CN113265533B - 一种高效利用生物质焙烧系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种高效利用生物质焙烧系统及方法，采用了矿石与秸秆分别进料、气体裂解室与多功能气体预热室组合的方式，结合气体裂解室内特定的“S”型气体流向结构设计，通过由下而上的还原气流将生物质纤维素、半纤维素、木质素等三大主要成分热裂解出的轻质还原气体成分吹送至焙烧室进行焙烧。在特定焙烧工艺条件下，铁矿石发生磁化还原反应，生成强磁性Fe3O4，并可通过后续磁选作业将其回收。本发明的焙烧工艺结合特定结构的焙烧系统，大幅提高矿物分选品位以及回收率指标、裂解完全提高生物质利用率并使生物质消耗量减少20％～35％，焙烧原矿中杂质去除率≥98％，实现可连续的工业清洁生产。

Description

一种高效利用生物质焙烧系统及方法
技术领域：
本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及一种高效利用生物质焙烧系统及方法。
背景技术：
我国铁矿资源丰富，但我国铁矿资源呈现出“贫矿多，富矿少”、“伴生组分多，综合利用难度较大”的特点。近年来，不断攀升的铁矿资源依存度持续挑战我国铁矿资源安全地位，为了维护我国铁矿资源稳定且可持续的发展地位，实现铁矿产资源的自给自足，发展难选铁矿石资源的选冶新技术、新流程、新系统设备等将极大地缓解我国铁矿供应不足的压力。
焙烧是目前最有效处理铁矿石的方法之一。而焙烧过程需要通过加入一定量的还原剂(固、气)促使弱磁性物质磁性转变为强磁性物质(如赤铁矿磁性转变为磁铁矿)，并通过磁选方式分离得到合格铁矿产品。相较于添加石油、煤炭等传统化石燃料，生物质能因其可再生性、净零排放、易获取可储藏，原料价格低廉等优势受到研究者的广泛关注。基于热化学转化的特点，生物质受热裂解过程中可将生物质产生的不可凝轻质小分子产物如CO、H2等还原性气体用于焙烧过程中，使其充当一种高效清洁的还原剂。
专利CN110172569提供了一种以农作物秸秆为还原剂焙烧生产铁精矿的方法，可通过秸秆与难选铁矿石按比例混合后，给入磁化焙烧系统中并通过还原—磁选过程，可得较好品位和回收率指标；但该方法中存在着矿石混合受热不均一、裂解还原焙烧后磁选分离流程中残渣(固定碳与灰分)过多、混合物料易相互黏附等现象，从而导致了磁选分离过程中磁选精矿含杂率高、磁化焙烧效率降低、生物质能利用率低、工业成本增加等问题。
本发明提出通过矿石、生物质粉末分开进料的想法，通过预热，裂解等方式，仅使生物质裂解的还原性气体通入还原室，并在裂解室中集中处理了秸秆残渣，抛渣作肥；从而避免了矿石秸秆混合物料方法中生物质颗粒与矿石混合焙烧过程中粘结失流、焙烧过程中和后续磁性分离中矿石与生物质颗粒的黏附粘连、生物质颗粒堵塞与腐蚀工业设备不利于工业可持续生产等问题，杜绝了焙烧原矿与磁选精矿中含生物质裂解杂质，提升了生物质能利用率使生物质消耗用量降低了15％～20％，提高了磁选精矿的品位与回收率，优化了后续工序的流程。基于上述说明，本发明设计了矿石物料与生物质物料分别进料室；并设计了连通磁化焙烧还原室的正压向上式气体预热室、裂解室，通过提前热解生物质，使气、渣分离，抛渣作肥，残气充燃，降低了混合物料焙烧中引入难处理杂质的风险，解决了磁选精矿产品中含杂率高的问题，并提高了生物质的利用效率，实现了工业清洁化生产。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种高效利用生物质焙烧系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高效利用生物质焙烧系统装置，包括矿料预热室2，焙烧还原室9，气体裂解室11，气体预热室17，热风炉19和储气罐，所述的矿料预热室2，焙烧还原室9，气体裂解室11和气体预热室17之间依次连通，其中：
所述的焙烧还原室9底部通过第一布风板10与气体裂解室11顶部连通；
所述的气体裂解室11底部通过第二布风板16与气体预热室17顶部连通；
