CN219995876U - 一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及冶金环保领域，公开了一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，包括熔融炉和还原炉，熔融炉和还原炉相连，熔融炉倾斜向下设置；熔融炉连接有第一燃烧装置，第一燃烧装置用于加热熔融炉；还原炉呈竖直状态，还原炉下部设有用于支撑焦炭层的水冷炉篦，水冷炉篦位于还原炉的炉缸上方，还原炉连接有第二燃烧装置，第二燃烧装置用于加热焦炭层；还原炉的炉缸侧壁设有炉渣排出口和合金排出口，还原炉的顶部设有原料加入口。本方案冶金粉尘无需造块可以直接入炉，该熔炼炉具有熔融及还原功能，可以使原料中的金属氧化物还原成单质金属，进而使其中的金属得到回收，该还原过程为液固接触还原，传质效率高，还原率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及冶金环保领域，具体涉及一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统。
背景技术
冶金粉尘如铜冶炼粉尘、铅冶炼粉尘、钢铁高炉瓦斯灰等，金属污泥包括酸洗污泥、电镀污泥、含铜污泥、含锌铬等重金属污泥等，冶金粉尘和金属污泥存在双重特性即环境危害性和资源属性，环境危害性体现在其含有的重金属以及高酸碱性，在自然界中难以降解，极易扩散，对土壤和水体造成危害；另一方面，冶金粉尘和金属污泥方面，又存在铜、镍、锌、铅等有价金属，其品位往往比天然矿物更高，具有较高经济回收价值。
针对冶金粉尘和金属污泥的处理处置，主要包括湿法处理和火法处理两大类，常见的火法处理统一包括：回转窑烟化法、鼓风炉熔融法和侧吹炉熔融法等，本实用新型属于火法处理范畴。
申请号为CN202210548557.3文件公开了一种处理钢厂烟灰的方法，该方法采用的熔炼炉为富氧侧吹炉，工艺路线为钢厂烟灰和燃料及熔剂混合制粒，球团加入到富氧侧吹炉中进行富氧熔炼，得到熔渣和烟气，富氧侧吹炉为喷枪有炉体侧部插入到熔池中鼓入空气，使熔体剧烈搅拌，进行熔炼。该方法需要对粉料进行造粒处理，流程较长。
申请号为CN202022420229.4文件公开了一种熔融冶炼电镀污泥的系统，该系统包括依次相连的熔融辅料配伍装置、喂料系统、熔融炉和高压水捞渣装置。该实用新型需要对电镀污泥进行烧结处理得到烧结料，烧结料和熔融辅料输入到喂料装置，喂入到熔融炉中进行熔炼，该熔炼方式为鼓风熔炼。
可见当前针对冶金粉尘、金属污泥的火法冶炼主要集中在熔池熔炼和鼓风熔炼，熔池熔炼的特征在于原料直接落入到熔池中，通过熔池传热给物料使物料熔融；而鼓风熔炼特征在于炉内有料柱存在，鼓入的空气与原料中的碳燃烧放热，烟气向上运行加热料柱使物料熔融；可见无论是熔池熔炼或鼓风熔炼均不能直接利用粉料，熔池熔炼过程加入的粉料未到达熔池即被烟气带入到烟道排出，而在鼓风熔炼粉料则会堵塞料柱，使的生产不顺。
实用新型内容
本实用新型意在提供一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，以解决目前不能直接利用冶金粉末进行还原单质金属的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，包括炉体，所述炉体包括熔融炉和还原炉，所述熔融炉和还原炉相连，所述熔融炉倾斜向下设置；所述熔融炉连接有第一燃烧装置，所述第一燃烧装置用于加热熔融炉；所述还原炉呈竖直状态，所述还原炉下部设有用于支撑焦炭层的水冷炉篦，所述水冷炉篦位于还原炉的炉缸上方，所述还原炉连接有第二燃烧装置，所述第二燃烧装置与还原炉的连接处位于还原炉的炉缸和水冷炉篦之间，所述第二燃烧装置用于加热焦炭层；所述还原炉的炉缸侧壁设有炉渣排出口和合金排出口，所述还原炉的顶部设有原料加入口。
