CN205329094U - 一种煤基隔焰式回转窑 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种煤基隔焰式回转窑。本实用新型设计的双筒体装置将每段加热炉有效衔接，保证了被还原物料的温度平稳，并确保回转窑在高温高强度、膨胀或收缩情况下，长时间稳定运行；还原过程中的高纯煤气从煤气出口溢出并完全回收，经处理用于煤化工或加热炉燃烧使用，回收的煤气可以满足本实用新型加热炉30％～60％的燃烧能源，同时也降低了碳排放量，同时，由于加热温度低于1100℃，因此避免了NO_x的产生；采用隔焰式煤基回转窑，回转窑内温度相对较低，还原剂消耗少，收集的高温尾气可用于湿式氧化球团的烘干，也可以用于加热炉燃烧加热使用，节约能源，绿色环保。

Description

一种煤基隔焰式回转窑

技术领域

本实用新型属于冶金设备领域，尤其涉及一种煤基隔焰式回转窑。

背景技术

中国是一个钢铁大国，如今，钢铁产量已经突破8亿吨大关。我国虽然铁矿资源分布广泛，但低贫细难选铁矿资源分布却占96％以上，至今没有得到很好的开发和利用，造成资源闲置和浪费，反而，钢厂每年还需要进口大量的高品位铁矿石，进口依赖程度占钢厂铁矿石总消耗量的55％以上。

中国钢铁行业，以往是大力发展高炉炼铁，还原铁技术却相对比较滞后，我国还原铁年产量约50万吨，占世界还原铁总产量不足1％。随着电炉优质钢的比例逐渐提高，还原铁产品每年有2800万吨以上的缺口，因此，每年要进口国外的DRI、HBI产品大约1000万吨。随着我国焦煤储量日益贫乏及环保问题日益严重的情况下，国家出台了较多的相关产业政策，鼓励开发、应用非焦煤资源，进行直接还原铁和熔融还原铁等非焦炼铁工艺和短流程炼钢等技术开发与应用，大力发展电炉优质钢的生产，所以，提高还原铁的产量和质量，降低能耗，减少CO₂的排放，尤其是尽快开发我国大量的低贫细难选铁矿及含铁废料，使其资源化是一项迫在眉睫的事业。

如今的中国，电炉钢比例不到20％，而且高炉-转炉炼钢方式的尾气排放量是整个钢铁行业的80％以上，废钢(还原铁)+电炉炼钢方式的尾气排放量，仅占高炉－转炉长流程炼钢方式的20％。我国又是一个天然气进口国，发展和引进国外成熟的气基还原铁技术和装备，由于天然气资源的匮乏而不具备条件；如果发展煤转气，煤转气的设备投资大，煤转气本身也要消耗15～20％以上的能量，不符合我国的国情。因此，要解决中国钢铁行业节能减排降碳的环保问题及发展短流程炼钢事业，就必须积极发展产能规模大、投资比低、生产运行成本低、可操作性强、节能减排等先进、稳定的煤基还原铁工艺技术和装备，将非常符合我国还原铁行业的国情。

目前，我国煤基还原铁工业化比较成熟的工艺技术和装置主要有：煤基隧道窑罐式法、煤基隧道窑无罐法及煤基回转窑法，而煤基转底炉、煤基竖炉等工艺和装置投资较大、工艺技术和装置尚不成熟，需要继续完善，不足以规模化推广。

其中，传统的煤基隧道窑罐式法，只能采用TFe≥66％的高品位铁矿或易选铁矿，无法利用低细难选铁矿、复合矿及含铁废料直接还原分离出高品位的还原铁产品，而且工艺技术落后，造成产能低、还原时间长，占地面积广，能耗高、产品质量低下、产品销路不畅，属于淘汰工艺和装置。

煤基隧道窑无罐法，虽然可以将各种铁矿还原分离冶选出高品位优质还原铁产品，但单条生产线年处理能力最高也不到10万吨原矿，仍需要进一步完善。

煤基回转窑法工艺技术逐渐成熟，运行成本较低，正在逐渐推广，但对还原煤有着严格的要求，必须应用优质长焰煤、褐煤的颗粒煤做还原剂，并且回转窑还原温差很大，操作要求苛刻，投资比相对也较大，单条生产线的年最大产能也不到30万吨原矿。

