作用下，燃烧层逐渐向下移动，直至料层底部，伴随烧结料层由上至下的移动，热量也从料层上部不断向下迁移。图2为烧结混合料料层的剖面图。图3为烧结混合料料层的受热分析示意图。在图2和图3中，对处于深度h、厚度B的燃烧带内的烧结混合料，其烧结所需热量为Q3，该热量一部分来自于烧结混合料内配的固体燃料燃烧所释放的热量Q2，一部分来自于上部料层向下迁移的热量Q1(即上部料层的蓄热)。即有：
Q3＝Q1+Q2。
由成品矿带向燃烧带迁移的热量Q1与成品矿带厚度h成正比。即有：
Q1＝k×Q0×h。
由此可得，深度h处的烧结混合料料层内需要配入的固体燃料热量Q2为：
Q2＝Q3-k×Q0×h。
式中：Q3为深度h处的烧结混合料料层在烧结过程理论所需的热量，k为热量迁移系数，Q0为单位厚度成品矿的显热。显然，对同一原料条件下的烧结料层，Q0、Q3和k均可以视为常数。由此可知，料层所需内配固体燃料量与料层深度成反比。即烧结理论表明，烧结料层所需的固体燃料，沿烧结料层高度方向，自上而下逐渐减少。
而在现有技术的烧结过程中，固体燃料与烧结原料混合均匀后，散布在烧结机台车上。由于布料过程中存在燃料偏析，大颗粒燃料往料层底部偏析，导致实际料层中，上部料层固体燃料少，下部料层固体燃料多。这与烧结理论所需的燃料上多下少正好相反。
为解决现有烧结供热模式与烧结理论所需供热分布之间的矛盾，本申请提出了新的烧结料层分层供热模型。与现有烧结技术采用的固体燃料供热的单一供热方式不同，本发明将整个烧结混合料的料层沿烧结机台车的深度方向分为多个层次单元，例如将烧结料层自上而下分成表层烧结混合料、中上层烧结混合料、中层烧结混合料和下层烧结混合料。根据各层烧结混合料的不同特性，本发明针对各层烧结混合料分别采用气体燃料+固体燃料或蓄热+固体燃料等多种不同的复合供热模式或方法。
根据烧结蓄热效应，在抽风烧结过程中，从料层表面抽入的低温空气在上部热烧结饼的加热作用下温度不断升高，当其到达燃烧带的最高温度层时，所形成的废气温度达到最高；在继续向下的运动过程中，高温废气与低温烧结料之间发生热交换，其热量被下部料层吸收，使下层物料获得比上层物料更多的热量。在本发明中，首先在混合布料过程中降低烧结混合料中的固体燃料的配比，使烧结混合料料层整体处于缺燃料状态。由蓄热现象可知，此时越靠近表层处的烧结料层，其热量缺损程度越大，缺少的燃料由表面喷吹可燃气体等复合供热方式补充，使得料层整体实现上多下少的理想燃料偏析分布。具体来说，本发明针对各层烧结混合料所采用的复合供热方法为：对于热量需求最大的表层烧结混合料，采用大功率的点火装置补热，即表层烧结混合料进行烧结所需的热量来自于点火装置供热和烧结混合料中的固体燃料提供的热量。对于表层烧结混合料下方的中上层烧结混合料，则采用功率稍小的保温装置进行补热，即中上层烧结混合料进行烧结所需的热量来自于保温装置供热、烧结混合料中的固体燃料提供的热量及表层烧结混合料的蓄热。对于中上层烧结混合料下方的中层烧结混合料，则通过燃气喷吹装置喷吹可燃气体，通过可燃气体在料层中燃烧进行补热，即中层烧结混合料进行烧结所需的热量来自于喷吹可燃气体燃烧提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量及表层烧结混合料和/或中上层烧结混合料的蓄热。对于中层烧结混合料下方的下层烧结混合料，则通过蒸汽喷吹装置喷吹蒸汽，通过蒸汽的强传热特性，蒸汽将烧结机台车内的表层烧结混合料、中上层烧结混合料、中层烧结混合料的蓄热带入下层烧结混合料中，为其供热，即下层烧结混合料进行烧结所需的热量来自于蒸汽传递的上部料层的蓄热、烧结混合料中的固体燃料提供的热量。与现有烧结技术相比，本发明针对烧结混合料中各料层对热量的不同需求，分别通过点火装置、保温装置、喷吹燃气、喷吹蒸汽来进行补热，从而使得上部料层的烧结温度升高，减少上、下层的温差，延长高温保持时间，同时降低烧结矿的冷却速度，从而改善上层烧结矿的成矿和结晶条件，进而有效解决了传统烧结上部料层热量不足、下部料层热量过剩的问题，可实现热量的精准供给。
在本发明的步骤1)中，所述含铁原料包括铁矿原料、除尘灰和瓦斯灰。根据实践经验，在所述表层烧结混合料、中上层烧结混合料、中层烧结混合料、下层烧结混合料中，各料层之间的供热分布关系为：
所述表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
Figure BDA0002851042300000101
所述中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a2＝k2×a1…………(2)。
所述中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a3＝k3×(a1+a2)…………(3)。
所述下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a4＝1-(a1+a2+a3)…………(4)。
其中：a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k1、k2、k3为工况系数，k1的取值范围为0.03～0.1，k2的取值范围为0.5～1，k3的取值范围为0.2～0.5。
根据式(1)-(4)，通过烧结混合料的平均粒度d、烧结混合料中的水分配比w1、烧结混合料中的熔剂配比w2、烧结混合料中的除尘灰配比w3、烧结混合料中的瓦斯灰配比w4、烧结机上料量m、烧结机台车运行速度v等参数的代入，即可实现对各烧结料层供热的精确控制。由式(1)-(4)可知，在全部烧结混合料完成烧结所需的热量中，所述表层烧结混合料进行烧结所需的热量占比、中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占比、中层烧结混合料进行烧结所需的热量占比，均与烧结混合料的平均粒度d、烧结混合料中的水分配比w1、烧结混合料中的熔剂配比w2、烧结机上料量m成正比，与烧结混合料中的除尘灰配比w3、烧结混合料中的瓦斯灰配比w4、烧结机台车运行速度v成反比。而下层烧结混合料进行烧结所需的热量占比，则与烧结混合料的平均粒度d、烧结混合料中的水分配比w1、烧结混合料中的熔剂配比w2、烧结机上料量m成反比，与烧结混合料中的除尘灰配比w3、烧结混合料中的瓦斯灰配比w4、烧结机台车运行速度v成正比。
在本发明中，全部烧结混合料在烧结过程所需的热量为：
Figure BDA0002851042300000111
其中：Q总为全部烧结混合料在烧结过程所需的热量。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。w5为烧结混合料中的铁矿原料配比。k7为工况系数，k7的取值范围为0.1～0.5。
根据式(8)，通过烧结混合料的平均粒度d、烧结混合料中的水分配比w1、烧结混合料中的熔剂配比w2、烧结混合料中的除尘灰配比w3、烧结混合料中的瓦斯灰配比w4、烧结混合料中的铁矿原料配比w5等参数的代入，即可计算得到全部烧结混合料在整个烧结过程所需的热量。由式(8)可知，所述全部烧结混合料完成烧结所需的热量与烧结混合料中的水分配比w1、烧结混合料中的熔剂配比w2、烧结混合料中的铁矿原料配比w5成正比，与烧结混合料中的除尘灰配比w3、烧结混合料中的瓦斯灰配比w4、烧结混合料的平均粒度d成反比。结合式(1)-(4)，及式(8)，则可以分别求得表层烧结混合料进行烧结所需的热量、中上层烧结混合料进行烧结所需的热量、中层烧结混合料进行烧结所需的热量、下层烧结混合料进行烧结所需的热量，从而实现对各烧结料层供热的精准控制。
进一步优选，在本发明中，表层烧结混合料进行烧结所需的热量中，点火装置供热占比10％～30％，烧结混合料中的固体燃料提供的热量占比70％～90％。中上层烧结混合料进行烧结的热量中，保温装置提供的热量占比5％～30％，烧结混合料中的固体燃料提供的热量占比50％～90％，表层烧结混合料的蓄热占比5％～20％。中层烧结混合料进行烧结所需的热量中，喷吹可燃气体燃烧提供的热量占比5％～70％，烧结混合料中的固体燃料提供的热量占比10％～70％，表层烧结混合料和/或中上层烧结混合料的蓄热占比5％～20％。下层烧结混合料进行烧结的热量中，蒸汽传递的蓄热占比20％～45％，烧结混合料中的固体燃料提供的热量占比55％～80％。
基于上述料层分层供热模型，本发明沿着烧结机台车的运行方向，在烧结机上依次设置点火段、保温段、燃气喷吹段、蒸汽喷吹段。与上述烧结混合料料层的分层复合供热相对应，所述点火段的长度、保温段的长度、燃气喷吹段的长度和蒸汽喷吹段的长度分别占烧结机总长度的百分比为5％～12％，10％～50％，15％～75％％和10％～70％，例如点火段的长度、保温段的长度、燃气喷吹段的长度和蒸汽喷吹段的长度分别占烧结机总长度的百分比为10％，15％，35％，40％。通过点火段、保温段、燃气喷吹段、蒸汽喷吹段的各段对相应烧结料层(即表层烧结混合料、中上层烧结混合料、中层烧结混合料、下层烧结混合料)的精准供热，进而有效解决传统烧结上部料层热量不足，下部料层热量过剩的问题，从热量供给的角度来实现烧结燃料上多下少的理想偏析状态，使得烧结供热模式与理论烧结需热模型相匹配，从而实现降低烧结过程固体燃耗、整体热耗和降低烧结过程污染物排放的目的，同时精准供热使得烧结料层温度分布均匀，极大地改善烧结矿质量，真正意义上实现绿色均热低碳的烧结。