本方案的原理：开启第一燃烧装置加热熔融炉，将冶金粉尘原料加入到熔融炉内，粉尘在熔融炉内发生熔融，熔融后的液滴在熔融炉的炉壁上汇聚，并严重熔融炉的倾斜角度流入到还原炉内；将焦炭和造渣原料通过原料加入口加入到还原炉内，然后在水冷炉篦支撑下形成焦炭层，开启第二燃烧装置，第二燃烧装置在水冷炉篦下方对焦炭层进行加热，熔融的粉尘熔体从还原炉从上至下穿过加热后的焦炭层，熔体中的有价金属氧化物与过热的焦炭发生还原反应，生成合金，熔体中的脉石成分与加入的造渣原料发生造渣反应形成炉渣，熔渣和合金自上而下穿过焦炭层进入还原炉炉缸，由于密度的差异，熔渣和合金在炉缸内沉降分层，定期分别通过炉渣排出口和合金排出口排出炉外，分别进行回收利用。
本方案冶金粉尘无需造块可以直接入炉，该熔炼炉具有熔融及还原功能，可以使原料中的金属氧化物还原成单质金属，进而使其中的金属得到回收，该还原过程为液固接触还原，传质效率高，还原率高。系统结构紧凑，功能完备，自动化程度高。
优选的，作为一种改进，所述熔融炉内壁设有耐火层，可以减少高热对熔融炉内壁结构造成的损伤。
优选的，作为一种改进，还包括喷枪，所述熔融炉侧壁上设有冶金粉末进口，所述喷枪通过冶金粉末进口与熔融炉连通。通过喷枪方便将冶金粉末添加到熔融炉中，且可以使冶金粉末在熔融炉中更加分散均匀受热。
优选的，作为一种改进，所述冶金粉末进口沿着熔融炉截面的割线方向设置。
优选的，作为一种改进，所述熔融炉的倾斜度为2°～10°。这样使得冶金粉末熔体更好自然流入到还原炉内。
优选的，作为一种改进，所述第一燃烧装置和第二燃烧装置结构相同。
优选的，作为一种改进，所述第二燃烧装置包括燃烧器、供氧机构、供气机构和控制机构，所述供氧机构和供气机构均与控制机构连接，所述供氧机构和供气机构均与燃烧器连通。控制机构控制供氧机构和供气机构向燃烧器中供气。
优选的，作为一种改进，所述还原炉连通有换热器，所述换热器用于加热供氧机构和供气机构。利用还原炉产生的烟气对供氧机构和供气机构中的气体的预热，进行余热利用，减少能源的浪费。
优选的，作为一种改进，所述换热器连通有烟气处理机构，所述第一燃烧装置和第二燃烧装置均与烟气处理机构连通。所述烟气处理机构用于处理还原炉内产生的烟气，经过烟气处理机构处理后的烟气可以进行重新燃烧利用。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构图。
图2为本实用新型实施例水冷炉篦的结构示意图。
图3为本实用新型实施例熔融炉的冶金粉末加入口截面示意图。
图4为实用新型实施例熔融炉载原料气流运动方向示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：熔融炉1、冶金粉末进口101、外壳102、耐火层103、还原炉2、原料加入口201、烟气出口202、焦炭层203、水冷炉篦204、冷却水进口2041、冷却水出口2042、炉渣排出口205、合金排出口206、换热器3、烟气处理部4、CO2脱除部5、烟囱6、第二燃烧装置7、第一燃烧装置8。
实施例：
一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，如附图1所示，包括炉体，所述炉体包括熔融炉1和还原炉2，熔融炉1和还原炉2相连，熔融炉1倾斜向下设置，熔融炉1的倾斜度范围为2°～10°。这样使得冶金粉末熔体更好自然流入到还原炉2内，具体如附图4所示。
熔融炉1连接有第一燃烧装置8，所述第一燃烧装置用于加热熔融炉1。第一燃烧装置8加热熔融炉1，将冶金粉尘原料加入到熔融炉1内，粉尘在熔融炉1内发生熔融，熔融后的液滴在熔融炉1的炉壁上汇聚，并严重熔融炉1的倾斜角度流入到还原炉2内。
