CN118816172A - 一种镁冶炼渣综合利用系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁冶炼渣综合利用系统和方法，属于镁冶炼技术领域，所述镁冶炼渣综合利用系统包括燃煤焦化炉、低热值气体燃烧器、煤粉燃烧器、热解炉、引射器、冶炼炉、镁冶炼渣、风机、换热装置和蒸汽发生器；所述燃煤焦化炉的第一焦化煤气出口和低热值气体燃烧器的入口连通，低热值气体燃烧器的出口与热解炉的第一入口连通，煤粉燃烧器的出口与热解炉的第二入口连通；燃煤焦化炉的第二焦化煤气出口和冶炼炉连接，冶炼炉内设置有镁冶炼罐，所述引射器通过管道与镁冶炼罐相连，所述换热装置的蒸汽出口与蒸汽发生器的第一入口连接，蒸汽发生器的出口与引射器连接。本发明利用冶炼渣中的物理显热生产蒸汽替代部分蒸汽锅炉，提高能源利用率。

Description

一种镁冶炼渣综合利用系统和方法

技术领域

本发明属于镁冶炼技术领域，具体涉及一种镁冶炼渣综合利用系统和方法。

背景技术

近年来，能源的需求量和价格都不断攀升，而能源供给却相对紧张，能源缺口问题日趋显著，同时全球环境问题不断凸显，譬如气候变暖、酸雨和光化学烟雾问题，使得环境问题日益受到社会关注。目前，当前镁冶炼企业在冶炼过程中为防止镁自燃需要对镁冶炼罐抽真空处理，此过程中用到的引射器需要大量的高温蒸汽，这部分高温蒸汽往往是由镁冶炼厂自建的多台小容量蒸汽锅炉提供的，这些锅炉燃烧效率较差，且环境污染较为严重；而冶炼镁产生的高温冶炼渣中含有大量的热量，但炼镁产生的冶炼渣较为分散，需将单个镁冶炼罐体内矿渣收集后统一处理，这部分热量往往都被浪费了。

目前，镁冶炼企业在生产过程中存在的问题主要有以下几点：首先，镁冶炼渣较为分散需人工转运，且高温冶炼渣(约1200℃)一般先经过堆放处理后，再经喷水减温填埋处理，此过程大量冶炼渣的物理潜热被浪费，且高温渣堆放还会造成扬尘污染环境，同时高温渣堆放存在严重的安全风险，不利于镁冶炼厂的安全生产；其次，镁冶炼过程中需要对镁冶炼储罐进行抽真空处理，防止冶炼出的镁在空气中燃烧，此过程需要蒸汽引射器作用。但当前镁冶炼厂蒸汽产生主要靠分散布置的多台小容量蒸汽锅炉，燃烧效率低资源浪费大，且环境污染严重。

发明内容

本发明提供了一种镁冶炼渣综合利用系统和方法，利用冶炼渣中的物理显热生产蒸汽替代部分蒸汽锅炉，提高能源利用率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镁冶炼渣综合利用系统，包括燃煤焦化炉、低热值气体燃烧器、煤粉燃烧器、热解炉、引射器、冶炼炉、镁冶炼渣、换热装置和蒸汽发生器；所述燃煤焦化炉的第一焦化煤气出口和低热值气体燃烧器的入口连通，低热值气体燃烧器的出口与热解炉的第一入口连通，所述煤粉燃烧器的出口与热解炉的第二入口连通；燃煤焦化炉的第二焦化煤气出口和冶炼炉连接，冶炼炉内设置有镁冶炼罐，所述引射器通过管道与镁冶炼罐相连，所述换热装置的蒸汽出口与蒸汽发生器的第一入口连接，蒸汽发生器的出口与引射器连接。

进一步的，换热装置包括腔体，所述腔体底部开设有进风口，侧壁开设有镁渣入口，上部开设有蒸汽出口，蒸汽出口与蒸汽发生器的第一入口连接，腔体内设置有用于运输镁渣的运输装置。

进一步的，换热装置为链条炉。

进一步的，根据蒸汽流量Q选择链条炉的型号，所述蒸汽流量Q通过下式计算：

Q＝α*ZL*Cz*ΔT/ΔHzq；

α—为有效换热系数，此处链条炉换热系数一般取0.79；ZL—为单位时间内镁冶炼渣量；Cz—为镁冶炼渣热容；ΔT—为冷却前后镁冶炼渣温差；ΔH—为引射器需求蒸汽的焓值与给水焓值之差。

