CN204125496U - 一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置，它由将循环尾气与空气一起送入气化炉的离心式鼓风机，给煤机，气化炉体与高温旋风分离器及物料回送阀组成的循环流化床气化炉，流化焙烧炉体与高温旋风分离器及物料回送阀组成的循环流化磁化焙烧炉，文丘里式预热器，下排气式高温分离器，原料仓，回转式余热烘干机，脉冲袋式除尘器，离心式引风机组成，所述循环流化床气化炉与循环流化磁化焙烧炉叠加或串联布置。本实用新型工艺切合焙烧工艺中的各阶段，配上合适的设备并加以叠联，实现优化的、高效的、节能的工艺参数；同时以部分尾气配以空气作为煤的气化剂，以实现减排和回收余热。

Description

一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置

技术领域

本实用新型涉及化工、冶金领域，特别涉及一种应用于煤的气化与贫铁矿的磁化焙烧装置。

背景技术

我国铁矿石的平均品位仅为33％，比目前国际铁矿石供应大国平均品位约低20％。我国铁矿石90％以上是贫矿，随着不断开采，高品位的富矿开始出现枯竭。由于市场需求的增长，低品位铁矿石和复合共生矿石就具有了很大的开采价值，并将成为日后发展的方向。这类铁矿石主要有菱铁矿、褐铁矿、赤铁矿、菱磁铁矿以及硫铁矿焙烧渣、富矿磁选剩下的尾矿等。

对于低品位难选铁矿石，采用常规的浮选、重选或强磁选方法无法进行有效处理，而且造成大量的浪费与环境污染。对此类矿石采用还原磁化焙烧，将Fe2O3生成Fe3O4，变为可磁选的铁矿石，以提高磁选效率和铁收率。这已成业界的共识。

还原磁化焙烧有采用竖窑、回转窑、沸腾炉、循环流化焙烧、悬浮闪速焙烧等方式。其中因流态化焙烧工艺(沸腾炉、悬浮闪速、循环流化焙烧)传质传热效率高，能耗远低于竖窑、回转窑而备受推崇。国内外对流态化还原磁化焙烧都进行了大量的研究。日本千叶川崎钢铁公司用四种平均粒径分别为30，141，162，101μm铁品位在60％以上的赤铁矿进行热态循环流态化还原研究。日本东京钢铁协会新工艺研究中心采用鼓泡式流化床对10－30％品位0.25mm的细粒铁矿和几个毫米的粗粒铁矿进行了试验。我国在上世纪六十年代，中国科学院化工冶金研究所与马鞍山矿山研究院共同建造了我国第一座100吨/天流态化磁化焙烧中试系统。七十年代，马鞍山矿山研究院采用煤粉直接喷入沸腾炉中作为还原剂来进行流化磁化焙烧，也取得了一定的成果。还有近年来余永富院士实用新型的旋风闪速磁化焙烧炉来处理鲕状赤铁矿取得重大突破，该装置比其他还原焙烧更能缩短焙烧时间。

