CN220837930U - 一种废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及废金属回收绿色工艺技术领域，特别提供了一种废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，包括废金属外部收集系统、高纯海绵铁粉制备系统、普通海绵铁粉制备系统和高纯‑普通海绵铁粉燃烧系统，废金属外部收集系统分别与高纯海绵铁粉制备系统、普通海绵铁粉制备系统连接，高纯海绵铁粉制备系统、普通海绵铁粉制备系统均与高纯‑普通海绵铁粉燃烧系统连接。本实用新型利用风电、光伏等不稳定电能，通过电解方式产出高纯度铁水，再经对辊离心机甩成海绵铁粉，通过中频炉产生普通铁粉，通过铁粉燃烧炉将铁粉燃烧产生能源，并实现对燃烧产物的回收。
Description
技术领域
本实用新型涉及废金属回收绿色工艺技术领域，特别提供了一种废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统。
背景技术
面对日益突出的能源安全和温室气体减排压力，研究“替代燃料”成为当前迫切任务。金属燃料作为一种高热值的新型燃料，其能量密度远远高于煤、石油、天然气等化石燃料，并且在燃烧的过程中不会产生硫氧化物、氮氧化物等有害气体。目前国内外生产海绵铁的工艺主要有气基还原法和煤基还原法二种，该气基法具有还原速度块，产品质量好等优点，但气基法生产海绵铁工艺的主导条件要有丰富的天然气，在天然气匮乏的地区不能采用，且本身的价格和转化成本较高，而我国的天然气储备量还比较少,因此，该工艺尚不适合我国海绵铁的生产。煤基法是用煤为还原剂直接对氧化铁进行还原，目前煤基法比较成熟的直接还原工艺主要有回转窑法、隧道窑法、转底炉法和竖炉法。但目前这些方法内外设施较多，一次性投资较大，维护费用高，对原料的要求苛刻，操作控制困难，热效率低，影响经济效益，制约了海绵铁的发展。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，利用风电、光伏等不稳定电能，通过电解方式产出高纯度铁水，再经对辊离心机甩成海绵铁粉，通过中频炉产生普通铁粉，通过铁粉燃烧炉将铁粉燃烧产生能源，并实现对燃烧产物的回收，本系统绿色环保、无污染、可重复利用，可替代现有不可再生能源，优化、精简了大量设备，提高了生产效率，且无温室气体排放。
本实用新型是这样实现的，提供一种废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，包括废金属外部收集系统、高纯海绵铁粉制备系统、普通海绵铁粉制备系统和高纯-普通海绵铁粉燃烧系统，高纯海绵铁粉制备系统包括电解槽和第一对辊离心机，电解槽上设有下料器，废金属外部收集系统与下料器连接，电解槽的铁水出口与第一对辊离心机的入口连接；普通海绵铁粉制备系统包括中频炉和第二对辊离心机，废金属外部收集系统与中频炉的入口连接，中频炉的出口与第二对辊离心机的入口连接，第一对辊离心机和第二对辊离心机的出口与铁粉储存仓库连接；高纯-普通海绵铁粉燃烧系统包括铁粉燃烧器和铁粉燃烧炉，铁粉储存仓库的出口与铁粉燃烧器的入口连接，铁粉燃烧器的出口与铁粉燃烧炉连接，铁粉燃烧炉的上端设蒸汽出口，下端设冷渣收集系统。
优选的，所述电解槽上端设有可打开的盖板，盖板上端设置所述下料器，在盖板上贯穿连接阳极钢棒，阳极钢棒的下端连接阳极炭块，盖板的内壁中部吊接打壳锤头，电解槽的槽底设有底部炭块，电解槽的侧壁下端贯穿连接阴极钢棒，阴极钢棒位于电解槽内部的一端与底部炭块连接，电解槽通过气体收集管道与氧气净化存储系统连接、通过铁水输送组件与所述第一对辊离心机连接。
进一步优选，在所述电解槽的内侧壁设有绝缘层，槽底设有保温耐火层。
