一种用于铁矿石磁化焙烧隧道窑及铁矿石磁化焙烧方法

摘要

本发明的目的是提供一种铁矿石磁化焙烧隧道窑及铁矿石磁化焙烧方法，以解决现有技术中存在的燃料利用率较低、高温烟气直接排出，浪费能源并污染空气的问题。本发明的隧道窑包括干燥预热段、高温焙烧段、烟气冷却段、雾化水冷却段和外部设置的除尘排污装置；本发明的焙烧方法包括混合物料制备、窑车布料、物料焙烧、高温余热回收利用及降温、调节空气流量、冷却烟气、治理湿烟气及排放。本发明设置多个作业段，分别起到了高温物料冷却缓冲、治理湿烟气污染、提高焙烧产量、降低被烧成本、降低能耗的作用。

说明书

技术领域

本发明属于矿物及冶金技术领域，具体涉及一种用于铁矿石磁化焙烧隧道窑及铁矿石磁化焙烧方法。

背景技术

目前，传统铁矿石隧道窑直接还原工艺是将铁精矿、煤粉、石灰石粉按照一定的比例和装料方法分别装入还原罐中，然后把罐放在罐车上推入条形隧道窑中，或把罐直接放到环形轮窑中，料罐经1150℃左右加热焙烧和冷却后，得到直接还原铁。铁矿石煤基隧道窑直接还原工艺具有技术成熟、操作简单的特点，但在铁矿石隧道窑直接还原中存在着单机生产能力小、能耗高、环境污染严重等问题。

在目前的铁矿石隧道窑直接还原工艺中，为平衡隧道窑内沿窑长方向的炉压分布，减小窑内正压冒火及负压吸风现象，均采用从隧道窑两端进行排烟的方法，由于矿煤混合物中的煤炭在较低温度下（300-500℃）就会有挥发份析出，造成隧道窑入窑端排出的烟气中含有一定的煤挥发份可燃成份，这些煤挥发份可燃成份在较低温度下不能燃烧，直接排入大气既造成了环境污染、能源浪费。

在铁矿石隧道窑磁化焙烧过程中，隧道窑加热所用的燃料一般为气体燃料，当隧道窑在气体燃料缺乏的地区进行使用时，由于煤气供给问题较难解决，限制了铁矿石隧道窑磁化焙烧的推广应用。但当隧道窑采用发生炉煤气作为燃料时，需要配套建设煤气发生炉。煤气发生炉以煤炭为原料，将煤炭通过高温裂解与气化的方法转换为发生炉煤气，发生炉煤气再供给隧道窑进行利用，造成煤炭资源利用率不高，单位焙烧矿能耗较高，也限制了铁矿石隧道窑磁化焙烧的推广应用。

冶金企业普遍使用的高温蓄热技术，具体应用于轧钢加热炉、室式炉等热工设备中。该技术集成了空煤气预热、烟气排放的功能，能最大限度地回收炉窑的烟气显热，降低能耗，改善物料加热质量，具有烟气余热高效回收、空气高温预热、低污染排放等优点。但在铁矿石隧道窑直接还原中还没有蓄热式燃烧技术的应用情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁矿石磁化焙烧隧道窑，以解决现有技术中存在的燃料利用率较低、高温烟气直接排出，浪费能源并污染空气的问题。

本发明的另外一个目的是为了提供一种铁矿石磁化焙烧方法。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于铁矿石磁化焙烧隧道窑，包括隧道窑本体和设于隧道窑本体外部的入窑端抽烟机、蓄热式换热器和雾化水冷却装置，隧道窑本体依次分为干燥预热段、高温焙烧段、烟气冷却段、雾化水冷却段，在隧道窑的外部还设有除尘排污装置；干燥预热段包括入窑端抽烟机和设置在入窑端排烟口处的支管；高温焙烧段包括排烟口、蓄热式换热器、除尘器、高温焙烧抽烟机和第一烟囱，蓄热式换热器的高温烟气进口与设于隧道窑顶部的排烟口连接，蓄热式换热器的烟气出口与除尘器的入口端相连，除尘器的出口端设置高温焙烧抽烟机，高温焙烧抽烟机的出口端设有第一烟囱；烟气冷却段的烟气管线与入窑端抽烟机相连；除尘排污装置包括设于隧道窑顶部的湿烟气排烟口，湿烟气排烟口通过排烟管与湿法除尘器相连，湿法除尘器的底部设有排水管与空气冷却塔相连，空气冷却塔的出水口下方设置污水沉淀池，污水沉淀池侧壁设有出水口与凉水池连通，污水沉淀池底部设有排污口，湿法除尘器的排烟口与除尘抽烟机连接，除尘抽烟机的出口设有第二烟囱，湿法除尘器的喷嘴通过管道与水泵相连，水泵的进水口与凉水池相连，凉水池的底部设置热水池。