进一步的，热解炉的烟气出口以及冶炼炉的烟气出口分别通过管道与余热锅炉的入口连接，所述余热锅炉的蒸汽出口与引射器的蒸汽入口连通。

进一步的，余热锅炉的气体出口和脱硫脱硝装置的入口连通，所述脱硫脱硝装置的出口和烟囱的进烟口连接。

进一步的，脱硫脱硝装置和烟囱之间设置有除尘器。

进一步的，换热装置的进风口通过管道与风机的出风口连接。

一种镁冶炼渣综合利用方法，将高温镁冶炼渣收集运输至换热装置，高温镁冶炼渣在换热装置中移动并与空气进行换热，加热后的空气与蒸汽发生器进一步换热产生高温蒸汽，高温蒸汽进入引射器做功为镁冶炼罐提供真空环境。

进一步的，用余热锅炉回收热解炉内焦化煤气及煤粉燃烧后烟气和冶炼炉产生烟气中剩余的热量，并产生蒸汽，所述蒸汽进入引射器为镁冶炼罐提供真空环境。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明提供的镁冶炼渣综合利用系统，包括换热装置，换热装置进行高温镁冶炼渣与空气的接触换热，利用镁冶炼过程中产生高温矿渣的物理潜热加热空气，加热后的高温空气与后续蒸汽发生器进一步换热产生高温蒸汽进入引射器做功为镁冶炼罐提供真空环境。

进一步的，将链条炉作为换热装置，由于链条炉不作为燃烧装置，因此链条炉内高温镁冶炼渣未进行燃烧反应，被高温镁冶炼渣加热的高温空气无硫氧化物和氮氧化物生成，无需进行脱硫脱硝，仅通过除尘后即可排入大气，不产生环境污染，具有良好的经济效益和环境效益。

进一步的，本发明主要应用于冶金行业，在完成镁冶炼过程中尽可能节约能源，由于镁冶炼厂中应用热水场景较少，冶炼过程中主要是引射器需要高温蒸汽，原有工艺中主要靠分散的蒸汽锅炉作为起源提供蒸汽，本发明中在镁冶炼工艺中新增余热锅炉和链条炉，通过余热锅炉收集镁矿石热解余热、冶炼炉余热和镁冶炼渣物理显热产生蒸汽，替代原有蒸汽锅炉。该方案可在现有的镁冶炼渣系统经过改造得到，不用拆除重建，节约蒸汽锅炉建设成本及运行成本，并提高能源利用效率，减少能源浪费。

进一步的，换热装置的腔体中设置有至少一个隔板，所述隔板将腔体分隔为若干子腔体，所述隔板下部开设有用于传送镁渣的通道，可根据实际需要将腔体分隔为不同子腔体，其中靠近镁渣入口的子腔体的换热温度最高，可将空气加热至500℃-600℃，远离镁渣入口的子腔体的换热温度较低，用于将空气预热至200℃左右，预热后的空气可对蒸汽发生器进行预热，500℃-600℃的空气将预热后蒸汽发生器进行换热，产生高温蒸汽，隔板减少了高温腔体中空气与低温腔体中空气的直接接触，降低了热损失；同时利用温度较低的空气对换热器进行换热，在用高温空气进行换热，提高了热能利用率。

进一步的，本发明中的换热装置还可推广应用于其他需要回收固体废渣热量的场景。

进一步的，换热装置的进风口通过管道与风机的出风口连接，送风机用于将冷风送入换热装置底部，使得换热装置内部的气流分布均匀，提高了换热装置的换热效率，降低能耗。

本发明提供的镁冶炼渣综合利用方法，利用热装置进行高温镁冶炼渣与空气的接触换热，加热后的空气与蒸汽发生器进一步换热产生高温蒸汽，高温蒸汽进入引射器做功为镁冶炼罐提供真空环境，实现了对冶炼炉余热和镁冶炼渣热量的有效利用，提高了能源利用率。

附图说明

图1为本发明提供的一种镁冶炼渣综合利用系统示意图。

附图中：1—燃煤焦化炉，2—低热值气体燃烧器，3—煤粉燃烧器，4—热解炉，5—镁矿石，6—引射器，7—余热锅炉，8—脱硫脱硝装置，9—除尘器，10—烟囱，11—冶炼炉，12—镁冶炼罐，13—镁冶炼渣，14——风机，15—链条炉，16—蒸汽发生器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

参照图1，一种镁冶炼渣综合利用系统包括燃煤焦化炉1、低热值气体燃烧器2、煤粉燃烧器3、热解炉4、引射器6、余热锅炉7、脱硫脱硝装置8、除尘器9、烟囱10、冶炼炉11、镁冶炼罐12、镁冶炼渣13、风机14、链条炉15和蒸汽发生器16。

