CN209210889U - 一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于矿石冶金领域，是一种难选铁矿石悬浮加热‑煤基磁化焙烧系统，包含的设备有：原料料仓、原料电子定量给料机、原料螺旋给料器、文丘里干燥器、原料旋风收集器、悬浮加热炉、流化室、热风炉、加热物料旋风收集器、粒煤料斗、粒煤电子定量给料器、粒煤螺旋给料器、混料及还原滚筒、罗茨风机、流化床冷却机、排料口、除尘器、排尘口、抽风机、烟囱及设备间的物料流通管路。该系统将铁矿石悬浮加热与煤基低温氢还原集成在一起，物料加热采用悬浮加热炉、磁化焙烧采用混料及还原滚筒，可在降低铁矿石还原温度及提高铁矿石产量的情况下，实现铁矿石的快速加热和低温氢还原，同时不产生结馏问题。

Description

一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统

技术领域

本实用新型属于冶金和矿物工程技术领域，涉及一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统。

背景技术

我国的铁矿石储量中97%为贫矿，其中常规重选、磁选及浮选技术难以有效处理的铁矿石资源，包括褐铁矿、菱铁矿、沉积型赤铁矿等在内有近200亿吨。对这些难选铁矿石，可通过磁化焙烧将其中弱磁性的铁氧化物转化成强磁性的人工磁铁矿，再继以弱磁选实现铁矿物与脉石的分离，这是难选铁矿分选的有效方法。

过去几十年中，科技工作者对难选铁矿资源利用问题进行了长期的研究，尤其是对难选铁矿石采用磁化焙烧工艺进行了系统的研究与开发，证明了磁化焙烧工艺是处理难选低品位铁矿石的有效方法。目前，国内外铁矿石磁化焙烧工艺主要有竖炉磁化焙烧工艺和回转窑磁化焙烧工艺。

竖炉磁化焙烧工艺是处理铁矿石块矿（入炉粒级15~100mm）的一种工艺，其存在的主要问题有：①处理的铁矿石粒度较大，其重量比表面积比较小，因而铁矿石与还原剂（CO和H₂等）的接触机会较小，铁矿石还原过程速度缓慢；②铁矿石磁化焙烧中，块矿表层还原度高于心部，存在着块矿表层和心部还原不均匀的现象，且块矿粒度愈大，其还原不均匀现象愈严重；③块矿入炉粒度差异较大，存在小粒级块矿整体过还原及大粒级块矿整体欠还原的问题。以上这些问题导致了竖炉焙烧铁矿石的能耗较大、焙烧矿技术经济指标差、生产成本高、经济性差。

回转窑磁化焙烧工艺是处理入炉粒度为25mm以下铁矿石的一种工艺，其技术指标较竖炉要好，但也存在着铁矿石还原质量不均、焙烧成本高等问题，特别是回转窑生产过程中尾端结圈频繁出现难以持久维持正常生产。

在铁矿石流态化磁化焙烧方面，铁矿石流态化加热还原反应炉及以其为核心的新型磁化焙烧技术与传统磁化焙烧技术（如回转窑法）相比，其最大不同点是将原来在回转窑内堆积态气固换热和传质转变为流态化气固传热和传质过程，气体通过流化床使物料形成湍流状态，然后进入到预热器内，在预热器旋风筒切向风力作用下形成湍流，稀相流化状态下的传质过程与回转窑内堆积过程相比，其优点为：（1）气固两相流在流化状态下接触面积较大，其热量交换、质量传递和颗粒化学反应的速度较快；（2）流态化预热装置是由多级气流单元自上而下串联组成的逆流式换热器，物料湍流度较高，气固两相之间温度差及还原气氛浓度差较大，综合传递系数和传递动力较大。

