弱还原性气体的制备方法、装置及铁矿闪速磁化焙烧系统

摘要

本发明公开了一种弱还原性气体的制备方法、装置及铁矿闪速磁化焙烧系统。该制备方法包括：在热风炉内燃烧煤粉产生热风，将煤气发生炉产生的煤气通入到热风炉中，将无氧掺风通入到热风炉中，热风、煤气和无氧掺风在热风炉内混合；调配煤气、无氧掺风以及热风炉产生的热风之间的体积比例，制得温度为600～950℃，CO的体积百分含量为2～12％的弱还原性气体。该制备装置包括：煤气发生炉、热风炉和无氧掺风供应设备。该铁矿闪速磁化焙烧系统包括：弱还原性气体制备装置、焙烧装置、进料装置和出料装置。本发明的弱还原性气体制备方法、装置及铁矿闪速磁化焙烧系统，具有烟气成分稳定、能耗少和成本低的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及铁矿磁化焙烧领域，尤其是涉及一种弱还原性气体的制备方法、装置及铁矿 闪速磁化焙烧系统。

背景技术

闪速磁化焙烧技术是将粉状难选的褐铁矿等氧化铁矿石，在弱还原性气体中，经多级循 环流态化焙烧，再经弱磁选，获得高品位的铁精矿。在流态场稳定的情况下，影响磁化焙烧 还原效果的主要工艺参数为：弱还原性气体中的CO浓度、焙烧温度，所以确保以上两个工艺 参数的稳定是整个工艺控制的关键。

因此，人们一直致力于研究工艺参数稳定的弱还原性气体的制备方法。专利 CN101575668B公开了《闪速沸腾磁化焙烧回收冶炼废渣中铁的方法》，如图1所示，该方法 中闪速磁化焙烧所用的气体由下述两路气体混合获得：沸腾炉中燃烧10mm以下煤粒产生的 高温烟气A以及煤气发生炉中燃烧20-50mm煤粒产生的煤气B；烟气A与煤气B的体积混合 比例为1∶1～1∶2.5。该方法在使用沸腾炉燃烧的时候需要大量的空气使煤粉沸腾，所用的 空气远大于燃烧所需的空气，所以产生的烟气中总是含有大量的氧气，在烟气A与煤气B中 和过程中，需要额外增加煤气B的量来中和烟气A中的氧气，增加了煤气B的制备成本，进 而增加了闪速磁化焙烧的生产成本。

当然，仅以煤气作燃气和还原剂通入焙烧系统也可以产生弱还原性气体，但是仍存在能 耗高、成本高的问题。

在闪速磁化焙烧技术的大规模工业化应用中，迫切需要获得成分稳定、调节方便和生产 成本低的大量弱还原性气体，而现有的弱还原性气体制备方法和控制方法仍然存在制备可控 性差、成本高等缺陷，这一问题已经日渐突出，亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弱还原性气体的制备方法、装置及铁矿闪速磁化焙烧系统， 用于解决闪速磁化焙烧技术中所用弱还原性气体烟气成分不稳定、能耗高、成本高的问题。

本发明提供了一种弱还原性气体的制备方法，该制备方法包括：在热风炉内燃烧煤粉产 生热风；将煤气发生炉产生的煤气通入到热风炉中；将无氧掺风通入到热风炉中，该无氧掺 风中氧气的体积百分含量小于1％；热风、煤气和无氧掺风在热风炉内混合；通过调配热风、 煤气和无氧掺风之间的体积比例，制得温度为600～950℃，CO的体积百分含量为2～12％的 弱还原性气体。