燃煤焦化炉1的第一焦化煤气出口和低热值气体燃烧器2的入口连通，低热值气体燃烧器2的出口与热解炉4的第一入口连通，煤粉燃烧器3的进料口用于加入煤粉，出口与热解炉4的第二入口连通；燃煤焦化炉1的第二焦化煤气出口和冶炼炉11的通过管道连接，用于将部分焦化煤气送入冶炼炉11，为冶炼炉11提供热量，热解炉4的烟气出口以及冶炼炉11的烟气出口分别通过管道与余热锅炉7的入口连接，余热锅炉7的蒸汽出口与引射器6的蒸汽入口连通，引射器6通过管道与镁冶炼罐12相连，余热锅炉7的气体出口和脱硫脱硝装置8的入口连通，脱硫脱硝装置8的出口和除尘器9的入口连接，除尘器9的出口和烟囱10的进烟口连接；风机14的出风口与链条炉15的进风口通过管道连接，链条炉15内具有可持续滚动的炉排，链条炉15的蒸汽出口与蒸汽发生器16的第一入口连接，蒸汽发生器16的出口与引射器6连接。下面对各部件和原料进行详细说明。

燃煤焦化炉1，燃煤进入燃煤焦化炉1后经高温热解产生兰炭、焦油、焦化煤气。其中焦化煤气经低热值气体燃烧器2后进入热解炉4燃烧；

低热值气体燃烧器2，燃煤焦化炉1产生的焦化煤气热值较低，需采用专门的低热值气体燃烧器2进行燃烧，为镁矿石5在热解炉4内的热解提供热量；

煤粉燃烧器3，由于焦化煤气热值较低，燃烧产生的热量可能无法满足镁矿石热解需要的热量，因此需要加入部分煤粉金煤粉燃烧器3后进入热解炉4与焦化煤气进行混燃，为镁矿石热解提供热量。

热解炉4，焦化煤气及煤粉颗粒在热解炉内燃烧提供热量，镁矿石受热分解生成氧化镁，作为冶炼镁的原料进行后续反应。

镁矿石5，镁矿石MgCO₃含量较高，在热解炉4内受热分解为MgO，而后进行后续冶炼过程。

引射器6，引射器6通过管道与镁冶炼罐12相连，由于金属镁比较活泼，高温下与空气反应会直接燃烧，镁冶炼过程中必须保证镁冶炼罐12真空，引射器通过排空蒸汽为镁冶炼罐12制造真空环境。

余热锅炉7，余热锅炉7用于回收热解炉4内焦化煤气及煤粉燃烧后烟气和冶炼炉11产生烟气中剩余的热量，并产生蒸汽进入引射器6(如图1中过程①所示)为镁冶炼罐12提供真空环境。

脱硫脱硝装置8，去除热解炉4内焦化煤气和煤粉燃烧产生烟气、冶炼炉11产生烟气中的硫氧化物和氮氧化物，减小对环境的污染。

除尘器9，去除热解炉4内焦化煤气和煤粉燃烧产生烟气和冶炼炉11产生烟气中的颗粒物，减小对环境的污染。

烟囱10，将经脱硫脱硝和除尘后的净烟气排入大气。

冶炼炉11，镁金属冶炼炉11为焦化煤气燃烧提供热量，炉内侧墙放置镁冶炼罐12并密封，冶炼过程中将罐体加热至1200℃以上，罐体中的MgO内的镁金属元素析出，获得粗镁，经过进一步精炼即可得到高纯度镁。冶炼炉11产生的烟气进入余热锅炉7进行换热产生蒸汽。

镁冶炼罐12，镁冶炼罐12腔体内放置MgO、阴石等原料，镁冶炼罐12整体安装在锅炉侧墙上，罐口密封，罐体侧壁开孔并与引射器6联通，冶炼过程中通过引射器在罐体内制造真空环境，保证镁金属在罐口附近析出。

镁冶炼渣13，镁冶炼罐12内MgO在高温下析出粗镁后剩余矿渣为镁冶炼渣13，其温度较高，罐体内矿渣温度能达到1200℃以上，但单个镁冶炼罐内矿渣量较少，需进一步收集运输至链条炉15进行换热，如图1中过程③所示。可采用叉车将矿渣各镁冶炼罐的矿渣收集运输至链条炉15。