在本发明中，所述烧结方法主要包括混合布料、点火烧结、保温供热、燃气喷吹、蒸汽喷吹、烧结完成等工序。所述混合布料工序即指将精矿粉、膨润土、生石灰、返矿等烧结原料和焦炭等固体燃料按一定比例混合均匀后，形成具有一定厚度(例如400～1500mm)的、透气性良好的烧结生料层。其中，焦炭等固体燃料占烧结混合料的比例按以下原则确定：烧结混合料中的全部固体燃料燃烧的放热量占烧结过程所需热量的50％～90％(优选为60％～90％)，即在不采用其他手段对烧结过程补热的情况下，经混合布料后的烧结料层是整体欠燃料状况。由此，相较于现有烧结技术，本发明降低了烧结混合料中固体燃料配比，在本发明中，所述固体燃料占烧结混合料总量的质量比为0.2％～2.5％，优选为0.3％～2％，进一步优选为0.4％～1.5％，更优选为0.5％～1％，进而使得烧结料层整体处于缺燃料状态。由蓄热现象可知，此时越靠近表层处的烧结料层，其热量缺损程度越大，而缺少的燃料则通过后续工序中的点火装置、保温装置、燃气喷吹装置、蒸汽喷吹装置来分别对各烧结料层进行补充供热，从而使得料层整体实现上多下少的理想燃料偏析分布。
混合布料完成后，即进入点火烧结工序，所述点火烧结工序通过点火装置来完成。在本发明中，点火段位于烧结机上游，点火段上设有点火装置。待混合布料完成后，点火装置将混合布料形成的烧结生料层表层的焦炭等固体燃料点燃，在生料层表面形成一条一定厚度(例如15～25mm)的燃烧带，同时，利用点火装置形成的高温烟气，持续向烧结料层表面供热(2～3min)，以补充由于固体燃料不足导致的表层烧结混合料在烧结过程中热量的不足。燃烧带内的固体燃料燃烧放热，加热周围的含铁原料等烧结混合料，使其温度上升至烧结温度以上(约1250℃)，完成熔融过程。在本发明中，烧结料面点火状态直接影响料面透气性和表层矿质量，进而影响本发明提出的分层复合供热烧结效果，因此本发明提出了一种如图7所示的点火装置，以实现对烧结料面的高效点火，同时对表层烧结混合料料进行补热。本发明点火装置包括设置在烧结机台车上的耐火炉墙及设置在耐火炉墙上的点火烧嘴。所述点火烧嘴沿烧结机台车的运行方向设置为偶数排，且点火烧嘴两两相对的倾斜设置在耐火炉墙的顶部。相对设置的点火烧嘴的前端喷孔沿点火烧嘴设置的倾斜方向在烧结料面上的投影重合，同排点火烧嘴的倾斜角度相同，两相对设置的点火烧嘴倾斜角度也相同。需要说明的是，此处所述的点火烧嘴的前端喷孔，即指点火烧嘴的喷孔，所述前端是指点火烧嘴与耐火炉墙连接的一端。所述点火烧嘴的倾斜角度是指，点火烧嘴与耐火炉墙顶部所在平面形成的夹角。所述的烧结机上游是指，烧结机上靠近进料布料位置的一侧。
点火烧嘴上还连接有助燃空气管道和燃气管道。点火时，燃气和空气分别从燃气管道和助燃空气管道进入点火烧嘴内，燃气和空气混合后喷出，在耐火炉墙围成的炉膛内燃烧形成高温气体火焰。由于本发明中点火烧嘴按上述特殊方式布置，相对的两排点火烧嘴形成的火焰在烧结料面相遇，形成一个与烧结机台车运行方向垂直的具有一定宽度的高温点火带。烧结机台车带动烧结生料向前运动，经过高温点火带时，烧结料层表面的固体燃料被点燃，形成一定深度的点火带，从而完成烧结料面点火。同时，点火装置内的高温烟气被抽入烧结料层内，实现对表层烧结混合料的补热。也由于本发明中点火烧嘴按上述特殊方式布置，相对的两排点火烧嘴形成的火焰在烧结料面相遇，即相对设置的点火烧嘴作用在同一个位置，由此，该点火装置或点火方式使得本发明中的点火区域更深，点火效果更好。也就是说，本发明中新的点火装置的设置更加能够弥补点火段由于固体燃料配料的欠缺而导致的热量不足，本发明的点火装置能够满足表层烧结混合料对热量的最大需求，在烧结混合料中固体燃料提供热量的同时，实现对表层烧结混合料的补热。
作为优选方案，所述点火烧嘴交错排列在耐火炉墙顶部，后一排点火烧嘴中的每一个点火烧嘴对应前一排点火烧嘴中相邻两个点火烧嘴之间的间隙设置。这种前后排点火烧嘴的交错排布，使得点火烧嘴在垂直于烧结机台车的运行方向上，从左至右依次均匀排布，以确保整个烧结料面点火状态均匀，避免出现烧结料面局部点火不成功或者局部点火程度太过的情况。
根据实践经验，在本发明各烧结料层的特定供热比例下，作为对表层烧结混合料补热的点火装置，其点火深度De与上述表层烧结混合料进行烧结所需的热量占比a1具有一定的关系，即有：
Figure BDA0002851042300000131
点火烧结完成后，即进入保温供热工序，所述保温供热工序通过保温装置来完成。在本发明中，保温段位于点火段的下游，保温段设有保温装置。在保温段内，保温装置沿着烧结机台车运行方向依次向完成点火烧结的烧结料面喷吹递减温度的高温气体，同时配合增加保温墙等保温措施，一方面降低表层烧结矿的冷却速率，提高表层烧结矿质量；另一方面，以喷吹的高温气体为载体，继续向位于表层烧结混合料下方的中上层烧结混合料提供额外热量，以补充由于固体燃料不足导致的表层烧结混合料下方的烧结过程热量不足。根据烧结蓄热效应，蓄热量来自于热烧结饼，料层越厚，蓄热效应就越严重，即下层烧结混合料能够获得比上层烧结混合料更多的热量，由此，在烧结混合料的料层高度方向上，料层越往下走，所需要的额外补热就越少。与之相对应，本发明沿着烧结机台车运行方向，向烧结料面喷吹递减温度的高温气体，即针对不同喷出位置对热量的不同需求实现精准补热，进而实现对中上层烧结混合料的梯级补热。此处所喷吹的高温气体不做具体限制，能够实现对烧结料层的补热即可，例如烧结烟气或环冷机废气等。
根据实践经验，在本发明各烧结料层的特定供热比例下，作为对中上层烧结混合料补热的保温装置，其提供的热量Q与上述中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占比a2具有一定的关系，即有：
Figure BDA0002851042300000141
经过保温供热工序后，即进入燃气喷吹工序，所述燃气喷吹工序通过燃气喷吹装置来完成。在本发明中，燃气喷吹段位于保温段的下游，燃气喷吹段设有燃气喷吹装置。在燃气喷吹段内，待表层烧结矿温度冷却至燃气着火温度以下后，燃气喷吹装置向料面喷吹一定浓度的可燃气体。可燃气体穿过成品矿层，到达料层中部的燃烧带，在燃烧带内燃烧放热，与固体燃料为中中烧结混合料的烧结过程放热。通过气体燃料燃烧放热，以补充由于固体燃料不足导致的中层烧结混合料烧结过程热量不足。作为优选方案，本发明在燃气喷吹段设置多段燃气喷吹区间，通过调节燃气喷吹装置在各燃气喷吹区间内喷吹可燃气体的量，实现沿烧结机台车运行方向可燃气体逐渐减少的可燃气体偏析分布，使补入烧结料层的热量呈现上多下少的分布，进而实现对中层烧结混合料的梯级补热。
根据实践经验，在本发明各烧结料层的特定供热比例下，作为对中层烧结混合料补热的燃气喷吹装置，其喷吹的燃气浓度C与上述中层烧结混合料进行烧结所需的热量占比a3具有一定的关系，即有：
Figure BDA0002851042300000142
经过燃气喷吹工序后，即进入蒸汽喷吹工序，所述蒸汽喷吹工序通过蒸汽喷吹装置来完成。在本发明中，蒸汽喷吹段位于燃气喷吹段的下游，蒸汽喷吹段设有蒸汽喷吹装置。本发明利用蒸汽比热比空气大的特点，增强料层与气体之间的传热作用，完成中上部成品矿热量向下部生料的迁移。通过蒸汽强传热特性，利用烧结料蓄热，以补充由于固体燃料不足导致的下部烧结过程热量不足，从而完成下层烧结混合料的补热烧结。此外，本发明引入蒸汽喷吹工序，除了蒸汽比热大，传热效果好，蒸汽喷吹还具有其他有益效果。例如，水蒸气与固体燃料颗粒间的歧化反应，可以改善烧结料层中固体燃料的燃烧状态，从而提高固体燃料的完全燃烧程度。而且，水蒸气还可以抑制烧结过程中的二噁英等污染物的生成。
现有技术烧结过程中，烧结料面容易形成横向或纵向裂纹，不利于燃气喷吹等复合供热模式的实施。特别是贯穿成品矿带的裂纹会使燃烧带直接外露，引燃喷吹燃气，使燃气在料层表面而不是燃烧带内燃烧，影响燃气补热效果。针对该问题，本发明在烧结混合料布料完成后，沿着烧结机台车的运行方向，在烧结混合料的料面上间隔开设多个凹槽。即与现有技术平整料面不同，本发明中烧结料面由相互间隔的平料面和凹料面组成。本发明通过凹槽将整体烧结料面划分成若干小平面，从而降低料面张力，有效避免表层烧结矿骤冷体积收缩产生的表面张力过大拉裂表面，形成贯穿缝。同时，采用本发明技术可以有效增加料层表面积，改善烧结矿透气性能，使喷吹气体(可燃气体或蒸汽)更容易被料层吸收。
鉴于烧结料面点火状态直接影响料面透气性和表层矿质量，因此，作为优选方案，本发明还包括料面视觉识别监测步骤。待点火烧结完成后，对烧结混合料的料面进行连续摄像，获得烧结料面的实时图像，并通过提取图像中各点的色阶、亮度、灰度等特征值，来判断烧结料面对应位置的点火状态(过熔、正常或过生)，从而实现对烧结料面点火状态的实时在线监测。此外，所述料面视觉识别监测还可以实现对点火深度的检测。