进一步地，该无氧掺风为氮气、惰性气体或铁矿闪速磁化焙烧装置排出的尾气，或其中 两者或三者的混合气体。

进一步地，热风、煤气以及无氧掺风的体积比例为：热风∶煤气∶无氧掺风＝40％～ 45％∶10％～30％∶30％～45％。

进一步地，煤气的温度为室温～500℃，CO的体积百分含量为15～38％。

进一步地，铁矿闪速磁化焙烧装置排出的尾气温度为200～450℃，CO的体积百分含量＜ 4％，O₂的体积百分含量＜1％。

进一步地，在热风炉中燃烧的煤粉的热值为3500-6500kcal/kg，粒度小于100目。

本发明的另一方面，提供了一种弱还原性气体制备装置，包括煤气发生炉，包括第一入 口以及煤气出口，用于产生煤气的气化剂从第一入口通入；热风炉，包括空气入口、第二入 口、第三入口以及弱还原性气体出口，煤气出口与第二入口连接；无氧掺风供应设备，与第 三入口连接，将无氧掺风通入热风炉中，无氧掺风中氧气的体积百分含量小于1％。热风、煤 气和无氧掺风在热风炉内混合，调配热风、煤气和无氧掺风之间的体积比例，使制得的弱还 原性气体的温度为600～950℃，弱还原性气体中CO的体积百分含量为2～12％。

进一步地，该无氧掺风供应设备为氮气或惰性气体储存装置，或者该无氧掺风供应设备 为铁矿闪速磁化焙烧装置中的首级预热器，第三入口与首级预热器的出风口连接。

本发明的再一方面，提供了一种铁矿闪速磁化焙烧系统，包括弱还原性气体制备装置、 焙烧装置、进料装置和出料装置，所采用的弱还原性气体制备装置为上述弱还原性气体制备 装置。

本发明提供的弱还原性气体的制备方法、装置及铁矿闪速磁化焙烧系统，通过煤气发生 炉产生的煤气来提供铁矿闪速磁化焙烧所需要的CO；主要地通过热风炉燃烧煤粉产生高温热 风满足铁矿闪速磁化焙烧所需要的温度条件；通入无氧掺风满足铁矿闪速磁化焙烧所需弱还 原性气体的风量，同时也在一定程度上调节弱还原性气体的温度。本发明的弱还原性气体制 备方法、装置及铁矿闪速磁化焙烧系统，具有成分稳定、能耗少、成本低的优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面 将参照具体实施方式，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例， 并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1为现有技术的弱还原性气体发生流程示意图；

图2示出了本发明提供的一种弱还原性气体制备装置示意图；

图3示出了根据本发明提供的具体实施方式的弱还原性气体制备装置示意图；以及

图4示出了本发明提供的一种铁矿闪速磁化焙烧系统的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明， 但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限 定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供了一种弱还原性气体的制备方法，该方法包括：在热风炉内燃烧煤粉产生热 风；将煤气发生炉产生的煤气通入到热风炉中；将无氧掺风通入到热风炉中，该无氧掺风中 氧气的体积百分含量小于1％；热风、煤气和无氧掺风在热风炉内混合；通过调配热风、煤气 和无氧掺风之间的体积比例，制得温度在600～950℃，CO的体积百分含量为2～12％的弱还 原性气体。优选地，无氧掺风为氮气、惰性气体或铁矿闪速磁化焙烧装置排出的尾气，或其 中两者或三者的混合气体。

本发明贡献的一个发明构思是，在热风炉内燃烧煤粉产生氧含量低、成分稳定的热风， 满足弱还原性气体所要求的温度条件；煤气发生炉产生煤气，提供弱还原性气体所要求的CO； 无氧掺风用于补充风量，同时也在一定程度上调节弱还原性气体的温度；通过控制三种烟气 的比例，同时在热风炉内边产生热风边进行高温混合，满足了混合时烟气中残余O₂与CO充 分中和的条件，避免了烟气混合时形成的局部成分不均匀的问题，满足了弱还原性气体的温 度和成分的要求。