流态化磁化焙烧也有其不足之处，如铁矿石在流态化磁化焙烧过程中，还原废气燃烧产生结馏、还原温度高、还原过程煤气用量较大、设置余热锅炉回收系统多余热量的问题。

实用新型内容

本实用新型为解决以上现有技术存在的问题，提出一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统。

本实用新型采用的技术方案是：一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统，包含的设备有：原料料仓、原料电子定量给料机、原料螺旋给料器、文丘里干燥器、原料旋风收集器、悬浮加热炉、流化室、热风炉、加热物料旋风收集器、粒煤料斗、粒煤电子定量给料器、粒煤螺旋给料器、混料及还原滚筒、罗茨风机、流化床冷却机、排料口、除尘器、排尘口、抽风机、烟囱及设备间的物料流通管路；结合物料的流转说明本系统各个设备间的关系：含水原料——铁矿石矿粉（常温）由原料料仓经原料电子定量给料机、原料螺旋给料器输送到文丘里干燥器中，含水原料在文丘里干燥器中被来自加热物料旋风收集器的燃烧废气加热，并与燃烧废气形成原料气固两相流，原料气固两相流输送到原料旋风收集器中；原料旋风收集器产生下沉矿粉和含尘废气，下沉矿粉进入到流化室中，含尘废气经除尘器除尘后由烟囱排出，在除尘器与烟囱间的输送通道中安装抽风机，以提供风压；热风炉为流化室和悬浮加热炉提供热风，下沉矿粉在流化室中被热风吹起形成气固两相流，气固两相流从悬浮加热炉顶部流出并进入到加热物料旋风收集器中；从加热物料旋风收集器底部排出的高温物料直接进入到混料及还原滚筒中，从加热物料旋风收集器顶部排出的高温废气进入文丘里干燥器的热源进行利用；还原粒煤从粒煤料斗中下落经粒煤电子定量给料器、粒煤螺旋给料器进入到混料及还原滚筒中，混料及还原滚筒排出高温焙烧物料进入到流化床冷却机中，罗茨风机为流化床冷却机鼓入常温空气，流化床冷却机排出冷却后的焙烧矿。

进一步的是：混料及还原滚筒出气端连接还原废气旋风除尘器进入口，产生的还原废气进入还原废气旋风除尘器，还原废气旋风除尘器的上升还原除尘废气加入到热风炉中，从还原废气旋风除尘器下部排出的物料再返回到混料及还原滚筒内进行利用。

进一步的是：流化床冷却机内设有换热通道，罗茨风机鼓入流化床冷却机的常温空气，一部分空气进入换热通道中作为间接冷却空气与高温焙烧物料进行间接换热，得到高温空气送入热风炉、作为助燃空气进行利用，另一部分空气从流化床冷却机底部进入并直接与高温焙烧物料接触，进行物料流化式冷却，高温焙烧物料得以冷却降温，同时得到流化加热空气，流化加热空气再与加热物料旋风收集器排出的燃烧废气混合后作为文丘里干燥器的热源进行利用。

优选的是：原料旋风收集器产生的含尘废气除尘时采用的除尘器是布袋除尘器。

本实用新型的有益效果是：1、将铁矿石粉悬浮加热与煤基低温氢还原集成在一起，物料加热采用悬浮加热炉、磁化焙烧采用混料及还原滚筒，可在降低铁矿石还原温度及提高铁矿石产量的情况下，实现铁矿石的快速加热和低温氢还原。

2、排出的废气及物料余热通过悬浮还原炉、流化床冷却机等设备进行回收，回收的热量在系统内部得到全部利用，不产生多余热量的外供问题，提高了系统的能源利用效率。

3、系统实现了悬浮加热+煤基还原，降低了系统焙烧温度，同时铁矿石在悬浮加热中Fe₃O₄在氧化气氛下生成Fe₂O₃后，Fe₂O₃再在混料及还原滚筒内还原气氛中生成新生的Fe₃O₄，可使铁矿石中嵌布粒度较细的难选铁矿石晶粒长大。