机尾断面红层厚度是判断烧结机燃料状态、调整燃料配比的关键依据之一，现有的烧结工艺中，红层厚度只能通过人工肉眼识别，判断准确性依赖工人经验水平。而本发明分层复合供热烧结的关键之一是对各部分燃料量的控制，为提高烧结过程燃料控制精度，本发明同时还包括机尾断面红层识别监测步骤。待烧结完成，烧结机台车翻转卸料，此时机尾断面完全暴露出来，成像效果最好。生产时，声音传感器捕捉烧结机台车翻转时的声音信号，传递给微处理器，微处理器控制热成像仪对刚翻转暴露出的机尾断面进行成像。经过程序图像处理，可以得到断面温度等高线图，进而判断烧结料层的整体燃料状态，进而实现对烧结料层燃料量的实时在线调整。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、降低烧结过程固体燃耗：与现有烧结技术相比，本发明采用点火装置供热+保温装置供热+燃气供热+蒸汽蓄热等复合供热方法，以替代部分固体燃料，因而能有效降低烧结过程固体燃耗。通过采用本发明的复合供热方法，固体燃料占烧结混合料的比重可以降低约0.5％～1.5％，从而有效降低烧结过程固体燃耗。
2、优化烧结料层温度分布：与现有技术相比，本发明中固体燃料比例降低，取而代之的是部分气体燃料和蒸汽蓄热。与单一固体燃料供热相比，复合供热方式下的供热更为精准，能有效解决传统烧结上部料层热量不足，下部料层热量过剩的问题。复合供热方式下燃烧带厚度更宽，燃烧带内温度分布更加均匀，能有效避免燃烧带局部温度过高，烧结料层温度分布更加均匀合理，有效改善烧结矿质量。
3、降低烧结过程污染气体排放：烧结过程中NOx等污染气体和CO2等温室气体排放很大一部分是由于固体燃料的燃烧产生的，本发明与现有技术相比，固体燃料配比显著降低，固体燃料燃烧产生的污染气体量相应减少，因此烧结过程NOx等污染物排放量较现有烧结过程更低，真正意义上实现绿色均热低碳的烧结。
附图说明
图1为现有技术中烧结机的结构简图；
图2为烧结混合料料层的剖面图；
图3为烧结混合料料层的受热分析示意图；
图4为本发明烧结方法的工艺流程图；
图5为本发明中烧结混合料的料层分层复合供热的示意图；
图6为用于本发明烧结方法的装置的结构示意图；
图7为本发明中点火装置的结构示意图；
图8为本发明中烧结混合料的料面示意图。
附图标记：
1：烧结机台车；2：点火段；3：保温段；4：燃气喷吹段；5：蒸汽喷吹段；6：点火装置；601：耐火炉墙；602：点火烧嘴；7：保温装置；8：燃气喷吹装置；9：蒸汽喷吹装置；10：凹槽；
L1：表层烧结混合料；L2：中上层烧结混合料；L3：中层烧结混合料；L4：下层烧结混合料。
具体实施方式
根据本发明的第一种实施方案，提供一种基于分层复合供热的均热烧结方法。
一种基于分层复合供热的均热烧结方法，烧结混合料在烧结机内进行烧结，沿着烧结机台车1深度的方向，烧结混合料分为多个层次单元，各层次单元按照各自分配供热比例进行供热烧结。
在本发明中，沿着烧结机台车1深度的方向，烧结混合料分为4个层次单元，从上至下依次分为：表层、中上层、中层、下层四个单元。表层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a1，中上层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a2，中层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a3，下层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a4。其中：
Figure BDA0002851042300000171
a2＝k2×a1…………(2)。
a3＝k3×(a1+a2)…………(3)。
a4＝1-(a1+a2+a3)…………(4)。
式(1)-(4)中，d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k1、k2、k3为工况系数，k1的取值范围为0.03～0.1，k2的取值范围为0.5～1，k3的取值范围为0.2～0.5。
在本发明中，通过控制烧结机上的点火装置6的点火深度来调节表层烧结混合料的供热量：
Figure BDA0002851042300000172
其中：De为点火装置的点火深度。a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。k4为工况系数，k4的取值范围为0.2～0.7。
在本发明中，通过保温装置7给中上层烧结混合料供热。所述保温装置7的供热量为：
Figure BDA0002851042300000173
其中：Q为保温装置提供的热量。a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。d为烧结混合料的平均粒度。k5为工况系数，k5的取值范围为0.05～0.3。
在本发明中，通过向烧结混合料中喷吹燃气给中层烧结混合料供热。喷吹燃气的浓度为：
Figure BDA0002851042300000174
其中：C为燃气喷吹装置所喷吹的燃气浓度。S1为燃气喷吹面积。S2为烧结机面积。a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k6为工况系数，k6的取值范围为0.1～0.3。
在本发明中，全部烧结混合料在烧结过程所需的热量为：
Figure BDA0002851042300000181
其中：Q总为全部烧结混合料在烧结过程所需的热量。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。w5为烧结混合料中的铁矿原料配比。k7为工况系数，k7的取值范围为0.1～0.5。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种基于分层复合供热的均热烧结方法。
一种基于分层复合供热的均热烧结方法，该方法包括以下步骤：
1)混合布料：将含铁原料、熔剂、固体燃料、水进行配料，将配好的烧结混合料布料至烧结机台车1上；
2)点火烧结：位于烧结机上游的烧结机台车1的正上方设有点火装置6；点火装置6对布料至烧结机台车1内的烧结混合料点火，位于烧结机台车1内的表层烧结混合料L1开始烧结；同时，通过安装在烧结机台车1下的风箱将台车上的烧结混合料上方的空气抽入到风箱，使得烧结机台车1内的烧结混合料从台车表层向台车下层进行烧结；
3)保温供热：位于点火装置6下游、烧结机台车1上方设有保温装置7；保温装置7对经过点火烧结后的烧结混合料的料面喷吹高温气体，高温气体为位于表层烧结混合料L1下方的中上层烧结混合料L2供热；
4)燃气喷吹：位于保温装置7下游、烧结机台车1上方设有燃气喷吹装置8；经过保温供热后，燃气喷吹装置8向烧结混合料的料面喷吹可燃气体，可燃气体进入烧结混合料中，可燃气体在料层内燃烧为位于中上层烧结混合料L2下方的中层烧结混合料L3供热；
5)蒸汽喷吹：位于燃气喷吹装置8下游、烧结机台车1上方设有蒸汽喷吹装置9；经过燃气喷吹后，蒸汽喷吹装置9向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽进入烧结混合料内；蒸汽将烧结机台车1内的表层烧结混合料L1、中上层烧结混合料L2、中层烧结混合料L3中的蓄热带入位于中层烧结混合料L3下方的下层烧结混合料L4；
6)烧结完成：烧结完成后，从烧结机台车1上卸料。
在本发明中，在步骤1)中，所述固体燃料占烧结混合料总量的质量比为0.2％～2.5％，优选为0.3％～2％，进一步优选为0.4％～1.5％，更优选为0.5％～1.0％。
作为优选，所述烧结混合料中的全部固体燃料燃烧的放热量占烧结过程所需热量的50％～90％，优选为55％～85％，更优选为60～80％。
在本发明中，沿着烧结混合料的料层高度方向，烧结混合料的料层自上而下分为表层烧结混合料L1、中上层烧结混合料L2、中层烧结混合料L3和下层烧结混合料L4。
烧结机台车1内的所述表层烧结混合料L1通过点火装置6供热、烧结混合料中的固体燃料提供热量，进行烧结。烧结机台车1内的所述中上层烧结混合料L2通过保温装置7提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料L1的蓄热，进行烧结。烧结机台车1内的所述中层烧结混合料L3通过喷吹可燃气体燃烧提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料L1和/或中上层烧结混合料L2的蓄热，进行烧结。烧结机台车1内的所述下层烧结混合料L4通过蒸汽传递的蓄热、烧结混合料中的固体燃料提供的热量进行烧结。
在本发明中，沿着烧结机台车1的运行方向，烧结机上依次设有点火段2、保温段3、燃气喷吹段4和蒸汽喷吹段5。作为优选，所述点火段2的长度、保温段3的长度、燃气喷吹段4的长度和蒸汽喷吹段5的长度分别占烧结机总长度的百分比为5％～12％，10％～50％，15％～75％和10％～70％。
