CN219913932U - 一种处理含碳球团的转底炉燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及处理含碳球团高温还原工艺技术领域，公开了一种处理含碳球团的转底炉燃烧系统。将转底炉划分为预热区、加热区、还原一区以及还原二区，预热区利用具有大过剩空气系数的空气烧嘴将还原一、二区流入的大量CO燃烧，实现余能利用并使烟气达到排放标准；利用预热区、加热区以及还原一区的调焰烧嘴在炉内形成强对流，保证燃烧稳定及传热的高效，提高炉内温度场均匀性及球团反应均匀性；最后基于辐射杯烧嘴的盘状短火焰、以及辐射杯烧嘴在炉顶多点布置的特点，使得还原二区在保证炉温均匀性的情况下，还能最大程度减少火焰对球团表面CO的影响，避免局部高温。通过上述措施解决了解决转底炉烟气阻塞、炉膛温度不均、以及热效率低的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及处理含碳球团高温还原工艺技术领域，具体涉及一种处理含碳球团的转底炉燃烧系统。
背景技术
含碳球团经过压球、干燥后(仍含有约1％水分)进入转底炉内，在转底炉内的高温条件下原料中的碳与金属氧化物产生还原反应。在20min～30min内，球团中的氧化铁大部分被还原为金属铁，冷却后被回收作为烧结或高炉的原料再次利用。同时氧化锌被还原为锌，锌挥发进入烟气中，并被再氧化成氧化锌粉末沉降，最终被回收。转底炉内具体过程如下：
预热区：煤粉挥发分分解；球团水分蒸发；Fe2O3→Fe3O4；球团预热至900℃；
加热区：Fe2O3→Fe3O4；Fe3O4→FeO；FeO→Fe；球团升温至1100℃；
还原区：FeO→Fe；ZnO→Zn；球团升温至1250℃
上述过程特点如下：
预热区：该区紧连排烟系统，一方面利用烟气余热实现球团升温(约800～900℃)，另一方面在烟气排放之前通入空气将还原段产生的过量CO燃烧，产生的热量进行回收；同时烟气中含有大量Zn蒸汽，需进行充分氧化变为ZnO粉以方便回收，该过程也是控制排烟系统粉尘堵塞的关键环节。
加热区：该区域需将球团快速加热至还原反应所需最佳温度，故燃烧系统的配置特点需要为大功率、强对流，并保持炉温一定均匀性；
还原区：该区域炉温与球团温度接近，为了保证炉内球团反应均匀性，该区域的炉温均匀性要求较高。
转底炉是该工艺过程的关键装备，而转底炉燃烧系统又是其中的核心，不仅提供反应所需的热量，而且在不同工艺段的气氛调节环节发挥关键作用。含碳球团在转底炉内部先后经过预热-加热-还原三个过程，每一个过程的工艺要求不同且多因素交叉耦合，对燃烧系统的温度、流量、气氛控制都需要合理匹配、高效精准。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种处理含碳球团的转底炉燃烧系统，解决转底炉烟气阻塞、炉膛温度不均、热效率低等问题。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种处理含碳球团的转底炉燃烧系统，转底炉呈环形布置，分为固定炉体和活动炉底；其特征在于：沿活动炉底转动方向，固定炉体依次包括预热区、加热区、还原一区、以及还原二区，在还原二区和预热区之间设置物料进口和物料出口；
在预热区配置设有供热风喷嘴和调焰烧嘴，若干个供热风喷嘴交错布设在预热区前段的两侧侧墙上，若干个调焰烧嘴交错布设在预热区后段的两侧侧墙上，调焰烧嘴的轴线与水平方向成0～15°倾角；
在加热区配置设有调焰烧嘴，若干个调焰烧嘴交错布设在加热区两侧侧墙上，调焰烧嘴的轴线与水平方向成0～15°倾角；
在还原一区配置设有调焰烧嘴，若干个调焰烧嘴交错布设在加热区两侧侧墙上，调焰烧嘴的轴线与水平方向成0～15°倾角；
在还原二区配置设有辐射杯烧嘴，若干个辐射杯烧嘴沿活动炉底的转动方向、以及转底炉的径向方向间隔布设在转底炉的炉顶。