所述的第一布风板10垂直向气体裂解室11内设有第一挡板33，所述的第二布风板16垂直向气体裂解室11内设有第二挡板34，气体裂解室11内形成“S”型气体流向。
所述的第一布风板10与第二布风板16的厚度比为1:1。所述的第一挡板33设于第一布风板10由左向右三分之一处，所述的第二挡板34设于第二布风板16由右向左三分之一处。
所述的矿料预热室2侧壁上方连通有第一给料仓1，所述的矿料预热室2侧壁下方设有第一加热器3，底部设有进气口4，所述的进气口4连通进气管道，所述的进气管道上设有第一阀门5；所述的矿料预热室2顶端连接第一温度传感器30，焙烧还原室9顶端连接第二温度传感器31；所述第一温度传感器30与第二温度传感器31连接至总温度控制系统32。
所述的储气罐包括第一储气罐8和第二储气罐16，所述的第一储气罐8通过气体管路分别连接矿料预热室2和气体预热室17；所述的第一储气罐8与第二储气罐26中储气均为氮气。
所述的焙烧还原室9顶部通过负压风机27连接有气固分离器28，所述的气固分离器28分别与布袋除尘器29和热风炉19连接；
所述的焙烧还原室9侧壁上方通过第二流动密封阀20连接有管式换热器21，所述的管式换热器21的介质为水，所述的管式换热器21连接第二物料收集器22，所述的第二流动密封阀20底部连通第二储气罐16，连通管路上设有第四阀门23；
所述的气体裂解室11一侧壁连通有第二给料仓12，另一侧壁通过第一流动密封阀14连接有第一物料收集器15；所述的第一流动密封阀14底部连通第二储气罐16，连通管路上设有第五阀门24；所述的第二储气罐16出口管路上设有第六阀门25；所述的第一流动密封阀14与第二流动密封阀20内的挡板与各自阀室高度比均为1：(1～1.2)。
所述的热风炉19设置于气体预热室17底部气体管路上，所述的第一储气罐8出口管道上设有第二阀门6，所述的气体预热室17气体管路上依次设有热风炉19、鼓风机18和第三阀门7，所述的气体预热室17侧壁设有第二加热器13。
所述的矿料预热室2上部由左向右三分之一处设有第三挡板35，所述的焙烧还原室9上部由左向右三分之一处设有第四挡板36。
所述的第三挡板35与矿料预热室的高度比为1：(1.2～1.5)，矿料预热室2中进料室与出料室容积比为1：(4～8)；所述的第四挡板36与焙烧还原室9高度比为1：(1.2～1.5)，焙烧还原室9中进料室与出料室的容积比为1：(4～8)；所述的第一挡板33、第二挡板34与气体裂解室高度比均为1：(1.2～1.5)；所述的气体预热室17与气体裂解室11容积比为1：(5～10)；所述的气体预热室17与气体裂解室11的容积之和与焙烧还原室9容积之比为1：(1～2)。
一种高效利用生物质焙烧方法，采用上述系统，包括以下步骤：
(1)取铁矿石物料，破碎磨细，获得磨细后矿粉，通过第一给料仓1给入并由管道连续输送至矿料预热室2；
(2)矿料预热室2的温度由侧部加热器3提供，将磨细后矿粉预热至300～450℃，停留时间为4～8min；并在加热过程中，由第一储气罐8向矿料预热室2内输入保护气，具体的，第一储气罐8输出的保护气通过第一阀门5、第二阀门6控制并由进气口4给入矿料预热室2，充当加热过程中的保护性气体；获得预热预流态化后矿粉，送入焙烧还原室9；
(3)热气体经气体预热室17加热至500～900℃后，通过第一布风板10向上给入至气体裂解室11，同时取秸秆生物质粉末，给入气体裂解室11进行加热裂解，所述的秸秆生物质粉末加入量为磨细后矿粉质量的10-13％；所述的加热温度为650-730℃，裂解时间为5-10s，获得包括裂解还原性气体产物与固体产物的气固混合产物，所述的气体产物留于气体裂解室11内，具体的：
第一储气罐8的氮气由第二阀门6、第三阀门7控制，经由鼓风机18给足气压并通过热风炉19对氮气进行加热至温度300～500℃后，获得热气体输送至气体预热室17，经由第二加热器13升温加热至500～900℃；气体预热室17将预热的氮气通过第一布风板10向上给入至气体裂解室11；
所述的生物质物料通过切割、粉碎等操作，得到合格生物质焙烧粉末，由第二给料仓12给入气体裂解室11，进行充分裂解，获得的气固混合产物进入异侧第一流动密封阀14，所述第一流动密封阀14将裂解还原性气体产物留在气体裂解室11内，避免外逸；固体产物由第一物料收集器15收集；