现有以煤碳为直接还原剂的铁矿石流化磁化焙烧工艺中存在如下不足：1)碳的利用率低，能耗高。现有将煤碳直接作为还原剂与矿石相混合的工艺中，煤燃烧、气化与矿石的还原反应在同一装置内进行，无法使各参数达到优化；在煤耗与磁化回收率方面无法同时达到最佳。现有将同一装置分为气化、还原焙烧、余热回收各个单元的方式中，只是简单地用流化技术对各单元分割后进行串联；没有为各操作单元找到最适合的配套设备，并能有机地协调起来。因而，貌似独立的操作单元相比直混方式，降低了部分能耗，增加了工艺可调节性能，却不能彻底地提高碳转化率，降低能耗。2)系统碳与气体的排放量高，物质与能量回收利用不够。目前煤碳作为还原剂的铁矿石流化磁化焙烧工艺中，煤在气化单元的气化剂－水蒸汽是通过蒸汽发生器或余热锅炉提供；而在磁化焙烧中产生CO2和干燥过程中产生的H2O蒸汽，大部分被排空，碳不能实现有效的循环。这不仅浪费了热能，增加了生产成本，而且给大气环境造成很大负担。3)系统阻力大，流化焙烧炉中横向传质传热不够。无论是多级悬浮磁化焙烧，还是多级流态化焙烧，都存系统运行阻力大，因而生产成本较高。一般流化床轴向气速高，物料返混强烈，有利于还原气体与物料的扩散；但流化床横向混合较差，气体与物料的横向扩散速度低。这影响了反应器的磁化效率及产品的均匀性，因而强化流化床物质的横向扩散能力，均化产品品质是很有必要的。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种叠联式循环流化床气化－磁化焙烧工艺及装置，以实现煤完全利用；回收磁化与干燥后的尾气作为气化剂，实现碳的循环利用、减排与节能的目的；减少流化焙烧系统的运行阻力，均化产品的品质与磁化效率。磁化焙烧工艺及装置，以实现煤完全利用；回收磁化与干燥后的尾气作为气化剂，实现碳的循环利用、减排与节能的目的；减少流化焙烧系统的运行阻力，均化产品的品质与磁化效率。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型还涉及一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置，它由将循环尾气与空气一起送入气化炉的离心式鼓风机，给煤机，气化炉体与高温旋风分离器及物料回送阀组成的循环流化床气化炉，流化焙烧炉体与高温旋风分离器及物料回送阀组成的循环流化磁化焙烧炉，文丘里式预热器，下排气式高温分离器，原料仓，回转式余热烘干机，脉冲袋式除尘器，离心式引风机组成，所述循环流化床气化炉与循环流化磁化焙烧炉叠加或串联布置。

所述离心式鼓风机正对所述循环流化床气化炉底部，所述循环流化床气化炉侧部与其上的流化焙烧炉体连接，所述流化焙烧炉体一侧连接高温旋风分离器，另一侧设置所述下排气式高温分离器，所述高温旋风分离器上方设置所述文丘里式预热器，所述文丘里式预热器连接密封式螺旋给料机。

所述流化焙烧炉体呈倒锥形无布板结构，在炉体中部设置数个旋流风口，配入一定量尾气以增强炉内流场的旋度，使得矿粉中炉中的停留时间延长，强化气流与矿粉的接触，提高还原反应的强度与效率，均化产品的品质。

进一步，所述下排气式高温分离器旁侧设置原料仓，所述原料仓连接回转式余热烘干机。

所述回转式余热烘干机连接脉冲袋式除尘器，所述脉冲袋式除尘器上方设置离心式引风机。

本实用新型通过上述装置达到的目的是，一方面煤的气化与铁矿石的还原磁化焙烧分别在独立的循环流化气化炉与循环流化磁化焙烧炉中进行；

另一方面，两者通过叠合或串联形成一套装置，物料的预热在文丘里式预热器，物料的干燥在回转式余热烘干机中进行，使得焙烧过程中的气化、还原磁化、预热、干燥各阶段，都在最适合工艺的设备中进行，以实现装置工艺参数的最优化，并且通过物料流与烟气流叠联在一起，实现减排与节能地焙烧。

本实用新型的又一目的是利用焙烧与干燥后的尾气(主要成份CO₂、H₂O)同空气一起，作为煤在气化时的气化剂，去掉常规气化时的蒸汽发生或余热锅炉，以实现系统的减排节能。

本实用新型的又一目的是通过对循环流化磁化焙烧炉的结构设计，降低系统的运行阻力；增强焙烧气流的横向扩散，以提高磁化反应的效率与产品的均匀性。

本实用新型还涉及上述叠联式循环流化床气化-磁化焙烧，具体通过如下方式实现的：

(1)磁化焙烧后经过预热、干燥后的部分尾气CO2、H2O与空气一起作为气化剂，经由离心式鼓风机送入循环流化气化炉中，对给煤机送入的煤粉在循环流化气化炉进行气化；

(2)煤粉经高温旋风分离器分离后经物料回送阀再次送入气化炉内，得以实现循环，气化产生的气体由循环流化床焙烧炉中倒锥形无布风板的流化焙烧炉体底部进入；

(3)对经由文丘里预热器预热和下排气式分离器收集后送入炉内的矿粉，进行流化还原焙烧；矿粉通过高温分离器及物料回送阀实现在流化焙烧炉内循环；焙烧后得到可磁选的铁精矿，同时焙烧产生的热烟气经下排气式高温分离器进行矿粉与烟气分离后，烟气进入回转式余热烘干机内对原矿粉进行干燥脱水，由此得到的尾气经脉冲袋式除尘器净化后，一部分作为气化剂循环利用，一部分则经离心式引风机排空。