按上述技术方案，在预热区同一高度内设有若干个供热风喷嘴，供热风喷嘴的大空气过剩系数为2～6，且供热风喷嘴的空气过剩系数根据排放烟气的含氧量保证≥1％～6％进行控制；位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个供热风喷嘴之间的间距为4000mm～6000mm，供热风喷嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600～800mm。
按上述技术方案，在预热区内的两侧炉墙同一高度设有若干个调焰烧嘴，位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个调焰烧嘴之间的间距为4000mm～6000mm，调焰烧嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600mm～800mm。
按上述技术方案，在加热区内的两侧炉墙同一高度设有若干个调焰烧嘴，位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个调焰烧嘴之间的间距为4000mm～6000mm，调焰烧嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600mm～800mm。
按上述技术方案，在还原一区内的两侧炉墙同一高度设有若干个调焰烧嘴，位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个调焰烧嘴之间的间距为4000mm～6000mm，调焰烧嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600mm～800mm。
按上述技术方案，在还原二区内的炉顶设有若干个辐射杯烧嘴，辐射杯烧嘴的空气过剩系数为1.01～1.03。
按上述技术方案，调焰烧嘴的空气过剩系数为1.03～1.05。
按上述技术方案，在预热区、加热区、还原一区、以及还原二区均设有空气集管、煤气集管、以及氮气集管，各区烧嘴的空煤气管道连接在各区空气集管和煤气集管上；在转底炉上设有主空气管道、煤气主管道、氮气主管道以及排烟主管道，各区空气集管、煤气集管、氮气集管分别连接在主空气管、煤气主管道、主氮气管上，排烟主管道的一处入口设在预热区；各区氮气集管分别与各区煤气集管以及煤气主管道的一侧相连，排烟主管道的另一处入口均分别与各区煤气集管以及煤气主管道的另一侧相连。
按上述技术方案，在预热区、加热区、还原一区、以及还原二区的各区煤气集管、空气集管上均设有流量计和流量调节自动阀，来自于主管道的空气、煤气也设有流量计和流量调节自动阀，煤气总管及各区煤气集管设有氮气集管的接口。
按上述技术方案，在预热区管道、加热区管道、还原一区管道、以及还原二区各区煤气集管、空气集管上均设有流量计19和流量调节自动阀20，在主主空气管和煤气主管道上也设有流量计和流量调节自动阀；在煤气流通的路径上，氮气集管在煤气集管上的接口位于流量计和流量调节自动阀的下游。
本实用新型具有以下有益效果：
1、将转底炉划分为预热区、加热区、还原一区、以及还原二区，先利用具有大过剩空气系数的高温空气烧嘴将还原二区流入的大量CO燃烧，既回收能源又使烟气达到排放标准；再利用预热区、加热区、以及还原一区的调焰烧嘴在炉内形成高温强对流炉气，保证燃烧稳定及高效传热，尽可能改善球团的反应均匀性；最后基于辐射杯烧嘴的火焰为集中于烧嘴出口的盘状短火焰、以及辐射杯烧嘴在炉顶多点布置的特点，使得还原二区各处炉温处于均匀的状态，并且最大程度减少火焰对球团表面CO的影响，避免局部高温。通过上述措施解决了解决转底炉烟气阻塞、炉膛温度不均、以及热效率低的问题。
2、加热区内的烧嘴中心线与水平线成一定夹角(0～15°)，使得燃气喷射速度高，在炉内形成强对流，保证燃烧稳定及传热的高效。
3、调焰烧嘴全部为高速调焰烧嘴，空气过剩系数为1.01～1.03，尽可能减少CO在该区燃烧影响球团的反应均匀性。
附图说明
图1是本实用新型提供实施例的平面示意图；
图2是本实用新型提供实施例的加热区的断面图；
图3是本实用新型提供实施例的还二区的断面图；