进一步优选，还包括配料系统和回用料渣系统，所述废金属外部收集系统和回用料渣系统均与配料系统连接，配料系统与所述电解槽的所述下料器通过电解物料管道连接。
进一步优选，设有所述风电/光伏供电系统与所述电解槽的所述阳极钢棒和所述阴极钢棒连接，风电/光伏供电系统还与所述中频炉连接。
进一步优选，所述铁粉燃烧器为水平浓淡铁粉燃烧器。
进一步优选，所述铁粉燃烧炉在炉体内部的四个角设置燃烧器。
进一步优选，所述电解槽与所述第一对辊离心机之间，设有第一钢包；所述中频炉与所述第二对辊离心机之间，设有第二钢包。
进一步优选，所述第一对辊离心机的出口通过高纯海绵铁粉管道与所述铁粉储存仓库连接；所述第二对辊离心机的出口通过普通海绵铁粉管道与铁粉储存仓库连接。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1、物料种类：本系统原料来源为一部分外部收集，包括氧化铁和多合金废钢材，大部分来源于大系统本身燃料铁粉燃烧后产物氧化铁，铁粉作为能源载体循环利用，零损耗；
2、能源转化：本系统利用风电、光伏等不稳定电能，将电能用于电解氧化铁和中频炉熔炼，即将不稳定能源就地消耗，减去能源运输成本，将能源最大化利用；
3、铁粉纯度：本系统电解出铁粉纯度达到99.9％以上，除最为燃料金属和除氧剂以外，仍可以用于更加严格的场合，比如航空航天等；
4、能耗分析：传统高炉炼铁工艺吨铁消耗能量是5154Kwh，电解熔融化铁的能耗3400～4800Kwh，且随着核能、风力、水力等新能源逐渐替代煤电,电解熔融氧化铁的流程的成本优势将逐渐显现；
5、燃烧器：本系统采用水平浓淡铁粉燃烧器，将一次风在水平方向分成浓度差异适当的浓淡两股，使浓粉气流位于向火侧，形成风包粉，从而提高防结渣能力，改善火焰稳定性；
6、燃烧炉结构：本系统采用炉内切向燃烧的方式，即在炉体四个角设计燃烧器，燃烧器喷出的铁粉火焰互相点燃，着火稳定性好，炉体充满度高；
7、绿色环保：本系统生产过程中零碳排放，且电解过程中阳极产品为氧气，可作为资源再利用。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1为本实用新型整体结构示意图；
图2为电解槽结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参考图1和图2，本实用新型提供一种废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，包括废金属外部收集系统1、高纯海绵铁粉制备系统、普通海绵铁粉制备系统和高纯-普通海绵铁粉燃烧系统，高纯海绵铁粉制备系统包括电解槽6和第一对辊离心机8，电解槽6上设有下料器6-1，废金属外部收集系统1与下料器6-1连接，电解槽6的铁水出口与第一对辊离心机8的入口连接；普通海绵铁粉制备系统包括中频炉14和第二对辊离心机2，废金属外部收集系统1与中频炉14的入口连接，中频炉14的出口与第二对辊离心机2的入口连接，第一对辊离心机8和第二对辊离心机2的出口与铁粉储存仓库10连接；高纯-普通海绵铁粉燃烧系统包括铁粉燃烧器17和铁粉燃烧炉18，铁粉储存仓库10的出口与铁粉燃烧器17的入口连接，铁粉燃烧器17的出口与铁粉燃烧炉18连接，铁粉燃烧炉18的上端设蒸汽出口13，下端设冷渣收集系统19。
工作过程中，首先原料通过废金属外部收集系统1进行收集，收集渠道一部分为外部工业废钢铁，大部分为园区系统自产金属燃料燃烧后产物；电解原料构成主要包括Fe3O4或Fe2O3+FeO，氧化铁的熔点在1565℃，温度较高，从节能的角度，需要适当降低熔融温度；又考虑造碱性熔渣有利于去除S、P等杂质，熔池中配入一定量的CaO，为降低熔点再配入一定量的SiO2，根据CaO-Fe2O3-SiO2三元相图，可判断熔点在1215～1350℃，实际操作过程中，为降低熔渣熔点及保护耐火材料，需要配入少量的Al2O3和MgO成分，熔池温度设计为1350℃，故，电解物料构成为Fe2O3、CaO、SiO2和少量的Al2O3和MgO；在1350℃时Fe2+的理论分解电压约为0.86V，Fe3+的理论分解电压约为0.64V。