(5)所述的裂解还原性气体产物受向上气压，通过第二布风板10给入至焙烧还原室9；与预热预流态化后矿粉在焙烧还原室9中进行焙烧，焙烧温度为500～580℃，焙烧时间为4～8min，获得带有残余还原气体的焙烧后铁矿粉；
(6)所述的焙烧后铁矿粉经冷却与磁选分离，获得合格铁精矿，具体的：
带有残余还原气体的焙烧后铁矿粉一同进入第二流动密封阀20中，残余还原气体产物被留在磁化焙烧还原室9内，焙烧后铁矿粉经由所述第二流动密封阀20进入管式换热器21中冷却，冷却后的合格产物排出至第二物料收集器22，并通过后续的磁选分离操作，得到合格铁精矿；残余还原气体由负压风机27牵引通过气固分离器28输送至热风炉19，而与气体混杂的微细颗粒排至气固分离器底端28连接的布袋集尘器29。
所述的步骤(1)中，将铁矿石物料破碎磨细至铁矿石粒径为2mm～5mm，然后磨细粒径至≤0.074mm占60％～80％，获得磨细后矿粉。
所述的步骤(1)中，铁矿石物料包括组分及质量百分含量为TFe 30～40％，SiO240％～48％，Al2O3 0.2％～0.4％，CaO<5％，MgO<5％，P<0.05％，S<0.05％。
所述的步骤(1)中，农作物秸秆包括组分及质量百分含量为纤维素40～50％，半纤维素10～15％，木质素25～35％，粗蛋白8～10％，无机盐5～10％。
所述的步骤(2)中，保护气为氮气。
所述的步骤(3)中，特定的裂解工艺条件下，秸秆还原性气体产气产率可达20％～35％。
所述的方法中，第一流动密封阀14第二流动密封阀20均需通过第二储气罐26提供气体；所述预热室与磁化焙烧还原室的温度均由温度传感器30、31数据传输至总温度控制系统32。
所述的步骤(3)中，秸秆生物质粉末为将秸秆先切割至1～3cm，然后颗粒粉碎至≤1mm占50％～100％后获得；裂解还原性气体产物为包括CO和H2等的还原性气体，固体产物为秸秆残渣。
所述的步骤(6)中，通过管式换热器冷却后，物料温度为50～100℃；负压风机的风量为16000m3/h，仅需牵引残余还原气体即可。
所述的步骤(6)中，获得的焙烧原矿磨矿至≤0.043mm的部分占总质量的60％～90％，然后在磁场条件为60～90kA/m的条件下进行弱磁选别。
所述的步骤(5)中，焙烧后铁矿粉中含杂量0.05％～0.1％，杂质去除率为98.0～99.5％，所述的含杂量以固定碳与工业灰分含量总和占单位铁精矿质量百分数计。而采用常规的铁矿石与生物质统一混料后焙烧获得的铁矿粉中含杂量为10～25％，原因在于，铁矿石与生物质混合流程中因生物质粉末中固定碳密度轻且含有少量灰分、生物质油性物质黏附、焙烧后生物质颗粒粒径降低等原因，磁选分离过程中生物质与铁矿产品不能通过磁选的方式分离完全，导致仍有少量生物质黏附铁精矿颗粒或者漂浮于磁选设备周围，造成杂质含量居高不下。
所述的步骤(6)中，铁精矿回收率为96.5～97.3％，铁品位为67.5～70.1％，铁精矿中FeO含量为1.5～3.0％。
本发明的有益效果：
本发明的高效利用生物质焙烧系统中采用了矿石与秸秆分别进料、气体裂解室与多功能气体预热室组合的方式，通过由下而上的还原气流将生物质纤维素、半纤维素、木质素等三大主要成分热裂解出的轻质还原气体成分(如CO、H2、CH4等)吹送至磁化焙烧室进行焙烧。在特定的焙烧工艺条件下，还原气体产物与铁矿石发生磁化还原反应，生成强磁性的Fe3O4，并可通过后续的磁选作业将其回收。这种可连续生产装置可提高矿物分选品位以及回收率指标、裂解完全提高生物质利用率并使生物质消耗量减少20％～35％，焙烧后铁矿粉含杂量为0.05％～0.1％，杂质去除率为98.0％～99.5％，实现了可连续的工业清洁生产。
附图说明：
图1为本发明实施例的高效利用生物质焙烧系统结构示意图；
图2为本发明对比例3中的带振打装置的气体裂解室结构示意图；其中：