优选的是，所述表层烧结混合料L1的厚度、中上层烧结混合料L2的厚度、中层烧结混合料L3的厚度和下层烧结混合料L4的厚度分别占烧结混合料总料层厚度的百分比为5％～12％，10％～50％，15％～75％和10％～70％。
在本发明中，在步骤1)中，所述含铁原料包括铁矿原料、除尘灰和瓦斯灰。所述表层烧结混合料L1进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
Figure BDA0002851042300000191
所述中上层烧结混合料L2进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a2＝k2×a1…………(2)。
所述中层烧结混合料L3进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a3＝k3×(a1+a2)…………(3)。
所述下层烧结混合料L4进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a4＝1-(a1+a2+a3)…………(4)。
其中：a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k1、k2、k3为工况系数，k1的取值范围为0.03～0.1，k2的取值范围为0.5～1，k3的取值范围为0.2～0.5。
在本发明中，表层烧结混合料L1进行烧结的热量中，10％～30％的热量来自点火装置6供热，70％～90％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量。
中上层烧结混合料L2进行烧结的热量中，5％～30％的热量来自保温装置7提供的热量，50％～90％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量，5％～20％的热量来自表层烧结混合料L1的蓄热。
中层烧结混合料L3进行烧结的热量中，5％～70％的热量来自喷吹可燃气体燃烧提供的热量，10％～70％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量，5％～20％的热量来自表层烧结混合料L1和/或中上层烧结混合料L2的蓄热。
下层烧结混合料L4进行烧结的热量中，20％～45％的热量来自蒸汽传递的蓄热，55％～80％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量。
在本发明中，在步骤2)中，所述点火装置6设置在烧结机上的点火段2。所述点火装置6包括设置在烧结机台车1上部的耐火炉墙601及设置在耐火炉墙601上的点火烧嘴602。优选，所述点火烧嘴602沿着烧结机台车1的运行方向设置为偶数排，且偶数排点火烧嘴602两两相对的倾斜设置在耐火炉墙601的顶部。相对设置的点火烧嘴602的前端喷孔沿倾斜方向在烧结料面上的投影重合。点火时，相对的两排点火烧嘴602形成的火焰在烧结料面相遇，形成与烧结机台车1运行方向垂直的高温点火带。同时，点火装置6内的高温烟气被抽入烧结料层内，完成对表层烧结混合料L1的补热。
优选的是，在步骤2)中，所述点火装置6的点火深度为：
Figure BDA0002851042300000201
其中：De为点火装置的点火深度。a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。k4为工况系数，k4的取值范围为0.2～0.7。
在本发明中，在步骤3)中，所述保温装置7设置在烧结机上的保温段3。在保温段3内，所述保温装置7沿烧结机台车1运行方向依次向完成点火烧结的烧结料面喷吹递减温度的高温气体，实现向位于表层烧结混合料L1下方的中上层烧结混合料L2的梯级补热。
优选的是，在步骤3)中，所述保温装置7提供的热量为：
Figure BDA0002851042300000211
其中：Q为保温装置提供的热量。a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。d为烧结混合料的平均粒度。k5为工况系数，k5的取值范围为0.05～0.3。
在本发明中，在步骤4)中，所述燃气喷吹装置8设置在烧结机上的燃气喷吹段4。在燃气喷吹段4内，所述燃气喷吹装置8喷出的可燃气体与从烧结机台车1上方抽入的空气混合后，被抽入烧结料层内，可燃气体在料层内燃烧，完成对位于中上层烧结混合料L2下方的中层烧结混合料L3的补热。
作为优选，在燃气喷吹段4内设置多段燃气喷吹区间，通过调节燃气喷吹装置8在各段燃气喷吹区间内喷吹可燃气体的量，从而实现向位于中上层烧结混合料L2下方的中层烧结混合料L3的梯级补热。
优选的是，在步骤4)中，所述燃气喷吹装置8喷吹的燃气浓度为：
Figure BDA0002851042300000212
其中：C为燃气喷吹装置所喷吹的燃气浓度。S1为燃气喷吹面积。a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k6为工况系数，k6的取值范围为0.1～0.3。
在本发明中，在步骤5)中，所述蒸汽喷吹装置9设置在烧结机上的蒸汽喷吹段5。在蒸汽喷吹段5内，所述蒸汽喷吹装置9向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽被抽入烧结料层内，通过蒸汽的强传热特性，进而利用烧结料层蓄热，完成对位于中层烧结混合料L3下方的下层烧结混合料L4的补热。
在本发明中，全部烧结混合料在烧结过程所需的热量为：
Figure BDA0002851042300000221
其中：Q总为全部烧结混合料在烧结过程所需的热量。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。w5为烧结混合料中的铁矿原料配比。k7为工况系数，k7的取值范围为0.1～0.5。
在本发明中，所述步骤1)中，待烧结混合料布料完成后，沿着烧结机台车1的运行方向，在烧结混合料的料面上间隔开设多个凹槽10。
作为优选，在烧结机台车1上，开设凹槽10后形成的平料面与凹料面等距排布或以烧结混合料料面宽度方向的中点为原点向两边渐疏或渐密分布。优选，所述凹料面的形状为V形、半圆形、矩形中的一种或几种，优选为半圆形。
优选的是，所述步骤2)中还包括料面视觉识别监测的步骤，具体为：待点火烧结完成后，对烧结混合料的料面进行摄像，获得烧结料面的实时图像，通过图像特征提取来判断烧结料面对应位置的点火状态，进而实现对烧结料面点火状态的实时在线监测。
优选的是，所述步骤6)中还包括机尾断面红层识别监测的步骤，具体为：待烧结完成，烧结机台车1翻转卸料时，对烧结料层的机尾断面进行成像，通过图像处理来判断烧结料层的整体燃料状态，进而实现对烧结料层燃料量的实时在线调整。
实施例1
如图4所示，一种基于分层复合供热的均热烧结方法，该方法包括以下步骤：
1)混合布料：将含铁原料、熔剂和固体燃料进行配料，将配好的烧结混合料布料至烧结机台车1上；
2)点火烧结：位于烧结机上游的烧结机台车1的正上方设有点火装置6；点火装置6对布料至烧结机台车1内的烧结混合料点火，位于烧结机台车1内的表层烧结混合料L1开始烧结；烧结机台车1内的表层烧结混合料L1通过点火装置6供热、烧结混合料中的固体燃料提供热量，进行烧结；同时，通过安装在烧结机台车1下的风箱将台车上的烧结混合料上方的空气抽入到风箱，使得烧结机台车1内的烧结混合料从台车表层向台车下层进行烧结；
3)保温供热：位于点火装置6下游、烧结机台车1上方设有保温装置7；保温装置7对经过点火烧结后的烧结混合料的料面喷吹高温气体，高温气体为位于表层烧结混合料L1下方的中上层烧结混合料L2供热；烧结机台车1内的中上层烧结混合料L2通过保温装置7提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料L1的蓄热，进行烧结；
4)燃气喷吹：位于保温装置7下游、烧结机台车1上方设有燃气喷吹装置8；经过保温供热后，燃气喷吹装置8向烧结混合料的料面喷吹可燃气体，可燃气体进入烧结混合料中，可燃气体在料层内燃烧为位于中上层烧结混合料L2下方的中层烧结混合料L3供热；烧结机台车1内的中层烧结混合料L3通过喷吹可燃气体燃烧提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料L1和中上层烧结混合料L2的蓄热，进行烧结；
5)蒸汽喷吹：位于燃气喷吹装置8下游、烧结机台车1上方设有蒸汽喷吹装置9；经过燃气喷吹后，蒸汽喷吹装置9向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽进入烧结混合料内；蒸汽将烧结机台车1内的表层烧结混合料L1、中上层烧结混合料L2、中层烧结混合料L3中的蓄热带入位于中层烧结混合料L3下方的下层烧结混合料L4；下层烧结混合料L4通过蒸汽传递的蓄热、烧结混合料中的固体燃料提供的热量进行烧结；