风机14，送风机14将冷风送入链条炉15底部，冷空气进入链条炉与高温镁冶炼渣(13)进行换热，升温后的高温空气经蒸汽发生器16与水换热产生高温蒸汽(蒸汽温度180℃，蒸汽压力0.6Mpa)，高温蒸汽进入引射器6做工为镁冶炼罐12提供真空环境。

链条炉15，此处链条炉15不作为燃烧装置，而作为换热装置，送风机14把冷空气送入炉内，冷空气与置于炉排上随炉排运动的镁冶炼渣13进行换热，冷却后的矿渣由链条炉底部排出，加热后的高温空气进入蒸汽发生器16与水换热后产生高温蒸汽(蒸汽温度180℃，蒸汽压力0.6Mpa)，高温蒸汽进入引射器6做工为镁冶炼罐12提供真空环境。链条炉15根据所需的产生蒸汽流量选型，根据镁渣从863℃冷却至225℃，为进行经济核算链条炉15能产生蒸汽流量Q计算可通过下式计算：

Q＝α*ZL*Cz*ΔT/ΔHzq

式中：α—为有效换热系数，此处链条炉换热系数一般取0.79；ZL—为单位时间内镁冶炼渣量；Cz—为镁冶炼渣热容；ΔT—为冷却前后镁冶炼渣温差；ΔH—为引射器需求蒸汽的焓值与给水焓值之差。

蒸汽发生器16，与链条炉15产生的高温空气进行换热，由热水产生高温蒸汽(蒸汽温度180℃，蒸汽压力0.6Mpa)进入引射器6做功为镁冶炼罐12提供真空环境，如图1中过程②所示。

实施例2

本实施例提供一种镁冶炼渣综合利用系统，该系统和实施例1的不同之处仅在于将链条炉15替换为换热装置。换热装置包括腔体，腔体底部开设有进风口，进风口通过管道与风机14的出风口连接，腔体的侧壁相对开设有镁渣入口和镁渣出口，上部开设有蒸汽出口，蒸汽出口与蒸汽发生器16的第一入口连接。腔体内设置有运输装置，运输装置用于持续性将镁渣从入口处运输至镁渣出口处。

实施例3

本实施例提供一种换热装置，包括腔体，腔体底部开设有进风口，进风口通过管道与风机14的出风口连接，腔体的侧壁相对开设有镁渣入口和镁渣出口，腔体中有一个隔板，隔板将腔体分隔为两个子腔体，隔板下部开设有用于传送镁渣的通道。每个子腔体上部开设有蒸汽出口，蒸汽出口与蒸汽发生器16的第一入口连接。腔体内设置有运输装置，运输装置用于持续性将镁渣从入口处运输至镁渣出口处。其中靠近镁渣入口的子腔体的换热温度最高，可将空气加热至500℃-600℃，远离镁渣入口的子腔体的换热温度较低，用于将空气预热至200℃左右，预热后的空气可对蒸汽发生器进行预热，500℃-600℃的空气将预热后蒸汽发生器进行换热，产生高温蒸汽。

还可以根据实际需要在腔体中设置2个隔板，将腔体分隔为3个子腔体。

实施例4

一种镁冶炼渣综合利用方法，包括以下步骤：

S1、燃煤进入燃煤焦化炉1后经高温热解产生兰炭、焦油、焦化煤气，其中一部分焦化煤气经低热值气体燃烧器2后进入热解炉4燃烧，为镁矿石5在热解炉4内的热解提供热量，另一部分焦化煤气进入镁金属冶炼炉11；加入部分煤粉进煤粉燃烧器3后进入热解炉4与焦化煤气进行混燃，为镁矿石热解提供热量；

S2、镁矿石5在热解炉4受热分解生成氧化镁；将氧化镁、阴石等原料投入镁冶炼罐12；余热锅炉7回收热解炉4内焦化煤气及煤粉燃烧后烟气，并产生蒸汽进入引射器6；

S3、引射器6通过排空蒸汽为镁冶炼罐12制造真空环境，保证镁金属在罐口附近析出；

镁金属冶炼炉11为焦化煤气燃烧提供热量，在冶炼过程中将镁冶炼罐12的罐体加热至1200℃以上，罐体中的MgO内的镁金属元素析出，获得粗镁，经过进一步精炼即可得到高纯度镁；镁冶炼罐12内MgO在高温下析出粗镁后剩余矿渣为镁冶炼渣13，镁冶炼渣13温度能达到1200℃以上，将镁冶炼渣13收集运输至链条炉15；