进一步，所述循环流化气化炉在常压下炉内操作温度为900－1100℃；循环流化磁化焙烧炉操作温度在700－900℃，物料在炉内平均停留时间达30－60min；排放尾气含尘浓度小于50mg/m3,排放尾气的温度90－100℃。

所述循环流化气化炉是采用循环回的尾气CO2、H2O与空气一起作为气化剂对粉煤进行气化的。

本实用新型的有益效果是，与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

(1)两个相对独立的循环流化气化炉和循环流化磁化焙烧炉叠联在一起，其中分别进行气化反应与还原焙烧，使得焙烧的不同阶段分开来操作。实现了气化－磁化焙烧工艺的最优化，同时也实现针对工艺不同阶段进行了设备结构的最优化。

(2)优化的工艺运行参数与优化结构的设备，可以很好地实现节省并提高煤的利率和铁的回收率。其中煤的转化率达98％，铁回收率大于90％。

(3)以循环尾气(主要成份CO2、H2O)与空气一起作为煤的气化剂，气化炉无需增设蒸汽发生气或余热锅炉。这不仅减少了设备投资，更重要的是实现碳的循环利用与尾气余热的回收，达到了减排与节能的效果。

(4)循环流化磁化焙烧炉体的倒锥形无布风板结构与中部布有3－4个旋流风口的设计，与传统多级流化技术相比极大地降低了系统的运行阻力，同时也改善了炉内的气固接触、增加了物料的停留时间、均化了产品品质。

(5)焙烧工艺及装置的这种既独立又有联系的运行模式，易于进行生产管理和运行参数的调控。运行的管理成本及原矿料、原煤品质的波动对生产的影响都极大地降低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置及反应流程示意图。

图2为本实用新型部分装置结构示意图。

图中，01、铁精矿，02、原料矿粉，03、空气，04、尾气，05、排空尾气，06、粉煤，07、预热后的矿粉；1、离心式鼓风机，2、给煤机，3、循环流化床气化炉，4、流化焙烧炉体，5、高温旋风分离器，6、旋流风口，7、下排气式高温分离器，8、文丘里式预热器，9、密封式螺旋给料机，10、物料缓冲枪，11、提升机，12、原料仓，13、离心式引风机，14、脉冲袋式除尘器，15、回转式余热烘干机，16、气化剂分布器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1，一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置，由将循环尾气与空气一起送入气化炉的离心式鼓风机1，给煤机2，气化炉体与高温旋风分离器5及物料回送阀组成的循环流化床气化炉3，流化焙烧炉体4与高温旋风分离器5及物料回送阀组成的循环流化磁化焙烧炉，文丘里式预热器8，下排气式高温分离器7，原料仓12，回转式余热烘干机15，脉冲袋式除尘器14，离心式引风机13组成，所述循环流化床气化炉3与循环流化磁化焙烧炉既可叠加又可串联布置。

离心式鼓风机1正对循环流化床气化炉3底部，循环流化床气化炉3侧部与其上的流化焙烧炉体4连接，流化焙烧炉体4一侧连接高温旋风分离器5，另一侧设置所述下排气式高温分离器7，高温旋风分离器5上方设置所述文丘里式预热器8，所述文丘里式预热器8连接密封式螺旋给料机9，物料缓冲仓10安装于密封式螺旋给料机9的上方，物料缓冲仓10的旁侧设置提升机11。

下排气式高温分离器7旁侧设置原料仓12，所述原料仓12连接回转式余热烘干机15。回转式余热烘干机15连接脉冲袋式除尘器14，脉冲袋式除尘器14上方设置离心式引风机13。