1、第一给料仓，2、矿料预热室，3、第一加热器，4、进气口，5、第一阀门，6、第二阀门，7、第三阀门，8、第一储气罐，9、磁化焙烧还原室，10、第一布风板，11、气体裂解室，12、第二给料仓，13、第二加热器，14、第一流动密封阀，15、第一物料收集器，16、第二布风板，17、气体预热室，18、鼓风机，19、热风炉，20、第二流动密封阀，21、管式换热器，22、第二物料收集器，23、第四阀门，24、第五阀门，25、第六阀门，26、第二储气罐，27、负压风机，28、气固分离器，29、布袋集尘器，30、第一温度传感器，31、第二温度传感器，32、总温度控制系统，33、第一挡板，34、第二挡板，35、第三挡板，36、第四挡板；I、第一挡板，II、第一布风板，III、振打装置，IV、第二挡板，V、鼓风机，VI、热风炉，VII、第一物料收集器。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中：
焙烧系统应由第一储气瓶与第二储气瓶通入氮气排尽系统内空气，使其始终保持氮气气氛。
秸秆原料入料前进行低温烘干处理若干小时，脱去水分。
预热室、磁化焙烧还原室、气体裂解室、第一流动密封阀、第二流动密封阀中挡板均为不锈钢材质，且外部经过保温棉包裹处理。
第一布风板与第二布风板的材质为不锈钢，且经过表面高温处理。
第一物料收集器与第二物料收集器中材质均为不锈钢材质。
第一流动密封阀与第二流动密封阀均需要给入松动氮气气流，使其物料顺利排出并阻止还原性气体外逸。
第一储气罐与第二储气罐储存的气体均为氮气。
鼓风机型号设置为D1750-340/98，流量为1750m3/min，入口温度25℃，入口压力98KPa，出口压力340KPa。
热风炉的型号设置为RFW700-Q1，风量为6000m3/h，风压为3000KPa，电机功率15KW，供风温度400℃。
管式换热器的型号设置为G1600III-0.8-220。
负压风机的基本参数设置为50Hz，电机转速不小于1400r/min，风量为16000m3/h。
第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门与第五阀门均采用不锈钢材质。
温度传感器型号设置为TR/02012，传感温度范围-200～1000℃。
实施例1
一种高效利用生物质焙烧系统，其结构示意图如图1所示，包括矿料预热室2，焙烧还原室9，气体裂解室11，气体预热室17，热风炉19和储气罐，所述的矿料预热室2，焙烧还原室9，气体裂解室11和气体预热室17之间依次连通，其中：
所述的焙烧还原室9底部通过第一布风板10与气体裂解室11顶部连通；
所述的气体裂解室11底部通过第二布风板16与气体预热室17顶部连通；
所述的第一布风板10垂直向气体裂解室11内设有第一挡板33，所述的第二布风板16垂直向气体裂解室11内设有第二挡板34，气体裂解室11内形成“S”型气体流向。
所述的第一布风板10与第二布风板16的厚度比为1:1。所述的第一挡板33设于第一布风板10由左向右三分之一处，所述的第二挡板34设于第二布风板16由右向左三分之一处。
所述的矿料预热室2侧壁上方连通有第一给料仓1，所述的矿料预热室2侧壁下方设有第一加热器3，底部设有进气口4，所述的进气口4连通进气管道，所述的进气管道上设有第一阀门5；所述的矿料预热室2顶端连接第一温度传感器30，焙烧还原室9顶端连接第二温度传感器31；所述第一温度传感器30与第二温度传感器31连接至总温度控制系统32。
所述的储气罐包括第一储气罐8和第二储气罐16，所述的第一储气罐8通过气体管路分别连接矿料预热室2和气体预热室17；所述的第一储气罐8与第二储气罐26中储气均为氮气。
所述的焙烧还原室9顶部通过负压风机27连接有气固分离器28，所述的气固分离器28分别与布袋除尘器29和热风炉19连接；
所述的焙烧还原室9侧壁上方通过第二流动密封阀20连接有管式换热器21，所述的管式换热器21的介质为水，所述的管式换热器21连接第二物料收集器22，所述的第二流动密封阀20底部连通第二储气罐16，连通管路上设有第四阀门23；