为了进一步实现本发明，隧道窑在烟气冷却装置和雾化水冷却装置之间设有窑顶压下结构。

为了进一步实现本发明，除尘器为振弦栅湿式除尘器。

为了进一步实现本发明，凉水池侧壁上设有注水口。

为了进一步实现本发明，热水池的底部设有排水口。

为了进一步实现本发明，隧道窑至少设置一段。

一种铁矿石磁化焙烧方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

A、窑车进入隧道窑前，将铁精矿或铁矿石经造球或粒度分级后，与相同粒度的还原煤炭混合，混合物料按照粒度由小到大的顺序依次从下往上平铺在隧道窑窑车上，最后在物料上表面平铺一层盖面煤炭；

B、铁矿石焙烧时，调节入窑端抽烟机和高温焙烧抽烟机的排量使入窑端排出的烟气量降低到15-19%、高温焙烧段排出的烟气量提高到81-85%；

C、蓄热式换热器回收高温焙烧段排出的高温烟气的余热，使进入蓄热式换热器的助燃空气被预热至900-1000℃，助燃空气通过热风管线进入热风供入通道进入到隧道窑高温焙烧段内，蓄热式换热器排出的烟气温度降至200℃以下；

D、通过流量控制阀控制助燃空气的流量，使助燃空气在窑内形成气流扰动，提高窑内温度的均匀性；

E、对铁矿石焙烧30-60min，完成铁矿石的磁化；

F、将入窑端抽烟机内的烟气通过烟气管线送入烟气冷却段，经热交换，使高温物料和盆料的温度降至400-500℃；

G、通过湿烟气排烟口抽取水蒸气，经湿法除尘器分解为烟气、污水和蒸馏水，分别排放。

为了进一步实现本发明，步骤A中的物料厚度为60-90mm。

为了进一步实现本发明，步骤A中盖面煤炭为残碳或兰炭。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明将入窑端抽烟机抽出的烟气送入隧道窑烟气冷却段，一方面用于冷却高温物料，避免了高温物料直接进入雾化水冷却段强化冷却造成的窑车耐火材料急冷急热影响使用寿命的问题；另一方面使窑头一侧还原剂煤中的挥发成分抽到烟气冷却段预热后，在高温焙烧段完全燃烧，既实现了烟气的达标排放，有利于环保，又可以降低燃料消耗。

2、利用料层中矿煤混合物中煤炭放出的挥发份及磁化焙烧过程中产生的CO₂、H₂O穿过盖面碳时发生碳气化反应产生的冶金煤气（CO、H₂）作为加热燃料，该项冶金煤气燃烧所提供的热量能够满足矿煤混合物料整个焙烧还原过程的热需求，使隧道窑达到自热平衡，不需要专门的外供燃料加热。

3、采用流量控制阀实现对隧道窑高温焙烧段沿隧道窑长度方向温度分布的调整。隧道窑窑车从进料端推入到高温焙烧段过程中，由于鼓入的高温助燃风的作用，矿煤混合物逐渐被加热，煤中的挥发份放出，煤挥发份中的H₂在穿过料层时将作为还原剂，还原料层中的铁氧化物；煤挥发份中的碳氢化合物包括甲烷、苯、萘等化工产物在排出料层后，遇到高温助燃风，在窑内作为燃料燃烧。随着窑内温度的逐渐升高，矿煤混合物发生还原反应，在料层内产生CO₂、H₂O等气体，CO₂、H₂O等气体与料层中的碳（含料层上方的盖面煤炭）发生碳气化反应产生H₂、CO气体，该气体少部分作为铁矿石还原剂，大部分料层内部逸出进入到窑内作为燃料燃烧，满足隧道窑磁化焙烧全部的热需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

本发明附图标记含义如下：1、隧道窑本体；2、干燥预热段；3、高温焙烧段；4、烟气冷却段；5、雾化水冷却段；6、除尘排污装置；7、入窑端抽烟机；8、支管；9、排烟口；10、蓄热式换热器；11、除尘器；12、高温焙烧抽烟机；13、第一烟囱；14、高温烟气进口；15、烟气出口；16、烟气管线；17、湿烟气排烟口；18、排烟管；19、湿法除尘器；20、污水沉淀池；21、排水管；23、出水口；24、凉水池；25、排污口；26、排烟口；27、除尘抽烟机；28、第二烟囱；29、注水口；30、水泵；31、空气冷却塔；33、热水池；34、窑顶压下结构；35、排水口；36、热风管线；37、热风供入通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种用于铁矿石磁化焙烧隧道窑，包括隧道窑本体和设于隧道窑本体外部的入窑端抽烟机、蓄热式换热器和雾化水冷却装置，隧道窑本体1依次分为干燥预热段2、高温焙烧段3、烟气冷却段4、雾化水冷却段5，在隧道窑的外部还设有除尘排污装置6，隧道窑至少设置一段；干燥预热段2包括入窑端抽烟机7和设置在入窑端排烟口处的支管8；高温焙烧段3包括排烟口9、蓄热式换热器10、除尘器11、高温焙烧抽烟机12和第一烟囱13，蓄热式换热器10的高温烟气进口14与设于隧道窑顶部的排烟口9连接，蓄热式换热器10的烟气出口15与除尘器11的入口端相连，除尘器11的出口端设置高温焙烧抽烟机12，高温焙烧抽烟机12的出口端设有第一烟囱13；烟气冷却段4的烟气管线16与入窑端抽烟机7相连，隧道窑在烟气冷却段4和雾化水冷却段5之间设有窑顶压下结构34；除尘排污装置6包括设于隧道窑顶部的湿烟气排烟口17，湿烟气排烟口17通过排烟管18与湿法除尘器19相连，湿法除尘器19为振弦栅湿式除尘器，湿法除尘器19的底部设有排水管21与空气冷却塔31相连，空气冷却塔的出水口23下方设置污水沉淀池20，污水沉淀池20侧壁设有出水口23与凉水池24连通，污水沉淀池20底部设有排污口25，湿法除尘器19的排烟口26与除尘抽烟机27连接，除尘抽烟机27的出口设有第二烟囱28，湿法除尘器19的喷嘴通过管道与水泵30相连，水泵30的进水口与凉水池24相连，凉水池24侧壁上设有注水口29，凉水池24的底部设置热水池33，热水池33的底部设有排水口35。