上述的几种还原铁方法，每条生产线投资规模均在几千万到几个亿，限制了还原铁投资者进军本领域。

现有的外加热隔焰式煤基回转窑法，窑炉中间由于有托圈、托轮支撑装置，窑炉高温段无法长距离加热，加热炉也只能留出托圈、托轮支撑部分，形成分段式外加热隔焰式回转窑窑炉。因此，窑炉规模较小、还原温度较低，高温区的温度不连续、不稳定，无法实现回转窑通体加热，而且回转窑还原滚筒均为单筒，加上分段加热，不能适应还原铁对还原温度连续性和稳定性的要求，只能小规模用于化工、有色贵金属等处理量较少的行业，限制了其在还原铁领域的发展。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术存在的不足，提供一种煤基隔焰式回转窑，回转窑结构简单，运行稳定安全，实现低温深度快速还原。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种煤基隔焰式回转窑，包括回转窑筒体、加料斗、支架和驱动装置，所述的驱动装置包括窑尾驱动装置、双筒体驱动装置、窑头驱动装置和滚筒驱动装置，其特殊之处在于，所述回转窑筒体从前到后依次包括加料段、预热段、高温段和冷却段；

所述加料段前端与所述加料斗相衔接，所述加料段前端设有窑尾罩，所述窑尾罩顶端设有煤气出口，所述加料段外设有窑尾托圈，所述窑尾驱动装置通过窑尾托圈带动加料段旋转；

所述预热段设于第一加热炉体内，所述预热段外侧向外通有高温烟气出口；

所述高温段从前到后依次设于第二加热炉体和第三加热炉体内，所述于第二加热炉体和第三加热炉体两侧均设有若干烧嘴；

所述第一加热炉体、第二加热炉体和第三加热炉体外设有耐火保温体；

所述第一加热炉体和第二加热炉体之间设有第一双筒体装置，所述第二加热炉体和第三加热炉体之间设有第二双筒体装置，所述第一加热炉体、第二加热炉体和第三加热炉体支撑在所述支架上；

所述冷却段外设有螺旋式热风换热器，所述螺旋式热风换热器上设有助燃风换热器出口；所述冷却段外设有窑头托圈，所述窑头驱动装置通过窑头托圈带动冷却段旋转；所述冷却段后端设有窑头罩，所述窑头罩一端连通至螺旋输送机，另一端连通至冷却滚筒。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述的双筒体装置外设有双筒体托圈，所述双筒体驱动装置通过双筒体托圈带动双筒体装置旋转；

所述的双筒体装置包括外筒体，所述外筒体通过支撑驱动机构设置在所述回转窑筒体外，所述外筒体和回转窑筒体之间形成高温烟气通道，所述外筒体外侧设有保温棉毡，所述外筒体与所述双筒体托圈之间均布有软连接板；

所述的支撑驱动机构包括旋转拨块Ⅰ、旋转拨块Ⅱ和支撑滑板，所述旋转拨块Ⅰ均布在所述外筒体内表面形成外齿轮，所述旋转拨块Ⅱ均布在所述回转窑筒体外表面形成内齿轮，所述外齿轮和内齿轮相互啮合，所述旋转拨块Ⅱ与所述回转窑筒体之间设有加强板，所述旋转拨块Ⅱ之间设有支撑滑板。

采用上述进一步方案的有益效果是，在每两段加热炉之间设置双筒体装置，在高温运转时，回转窑筒体发生膨胀，旋转拨块Ⅰ和旋转拨块Ⅱ相互啮合，双筒体装置在驱动装置作用下与回转窑筒体一起做同周、同速运转；降温时，回转窑筒体发生收缩，回转窑筒体在外筒体内做收缩滑动运行，直到归位，停止旋转。如此，确保了每段加热炉中的高温烟气经高温烟气通道顺利排出，保证了被还原物料的温度稳定性，使物料还原更彻底。通过设计保温棉毡，进一步减少热能损失，确保了回转窑筒体在高温状态下运行安全、稳定、可靠。

进一步，所述冷却滚筒的上方设有喷淋装置，所述冷却滚筒的出口连通至干式磁选机；所述冷却滚筒外设有滚筒托圈，所述滚筒驱动装置通过滚筒托圈带动冷却滚筒旋转。

采用上述进一步方案的有益效果是，本实用新型的回转窑、冷却滚筒、干式磁选机共同构成一套完整的深度还原铁系统，更好得实现低温深度快速还原铁。

进一步，所述回转窑筒体的轴线与水平线夹角为1.5°～5°，所述加料段高于冷却段。

采用上述进一步方案的有益效果是，倾斜设置，能够使回转窑筒体内的半熔融状态还原铁产品靠自身重力缓缓下流，还原过程中产生的煤气和烟气上浮，从煤气出口和高温烟气出口排出收集，实现预热再利用。