所述的气体裂解室11一侧壁连通有第二给料仓12，另一侧壁通过第一流动密封阀14连接有第一物料收集器15；所述的第一流动密封阀14底部连通第二储气罐16，连通管路上设有第五阀门24；所述的第二储气罐16出口管路上设有第六阀门25；所述的第一流动密封阀14与第二流动密封阀20内的挡板与各自阀室高度比均为1：(1～1.2)。
所述的热风炉19设置于气体预热室17底部气体管路上，所述的第一储气罐8出口管道上设有第二阀门6，所述的气体预热室17气体管路上依次设有热风炉19、鼓风机18和第三阀门7，所述的气体预热室17侧壁设有第二加热器13。
所述的矿料预热室2上部由左向右三分之一处设有第三挡板35，所述的焙烧还原室9上部由左向右三分之一处设有第四挡板36。
所述的第三挡板35与矿料预热室的高度比为1：(1.2～1.5)，矿料预热室2中进料室与出料室容积比为1：(4～8)；所述的第四挡板36与焙烧还原室9高度比为1：(1.2～1.5)，焙烧还原室9中进料室与出料室的容积比为1：(4～8)；所述的第一挡板33、第二挡板34与气体裂解室高度比均为1：(1.2～1.5)；所述的气体预热室17与气体裂解室11容积比为1：(5～10)；所述的气体预热室17与气体裂解室11的容积之和与焙烧还原室9容积之比为1：(1～2)。
采用上述高效利用生物质焙烧系统进行铁矿石物料焙烧，包括以下步骤：
1、该例中铁矿石物料的化学主要成分为TFe含量为39.56％，SiO2 45.22％，Al2O30.24％，CaO<5.0％，MgO<5.0％，P<0.05％，S<0.05％，余量其他。铁矿物主要为赤铁矿。将粒度≤0.074mm占60％的铁矿粉通过第一给料仓(1)给入原料至矿料预热室(2)，单位时间内通入预热室(2)的保护性气体与通入预热室的铁矿粉的质量的比例为4m3/kg，通过加热器(3)给矿料预热室进行加热至400℃；第一储气罐(8)中氮气通过第一阀门(5)、第二阀门(6)给入矿料预热室；所述矿料预热室(2)中铁矿粉末预热至400℃左右后，通过连接管道进入磁化焙烧还原室(9)。
该实例中秸秆原料烘干80℃烘干2h，成分分析为纤维素41.42％，半纤维素14.99％，木质素25.13％，粗蛋白8.55％，无机盐9.91％；工业分析为水分1.85％，灰分3.98％，挥发分78.75％，固定碳15.42％。秸秆粉末磨至粒度≤1mm的部分质量所占比例为95％，加入质量为铁矿粉质量的10％。开启第一储气罐(8)，通过第二阀门(6)与第三阀门(7)给入管道中，并同时启动鼓风机(18)加压鼓风氮气至热风炉(19)，通过热风炉加热的氮气进入气体预热室(17)，此时气体预热室通过第二加热器(13)加热至400℃；达到指定温度后的氮气自下而上地通过第二布风板(16)进入气体裂解室(11)，在所述的气体裂解室(11)中，高温氮气与秸秆粉末混合使秸秆粉末发生裂解反应产生出大量还原性气体CO、H2，裂解温度为650℃，裂解时间为10s，此时的还原性气体顺着氮气气流自下而上的给入磁化焙烧还原室(9)，而裂解反应后的秸秆粉末残渣进入侧部的第一流动密封阀(13)；所述第一流动密封阀(13)不但可以通过并排出固体物料至第一物料收集器(14)，还可以阻止裂解气体外逸。
2、秸秆裂解还原性气体与预热铁矿粉末在磁化焙烧还原室(9)混合，进行磁化焙烧，焙烧温度为520℃，焙烧时间为8min，单位时间内给入磁化焙烧还原室(9)的保护性气体体积与通过磁化焙烧还原室(9)中的铁矿粉质量的比例为10m3/kg，且室内的还原性气体与保护性气体的体积流量比为1：3；获得带有残余还原气体的焙烧后铁矿粉，焙烧后铁矿粉中含杂量为0.057％，杂质去除率为98.86％；
磁化焙烧还原室(9)内被稍后铁矿粉由侧部的第二流动密封阀中带动并排料至管式换热器(21)，待铁矿粉温度冷却至80℃后从管式换热器(21)出料口连续排料至第二物料收集器(22)；残余还原气体由负压风机(27)牵引，通过气固分离器(28)并排放至热风炉(19)做气体燃料，而微细粉尘则由布袋集尘器(29)收集。