S4、冶炼炉11产生的烟气进入余热锅炉7进行换热产生蒸汽，蒸汽进入引射器6；

送风机14将冷风送入链条炉15底部，冷空气进入链条炉15与置于炉排上随炉排运动的高温镁冶炼渣13进行换热，冷却后的矿渣由链条炉底部排出，升温后的高温空气经蒸汽发生器16与水换热产生高温蒸汽，高温蒸汽进入引射器6做功为镁冶炼罐12提供真空环境。

S5、脱硫脱硝装置8去除热解炉4内焦化煤气和煤粉燃烧产生烟气和冶炼炉11产生烟气中的硫氧化物和氮氧化物；除尘器9去除热解炉4内焦化煤气和煤粉燃烧产生烟气和冶炼炉11产生烟气中的颗粒物；烟囱10将经脱硫脱硝和除尘后的净烟气排入大气。

描述组合的术语“由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种镁冶炼渣综合利用系统，其特征在于，包括燃煤焦化炉(1)、低热值气体燃烧器(2)、煤粉燃烧器(3)、热解炉(4)、引射器(6)、冶炼炉(11)、镁冶炼渣(13)、换热装置和蒸汽发生器(16)；

所述燃煤焦化炉(1)的第一焦化煤气出口和低热值气体燃烧器(2)的入口连通，低热值气体燃烧器(2)的出口与热解炉(4)的第一入口连通，所述煤粉燃烧器(3)的出口与热解炉(4)的第二入口连通；燃煤焦化炉(1)的第二焦化煤气出口和冶炼炉(11)连接，冶炼炉(11)内设置有镁冶炼罐(12)，所述引射器(6)通过管道与镁冶炼罐(12)相连，所述换热装置的蒸汽出口与蒸汽发生器(16)的第一入口连接，蒸汽发生器(16)的出口与引射器(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种镁冶炼渣综合利用系统，其特征在于，所述换热装置为链条炉(15)。

3.根据权利要求2所述的一种镁冶炼渣综合利用系统，其特征在于，根据蒸汽流量Q选择链条炉(15)的型号，所述蒸汽流量Q通过下式计算：

Q＝α*ZL*Cz*ΔT/ΔHzq；

α—为有效换热系数，此处链条炉换热系数一般取0.79；ZL—为单位时间内镁冶炼渣量；Cz—为镁冶炼渣热容；ΔT—为冷却前后镁冶炼渣温差；ΔH—为引射器需求蒸汽的焓值与给水焓值之差。

4.根据权利要求1或2所述的一种镁冶炼渣综合利用系统，其特征在于，所述换热装置包括腔体，所述腔体底部开设有进风口，侧壁开设有镁渣入口，上部开设有蒸汽出口，蒸汽出口与蒸汽发生器(16)的第一入口连接，腔体内设置有用于运输镁渣的运输装置。

5.根据权利要求1或2所述的一种镁冶炼渣综合利用系统，其特征在于，所述腔体中设置有至少一个隔板，所述隔板将腔体分隔为若干子腔体，所述隔板下部开设有用于传送镁渣的通道。

6.根据权利要求1所述的一种镁冶炼渣综合利用系统，其特征在于，所述热解炉(4)的烟气出口以及冶炼炉(11)的烟气出口分别通过管道与余热锅炉(7)的入口连接，所述余热锅炉(7)的蒸汽出口与引射器(6)的蒸汽入口连通。

7.根据权利要求6所述的一种镁冶炼渣综合利用系统，其特征在于，所述余热锅炉(7)的气体出口和脱硫脱硝装置(8)的入口连通，所述脱硫脱硝装置(8)的出口和除尘器的入口连接，所述除尘器的出口和烟囱(10)的进烟口连接。

8.根据权利要求1所述的一种镁冶炼渣综合利用系统，其特征在于，所述换热装置的进风口通过管道与风机(14)的出风口连接。

9.根据权利要求1所述的一种镁冶炼渣综合利用方法，其特征在于，将高温镁冶炼渣收集运输至换热装置，高温镁冶炼渣在换热装置中移动并与空气进行换热，加热后的空气与蒸汽发生器(16)进一步换热产生高温蒸汽，高温蒸汽进入引射器(6)做功为镁冶炼罐(12)提供真空环境。

10.根据权利要求9所述的一种镁冶炼渣综合利用方法，其特征在于，用余热锅炉(7)回收热解炉(4)内焦化煤气及煤粉燃烧后烟气和冶炼炉(11)产生烟气中剩余的热量，并产生蒸汽，所述蒸汽进入引射器(6)为镁冶炼罐(12)提供真空环境。