进一步，所述的驱动装置包括电机、支架、托轮和限位轮，所述电机支撑在所述支架上，所述电机输出端设有托轮，所述托轮外侧设有限位轮，所述托轮、托圈与限位轮相配合旋转。

采用上述进一步方案的有益效果是，电机驱动托轮旋转，托圈在托轮的带动下旋转，限位轮使得回转窑筒体受热时从两侧向双筒体装置膨胀，从而使双筒体装置的旋转拨块Ⅰ和旋转拨块Ⅱ相互啮合，进而实现筒体装置与回转窑筒体的同周、同速运转。

进一步，所述的回转窑筒体由多段筒体通过法兰连接组成。

采用上述进一步方案的有益效果是，控制每段筒体的长度为6～12m，各段分别由法兰连接，利于筒体的运输便利和回转窑筒体等部件的拆卸、更换及维修，同时也确保了装置现场安装符合安装的工艺要求；其材质选择310S、314、330、600等优质耐热不锈钢材料，在高温环境下具有良好的抗热疲劳和耐高温性能及抗氧化性能，反复使用不易产生热裂现象，使用最高温度可达到1150～1250℃以上。

进一步，所述烧嘴连通有热助燃风管道和冷煤气管道。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型设计的双筒体装置将每段加热炉有效衔接，保证了被还原物料的温度平稳，并确保回转窑在高温高强度、膨胀或收缩情况下长时间稳定运行；还原过程中的高纯煤气从煤气出口溢出并完全回收，经处理用于煤化工或加热炉燃烧使用，回收的煤气可以满足本实用新型加热炉30％～60％的燃烧能源，同时也降低了碳排放量，同时，由于加热温度低于1100℃，因此避免了NO_x的产生；采用隔焰式煤基回转窑，回转窑内温度相对较低，还原剂消耗少，收集的高温尾气可用于湿式氧化球团的烘干，也可以用于加热炉燃烧加热使用，节约能源，绿色环保。

2、本实用新型的装置适合于各类铁矿、各种品位Fe≤65％低贫细难选铁矿、复合矿及各种含铁废料还原冶选分离出高品位(TFe≥90％)还原铁粉或粒铁产品，可应用于优特钢冶炼、冶金优质炉料或污水处理、废酸置换等化工脱氧、脱酸、净化剂等产品；还可以回收高浓度煤气及兰碳副产品，进行循环使用或者煤化工等其它行业的应用。

3、传统回转窑法的还原剂只能采用优质的5～25mm颗粒状长烟煤煤炭；隧道窑等法只能采用无烟煤粉、兰碳粉或焦粉。本实用新型的装置对还原煤的要求不做严格限制，可以采用0～30mm烟煤、褐煤、无烟煤、焦粉等不限品种和细度的非焦煤炭等作为还原剂，为典型煤基还原铁方法；且还原剂配加方法灵活，可以采用内配煤法还原，也可以采用外配煤法还原，也可以采用内、外均配煤法进行还原。

4、本实用新型的煤基隔焰式回转窑的还原工艺温度只要求1070℃～1100℃之间，属于各种煤基还原铁方法中最低的还原温度，在这种较低的还原温度情况下，还原时间只有1.5～3.0h，属于煤基还原铁方法中较快的还原速度，而且产品还原率ηFe≥92％，最高可以达到ηFe:97％，实现了深度直接还原和渣铁分离还原效果，获得全铁TFe≥90％，甚至生产出粒铁产品。

5、本实用新型的装置内不设有较厚的耐火材料作为炉衬，因此窑体总重量可减少60％～80％的重量，大大减少了窑体载重负荷，也减少了倾动装置的功率，同时降低了由于耐材问题造成的事故率，使窑炉运转轻巧、灵活；另外，由于是通体隔焰式加热，窑内气氛和温度稳定，温差小，操作时可以实现“傻瓜”式操作，对操作工的专业水平要求不高。

附图说明

图1为本实用新型的纵向剖面示意图；

图2为图1的A-A方向断面示意图；

图3为图1的B-B方向断面示意图；

图4为图1的C-C方向断面示意图；

图5为图1的D-D方向断面示意图；

图6为图1中E处的放大结构示意图；

图7为图3中F处的放大结构示意图；

图中，1、回转窑筒体；2、加料斗；3、支架；4、窑尾驱动装置；5、双筒体驱动装置；6、窑头驱动装置；7、滚筒驱动装置；8、加料段；9、预热段；10、高温段；11、冷却段；12、窑尾罩；13、煤气出口；14、窑尾托圈；15、高温烟气出口；16、第一加热炉体；17、第二加热炉体；18、第三加热炉体；19、耐火保温体；20、第一双筒体装置；21、第二双筒体装置；22、螺旋式热风换热器；23、助燃风换热器出口；24、窑头托圈；25、窑头罩；26、螺旋输送机；27、冷却滚筒；28、双筒体托圈；29、外筒体；30、保温棉毡；31、旋转拨块Ⅰ；32、旋转拨块Ⅱ；33、支撑滑板；34、加强板；35、喷淋装置；36、干式磁选机；37、滚筒托圈；38、电机；39、托轮；40、限位轮；41、烧嘴；42、高温烟气通道；43、被还原物料；44、冷却煤；45、还原铁产品；46、干燥煤炭；47、热助燃风管道；48、冷煤气管道；49、软连接板；50、法兰。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