3、焙烧结束后，停止向第一给料仓(2)给入铁矿粉；同时，停止向第二给料仓(12)中秸秆粉末投料，并调低热风炉(19)的加温温度至100℃；待气体裂解室内秸秆残渣完全排出至第一物料收集器(15)中以及管式换热器(21)中冷却物料完全排入第二物料收集器(22)时，关闭第一储气罐(8)、第二储气罐(26)以及第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(23)、第五阀门(24)；最后关闭鼓风机(18)以及热风炉(19)，以及总温度控制系统(32)。
4、由第一物料收集器(15)收集的秸秆残渣可用作无机肥料；由第二物料收集器(22)获得的冷却后铁矿粉经过磨矿至粒径≤0.043mm的部分占80％，经过磁场条件为90KA/m的条件下进行弱磁选别，得到合格铁精矿的铁品位67.51％，铁回收率96.33％，FeO含量为1.51％。
实施例2
采用与实施例1相同的高效利用生物质焙烧系统进行铁矿石物料焙烧，该实例中铁矿石的化学主要成分为TFe含量为37.17％，SiO2 46.15％，Al2O3 0.26％，CaO<5.0％，MgO<5.0％，P<0.05％，S<0.05％，余量其他，铁矿物主要为赤铁矿，且含有少量磁铁矿质量占比例为3.4％。
将铁矿颗粒磨矿至粒度≤0.074mm占55％；通过第一给料仓(1)给入预热室，操作步骤如实例1，但与实例1中不同的是，由于给矿铁品位较低以及粒度较粗的原因，为达到较好的预热效果，所需的预热温度设置为450℃；单位时间进入预热室(2)的氮气保护性气体与通入预热室的铁矿粉的质量比例由4m3/kg增大至5m3/kg。
1、该实例中步骤与实例1中一致，不同的是，该实例中秸秆原料成分分析为：纤维素为44.28％，半纤维素14.28％，木质素25.48％，粗蛋白8.64％，无机盐7.32％。属于禾本科纤维原料中木质素较低的物料且物料具有一定韧性，因此秸秆切碎至3cm，后将粒径磨至≤1mm部分的质量占50％；秸秆原料工业分析中，水分9.33％，灰分为2.98％，挥发份71.48％，固定碳16.21％，水分较多，90℃低温烘干3.5h，第二加热器(13)加温至裂解温度为680℃，裂解时间为8s。
2、秸秆裂解气与预热矿粉在磁化焙烧还原室(9)中混合并焙烧，焙烧温度为540℃，被烧事件为7min，单位时间内给入还原室中的保护性气体与单位时间内给入预热矿粉质量的比例为15m3/kg。焙烧后铁矿粉中含杂量为0.053％，杂质去除率为98.94％；该实例中的其余步骤均与实例1中步骤一致。
3、该实例中的步骤与实例1中一致。关闭顺序应按照实例1中各步骤操作。
4、该实例中步骤与实例1中一致。不同的是，第二物料收集器(22)获得的冷却后铁矿粉经过90KA/m的弱磁选别后，得到了铁品位67.79％，铁回收率96.44％，FeO含量为1.63％。
实施例3
采用与实施例1相同的高效利用生物质焙烧系统进行铁矿石物料焙烧，区别在于，该实例中的铁矿石化学主要成分为TFe含量为36.89％，SiO2 47.32％，Al2O3 0.24％，CaO<5.0％，MgO<5.0％，P<0.05％，S<0.05％，余量其他。铁矿物主要为赤铁矿，且含有少量磁铁矿质量占比为3％。
1、秸秆裂解温度为700℃，裂解时间为7s，所添加的秸秆质量分数(与进料的铁矿石质量相比所得)为12％。
2、秸秆裂解还原性气体与预热铁矿粉末在磁化焙烧还原室(9)进行混合，进行磁化焙烧温度为550℃，焙烧时间为6min；焙烧后铁矿粉中含杂量为0.075％，杂质去除率为98.50％；焙烧后铁矿粉经冷却与弱磁选别，可得到品位68.62％、回收率96.69％，FeO含量为1.70％。
实施例4
采用与实施例1相同的高效利用生物质焙烧系统进行铁矿石物料焙烧，区别在于，该实例中的铁矿石化学主要成分为TFe含量为35.09％，SiO2 49.12％，Al2O3 0.30％，CaO<5.0％，MgO<5.0％，P<0.05％，S<0.05％，余量其他。铁矿物主要为赤铁矿，且含有少量磁铁矿质量占比为1.2％。
1、秸秆裂解温度为720℃，裂解时间为6s，所添加的秸秆质量分数(与进料的铁矿石质量相比所得)为12％。