4、在悬浮加热炉内，燃烧所用空气都是净化空气、煤气是不含尘气体，煤气在热风炉内燃烧过程中不会产生结馏问题。

附图说明

图1是本实用新型的设备组成关系图；

图2是难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧工艺流程图。

具体实施方式

一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统，包含的设备有：原料料仓1、原料电子定量给料机2、原料螺旋给料器3、文丘里干燥器4、原料旋风收集器5、悬浮加热炉6、流化室7、热风炉8、加热物料旋风收集器9、粒煤料斗10、粒煤电子定量给料器11、粒煤螺旋给料器12、混料及还原滚筒13、罗茨风机14、流化床冷却机15、排料口16、布袋除尘器17、排尘口18、抽风机19、烟囱20及设备间的物料流通管路；结合物料的流转说明本系统各个设备间的关系：含水原料——铁矿石矿粉（常温）由原料料仓1经原料电子定量给料机2、原料螺旋给料器3输送到文丘里干燥器4中，含水原料在文丘里干燥器4中被来自加热物料旋风收集器9的燃烧废气加热，并与燃烧废气形成原料气固两相流，原料气固两相流输送到原料旋风收集器5中；原料旋风收集器5产生下沉矿粉和含尘废气，下沉矿粉进入到流化室7中，含尘废气经除尘器除尘后由烟囱20排出，在除尘器与烟囱间的输送通道中安装抽风机19，以提供风压；热风炉8为流化室7和悬浮加热炉6提供热风，下沉矿粉在流化室中被热风吹起形成气固两相流，气固两相流从悬浮加热炉6顶部流出并进入到加热物料旋风收集器9中；从加热物料旋风收集器9底部排出的高温物料直接进入到混料及还原滚筒13中，从加热物料旋风收集器9顶部排出的高温废气进入文丘里干燥器4的热源进行利用；还原粒煤从粒煤料斗10中下落经粒煤电子定量给料器11、粒煤螺旋给料器12进入到混料及还原滚筒13中，混料及还原滚筒13排出高温焙烧物料进入到流化床冷却机15中，罗茨风机14为流化床冷却机鼓入常温空气，流化床冷却机15排出冷却后的焙烧矿。

为了进一步的利用资源，混料及还原滚筒13出气端连接还原废气旋风除尘器21进入口，产生的还原废气进入还原废气旋风除尘器21，还原废气旋风除尘器21的上升还原除尘废气加入到热风炉8中，从还原废气旋风除尘器21下部排出的物料再返回到混料及还原滚筒13内进行利用。

为了提高热量的利用率，进一步的，在流化床冷却机15内设换热通道，罗茨风机14鼓入流化床冷却机的常温空气，一部分空气进入换热通道中作为间接冷却空气与高温焙烧物料进行间接换热，得到高温空气送入热风炉、作为助燃空气进行利用，另一部分空气从流化床冷却机15底部进入并直接与高温焙烧物料接触，进行物料流化式冷却，高温焙烧物料得以冷却降温，同时得到流化加热空气，流化加热空气再与加热物料旋风收集器9排出的燃烧废气混合后作为文丘里干燥器4的热源进行利用。

该系统的使用步骤：（1）含水量为10%的常温铁矿石矿粉由原料料仓经原料电子定量给料机、原料螺旋给料器输送到文丘里干燥器中，含水原料在文丘里干燥器中被燃烧废气加热，在500℃加热废气的作用下，矿粉被干燥并预热到150℃后，废气与矿粉形成原料气固两相流。

（2）原料气固两相流输送到原料旋风收集器中，其中大部分的干燥矿粉被收集后进入到流化室中，排出的含尘废气送入到布袋除尘器中进行除尘。从布袋除尘器排出的洁净空气经抽风机加压后由烟囱进行排放，布袋除尘器收集的矿物粉尘从排尘口排放后进行返料利用。

（3）干热风炉为流化室和悬浮加热炉提供热风，下沉矿粉在流化室中被热风吹起形成气固两相流。气固两相流在悬浮加热炉内从下往上悬浮流动过程中，铁矿石粉被高温烟气加热到600℃后，气固两相流从悬浮加热炉顶部流出并进入到加热物料旋风收集器中。从加热物料旋风收集器底部排出的高温物料直接进入到混料及还原滚筒中，从加热物料旋风收集器顶部排出的高温废气作为文丘里干燥器的热源进行利用。

（4）在热风炉内，从外部通入的常温煤气与从流化床冷却机排出的高温助燃空气混合后进行燃烧，产生的750℃高温烟气通入到流化室内。加入到悬浮加热炉内的粉状铁矿石在高温烟气作用下，可在2-3s时间内把预热后的铁矿石粉加热到600℃。

（5）铁矿石还原所用的还原粒煤选用粒度为1-3mm的高挥发性煤种，粒煤按照铁矿石重量的3%进行配入，并经粒煤电子给料器称量、粒煤螺旋给料器输送后，从混料及还原滚筒的进料端加入。