图中，1、固定炉体；1-1、耐火材料；1-2、钢结构框架；2、活动炉底；3、预热区；4、加热区；5、还原一区；6、还原二区；7、物料进口；8、物料出口；9、供热风喷嘴；10、调焰烧嘴；11、辐射杯烧嘴；12、空气集管；13、煤气集管；14、氮气集管；15、主空气管道；16、煤气主管道；17、氮气主管道；18、排烟主管道；19、流量计；20、流量调节自动阀；21、含碳球团。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
参照图1～图3所示，本实用新型提供的一种处理含碳球团的转底炉燃烧系统，转底炉呈环形布置，分为固定炉体1和活动炉底2。沿活动炉底转动方向，固定炉体依次包括预热区3、加热区4、还原一区5、以及还原二区6，在还原二区和预热区之间设置物料进口7和物料出口8；
在预热区配置设有供热风喷嘴9和调焰烧嘴10，若干个供热风喷嘴交错布设在预热区前段的两侧侧墙上，供热风喷嘴用于烧掉还原段产生的过量CO；若干个调焰烧嘴交错布设在预热区后段的两侧侧墙上，调焰烧嘴的轴线与水平方向成0～15°倾角；
在加热区配置设有调焰烧嘴，若干个调焰烧嘴交错布设在加热区两侧侧墙上，调焰烧嘴的轴线与水平方向成0～15°倾角，以使烧嘴火焰在炉内向斜上方喷射；
在还原一区配置设有调焰烧嘴，若干个调焰烧嘴交错布设在加热区两侧侧墙上，调焰烧嘴的轴线与水平方向成0～15°倾角；
在还原二区配置设有辐射杯烧嘴11，若干个辐射杯烧嘴沿活动炉底的转动方向、以及转底炉的径向方向间隔布设在转底炉的炉顶。
进一步，在预热区同一高度内设有若干个供热风喷嘴，供热风喷嘴的大空气过剩系数为2～6，且供热风喷嘴的空气过剩系数根据排放烟气的含氧量保证≥1％～6％进行控制；位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个供热风喷嘴之间的间距为4000mm～6000mm(图中实施例选取5000mm)，供热风喷嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600～800mm。
进一步，在预热区内的两侧炉墙同一高度设有若干个调焰烧嘴，位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个调焰烧嘴之间的间距为4000mm～6000mm(图中实施例选取5000mm)，调焰烧嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600mm～800mm。
进一步，在加热区内的两侧炉墙同一高度设有若干个调焰烧嘴，位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个调焰烧嘴之间的间距为4000mm～6000mm(图中实施例选取5000mm)，调焰烧嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600mm～800mm。
进一步，在还原一区内的两侧炉墙同一高度设有若干个调焰烧嘴，位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个调焰烧嘴之间的间距为4000mm～6000mm(图中实施例选取5000mm)，调焰烧嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600mm～800mm。
进一步，在还原二区内的炉顶设有若干个辐射杯烧嘴，辐射杯烧嘴的空气过剩系数为1.01～1.03，以提高燃料利用效率。辐射杯烧嘴的火焰为集中于烧嘴出口处，呈现盘状短火焰；通过炉顶多点布置有利于炉温的均匀性，且最大程度减少火焰对球团表面CO的影响，避免局部高温。
进一步，调焰烧嘴的空气过剩系数为1.03～1.05。
在上述一些实施例中，在预热区、加热区、还原一区、以及还原二区均设有空气集管12、煤气集管13、以及氮气集管14，各区烧嘴的空煤气管道连接在各区空气集管和煤气集管上；在转底炉上设有主空气管道15、煤气主管道16、氮气主管道17以及排烟主管道18，各区空气集管、煤气集管、氮气集管分别连接在主空气管、煤气主管道、主氮气管上，排烟主管道的一处入口设在预热区；各区氮气集管分别与各区煤气集管以及煤气主管道的一侧相连，排烟主管道的另一处入口均分别与各区煤气集管以及煤气主管道的另一侧相连。在起炉停炉时，通过开启氮气集管吹扫煤气集管内残余的煤气。