一种铁矿石磁化焙烧方法，该方法包括以下步骤：

A、窑车进入隧道窑前，将铁精矿或铁矿石经造球或粒度分级后，与相同粒度的还原煤炭混合，混合物料按照粒度由小到大的顺序依次从下往上平铺在隧道窑窑车上，物料厚度为60-90mm，最后在物料上表面平铺一层盖面煤炭，盖面煤炭为残碳或兰炭；

B、铁矿石焙烧时，调节入窑端抽烟机7和高温焙烧抽烟机12的排量使入窑端排出的烟气量降低到15-19%、高温焙烧段3排出的烟气量提高到81-85%；

C、蓄热式换热器10回收高温焙烧段3排出的高温烟气的余热，使进入蓄热式换热器10的助燃空气被预热至900-1000℃，助燃空气通过热风管线36进入热风供入通道37进入到隧道窑高温焙烧段3内，蓄热式换热器10排出的烟气温度降至200℃以下；

D、通过流量控制阀控制助燃空气的流量，使助燃空气在窑内形成气流扰动，提高窑内温度的均匀性；

E、对铁矿石焙烧30-60min，完成铁矿石的磁化；

F、将入窑端抽烟机7内的烟气通过烟气管线16送入烟气冷却段4，经热交换，使高温物料和盆料的温度降至400-500℃；

G、通过湿烟气排烟口17抽取水蒸气，经湿法除尘器19分解为烟气、污水和蒸馏水，分别排放。

作业时，铁矿石采用粒度为0-1mm、1-5mm、5-15mm的氧化矿，还原剂采用与铁矿石粒度范围相同的煤炭，底围煤采用0-5mm煤炭，盖面煤炭采用挥发分较低的5-15mm残炭或兰炭、焦炭。

1、混合物料制备

将0-1mm、1-5mm、5-15mm铁矿石分别与0-1mm、1-5mm、5-15mm还原煤炭按100:1-3比例进行配料及混合后，制成各粒级混合物料。

2、隧道窑窑车布料

在隧道窑窑车上铺设厚度10-15mm底围煤后，将各粒级混合物料按照粒度由小到达的顺序由下往上依次平铺在窑车上，铺设总厚度控制为60-90mm，最后在混合物料上面平铺一层厚度10-20mm、粒度5-15mm盖面煤炭。

3、隧道窑物料焙烧

装有物料的窑车从隧道窑入料端进入，窑车在隧道窑内移动过程中，物料逐渐被加热及焙烧，通过控制隧道窑高温焙烧温度1000-1100℃、高温焙烧时间60min左右，可使铁矿石得到磁化。

铁矿石在隧道窑内焙烧过程中，煤炭中放出的挥发份及炭气化产生的气体，一部分气体作为铁矿石还原气体进行利用，另一部分气体从物料中进入到窑内空间作为燃料进行利用。

在隧道窑焙烧段内，送入的高温热风一部分从窑车下部进行供入，对窑车下部进行加热后再流动到窑车上部作为助燃空气进行利用；另一部分高温热风从窑车上部供入后与窑气混合作为助燃空气进行利用。

4、隧道窑烟气的余热回收

从隧道窑高温焙烧段3排出的烟气送到蓄热式换热器10中进行余热回收，降温到200℃左右的烟气经除尘器11除尘后由高温焙烧抽烟机12排入大气，升温到800-1000℃的高温热风送到隧道窑高温焙烧段3进行利用。

5、隧道窑焙烧物料的冷却

隧道窑焙烧后的高温物料从高温焙烧段3先进入到烟气冷却段4，在烟气冷却段4，由入窑端抽烟机7抽出200-250℃的烟气，送入隧道窑烟气冷却段4后，与高温物料、料盆进行热交换，使料盆表面及料车其他受热面温度降至400-500℃；然后进入雾化水冷却段5，物料在雾化水冷却段5与从窑顶喷入的雾化水进行热交换，可使物料在15-30min时间内冷却到400℃以下，雾化水汽化后的水蒸汽从雾化水冷却段5末端排出，降温到400℃以下的物料从隧道窑冷却段排出。避免了高温物料直接进入雾化水冷却段强化冷却造成的窑车耐火材料急冷急热影响使用寿命的问题。