6)烧结完成：烧结完成后，从烧结机台车1上卸料。
如图5所示，沿着烧结混合料的料层高度方向，烧结混合料的料层自上而下分为表层烧结混合料L1、中上层烧结混合料L2、中层烧结混合料L3和下层烧结混合料L4。所述表层烧结混合料L1的厚度、中上层烧结混合料L2的厚度、中层烧结混合料L3的厚度和下层烧结混合料L4的厚度分别占烧结混合料总料层厚度的百分比为10％，15％，35％和40％。
实施例2
重复实施例1，只是在步骤1)中，所述固体燃料占烧结混合料总量的质量比为1.5％。
实施例3
重复实施例2，只是所述烧结混合料中的全部固体燃料燃烧的放热量占烧结过程所需热量的70％。
实施例4
如图6所示，重复实施例3，只是沿着烧结机台车1的运行方向，烧结机上依次设有点火段2、保温段3、燃气喷吹段4和蒸汽喷吹段5。所述点火段2的长度、保温段3的长度、燃气喷吹段4的长度和蒸汽喷吹段5的长度分别占烧结机总长度的百分比为10％，15％，35％和40％。
实施例5
重复实施例4，只是在步骤1)中，所述含铁原料包括铁矿原料、除尘灰和瓦斯灰。所述表层烧结混合料L1进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比a1为：
Figure BDA0002851042300000241
所述中上层烧结混合料L2进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比a2为：
a2＝k2×a1…………(2)。
所述中层烧结混合料L3进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比a3为：
a3＝k3×(a1+a2)…………(3)。
所述下层烧结混合料L4进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比a4为：
a4＝1-(a1+a2+a3)…………(4)。
其中：d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k1、k2、k3为工况系数，k1＝0.06，k2＝0.7，k3＝0.3。
实施例6
重复实施例5，只是表层烧结混合料L1进行烧结的热量中，15％的热量来自点火装置6供热，85％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量。
中上层烧结混合料L2进行烧结的热量中，20％的热量来自保温装置7提供的热量，65％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量，15％的热量来自表层烧结混合料L1的蓄热。
中层烧结混合料L3进行烧结的热量中，20％的热量来自喷吹可燃气体燃烧提供的热量，60％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量，20％的热量来自表层烧结混合料L1和中上层烧结混合料L2的蓄热。
下层烧结混合料L4进行烧结的热量中，45％的热量来自蒸汽传递的蓄热，55％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量。
实施例7
如图7所示，重复实施例6，只是在步骤2)中，所述点火装置6设置在烧结机上的点火段2。所述点火装置6包括设置在烧结机台车1上部的耐火炉墙601及设置在耐火炉墙601上的点火烧嘴602。所述点火烧嘴602沿着烧结机台车1的运行方向设置为2排，且2排点火烧嘴602两两相对的倾斜设置在耐火炉墙601的顶部。相对设置的点火烧嘴602的前端喷孔沿倾斜方向在烧结料面上的投影重合。点火时，相对的两排点火烧嘴602形成的火焰在烧结料面相遇，形成与烧结机台车1运行方向垂直的高温点火带。同时，点火装置6内的高温烟气被抽入烧结料层内，完成对表层烧结混合料L1的补热。
实施例8
重复实施例7，只是在步骤2)中，所述点火装置6的点火深度De为：
Figure BDA0002851042300000251
其中：a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。k4为工况系数，k4＝0.5。
实施例9
重复实施例8，只是在步骤3)中，所述保温装置7设置在烧结机上的保温段3。在保温段3内，所述保温装置7沿烧结机台车1运行方向依次向完成点火烧结的烧结料面喷吹递减温度的高温气体，实现向位于表层烧结混合料L1下方的中上层烧结混合料L2的梯级补热。所述高温气体为烧结烟气。
实施例10
重复实施例9，只是在步骤3)中，所述保温装置7提供的热量Q为：
Figure BDA0002851042300000252
其中：a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。d为烧结混合料的平均粒度。k5为工况系数，k5＝0.1。
实施例11
重复实施例10，只是在步骤4)中，所述燃气喷吹步骤通过设置在烧结机台车1上方燃气喷吹段4的燃气喷吹装置8来完成。在燃气喷吹段4内，所述燃气喷吹装置8喷出的可燃气体与从烧结机台车1上方抽入的空气混合后，被抽入烧结料层内，可燃气体在料层内燃烧，完成对位于中上层烧结混合料L2下方的中层烧结混合料L3的补热。
实施例12
重复实施例11，只是在燃气喷吹段4内设置多段燃气喷吹区间，通过调节燃气喷吹装置8在各段燃气喷吹区间内喷吹可燃气体的量，从而实现向位于中上层烧结混合料L2下方的中层烧结混合料L3的梯级补热。
实施例13
重复实施例12，只是在步骤4)中，所述燃气喷吹装置8喷吹的燃气浓度C为：
Figure BDA0002851042300000261
其中：S1为燃气喷吹面积。S2为烧结机面积。a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比。m为烧结机上料量。v为烧结机台车的运行速度。k6为工况系数，k6＝0.2。
实施例14
重复实施例13，只是在步骤5)中，所述蒸汽喷吹步骤通过设置在烧结机台车1上方蒸汽喷吹段5的蒸汽喷吹装置9来完成。在蒸汽喷吹段5内，所述蒸汽喷吹装置9向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽被抽入烧结料层内，通过蒸汽的强传热特性，进而利用烧结料层蓄热，完成对位于中层烧结混合料L3下方的下层烧结混合料L4的补热。
实施例15
重复实施例14，只是全部烧结混合料在烧结过程所需的热量Q总为：
Figure BDA0002851042300000262
其中：d为烧结混合料的平均粒度。w1为烧结混合料中的水分配比。w2为烧结混合料中的熔剂配比。w3为烧结混合料中的除尘灰配比。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比。w5为烧结混合料中的铁矿原料配比。k7为工况系数，k7的取值范围为0.35。
实施例16
如图8所示，重复实施例15，只是所述步骤1)中，待烧结混合料布料完成后，沿着烧结机台车1的运行方向，在烧结混合料的料面上间隔开设8个凹槽10。在烧结机台车1上，开设凹槽10后形成的平料面与凹料面等距排布。所述凹料面的形状为半圆形。
实施例17
重复实施例16，只是所述步骤2)中还包括料面视觉识别监测的步骤，具体为：待点火烧结完成后，对烧结混合料的料面进行连续摄像，获得烧结料面的实时图像，通过图像特征提取来判断烧结料面对应位置的点火状态，进而实现对烧结料面点火状态的实时在线监测。
实施例18
重复实施例17，只是所述步骤6)中还包括机尾断面红层识别监测的步骤，具体为：待烧结完成，烧结机台车1翻转卸料时，对烧结料层的机尾断面进行连续成像，通过图像处理来判断烧结料层的整体燃料状态，进而实现对烧结料层燃料量的实时在线调整。
实施例19
重复实施例18，只是在步骤1)中，所述固体燃料占烧结混合料总量的质量比为0.5％。
实施例20
重复实施例18，只是在步骤1)中，所述固体燃料占烧结混合料总量的质量比为1.0％。
实施例21
重复实施例18，只是在步骤1)中，所述固体燃料占烧结混合料总量的质量比为2.0％。
实施例22
重复实施例18，只是在步骤1)中，所述固体燃料占烧结混合料总量的质量比为2.5％。
实施例23
重复实施例22，只是所述烧结混合料中的全部固体燃料燃烧的放热量占烧结过程所需热量的90％。
实施例24
重复实施例23，只是在烧结机台车1上，开设凹槽10后形成的平料面与凹料面以烧结混合料料面宽度方向的中点为原点向两边渐疏分布。所述凹料面的形状为V形。
应用实施例1
基于分层复合供热的均热烧结方法，该方法包括以下步骤：
1)混合布料：将铁矿原料82.3％、熔剂6％、固体燃料1.0％、除尘灰1％、瓦斯灰2.7％、水7％进行配料，将配好的烧结混合料布料至烧结机台车1上。其中，固体燃料为焦炭。所述烧结混合料中的全部固体燃料燃烧的放热量占烧结过程所需热量的60％。