在铁矿闪速磁化焙烧时，通过调配热风、煤气和无氧掺风之间的体积比例，制得了一种 温度为600～950℃，CO的体积百分含量在2～12％的运行稳定的弱还原性气体。

图2进一步示出了上述弱还原性气体制备装置示意图。该气体制备装置包括煤气发生炉、 热风炉以及无氧掺风供应设备。本发明所使用的煤气发生炉是本领域通常使用的煤气发生炉， 本领域技术人员完全可以根据本发明提供的技术方案选择合适的煤气发生炉，煤气发生炉包 括第一入口以及煤气出口，用于产生煤气的气化剂(空气、水蒸气或其混合气)从第一入口 通入；本发明所使用的热风炉在包括常规的燃煤热风炉的空气入口外，还包括第二入口、第 三入口以及弱还原性气体出口，煤气发生炉的煤气出口与热风炉的第二入口连接，将产生的 煤气输送到热风炉中；无氧掺风供应设备通过热风炉的第三入口将无氧掺风输送到热风炉中。 煤气、热风以及无氧掺风在热风炉内混合，调配热风、煤气和无氧掺风之间的体积比例，使 制得的弱还原性气体的温度为600～950℃，CO的体积百分含量为2～12％。

优选地，无氧掺风为氮气、惰性气体或铁矿闪速磁化焙烧装置排出的尾气，或其中两者 或三者的混合气体。当无氧掺风为氮气或惰性气体时，无氧掺风供应设备可以是氮气或惰性 气体储存装置，直接将氮气或惰性气体输送到热风炉中；当无氧掺风为铁矿闪速磁化焙烧装 置产生的尾气时，可以采用图3所示的装置，将从铁矿闪速磁化焙烧装置排出的尾气通入到 热风炉中。通过将部分尾气混入到弱还原性气体中，既调节了弱还原性气体的总风量，又回 收了尾气的能量。

由上述装置可以看出，在热风炉内燃烧煤粉产生氧含量低、成分稳定的高温热风，满足 弱还原性气体所要求的温度条件；煤气发生炉产生煤气提供弱还原性气体所要求的CO；无氧 掺风供应设备提供无氧掺风，以补充风量，同时也在一定程度上调节弱还原性气体的温度。 通过控制热风炉、煤气发生炉、无氧掺风供应设备分别产生的烟气量的体积比例，同时在热 风炉内进行高温混合，满足了混合时烟气中残余O₂与CO充分中和的条件，避免了烟气混合 时易出现的局部成分不均匀的问题，满足了弱还原性气体温度和成分的要求。

优选地，热风∶煤气∶无氧掺风的体积比例为40％～45％∶10％～30％∶30％～45％。在此比 例范围下，可满足弱还原性气体中CO的体积百分含量在2～12％的范围内，而且可充分利用 各装置的生产能力，提高生产能效。

优选地，焙烧系统排出的尾气温度为200～450℃，CO的体积百分含量＜4％，O₂的体积 百分含量＜1％。此范围为计算和实验参数，由于焙烧系统不能完全密封和在焙烧装置预热焙 烧物料时带进氧气，因此允许排出的尾气中含有极少量的O₂(体积百分含量＜1％)，对还原 焙烧效果的基本没有影响。

优选地，煤气发生炉产生的煤气温度为室温～500℃，CO的体积百分含量为15～38％。 弱还原性气体中的CO气体成分主要来源于煤气发生炉产生的煤气。其中，煤气的温度和煤气 中CO的体积百分含量为煤气发生炉的设备参数。

优选地，在热风炉中燃烧的煤粉的热值为3500-6500kcal/kg，粒度小于100目。弱还原性 气体的温度条件主要是由热风炉燃烧煤粉满足的，与仅用煤气发生炉的方式相比，本方案消 耗的煤少，可以采用劣质煤，降低了弱还原性气体的制备成本。