2、实例3中，秸秆裂解还原性气体与预热铁矿粉末在磁化焙烧还原室(9)进行混合，进行磁化焙烧温度为570℃，焙烧时间为5min；焙烧后铁矿粉中含杂量为0.077，杂质去除率为98.46％；焙烧后铁矿粉经冷却与弱磁选别，可得到品位69.49％、回收率97.02％，FeO含量为1.88％。
实施例5
采用与实施例1相同的高效利用生物质焙烧系统进行铁矿石物料焙烧，区别在于，该实例中的铁矿石化学主要成分为TFe含量为37.48％，SiO2 48.30％，Al2O3 0.29％，CaO<5.0％，MgO<5.0％，P<0.05％，S<0.05％，余量其他。铁矿物主要为赤铁矿，且含有少量磁铁矿质量占比为2.5％。
1、秸秆裂解温度为730℃，裂解时间为5s，所添加的秸秆质量分数(与进料的铁矿石质量相比所得)为13％。
2、秸秆裂解还原性气体与预热铁矿粉末在磁化焙烧还原室(9)进行混合，进行磁化焙烧温度为580℃，焙烧时间为4min；焙烧后铁矿粉中含杂量为0.092，杂质去除率为98.16％；焙烧后铁矿粉经冷却与弱磁选别，可得到品位69.73％、回收率98.09％，FeO含量为1.90％。
对比例5-1
同实施例5，区别在于：
1、秸秆裂解时间为10s，因秸秆裂解时间过长，还原性气体增多，造成过还原，经检测，精矿中氧化亚铁含量为23.99％，铁品位为65.3％，回收率为55.2％。
2、继续延长秸秆裂解时间至1min，由于秸秆裂解已完全，经检测，精矿中氧化亚铁含量升高至26.13％，而精矿品位增加至67.7％，但回收率会进一步下降至43.6％。
对比例5-2
同实施例5，区别在于：
裂解气与原矿混合后至磁化焙烧室焙烧时，焙烧温度达到600℃时，经检测，精矿中氧化亚铁含量为21.41％，铁品位为65.12％，回收率为69.21％。
对比例5-3
同实施例5，区别在于，焙烧系统中气体裂解室内非“S”型走向设置，而是采用带振打装置的气体裂解室，其结构示意图如图2所示，结构包括第一挡板I，第一布风板II，振打装置III，第二挡板IV，鼓风机V，热风炉VI，第一物料收集器VII。气体裂解室底部由左向右三分之二处设有物料挡板，形成左区和右区，所述的左区底部设有物料入口，所述的右区上方侧壁设有振打装置III，所述的右区底部连接有起收集秸秆物料作用的第一物料收集器VII。所述的物料入口用于通入秸秆粉末。所述的振打装置用于振打秸秆粉末。所述的物料挡板高度与气体裂解室高度为1：(1.5～1.8)。
当裂解室结构采用于类似的振打式结构，具体的秸秆裂解过程中，左侧三分之二处秸秆粉末与气流通入裂解室进行裂解，右侧三分之一处秸秆粉末经由振打装置振打后掉落至秸秆物料集尘器收集。其中，秸秆粉末由下端的鼓风机以及热风炉连带气流一同通过左边三分之二处鼓入气体裂解室进行裂解，右边三分之一处不通入气体，秸秆物料经过裂解后，间隔固定时间启动振打装置，经振打装置振打后，裂解完全的秸秆物料由于重力的作用由右侧三分之一处掉落，入料与出料方式呈“上进下出”型。其余步骤均同于实施例1，由于带振打装置的气体裂解室内，秸秆物料受热路径呈反“U”型，受热路径短，受热时间短，传质传热效果不明显，秸秆粉末裂解时气相产率减少、非气相产率增加，即还原性气体减少，裂解不完全的秸秆残渣增多，导致气体还原不充分，磁性转化率低，进而导致铁精矿品位和回收率较低；经检测，焙烧后铁矿粉中含杂量为0.57％，杂质去除率为90.60％，获得的铁精矿铁品位为63.2％，回收率为88.7％。

Claims (9)

1.一种高效利用生物质焙烧方法，其特征在于，采用高效生物质焙烧系统，所述的高效生物质焙烧系统包括矿料预热室，焙烧还原室，气体裂解室，气体预热室，热风炉和储气罐，所述的矿料预热室，焙烧还原室，气体裂解室和气体预热室之间依次连通，其中：
所述的焙烧还原室底部通过第一布风板与气体裂解室顶部连通；
所述的气体裂解室底部通过第二布风板与气体预热室顶部连通；
所述的第一布风板垂直向气体裂解室内设有第一挡板，所述的第二布风板垂直向气体裂解室内设有第二挡板，气体裂解室内形成“S”型气体流向；
所述的方法具体包括以下步骤：
(1)取铁矿石物料，破碎磨细，获得磨细后矿粉，输送至矿料预热室，铁矿石物料包括组分及质量百分含量为 TFe ~40%，SiO2 40%~48%，Al2O3 0.2%~0.4%，CaO<5%，MgO<5%，P<0.05%，S<0.05%；