待烧结混合料布料完成后，沿着烧结机台车1的运行方向，在烧结混合料的料面上间隔开设多个凹槽10。在烧结机台车1上，开设凹槽10后形成的平料面与凹料面等距排布。所述凹料面的形状为半圆形。
2)点火烧结：位于烧结机上游的烧结机台车1的正上方设有点火装置6。点火装置6对布料至烧结机台车1内的烧结混合料点火，位于烧结机台车1内的表层烧结混合料L1开始烧结。烧结机台车1内的表层烧结混合料L1通过点火装置6供热、烧结混合料中的固体燃料提供热量，进行烧结。同时，通过安装在烧结机台车1下的风箱将台车上的烧结混合料上方的空气抽入到风箱，使得烧结机台车1内的烧结混合料从台车表层向台车下层进行烧结。
3)保温供热：位于点火装置6下游、烧结机台车1上方设有保温装置7。保温装置7对经过点火烧结后的烧结混合料的料面喷吹高温气体，高温气体为位于表层烧结混合料L1下方的中上层烧结混合料L2供热。烧结机台车1内的中上层烧结混合料L2通过保温装置7提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料L1的蓄热，进行烧结。
4)燃气喷吹：位于保温装置7下游、烧结机台车1上方设有燃气喷吹装置8。经过保温供热后，燃气喷吹装置8向烧结混合料的料面喷吹可燃气体，可燃气体进入烧结混合料中，可燃气体在料层内燃烧为位于中上层烧结混合料L2下方的中层烧结混合料L3供热。烧结机台车1内的中层烧结混合料L3通过喷吹可燃气体燃烧提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料L1和中上层烧结混合料L2的蓄热，进行烧结。
5)蒸汽喷吹：位于燃气喷吹装置8下游、烧结机台车1上方设有蒸汽喷吹装置9。经过燃气喷吹后，蒸汽喷吹装置9向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽进入烧结混合料内。蒸汽将烧结机台车1内的表层烧结混合料L1、中上层烧结混合料L2、中层烧结混合料L3中的蓄热带入位于中层烧结混合料L3下方的下层烧结混合料L4。下层烧结混合料L4通过蒸汽传递的蓄热、烧结混合料中的固体燃料提供的热量进行烧结。
6)烧结完成：烧结完成后，从烧结机台车1上卸料。
如前所述，在本实施例中，沿着烧结混合料的料层高度方向，烧结混合料的料层自上而下分为表层烧结混合料L1、中上层烧结混合料L2、中层烧结混合料L3和下层烧结混合料L4。所述表层烧结混合料L1的厚度、中上层烧结混合料L2的厚度、中层烧结混合料L3的厚度和下层烧结混合料L4的厚度分别占烧结混合料总料层厚度的百分比为10％，15％，35％和40％。
在本实施例中，沿着烧结机台车1的运行方向，烧结机上依次设有点火段2、保温段3、燃气喷吹段4和蒸汽喷吹段5。所述点火段2的长度、保温段3的长度、燃气喷吹段4的长度和蒸汽喷吹段5的长度分别占烧结机总长度的百分比为10％，15％，35％和40％。
在本实施例中，所述表层烧结混合料L1进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比a1为：
Figure BDA0002851042300000291
所述中上层烧结混合料L2进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比a2为：
a2＝k2×a1＝26.7％…………(2)。
所述中层烧结混合料L3进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比a3为：
a3＝k3×(a1+a2)＝19.4％…………(3)。
所述下层烧结混合料L4进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比a4为：
a4＝1-(a1+a2+a3)＝15.8％…………(4)。
其中：d为烧结混合料的平均粒度，d＝0.5cm。w1为烧结混合料中的水分配比，w1＝7％。w2为烧结混合料中的熔剂配比，w2＝6％。w3为烧结混合料中的除尘灰配比，w3＝1％。w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比，w4＝2.7％。m为烧结机上料量，m＝800t/h。v为烧结机台车的运行速度，v＝120m/h。k1、k2、k3为工况系数，k1＝0.06，k2＝0.7，k3＝0.3。
在本实施例中，全部烧结混合料在烧结过程所需的热量Q总为：
Figure BDA0002851042300000292
其中：w5为烧结混合料中的铁矿原料配比，w5＝82.3％。k7为工况系数，k7的取值范围为0.35。
其中，在表层烧结混合料L1进行烧结的热量中，点火装置6供热、烧结混合料中的固体燃料提供的热量分别占比15％和85％。
在中上层烧结混合料L2进行烧结的热量中，保温装置7提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料L1的蓄热分别占比20％、65％和15％。
在中层烧结混合料L3进行烧结的热量中，喷吹可燃气体燃烧提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料L1和中上层烧结混合料L2的蓄热分别占比20％、60％和20％。
在下层烧结混合料L4进行烧结的热量中，蒸汽传递的蓄热、烧结混合料中的固体燃料提供的热量分别占比45％和55％。
在本实施例的步骤2)中，所述点火烧结步骤通过设置在烧结机台车1上方点火段2的点火装置6来完成。所述点火装置6包括设置在烧结机台车1上部的耐火炉墙601及设置在耐火炉墙601上的点火烧嘴602。所述点火烧嘴602沿着烧结机台车1的运行方向设置为2排，且2排点火烧嘴602两两相对的倾斜设置在耐火炉墙601的顶部。相对设置的点火烧嘴602的前端喷孔沿倾斜方向在烧结料面上的投影重合。点火时，相对的两排点火烧嘴602形成的火焰在烧结料面相遇，形成与烧结机台车1运行方向垂直的高温点火带。同时，点火装置6内的高温烟气被抽入烧结料层内，完成对表层烧结混合料L1的补热。在该步骤中，所述点火装置6的点火深度De为：
Figure BDA0002851042300000301
其中：k4为工况系数，k4＝0.5。
在步骤3)中，所述保温供热步骤通过设置在烧结机台车1上方保温段3的保温装置7来完成。在保温段3内，所述保温装置7沿烧结机台车1运行方向依次向完成点火烧结的烧结料面喷吹递减温度的高温气体，实现向位于表层烧结混合料L1下方的中上层烧结混合料L2的梯级补热。在该步骤中，所述保温装置7提供的热量Q为：
Figure BDA0002851042300000302
其中：k5为工况系数，k5＝0.1。
在步骤4)中，所述燃气喷吹步骤通过设置在烧结机台车1上方燃气喷吹段4的燃气喷吹装置8来完成。在燃气喷吹段4内，所述燃气喷吹装置8喷出的可燃气体与从烧结机台车1上方抽入的空气混合后，被抽入烧结料层内，可燃气体在料层内燃烧，完成对位于中上层烧结混合料L2下方的中层烧结混合料L3的补热。此外，在燃气喷吹段4内设置多段燃气喷吹区间，通过调节燃气喷吹装置8在各段燃气喷吹区间内喷吹可燃气体的量，从而实现向位于中上层烧结混合料L2下方的中层烧结混合料L3的梯级补热。在该步骤中，所述燃气喷吹装置8喷吹的燃气浓度C为：
Figure BDA0002851042300000303
其中：S1为燃气喷吹面积，S1＝100m2。S2为烧结机面积，S2＝360m2。k6为工况系数，k6＝0.2。
在步骤5)中，所述蒸汽喷吹步骤通过设置在烧结机台车1上方蒸汽喷吹段5的蒸汽喷吹装置9来完成。在蒸汽喷吹段5内，所述蒸汽喷吹装置9向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽被抽入烧结料层内，通过蒸汽的强传热特性，进而利用烧结料层蓄热，完成对位于中层烧结混合料L3下方的下层烧结混合料L4的补热。
该方法还包括料面视觉识别监测的步骤：待点火烧结完成后，对烧结混合料的料面进行摄像，获得烧结料面的实时图像，通过图像特征提取来判断烧结料面对应位置的点火状态，进而实现对烧结料面点火状态的实时在线监测。
该方法还包括机尾断面红层识别监测的步骤：待烧结完成，烧结机台车1翻转卸料时，对烧结料层的机尾断面进行成像，通过图像处理来判断烧结料层的整体燃料状态，进而实现对烧结料层燃料量的实时在线调整。
对比例1
将铁矿原料82.3％、熔剂6％、固体燃料4.5％、除尘灰1％、瓦斯灰2.7％、水3.5％进行配料，将配好的烧结混合料布料至烧结机台车上，然后进行点火烧结。其中，固体燃料为焦炭。
在应用实施例1和对比例1中，烧结完成后均经过环冷机冷却得到烧结矿。检测记录各实施例的相关数据，如下表1。
表1试验效果数据
Figure BDA0002851042300000311
从表1可以看出，与现有技术相比，采用本发明基于分层复合供热的均热烧结方法，能够有效降低烧结过程中的固体燃耗，烧结料层温度分布更加均匀合理，有效改善烧结矿质量，烧结过程NOx等污染物及CO2等温室气体排放量显著降低，属于真正意义上的绿色均热低碳烧结方法。