本发明还提供了一种铁矿闪速磁化焙烧系统，如图4所示，该系统包括弱还原性气体制 备装置、焙烧装置、进料装置13与出料装置14。该弱还原性气体制备装置为本发明提供的弱 还原性气体制备装置，包括煤气发生炉3、热风炉2以及无氧掺风供应设备。当无氧掺风是氮 气或惰性气体时，无氧掺风供应设备可以是氮气或惰性气体储存装置，直接将氮气或惰性气 体输送到热风炉中(图4中未示出)；当无氧掺风采用铁矿闪速磁化焙烧装置排出的尾气时， 尾气和煤气同时通入到热风炉2中，与热风炉2燃烧煤粉产生的热风进行混合，满足了混合 时烟气中残余O₂与CO充分中和的温度条件，避免了烟气混合时易出现的局部成分不均匀的 问题，从而制得一种烟气成分更稳定的弱还原性气体，有利于提高焙烧效果。

焙烧装置包括焙烧炉12和多级预热器(其中首级预热器为11)，从热风炉2排出的弱还 原性气体直接通入焙烧炉12，焙烧装置的尾气是从首级预热器11排出的。铁矿物料在闪速磁 化焙烧系统中自上向下流动(见图4焙烧装置1中实线箭头指示方向)，弱还原性气体自下向 上流动(见图4焙烧装置1中虚线箭头指示方向)，依次流过焙烧炉12和各级预热器，气体 和物料经过充分的逆流接触、热交换和还原反应之后，形成的尾气从上部的首级预热器11排 出，其中一部分作为回风重新通入到热风炉2中，其余排空或作其他用途。通过将部分尾气 作为无氧掺风混入到弱还原性气体中，既调节了弱还原性气体的总风量，又回收了尾气中的 能量。

以下将结合实施例1～5进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

首先在热风炉的燃烧室进行煤粉燃烧，煤粉热值为3500kcal/kg，煤粉粒度为-200目，给 煤量为2000kg/h；

将煤气发生炉产生的煤气通入热风炉，煤气发生炉产生的煤气流量为3000Nm³/h，温度为 室温，CO的体积百分含量为38％；

将焙烧系统首级预热器排出的部分尾气导入热风炉，尾气的风量为13500Nm³/h，温度为 200℃，CO的体积百分含量＜4％，O₂的体积百分含量＜1％。

通过控制上述工艺参数，使得在热风炉内混合的气体体积比例为：热风∶煤气∶尾气＝ 45％∶10％∶45％，热风炉出口的弱还原性气体流量为30000Nm³/h，可以满足铁矿闪速磁化焙烧 工艺的风量要求；温度为600℃，既达到了磁化焙烧的温度要求，又降低了燃料成本；CO的 体积百分含量为8～12％，O₂的体积百分含量＜0.2％，实现了弱还原性气体的成分精确控制和 稳定运行。

实施例2

首先在热风炉的燃烧室进行煤粉燃烧，煤粉热值为6500kcal/kg，煤粉粒度-100目，给煤 量为4000kg/h；

将煤气发生炉产生的煤气通入热风炉，煤气发生炉产生的煤气流量为9000Nm³/h，温度 为500℃，CO的体积百分含量为15％；

将焙烧系统首级预热器的部分尾气导入热风炉，尾气的风量为27000Nm³/h，温度为450 ℃，CO的体积百分含量＜2％，O₂的体积百分含量＜1％。

通过控制上述工艺参数，使得在热风炉内混合的气体体积比例为：热风∶煤气∶尾气＝ 40％∶15％∶45％，热风炉出口的弱还原性气体的流量为60000Nm³/h，可以满足铁矿闪速磁化焙 烧工艺的风量要求；温度为950℃，既达到了磁化焙烧的温度要求，又降低了燃料成本；CO 的体积百分含量为2～6％，O₂的体积百分含量＜0.2％，实现了弱还原性气体的成分精确控制和 稳定运行。