一种煤基隔焰式回转窑，包括回转窑筒体1、加料斗2、支架3和驱动装置，所述的驱动装置包括窑尾驱动装置4、双筒体驱动装置5、窑头驱动装置6和滚筒驱动装置7，其特殊之处在于，所述回转窑筒体从前到后依次包括加料段8、预热段9、高温段10和冷却段11；

所述加料段前端与所述加料斗相衔接，所述加料段前端设有窑尾罩12，所述窑尾罩顶端设有煤气出口13，所述加料段外设有窑尾托圈14，所述窑尾驱动装置通过窑尾托圈带动加料段旋转；

所述预热段设于第一加热炉体16内，所述预热段外侧向外通有高温烟气出口15；

所述高温段从前到后依次设于第二加热炉体17和第三加热炉体18内，所述于第二加热炉体和第三加热炉体两侧均设有若干烧嘴41；

所述第一加热炉体、第二加热炉体和第三加热炉体外设有耐火保温体19；

所述第一加热炉体和第二加热炉体之间设有第一双筒体装置20，所述第二加热炉体和第三加热炉体之间设有第二双筒体装置21，所述第一加热炉体、第二加热炉体和第三加热炉体支撑在所述支架上；

所述冷却段外设有螺旋式热风换热器22，所述螺旋式热风换热器上设有助燃风换热器出口23；所述冷却段外设有窑头托圈24，所述窑头驱动装置通过窑头托圈带动冷却段旋转；所述冷却段后端设有窑头罩25，所述窑头罩一端连通至螺旋输送机26，另一端连通至冷却滚筒27；

所述的双筒体装置外设有双筒体托圈28，所述双筒体驱动装置通过双筒体托圈带动双筒体装置旋转；

所述的双筒体装置包括外筒体29，所述外筒体通过支撑驱动机构设置在所述回转窑筒体外，所述外筒体和回转窑筒体之间形成高温烟气通道42，所述外筒体外侧设有保温棉毡30，所述外筒体与所述双筒体托圈之间均布有软连接板49；

所述的支撑驱动机构包括旋转拨块Ⅰ31、旋转拨块Ⅱ32和支撑滑板33，所述旋转拨块Ⅰ均布在所述外筒体内表面形成外齿轮，所述旋转拨块Ⅱ均布在所述回转窑筒体外表面形成内齿轮，所述外齿轮和内齿轮相互啮合，所述旋转拨块Ⅱ与所述回转窑筒体之间设有加强板34，所述旋转拨块Ⅱ之间设有支撑滑板；

所述冷却滚筒的上方设有喷淋装置35，所述冷却滚筒的出口连通至干式磁选机36；所述冷却滚筒外设有滚筒托圈37，所述滚筒驱动装置通过滚筒托圈带动冷却滚筒旋转；

所述回转窑筒体的轴线与水平线夹角为1.5°～5°，所述加料段高于冷却段；

所述的驱动装置包括电机38、支架、托轮39和限位轮40，所述电机支撑在所述支架上，所述电机输出端设有托轮，所述托轮外侧设有限位轮，所述托轮、托圈与限位轮相配合旋转；

所述烧嘴连通有热助燃风管道47和冷煤气管道48；所述的回转窑筒体由多段筒体通过法兰50连接组成。

一种利用上述煤基隔焰式回转窑低温深度快速还原铁的方法，步骤如下：

(1)原料加工和造球

将铁原料打磨至细度为160～200目的铁矿粉，将灰份≤5.0％的烟煤、无烟煤或者焦粉打磨至细度为160～200目，并按铁矿粉重量的5.0％～7.0％配加，再配加铁矿粉重量5.0％的金属铁粉和0.5％～1.5％的有机粘结剂，喷洒7％～9％的清水，进行混碾，采用造球盘，筛分出直径为￠10～14mm的合格粒度球团；