Claims (19)

1.一种基于分层复合供热的均热烧结方法，烧结混合料在烧结机内进行烧结，沿着烧结机台车(1)深度的方向，烧结混合料分为多个层次单元，各层次单元按照各自分配供热比例进行供热烧结。
2.根据权利要求1所述的均热烧结方法，其特征在于：沿着烧结机台车(1)深度的方向，烧结混合料分为4个层次单元，从上至下依次分为：表层、中上层、中层、下层四个单元；表层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a1，中上层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a2，中层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a3，下层烧结混合料的供热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为a4；其中：
Figure FDA0002851042290000011
a2＝k2×a1…………(2)；
a3＝k3×(a1+a2)…………(3)；
a4＝1-(a1+a2+a3)…………(4)；
式(1)-(4)中，d为烧结混合料的平均粒度；w1为烧结混合料中的水分配比；w2为烧结混合料中的熔剂配比；w3为烧结混合料中的除尘灰配比；w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比；m为烧结机上料量；v为烧结机台车的运行速度；k1、k2、k3为工况系数，k1的取值范围为0.03～0.1，k2的取值范围为0.5～1，k3的取值范围为0.2～0.5。
3.根据权利要求2所述的均热烧结方法，其特征在于：通过控制烧结机上的点火装置(6)的点火深度来调节表层烧结混合料的供热量：
Figure FDA0002851042290000012
其中：De为点火装置的点火深度；a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；d为烧结混合料的平均粒度；w1为烧结混合料中的水分配比；w2为烧结混合料中的熔剂配比；w3为烧结混合料中的除尘灰配比；w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比；k4为工况系数，k4的取值范围为0.2～0.7。
4.根据权利要求2或3所述的均热烧结方法，其特征在于：通过保温装置(7)给中上层烧结混合料供热；所述保温装置(7)的供热量为：
Figure FDA0002851042290000013
其中：Q为保温装置提供的热量；a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；m为烧结机上料量；v为烧结机台车的运行速度；d为烧结混合料的平均粒度；k5为工况系数，k5的取值范围为0.05～0.3。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的均热烧结方法，其特征在于：通过向烧结混合料中喷吹燃气给中层烧结混合料供热；喷吹燃气的浓度为：
Figure FDA0002851042290000021
其中：C为燃气喷吹装置所喷吹的燃气浓度；S1为燃气喷吹面积；S2为烧结机面积；a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；m为烧结机上料量；v为烧结机台车的运行速度；k6为工况系数，k6的取值范围为0.1～0.3。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的均热烧结方法，其特征在于：全部烧结混合料在烧结过程所需的热量为：
Figure FDA0002851042290000022
其中：Q总为全部烧结混合料在烧结过程所需的热量；d为烧结混合料的平均粒度；w1为烧结混合料中的水分配比；w2为烧结混合料中的熔剂配比；w3为烧结混合料中的除尘灰配比；w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比；w5为烧结混合料中的铁矿原料配比；k7为工况系数，k7的取值范围为0.1～0.5。
7.一种基于分层复合供热的均热烧结方法，该方法包括以下步骤：
1)混合布料：将含铁原料、熔剂、固体燃料、水进行配料，将配好的烧结混合料布料至烧结机台车(1)上；
2)点火烧结：位于烧结机上游的烧结机台车(1)的正上方设有点火装置(6)；点火装置(6)对布料至烧结机台车(1)内的烧结混合料点火，位于烧结机台车(1)内的表层烧结混合料(L1)开始烧结；同时，通过安装在烧结机台车(1)下的风箱将台车上的烧结混合料上方的空气抽入到风箱，使得烧结机台车(1)内的烧结混合料从台车表层向台车下层进行烧结；
3)保温供热：位于点火装置(6)下游、烧结机台车(1)上方设有保温装置(7)；保温装置(7)对经过点火烧结后的烧结混合料的料面喷吹高温气体，高温气体为位于表层烧结混合料(L1)下方的中上层烧结混合料(L2)供热；
4)燃气喷吹：位于保温装置(7)下游、烧结机台车(1)上方设有燃气喷吹装置(8)；经过保温供热后，燃气喷吹装置(8)向烧结混合料的料面喷吹可燃气体，可燃气体进入烧结混合料中，可燃气体在料层内燃烧为位于中上层烧结混合料(L2)下方的中层烧结混合料(L3)供热；
5)蒸汽喷吹：位于燃气喷吹装置(8)下游、烧结机台车(1)上方设有蒸汽喷吹装置(9)；经过燃气喷吹后，蒸汽喷吹装置(9)向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽进入烧结混合料内；蒸汽将烧结机台车(1)内的表层烧结混合料(L1)、中上层烧结混合料(L2)、中层烧结混合料(L3)中的蓄热带入位于中层烧结混合料(L3)下方的下层烧结混合料(L4)；
6)烧结完成：烧结完成后，从烧结机台车(1)上卸料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述固体燃料占烧结混合料总量的质量比为0.2％～2.5％，优选为0.3％～2％，进一步优选为0.4％～1.5％，更优选为0.5％～1.0％；
作为优选，所述烧结混合料中的全部固体燃料燃烧的放热量占烧结过程所需热量的50％～90％，优选为55％～85％，更优选为60～80％。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：沿着烧结混合料的料层高度方向，烧结混合料的料层自上而下分为表层烧结混合料(L1)、中上层烧结混合料(L2)、中层烧结混合料(L3)和下层烧结混合料(L4)；
烧结机台车(1)内的所述表层烧结混合料(L1)通过点火装置(6)供热、烧结混合料中的固体燃料提供热量，进行烧结；烧结机台车(1)内的所述中上层烧结混合料(L2)通过保温装置(7)提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料(L1)的蓄热，进行烧结；烧结机台车(1)内的所述中层烧结混合料(L3)通过喷吹可燃气体燃烧提供的热量、烧结混合料中的固体燃料提供的热量、表层烧结混合料(L1)和/或中上层烧结混合料(L2)的蓄热，进行烧结；烧结机台车(1)内的所述下层烧结混合料(L4)通过蒸汽传递的蓄热、烧结混合料中的固体燃料提供的热量进行烧结。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于：沿着烧结机台车(1)的运行方向，烧结机上依次设有点火段(2)、保温段(3)、燃气喷吹段(4)和蒸汽喷吹段(5)；作为优选，所述点火段(2)的长度、保温段(3)的长度、燃气喷吹段(4)的长度和蒸汽喷吹段(5)的长度分别占烧结机总长度的百分比为5％～12％，10％～50％，15％～75％和10％～70％；和/或
所述表层烧结混合料(L1)的厚度、中上层烧结混合料(L2)的厚度、中层烧结混合料(L3)的厚度和下层烧结混合料(L4)的厚度分别占烧结混合料总料层厚度的百分比为5％～12％，10％～50％，15％～75％和10％～70％。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述含铁原料包括铁矿原料、除尘灰和瓦斯灰；所述表层烧结混合料(L1)进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
Figure FDA0002851042290000041
所述中上层烧结混合料(L2)进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a2＝k2×a1…………(2)；
所述中层烧结混合料(L3)进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a3＝k3×(a1+a2)…………(3)；