本实施例中原料需要进行原料预处理、进料及熔融。针对冶金粉尘的预处理方式主要包括干燥、破碎、筛分等，经过预处理后粉尘粒度应小于1mm。
如附图3所示，熔融炉1包括外壳102和耐火层103，耐火层103位于外壳102的内侧，可以减少高热对熔融炉1内壁结构造成的损伤。
熔融炉1侧壁上设有冶金粉末进口101，冶金粉末进口101沿着熔融炉1截面的割线方向设置。
还包括喷枪，喷枪通过冶金粉末进口101与熔融炉1连通。通过喷枪方便将冶金粉末添加到熔融炉1中，且可以使冶金粉末在熔融炉1中更加分散均匀受热。在气力输送过程产生较大的流速，粉尘原料通过气力输送的方式沿熔融炉1截面的割线方向喷入炉内。
还原炉2位于熔融炉1的右下方，还原炉2呈竖直状态，还原炉2的顶部设有原料加入口201，原料加入口201用于添加焦炭和造渣原料。
还原炉2下部设有用于支撑焦炭层203的水冷炉篦204，焦炭和造渣原料在水冷炉篦204的支撑下在还原炉2内形成焦炭层203。如附图2所示，水冷炉篦204包括冷却管，冷却管整体形成圆形，冷却管上设有冷却水进口2041和冷却水出口2042，冷却水进口2041和冷却水出口2042分别位于冷却管形成的圆形两端。
水冷炉篦204位于还原炉2的炉缸上方，还原炉2连接有第二燃烧装置7，第二燃烧装置7与还原炉2的连接处位于还原炉2的炉缸和水冷炉篦204之间。第二燃烧装置7在在水冷炉篦204下燃烧加热焦炭层203，并使焦炭层203过热，温度在1300℃以上，熔融的粉尘熔体从上至下穿过过热的焦炭层203，熔体中的有价金属氧化物与过热的焦炭发生还原反应，生成合金，熔体中的脉石成分与加入的造渣原料发生造渣反应形成炉渣。熔渣和合金自上而下穿过焦炭层203进入炉缸，由于密度的差异，熔渣和合金在炉缸内沉降分层。通过熔融系统和还原系统相连，冶金粉末熔体在还原炉2内以固液反野的模式进行还原，还原效率高，金属回收率高。
第一燃烧装置8和第二燃烧装置7结构相同。第二燃烧装置7包括燃烧器、供氧机构、供气机构和控制机构，所述供氧机构和供气机构均与控制机构连接，所述供氧机构和供气机构均与燃烧器连通。控制机构控制供氧机构和供气机构向燃烧器中供气。
还原炉2的炉缸侧壁设有炉渣排出口205和合金排出口206，可以定期分别通过炉渣排出口205和合金排出口206排出炉外，分别进行回收利用。
还原炉2连通有换热器3，还原炉2上设有烟气出口202，换热器3具体通过烟气出口202与还原炉2连通，烟气出口202具体位于还原炉2的上部。换热器3用于加热供氧机构和供气机构。利用还原炉2产生的烟气对供氧机构和供气机构中的气体的预热，进行余热利用，减少能源的浪费。
换热器3连通有烟气处理机构，所述烟气处理机构用于处理还原炉2内产生的烟气。烟气处理机构包括烟气处理部4、CO2脱除部5和烟囱6，烟气处理部4和换热器3连通，烟气处理部4、CO2脱除部5和烟囱6依次连通，其中烟气处理部4对还原炉2的烟气进行降温、除尘、脱硫和脱销处理，CO2脱除部5对烟气去除CO2处理，具体采用MDEA溶液吸附的方式，烟气通过MDEA溶液吸收其中的CO2，使烟气中CO等成分相对升高，提升烟气热值，从而使烟气变成具有热值的荒煤气。
具体实施过程：
本实施例以含铜粉尘为原料，原料经烘干后进行破碎筛分，筛分后原料粒度小于1mm，然后将处理后的冶金粉末加入到熔融炉1中，冶金粉末具体沿着，沿熔融炉1截面的割线方向喷入炉内，开启第一燃烧装置8和第二燃烧装置7，第一燃烧装置8对熔融炉1进行供热，将熔融炉1的炉膛加入到1200℃以上，冶金粉末在熔融炉1的炉膛内发生熔融，熔融后的液滴由于向心力的作用甩向熔融炉1炉壁，从而汇聚下来，沿熔融炉1的斜度流入还原炉2内；从还原炉2的原料加入口201加入焦炭和造渣材料，从而在在水冷炉篦204的支撑下在还原炉2内形成焦炭层203，第二燃烧装置7对焦炭层203进行加热，并使焦炭层203过热，温度在1300℃以上，熔融的粉尘熔体从上至下穿过过热的焦炭层203，熔体中的有价金属氧化物与过热的焦炭发生还原反应，生成合金，熔体中的脉石成分与加入的造渣原料发生造渣反应形成炉渣。