(2)球团烘干

将步骤(1)的湿球团在250℃～350℃的热风温度下进行烘干，使其水分＜0.5％、强度达到25N/个球；

(3)还原剂加工

取粒度为0～30mm、化学成分按质量百分比为固定碳为≥45％、灰份为5～20％、挥发份15～35％、水份为3～8％、S为0.3～1.0％的烟煤或无烟煤颗粒作为还原剂，按照步骤(2)的球团重量配加30％～45％的还原剂混合，制得被还原物料43；

(4)深度还原

a、将步骤(3)的被还原物料通过加料斗加入回转窑筒体，控制回转窑筒体的转速为0.5～5r/min，被还原物料进入第一加热炉体的预热段，预热到850～950℃，球团强度增加到300～350N/个球；

b、被还原物料进入第二加热炉体、第三加热炉体的高温段，被烧嘴加热到1070～1100℃，每个加热炉体内的高温烟气顺利从双筒体装置的高温烟气通道通过，从高温烟气出口排出收集；被还原物料进行充分、深度的还原1.5～3.0h，还原过程中的煤气从煤气出口排出收集；

c、被还原物料进入冷却段，冷却段的助燃风换热器出口排出280～320℃的热风，通入热助燃风管路，为烧嘴提供热的助燃风；

d、冷却段的被还原物料进入窑头罩，通过螺旋机向窑头罩内配加冷却煤41，被还原物料和冷却煤同时进入冷却滚筒，在喷淋装置作用下冷却后，采用干式磁选机分离出还原铁产品45和干燥煤炭46。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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 (6)

1.一种煤基隔焰式回转窑，包括回转窑筒体、加料斗、支架和驱动装置，所述的驱动装置包括窑尾驱动装置、双筒体驱动装置、窑头驱动装置和滚筒驱动装置，其特征在于，所述回转窑筒体从前到后依次包括加料段、预热段、高温段和冷却段；

所述加料段前端与所述加料斗相衔接，所述加料段前端设有窑尾罩，所述窑尾罩顶端设有煤气出口，所述加料段外设有窑尾托圈，所述窑尾驱动装置通过窑尾托圈带动加料段旋转；

所述预热段设于第一加热炉体内，所述预热段外侧向外通有高温烟气出口；

所述高温段从前到后依次设于第二加热炉体和第三加热炉体内；

所述第一加热炉体、第二加热炉体和第三加热炉体外设有耐火保温体；

所述第一加热炉体和第二加热炉体之间设有第一双筒体装置，所述第二加热炉体和第三加热炉体之间设有第二双筒体装置，所述第一加热炉体、第二加热炉体和第三加热炉体支撑在所述支架上；

所述冷却段外设有螺旋式热风换热器，所述螺旋式热风换热器上设有助燃风换热器出口；所述冷却段外设有窑头托圈，所述窑头驱动装置通过窑头托圈带动冷却段旋转；所述冷却段后端设有窑头罩，所述窑头罩一端连通至螺旋输送机，另一端连通至冷却滚筒。

2.根据权利要求1所述的煤基隔焰式回转窑，其特征在于，所述的双筒体装置外设有双筒体托圈，所述双筒体驱动装置通过双筒体托圈带动双筒体装置旋转。

3.根据权利要求1或2所述的煤基隔焰式回转窑，其特征在于，所述的双筒体装置包括外筒体，所述外筒体通过支撑驱动机构设置在所述回转窑筒体外，所述外筒体和回转窑筒体之间形成高温烟气通道，所述外筒体外侧设有保温棉毡；

所述的支撑驱动机构包括旋转拨块Ⅰ、旋转拨块Ⅱ和支撑滑板，所述旋转拨块Ⅰ均布在所述外筒体内表面形成外齿轮，所述旋转拨块Ⅱ均布在所述回转窑筒体外表面形成内齿轮，所述外齿轮和内齿轮相互啮合，所述旋转拨块Ⅱ与所述回转窑筒体之间设有加强板，所述旋转拨块Ⅱ之间设有支撑滑板。

4.根据权利要求1所述的煤基隔焰式回转窑，其特征在于，所述冷却滚筒的上方设有喷淋装置，所述冷却滚筒的出口连通至干式磁选机；所述冷却滚筒外设有滚筒托圈，所述滚筒驱动装置通过滚筒托圈带动冷却滚筒旋转。

5.根据权利要求1所述的煤基隔焰式回转窑，其特征在于，所述回转窑筒体的轴线与水平线夹角为1.5°～5°，所述加料段高于冷却段。

6.根据权利要求1所述的煤基隔焰式回转窑，其特征在于，所述的驱动装置包括电机、支架、托轮和限位轮，所述电机支撑在所述支架上，所述电机输出端设有托轮，所述托轮外侧设有限位轮，所述托轮、托圈与限位轮相配合旋转。