流化焙烧炉体4呈倒锥形无布板结构，在炉体中部设置多个旋流风口，配入一定量尾气以增强炉内流场的旋度，使得矿粉中炉中的停留时间延长，强化气流与矿粉的接触，提高还原反应的强度与效率，均化产品的品质。这种倒锥形无布风板结构设计极大地减少了两个循环流化床叠加或串联后的运行阻力，同时配合炉体中部设计的旋流风口来均化流场、强化横向扩散。

本实用新型装置的工作原理及流程如下所述：

给煤机2将粉煤送入循环流化床气化炉3中；经过磁化焙烧、预热、干燥后的部分循环尾气与空气一起作为气化剂，经由离心式鼓风机1送入循环流化床气化炉3中，进行煤的循环流态化常压气化，气化温度为900-1100℃，碳转化率达到98％。气化产生的气体，从循环流化床焙烧炉中倒锥形无布风板的流化焙烧炉体4底部进入。

对经由文丘里式预热器8预热和下排气式分离器7收集后送入炉内的矿粉，进行流化还原焙烧。其中有一部分循环尾气在流化焙烧炉体4中部，通过旋流风口补入炉内形成旋流，还原焙烧温度700-900℃；矿粉通过高温分离器及物料回送阀实现在焙烧炉内循环，矿粉在炉内停留时间30－60min。根据不同矿粉的焙烧特性，可通过改变矿粉在循环流化焙烧炉内的循环倍率，来调节矿粉在炉内停留的最佳时间。焙烧后得到可磁选的铁精矿，铁回收率大于90％。同时，焙烧后经高温旋风分离器5分离出的热烟气进入文丘里式预热器8对烘干后的物料进行预热；预热完成后在下排气式高温分离器7中，收集物料(矿粉)和进行烟气分离。收集的物料送入流化焙烧炉体4内，分离的烟气则进入回转式余热烘干机15内对原矿粉进行干燥脱水。由此得到的尾气经脉冲袋式除尘器14净化后，一部分作为气化剂循环利用，一部分则经离心式引风机13排空；干燥后的物料(矿粉)被提升机11及密封式螺旋给料机9送入文丘里式预热器8。

本实用新型提供了一种叠联式循环流化床气化－磁化焙烧工艺及装置，使两个相对独立的循环流化气化炉和循环流化磁化焙烧炉叠联在一起，其中分别进行气化反应与还原焙烧，使得焙烧的不同阶段分开来操作。实现了气化－磁化焙烧工艺的最优化，以实现煤完全利用；回收磁化与干燥后的尾气作为气化剂，实现碳的循环利用、减排与节能的目的；减少流化焙烧系统的运行阻力，均化产品的品质与磁化效率。磁化焙烧工艺及装置，以实现煤完全利用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置，其特征在于，它由将循环尾气与空气一起送入气化炉的离心式鼓风机，给煤机，气化炉体与高温旋风分离器及物料回送阀组成的循环流化气化炉，流化焙烧炉体与高温旋风分离器及物料回送阀组成的循环流化磁化焙烧炉，文丘里式预热器，下排气式高温分离器，原料仓，回转式余热烘干机，脉冲袋式除尘器，离心式引风机组成，所述循环流化床气化炉与循环流化磁化焙烧炉叠加或串联布置。

2.根据权利要求1所述的一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置，其特征在于，所述离心式鼓风机正对所述循环流化床气化炉底部，所述循环流化床气化炉侧部与其上的流化焙烧炉体连接，所述流化焙烧炉体一侧连接高温旋风分离器，另一侧设置所述下排气式高温分离器，所述高温旋风分离器上方设置所述文丘里式预热器，所述文丘里式预热器连接密封式螺旋给料机。

3.根据权利要求1所述的一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置，其特征在于，所述流化焙烧炉体呈倒锥形无布板结构，在炉体中部设置数个旋流风口。

4.如权利要求1所述的一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置，其特征在于，所述下排气式高温分离器旁侧设置原料仓，所述原料仓连接回转式余热烘干机。

5.如权利要求1所述的一种叠联式循环流化床气化-磁化焙烧装置，其特征在于，所述回转式余热烘干机连接脉冲袋式除尘器，所述脉冲袋式除尘器上方设置离心式引风机。