进一步，在预热区管道、加热区管道、还原一区管道、以及还原二区各区煤气集管、空气集管上均设有流量计19和流量调节自动阀20，在主主空气管和煤气主管道上也设有流量计和流量调节自动阀；流量计和流量调节自动阀用于调节该区空煤气流量，进而控制各区加热功率。在煤气流通的路径上，氮气集管在煤气集管上的接口位于流量计和流量调节自动阀的下游。
进一步，固定炉体呈现两侧面、炉顶组成的三面结构，并且内衬耐火材料1-1，整体由钢结构框架1-2支撑；活动炉底包括上部钢结构平铺耐火材料、下部钢结构安装支撑辊及定心辊，含碳球团21平铺在耐火材料上部约2～3层，活动炉底及含碳球团整体呈环形并沿环形布置的支撑辊转动。
含碳球团通过布料装置均匀落在活动炉底上面，并随活动炉底按一定速度通过固定炉体的预热区、加热区、还原1区、还原2区完成球团的挥发、热解、还原、分离等工艺，成品球团通过取料机及冷却机回收冷却以再次利用，各区燃烧烟气沿炉底转动相反方向汇入设在预热区入口处的排烟管进入排烟系统，完成除尘、氧化锌粉收集、烟气余热回收等过程。
本实用新型的工作原理：
预热区：
通过该区烧嘴使炉温达到约1100℃，使含碳球团温度达到800～900℃，球团内水分蒸发、煤挥发分分解、部分Fe2O3与C发生反应3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO。该区的大空气过剩系数烧嘴将还原区流入的大量CO燃烧，产生的高温烟气在转底炉相连的排烟系统内进行热量回收产生蒸汽。
该区燃烧系统特征为：
(1)设置高速调焰烧嘴、大过剩空气系数烧嘴两种烧嘴；
(2)调焰烧嘴空气过剩系数为1.03～1.05，烧嘴中心线与水平线成一定夹角(0～15°)，燃气喷射速度高，炉内形成强对流，保证燃烧稳定及传热的高效；
(3)大空气过剩系数烧嘴的大空气过剩系数为2～6，保证足够的高温空气参与炉内过剩CO的燃烧；
加热区：
通过该区烧嘴使炉温达到约1200℃，使含碳球团温度达到1050～1200℃，该区球团内仍有部分剩余Fe2O3与C发生反应生成Fe3O4和CO，但主要反应为Fe3O4+C＝3FeO+CO，同时发生部分反应FeO+C＝Fe+CO。
该区燃烧系统特征为：
(1)烧嘴全部为高速调焰烧嘴，空气过剩系数为1.01～1.03，尽可能减少CO在该区燃烧影响球团的反应均匀性；
(2)烧嘴中心线与水平线成一定夹角(0～15°)，燃气喷射速度高，炉内形成强对流，保证燃烧稳定及传热的高效。
还原1区：
通过该区高速调焰烧嘴使炉温达到约1230℃，使含碳球团温度达到1100～1230℃，该区球团内主要反应过程为Fe3O4+C＝3FeO+CO，FeO+C＝Fe+CO，ZnO+C＝Zn+CO。
该区燃烧系统特征为：
(1)烧嘴全部为高速调焰烧嘴，空气过剩系数为1.01～1.03，尽可能减少CO在该区燃烧影响球团的反应均匀性；
(2)烧嘴中心线与水平线成一定夹角(0～15°)，燃气喷射速度高，炉内形成强对流，保证燃烧稳定及传热的高效。
还原2区：
通过该区辐射杯烧嘴使炉温达到约1260℃，使含碳球团温度达到1150～1250℃，该区球团内主要反应过程为FeO+C＝Fe+CO，ZnO+C＝Zn+CO。
该区燃烧系统特征为：
(1)两区各配置12～18套辐射杯烧嘴，安装于转底炉炉顶。该型烧嘴的火焰为集中于烧嘴出口的盘状短火焰，通过炉顶多点布置有利于炉温的均匀性，且最大程度减少火焰对球团表面CO的影响，避免局部高温。
(2)辐射杯烧嘴空气过剩系数为1.01～1.03，尽可能减少CO在该区燃烧影响球团的反应均匀性；
以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种处理含碳球团的转底炉燃烧系统，转底炉呈环形布置，分为固定炉体和活动炉底；其特征在于：沿活动炉底转动方向，固定炉体依次包括预热区、加热区、还原一区、以及还原二区，在还原二区和预热区之间设置物料进口和物料出口；