熔渣和合金自上而下穿过焦炭层203进入还原炉2的炉缸，由于密度的差异，熔渣和合金在炉缸内沉降分层，定期分别通过炉渣排出口205和合金排出口206排出炉外，分别进行回收利用；产生的烟气经过换热器3进行降温，同时烟气对供氧机构和供气机构中的气体的预热，降温后的烟气进入到烟气处理机构进行处理，部分烟气进行烟囱6排放，部分，吸收CO2的富CO烟气即荒煤气进入换热器3换热后进入第一燃烧装置8和第二燃烧装置7。
本方案设计新颖，熔融系统和还原系统相连，冶金粉尘熔体在炉内以液固反应的模式进行还原，还原效率高，金属回收率高；整个系统为密闭结构，烟气无逸出风险，环保性良好；系统结构紧凑，功能完备，自动化程度高；通过换热器3可以对烟气降温，又可以对第一燃烧装置8和第二燃烧装置7的气体进行预热，进行余热利用，减少能源浪费；通关烟气处理对还原炉2的烟气进行处理，减少对环境的污染，同时又可将部分烟气进行燃烧利用。
以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，包括炉体，其特征在于，所述炉体包括熔融炉和还原炉，所述熔融炉和还原炉相连，所述熔融炉倾斜向下设置；所述熔融炉连接有第一燃烧装置，所述第一燃烧装置用于加热熔融炉；所述还原炉呈竖直状态，所述还原炉下部设有用于支撑焦炭层的水冷炉篦，所述水冷炉篦位于还原炉的炉缸上方，所述还原炉连接有第二燃烧装置，所述第二燃烧装置与还原炉的连接处位于还原炉的炉缸和水冷炉篦之间，所述第二燃烧装置用于加热焦炭层；所述还原炉的炉缸侧壁设有炉渣排出口和合金排出口，所述还原炉的顶部设有原料加入口。
2.根据权利要求1所述的一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，其特征在于：所述熔融炉内壁设有耐火层。
3.根据权利要求1所述的一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，其特征在于：还包括喷枪，所述熔融炉侧壁上设有冶金粉末进口，所述喷枪通过冶金粉末进口与熔融炉连通。
4.根据权利要求3所述的一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，其特征在于：所述冶金粉末进口沿着熔融炉截面的割线方向设置。
5.根据权利要求1所述的一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，其特征在于：所述熔融炉的倾斜度为2°～10°。
6.根据权利要求1所述的一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，其特征在于：所述第一燃烧装置和第二燃烧装置结构相同。
7.根据权利要求1所述的一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，其特征在于：所述第二燃烧装置包括燃烧器、供氧机构、供气机构和控制机构，所述供氧机构和供气机构均与控制机构连接，所述供氧机构和供气机构均与燃烧器连通。
8.根据权利要求7所述的一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，其特征在于：所述还原炉连通有换热器，所述换热器用于加热供氧机构和供气机构。
9.根据权利要求8所述的一种熔融还原含铜粉尘及污泥的熔炼炉及系统，其特征在于：所述换热器连通有烟气处理机构，所述第一燃烧装置和第二燃烧装置均与烟气处理机构连通。
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