所述下层烧结混合料(L4)进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比为：
a4＝1-(a1+a2+a3)…………(4)；
其中：a1为表层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；a2为中上层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；a3为中层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；a4为下层烧结混合料进行烧结所需的热量占全部烧结混合料在烧结过程所需热量的百分比；d为烧结混合料的平均粒度；w1为烧结混合料中的水分配比；w2为烧结混合料中的熔剂配比；w3为烧结混合料中的除尘灰配比；w4为烧结混合料中的瓦斯灰配比；m为烧结机上料量；v为烧结机台车的运行速度；k1、k2、k3为工况系数，k1的取值范围为0.03～0.1，k2的取值范围为0.5～1，k3的取值范围为0.2～0.5。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：表层烧结混合料(L1)进行烧结的热量中，10％～30％的热量来自点火装置(6)供热，70％～90％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量；
中上层烧结混合料(L2)进行烧结的热量中，5％～30％的热量来自保温装置(7)提供的热量，50％～90％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量，5％～20％的热量来自表层烧结混合料(L1)的蓄热；
中层烧结混合料(L3)进行烧结的热量中，5％～70％的热量来自喷吹可燃气体燃烧提供的热量，10％～70％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量，5％～20％的热量来自表层烧结混合料(L1)和/或中上层烧结混合料(L2)的蓄热；
下层烧结混合料(L4)进行烧结的热量中，20％～45％的热量来自蒸汽传递的蓄热，55％～80％的热量来自烧结混合料中的固体燃料提供的热量。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述点火装置(6)设置在烧结机上的点火段(2)；所述点火装置(6)包括设置在烧结机台车(1)上部的耐火炉墙(601)及设置在耐火炉墙(601)上的点火烧嘴(602)；优选，所述点火烧嘴(602)沿着烧结机台车(1)的运行方向设置为偶数排，且偶数排点火烧嘴(602)两两相对的倾斜设置在耐火炉墙(601)的顶部；相对设置的点火烧嘴(602)的前端喷孔沿倾斜方向在烧结料面上的投影重合；点火时，相对的两排点火烧嘴(602)形成的火焰在烧结料面相遇，形成与烧结机台车(1)运行方向垂直的高温点火带；同时，点火装置(6)内的高温烟气被抽入烧结料层内，完成对表层烧结混合料(L1)的补热。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤3)中，所述保温装置(7)设置在烧结机上的保温段(3)；在保温段(3)内，所述保温装置(7)沿烧结机台车(1)运行方向依次向完成点火烧结的烧结料面喷吹递减温度的高温气体，实现向位于表层烧结混合料(L1)下方的中上层烧结混合料(L2)的梯级补热。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤4)中，所述燃气喷吹装置(8)设置在烧结机上的燃气喷吹段(4)；在燃气喷吹段(4)内，所述燃气喷吹装置(8)喷出的可燃气体与从烧结机台车(1)上方抽入的空气混合后，被抽入烧结料层内，可燃气体在料层内燃烧，完成对位于中上层烧结混合料(L2)下方的中层烧结混合料(L3)的补热；
作为优选，在燃气喷吹段(4)内设置多段燃气喷吹区间，通过调节燃气喷吹装置(8)在各段燃气喷吹区间内喷吹可燃气体的量，从而实现向位于中上层烧结混合料(L2)下方的中层烧结混合料(L3)的梯级补热。
16.根据权利要求10-15中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤5)中，所述蒸汽喷吹装置(9)设置在烧结机上的蒸汽喷吹段(5)；在蒸汽喷吹段(5)内，所述蒸汽喷吹装置(9)向烧结混合料的料面喷吹蒸汽，蒸汽被抽入烧结料层内，通过蒸汽的强传热特性，进而利用烧结料层蓄热，完成对位于中层烧结混合料(L3)下方的下层烧结混合料(L4)的补热。
17.根据权利要求7-16中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，待烧结混合料布料完成后，沿着烧结机台车(1)的运行方向，在烧结混合料的料面上间隔开设多个凹槽(10)；
作为优选，在烧结机台车(1)上，开设凹槽(10)后形成的平料面与凹料面等距排布或以烧结混合料料面宽度方向的中点为原点向两边渐疏或渐密分布；优选，所述凹料面的形状为V形、半圆形、矩形中的一种或几种，优选为半圆形。
18.根据权利要求7-17中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中还包括料面视觉识别监测的步骤，具体为：待点火烧结完成后，对烧结混合料的料面进行摄像，获得烧结料面的实时图像，通过图像特征提取来判断烧结料面对应位置的点火状态，进而实现对烧结料面点火状态的实时在线监测。
19.根据权利要求7-18中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤6)中还包括机尾断面红层识别监测的步骤，具体为：待烧结完成，烧结机台车(1)翻转卸料时，对烧结料层的机尾断面进行成像，通过图像处理来判断烧结料层的整体燃料状态，进而实现对烧结料层燃料量的实时在线调整。
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Assignee: HUNAN ZHONGYE CHANGTIAN ENERGY CONSERVATION AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: ZHONGYE CHANGTIAN INTERNATIONAL ENGINEERING Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022980025910

Denomination of invention: A soaking sintering method based on layered composite heating

Granted publication date: 20211224

License type: Common License

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Application publication date: 20210430

Assignee: HUNAN ZHONGZHI CHANGTIAN HEAVY INDUSTRY TECHNOLOGY CO.,LTD.

Assignor: ZHONGYE CHANGTIAN INTERNATIONAL ENGINEERING Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022980025918

Denomination of invention: A soaking sintering method based on layered composite heating

Granted publication date: 20211224

License type: Common License

Record date: 20230105

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Assignor: ZHONGYE CHANGTIAN INTERNATIONAL ENGINEERING Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980030430

Denomination of invention: A soaking sintering method based on layered composite heating

Granted publication date: 20211224

License type: Common License

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