不同温度下，Fe2O3+FeO的理论分解电压均远小于其他组元，即:CaO、SiO2、Al2O3和MgO不参加化学反应，仅有Fe2+及Fe3+放电析出Fe，保证了Fe的纯度，而未参加反应的其他物质构成回用料渣，经处理后均可回用；高纯海绵铁粉制备系统中，电解产生的铁水经运输至第一对辊离心机8，第一对辊离心机8采用四辊离心机，铁水由第一对辊离心机8上部进入下部，四辊转数逐步增大，经离心机作用下，将铁水离心成成品高纯海绵铁粉，经此方法制成的高纯海绵铁粉纯度高达99.9％以上，需进行密封抗氧化包装后储存至铁粉储存仓库10。普通海绵铁粉制备系统，将废金属外部收集系统1收集的废钢铁利用中频炉14熔炼成铁水，运输至第二对辊离心机2，采用同样的离心工艺制成普通海绵铁粉，进行密封抗氧化包装后储存至铁粉储存仓库10，由于工业废钢铁含有多种合金，所以制成铁粉纯度不及电解氧化铁工艺的铁粉。铁粉储存仓库10的铁粉通过气力输送通过铁粉燃烧器17进入铁粉燃烧炉18燃烧，燃烧完成产物通过冷渣收集系统19冷却，作为电解原料回用，燃烧产生的蒸汽通过蒸汽出口13与蒸汽外用系统进行工业利用和出售。
作为电解槽6的具体构成，所述电解槽6上端设有可打开的盖板6-7，盖板6-7上端设置所述下料器6-1，在盖板6-7上贯穿连接阳极钢棒6-2，阳极钢棒6-2的下端连接阳极炭块6-3，盖板6-7的内壁中部吊接打壳锤头6-9，电解槽6的槽底设有底部炭块6-5，电解槽6的侧壁下端贯穿连接阴极钢棒6-4，阴极钢棒6-4位于电解槽6内部的一端与底部炭块6-5连接，电解槽6通过气体收集管道与氧气净化存储系统11连接、通过铁水输送组件与所述第一对辊离心机8连接。
电解物料通过下料器6-1进入电解槽6，通电状态下，在阳极炭块6-2附近形成熔融状电解质，单质铁在阴极底部炭块6-5附近被还原出来成为铁水，在电解完成后取出未参加反应的回用料渣再利用，而在电解的同时阳极产的气体收集进入氧气净化存储系统11，经降温后存储再利用。
为了加强绝缘和保温，在所述电解槽6的内侧壁设有绝缘层6-6，槽底设有保温耐火层6-8。
为了方便收集原料以及与回用料渣配料，作为技术方案的改进，还包括配料系统4和回用料渣系统5，所述废金属外部收集系统1和回用料渣系统5均与配料系统4连接，配料系统4与所述电解槽6的所述下料器6-1通过电解物料管道3连接。
为了就地利用不稳定电能，作为技术方案的改进，设有所述风电/光伏供电系统12与所述电解槽6的所述阳极钢棒6-2和所述阴极钢棒6-4连接，风电/光伏供电系统12还与所述中频炉14连接。
优选的，所述铁粉燃烧器17为水平浓淡铁粉燃烧器。
水平浓淡铁粉燃烧器将一次风在水平方向分成浓度差异适当的浓淡两股，使浓粉气流位于向火侧，形成风包粉，从而提高防结渣能力，改善火焰稳定性。
优选的，所述铁粉燃烧炉18在炉体内部的四个角设置燃烧器，也为水平浓淡铁粉燃烧器，采用炉内切向燃烧的方式，即在炉体四个角设计燃烧器，燃烧器喷出的铁粉火焰互相点燃，着火稳定性好，炉体充满度高。
为了方便运输铁水，所述电解槽6与所述第一对辊离心机8之间，设有第一钢包7；所述中频炉14与所述第二对辊离心机2之间，设有第二钢包15。
为了方便运输海绵铁粉，所述第一对辊离心机8的出口通过高纯海绵铁粉管道9与所述铁粉储存仓库10连接；所述第二对辊离心机2的出口通过普通海绵铁粉管道16与铁粉储存仓库10连接。