(2)将磨细后矿粉预热至300～450°C，停留时间为4～8min；并在加热过程中，向矿料预热室内输入保护气，获得预热预流态化后矿粉，送入焙烧还原室；
(3)热气体经气体预热室加热至500～900°C后，通过第一布风板向上给入至气体裂解室，同时取秸秆生物质粉末，给入气体裂解室进行加热裂解，所述的秸秆生物质粉末加入量为磨细后矿粉质量的10~13%；加热温度为650~730℃，裂解时间为5~10s，获得包括裂解还原性气体产物与固体产物的气固混合产物，所述的裂解还原性气体产物留于气体裂解室内，农作物秸秆包括组分及质量百分含量为纤维素40~50%，半纤维素10~15%，木质素~35%，粗蛋白8~10%，无机盐5~10%；
(5)所述的裂解还原性气体产物受向上气压，通过第二布风板给入至焙烧还原室；与预热预流态化后矿粉在焙烧还原室中进行焙烧，焙烧温度为500~580℃，焙烧时间为4~8min，获得带有残余还原气体的焙烧后铁矿粉；
(6)所述的焙烧后铁矿粉经冷却与磁选分离，获得合格铁精矿。
2.根据权利要求1所述的高效利用生物质焙烧方法，其特征在于，所述的第一布风板与第二布风板的厚度比为1:1；所述的第一挡板设于第一布风板由左向右三分之一处，所述的第二挡板设于第二布风板由右向左三分之一处。
3.根据权利要求1所述的高效利用生物质焙烧方法，其特征在于，所述的矿料预热室侧壁上方连通有第一给料仓1，所述的矿料预热室侧壁下方设有第一加热器，底部设有进气口4，所述的进气口连通进气管道，所述的进气管道上设有第一阀门；所述的矿料预热室顶端连接第一温度传感器，焙烧还原室顶端连接第二温度传感器；所述第一温度传感器与第二温度传感器连接至总温度控制系统。
4.根据权利要求1所述的高效利用生物质焙烧方法，其特征在于，所述的储气罐包括第一储气罐和第二储气罐，所述的第一储气罐通过气体管路分别连接矿料预热室和气体预热室；所述的第一储气罐与第二储气罐中储气均为氮气。
5.根据权利要求1所述的高效利用生物质焙烧方法，其特征在于，所述的焙烧还原室顶部通过负压风机连接有气固分离器，所述的气固分离器分别与布袋除尘器和热风炉连接；
所述的焙烧还原室侧壁上方通过第二流动密封阀连接有管式换热器，所述的管式换热器的介质为水，所述的管式换热器连接第二物料收集器，所述的第二流动密封阀底部连通第二储气罐，连通管路上设有第四阀门；
所述的气体裂解室一侧壁连通有第二给料仓，另一侧壁通过第一流动密封阀连接有第一物料收集器；所述的第一流动密封阀底部连通第二储气罐，连通管路上设有第五阀门；所述的第二储气罐出口管路上设有第六阀门；所述的第一流动密封阀与第二流动密封阀内的挡板与各自阀室高度比均为1：(1～1.2)。
6.根据权利要求4所述的高效利用生物质焙烧方法，其特征在于，所述的热风炉设置于气体预热室底部气体管路上，所述的第一储气罐出口管道上设有第二阀门，所述的气体预热室气体管路上依次设有热风炉、鼓风机和第三阀门，所述的气体预热室侧壁设有第二加热器。
7.根据权利要求1所述的高效利用生物质焙烧方法，其特征在于，所述的步骤(1)中：
将铁矿石物料破碎磨细至铁矿石粒径为2mm～5mm，然后磨细粒径至≤0.074mm占60%～80%，获得磨细后矿粉。
8.根据权利要求1所述的高效利用生物质焙烧方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，焙烧后铁矿粉中含杂量0.05%~0.1%，杂质去除率为98.0~99.5%，所述的含杂量以固定碳与工业灰分含量总和占单位铁精矿质量百分数计。
9.根据权利要求1所述的高效利用生物质焙烧方法，其特征在于，所述的步骤(6)中，获得的焙烧原矿磨矿至≤0.043mm的部分占总质量的60%~90%，然后在磁场条件为60~90kA/m的条件下进行弱磁选别；铁精矿回收率为96.5~97.3%，铁品位为67.5~70.1%，铁精矿中FeO含量为1.5~3.0%。
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