（6）加热物料与还原粒煤在混料及还原滚筒内随滚筒的旋转，铁矿石在与还原粒煤混合过程中粒煤温度迅速升高，在粒煤干馏放出的挥发份（其中含有大量H2）作用下，矿粉经过15min的低温氢还原，可使铁矿石得到充分磁化。

（7）铁矿石在混料及还原滚筒内还原过程中，从混合物料内部排出的还原气体从滚筒出料端排出后，经过还原废气旋风除尘器除尘后的还原除尘废气，由于其中含有一定的可燃成份，可送给热风炉作为燃料进行利用，从还原废气旋风除尘器下部排出的物料再返回到混料及还原滚筒内进行利用。

（8）从混料及还原滚筒出料端排出的400℃物料进入到流化床冷却机中。罗茨风机鼓入流化床冷却机的常温空气，一部分通入流化床冷却机内部的换热通道中，作为间接冷却空气与高温焙烧物料进行间接换热，得到350℃高温空气作为热风炉的助燃空气进行利用，另一部分空气作为焙烧矿流化空气与高温焙烧物料进行直接换热，得到300℃流化加热空气，流化加热空气再与加热物料旋风收集器排出的燃烧废气混合后作为文丘里干燥器的热源进行利用。

（9）焙烧物料在流化床冷却机中冷却到200℃以下后排出，焙烧矿可送给下道磨选工序进行利用。

Claims (4)

1.一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统，包含的设备有：原料料仓、原料电子定量给料机、原料螺旋给料器，其特征是：还有文丘里干燥器、原料旋风收集器、悬浮加热炉、流化室、热风炉、加热物料旋风收集器、粒煤料斗、粒煤电子定量给料器、粒煤螺旋给料器、混料及还原滚筒、罗茨风机、流化床冷却机、排料口、除尘器、排尘口、抽风机、烟囱及设备间的物料流通管路；结合物料的流转说明本系统各个设备间的关系：含水原料——铁矿石矿粉由原料料仓经原料电子定量给料机、原料螺旋给料器输送到文丘里干燥器中，含水原料在文丘里干燥器中被来自加热物料旋风收集器的燃烧废气加热，并与燃烧废气形成原料气固两相流，原料气固两相流输送到原料旋风收集器中；原料旋风收集器产生下沉矿粉和含尘废气，下沉矿粉进入到流化室中，含尘废气经除尘器除尘后由烟囱排出，在除尘器与烟囱间的输送通道中安装抽风机，以提供风压；热风炉为流化室和悬浮加热炉提供热风，下沉矿粉在流化室中被热风吹起形成气固两相流，气固两相流从悬浮加热炉顶部流出并进入到加热物料旋风收集器中；从加热物料旋风收集器底部排出的高温物料直接进入到混料及还原滚筒中，从加热物料旋风收集器顶部排出的高温废气进入文丘里干燥器的热源进行利用；还原粒煤从粒煤料斗中下落经粒煤电子定量给料器、粒煤螺旋给料器进入到混料及还原滚筒中，混料及还原滚筒排出高温焙烧物料进入到流化床冷却机中，罗茨风机为流化床冷却机鼓入常温空气，流化床冷却机排出冷却后的焙烧矿。

2.如权利要求1所述的一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统，其特征是：混料及还原滚筒出气端连接还原废气旋风除尘器进入口，产生的还原废气进入还原废气旋风除尘器，还原废气旋风除尘器的上升还原除尘废气加入到热风炉中，从还原废气旋风除尘器下部排出的物料再返回到混料及还原滚筒内进行利用。

3.如权利要求1所述的一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统，其特征是：流化床冷却机内设有换热通道，罗茨风机鼓入流化床冷却机的常温空气，一部分空气进入换热通道中作为间接冷却空气与高温焙烧物料进行间接换热，得到高温空气送入热风炉、作为助燃空气进行利用，另一部分空气从流化床冷却机底部进入并直接与高温焙烧物料接触，进行物料流化式冷却，高温焙烧物料得以冷却降温，同时得到流化加热空气，流化加热空气再与加热物料旋风收集器排出的燃烧废气混合后作为文丘里干燥器的热源进行利用。

4.如权利要求1所述的一种难选铁矿石悬浮加热-煤基磁化焙烧系统，其特征是：原料旋风收集器产生的含尘废气除尘时采用的除尘器是布袋除尘器。