上面结合附图对本实用新型的实施方式做了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，其特征在于，包括废金属外部收集系统(1)、高纯海绵铁粉制备系统、普通海绵铁粉制备系统和高纯-普通海绵铁粉燃烧系统，高纯海绵铁粉制备系统包括电解槽(6)和第一对辊离心机(8)，电解槽(6)上设有下料器(6-1)，废金属外部收集系统(1)与下料器(6-1)连接，电解槽(6)的铁水出口与第一对辊离心机(8)的入口连接；普通海绵铁粉制备系统包括中频炉(14)和第二对辊离心机(2)，废金属外部收集系统(1)与中频炉(14)的入口连接，中频炉(14)的出口与第二对辊离心机(2)的入口连接，第一对辊离心机(8)和第二对辊离心机(2)的出口与铁粉储存仓库(10)连接；高纯-普通海绵铁粉燃烧系统包括铁粉燃烧器(17)和铁粉燃烧炉(18)，铁粉储存仓库(10)的出口与铁粉燃烧器(17)的入口连接，铁粉燃烧器(17)的出口与铁粉燃烧炉(18)连接，铁粉燃烧炉(18)的上端设蒸汽出口(13)，下端设冷渣收集系统(19)。
2.根据权利要求1所述的废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，其特征在于，所述电解槽(6)上端设有可打开的盖板(6-7)，盖板(6-7)上端设置所述下料器(6-1)，在盖板(6-7)上贯穿连接阳极钢棒(6-2)，阳极钢棒(6-2)的下端连接阳极炭块(6-3)，盖板(6-7)的内壁中部吊接打壳锤头(6-9)，电解槽(6)的槽底设有底部炭块(6-5)，电解槽(6)的侧壁下端贯穿连接阴极钢棒(6-4)，阴极钢棒(6-4)位于电解槽(6)内部的一端与底部炭块(6-5)连接，电解槽(6)通过气体收集管道与氧气净化存储系统(11)连接、通过铁水输送组件与所述第一对辊离心机(8)连接。
3.根据权利要求2所述的废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，其特征在于，在所述电解槽(6)的内侧壁设有绝缘层(6-6)，槽底设有保温耐火层(6-8)。
4.根据权利要求2所述的废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，其特征在于，还包括配料系统(4)和回用料渣系统(5)，所述废金属外部收集系统(1)和回用料渣系统(5)均与配料系统(4)连接，配料系统(4)与所述电解槽(6)的所述下料器(6-1)通过电解物料管道(3)连接。
5.根据权利要求2所述的废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，其特征在于，设有风电/光伏供电系统(12)与所述电解槽(6)的所述阳极钢棒(6-2)和所述阴极钢棒(6-4)连接，风电/光伏供电系统(12)还与所述中频炉(14)连接。
6.根据权利要求1所述的废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，其特征在于，所述铁粉燃烧器(17)为水平浓淡铁粉燃烧器。
7.根据权利要求1所述的废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，其特征在于，所述铁粉燃烧炉(18)在炉体内部的四个角设置燃烧器。
8.根据权利要求1所述的废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，其特征在于，所述电解槽(6)与所述第一对辊离心机(8)之间，设有第一钢包(7)；所述中频炉(14)与所述第二对辊离心机(2)之间，设有第二钢包(15)。
9.根据权利要求1所述的废金属燃烧供能及冷渣循环利用系统，其特征在于，所述第一对辊离心机(8)的出口通过高纯海绵铁粉管道(9)与所述铁粉储存仓库(10)连接；所述第二对辊离心机(2)的出口通过普通海绵铁粉管道(16)与铁粉储存仓库(10)连接。
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