在预热区配置设有供热风喷嘴和调焰烧嘴，若干个供热风喷嘴交错布设在预热区前段的两侧侧墙上，若干个调焰烧嘴交错布设在预热区后段的两侧侧墙上，调焰烧嘴的轴线与水平方向成0～15°倾角；
在加热区配置设有调焰烧嘴，若干个调焰烧嘴交错布设在加热区两侧侧墙上，调焰烧嘴的轴线与水平方向成0～15°倾角；
在还原一区配置设有调焰烧嘴，若干个调焰烧嘴交错布设在加热区两侧侧墙上，调焰烧嘴的轴线与水平方向成0～15°倾角；
在还原二区配置设有辐射杯烧嘴，若干个辐射杯烧嘴沿活动炉底的转动方向、以及转底炉的径向方向间隔布设在转底炉的炉顶。
2.根据权利要求1所述的处理含碳球团的转底炉燃烧系统，其特征在于：在预热区同一高度内设有若干个供热风喷嘴，供热风喷嘴的大空气过剩系数为2～6，且供热风喷嘴的空气过剩系数根据排放烟气的含氧量保证≥1％～6％进行控制；位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个供热风喷嘴之间的间距为4000mm～6000mm，供热风喷嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600～800mm。
3.根据权利要求1所述的处理含碳球团的转底炉燃烧系统，其特征在于：在预热区内的两侧炉墙同一高度设有若干个调焰烧嘴，位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个调焰烧嘴之间的间距为4000mm～6000mm，调焰烧嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600～800mm。
4.根据权利要求1所述的处理含碳球团的转底炉燃烧系统，其特征在于：在加热区内的两侧炉墙同一高度设有若干个调焰烧嘴，位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个调焰烧嘴之间的间距为4000mm～6000mm，调焰烧嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600mm～800mm。
5.根据权利要求1所述的处理含碳球团的转底炉燃烧系统，其特征在于：在还原一区内的两侧炉墙同一高度设有若干个调焰烧嘴，位于转底炉同一侧侧墙上的相邻两个调焰烧嘴之间的间距为4000mm～6000mm，调焰烧嘴中心线距转底炉炉顶和转底炉炉底料层的间距均为600mm～800mm。
6.根据权利要求1所述的处理含碳球团的转底炉燃烧系统，其特征在于：在还原二区内的炉顶设有若干个辐射杯烧嘴，辐射杯烧嘴的空气过剩系数为1.01～1.03。
7.根据权利要求3-5任一所述的处理含碳球团的转底炉燃烧系统，其特征在于：调焰烧嘴的空气过剩系数为1.03～1.05。
8.根据权利要求1-6任一所述的处理含碳球团的转底炉燃烧系统，其特征在于：在预热区、加热区、还原一区、以及还原二区均设有空气集管、煤气集管、以及氮气集管，各区烧嘴的空煤气管道连接在各区空气集管和煤气集管上；在转底炉上设有主空气管道、煤气主管道、氮气主管道以及排烟主管道，各区空气集管、煤气集管、氮气集管分别连接在主空气管、煤气主管道、主氮气管上，排烟主管道的一处入口设在预热区；各区氮气集管分别与各区煤气集管以及煤气主管道的一侧相连，排烟主管道的另一处入口均分别与各区煤气集管以及煤气主管道的另一侧相连。
9.根据权利要求8所述的处理含碳球团的转底炉燃烧系统，其特征在于：在预热区、加热区、还原一区、以及还原二区的各区煤气集管、空气集管上均设有流量计和流量调节自动阀，来自于主管道的空气、煤气也设有流量计和流量调节自动阀，煤气总管及各区煤气集管设有氮气集管的接口。
10.根据权利要求1所述的处理含碳球团的转底炉燃烧系统，其特征在于：固定炉体呈现两侧面、炉顶组成的三面结构，并且内衬耐火材料，整体由钢结构框架支撑；活动炉底包括上部钢结构平铺耐火材料、下部钢结构安装支撑辊及定心辊，含碳球团平铺在耐火材料上部约2～3层，活动炉底及含碳球团整体呈环形并沿环形布置的支撑辊转动。
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