实施例3

首先在热风炉的燃烧室进行煤粉燃烧，煤粉热值为4500kcal/kg，煤粉粒度-140目，给煤 量为2000kg/h；

将煤气发生炉产生的煤气通入热风炉，煤气发生炉产生的煤气流量为9000Nm³/h，温度为 250℃，CO的体积百分含量为25％；

将焙烧系统首级预热器排出的部分尾气导入热风炉，尾气的风量为9000Nm³/h，温度为 350℃，CO的体积百分含量＜3％，O₂的体积百分含量＜1％。

通过控制上述工艺参数，使得在热风炉内混合的气体体积比例为：热风∶煤气∶尾气＝ 40％∶30％∶30％，热风炉出口的弱还原性气体流量为30000Nm³/h，可以满足铁矿闪速磁化焙烧 工艺的风量要求；温度为750℃，既达到了磁化焙烧的温度要求，又降低了燃料成本；CO的 体积百分含量为6～9％，O₂的体积百分含量＜0.2％，实现了弱还原性气体的成分精确控制和稳 定运行。

实施例4

首先在热风炉的燃烧室进行煤粉燃烧，煤粉热值为5500kcal/kg，煤粉粒度-160目，给煤 量为700kg/h；

将煤气发生炉产生的煤气通入热风炉，煤气发生炉产生的煤气流量为2000Nm³/h，温度 为300℃，CO的体积百分含量为30％；

将氮气导入热风炉，氮气的风量为3500Nm³/h，温度为室温，O₂的体积百分含量＜1％。

通过控制上述工艺参数，使得在热风炉内混合的气体体积比例为：热风∶煤气∶氮气＝ 45％∶20％∶35％，热风炉出口的弱还原性气体的流量为10000Nm³/h，可以满足铁矿闪速磁化焙 烧工艺的风量要求；温度为800℃，既达到了磁化焙烧的温度要求，又降低了燃料成本；CO 的体积百分含量为5～7％，O₂的体积百分含量＜0.2％，实现了弱还原性气体的成分精确控制和 稳定运行。

实施例5

首先在热风炉的燃烧室进行煤粉燃烧，煤粉热值为5000kcal/kg，煤粉粒度-100目，给煤 量为2800kg/h；

将煤气发生炉产生的煤气通入热风炉，煤气发生炉产生的煤气流量为9000Nm³/h，温度 为400℃，CO的体积百分含量为20％；

将氮气导入热风炉，氮气的风量为17100Nm³/h，温度为室温，O₂的体积百分含量＜1％。

通过控制上述工艺参数，使得在热风炉内混合的气体体积比例为：热风∶煤气∶氮气＝ 42％∶20％∶38％，热风炉出口的弱还原性气体的流量为45000Nm³/h，可以满足铁矿闪速磁化焙 烧工艺的风量要求；温度为700℃，既达到了磁化焙烧的温度要求，又降低了燃料成本；CO 的体积百分含量为3～5％，O₂的体积百分含量＜0.2％，实现了弱还原性气体的成分精确控制和 稳定运行。

综上可知，本发明实施例1～5制备的弱还原性气体满足铁矿闪速磁化焙烧所需的温度条 件、CO的体积百分含量和总风量的要求，并且具有以下优点：

1.在热风炉内燃烧煤粉产生氧含量低、成分稳定的热风，满足弱还原性气体所要求的温 度条件，比起仅用煤气发生炉的方式，成本低很多，从而降低了弱还原性气体的制备成本。

2.通过配制一定比例的煤气量，可以实现对弱还原性气体中CO的体积百分含量的精确 控制。

3.通过将无氧掺风通入热风炉，补充了风量，调节了弱还原性气体的总风量，同时也在 一定程度上调节了弱还原性气体的温度。

4.焙烧装置产生的尾气中含有少量未反应的CO气体，具有一定的热量，通过将部分尾 气混入到弱还原性气体中，既调节了弱还原性气体的总风量，又回收了尾气的能量。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。