專利名稱：一種難選貧鐵礦脈動流化床磁化焙燒裝置及焙燒方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種難選氧化鐵礦石粉體的脈動流化床磁化焙燒方法以及使用該方法的裝置，屬于化工、冶金領域。
背景技術：
中國是一個鐵礦石資源豐富、但大部分為低品位(平均在30%左右)復雜難選貧鐵礦(包括褐鐵礦、赤鐵礦等)的國家，采用常規(guī)的重選、強磁選、浮選及其聯(lián)合工藝難以有效分選這些復雜難選鐵礦石。近年來由于鐵礦石價格上漲以及國內鐵精礦供應緊張，不能適應鋼鐵工業(yè)要求的大量低品位鐵礦石資源沒有得到有效利用，為此需開發(fā)一種有效的低品位鐵礦石分選方法與裝置。磁化焙燒早在上世紀五六十年代就已被證明可行的，其是將弱磁性的鐵氧化物還原焙燒成強磁性人工磁鐵礦的有效分選方法。目前，所述磁化焙燒尚未走向工業(yè)化應用，因此進一步研發(fā)難選鐵礦石磁化焙燒技術，使其走上工業(yè)應用，對于緩解我國鐵精礦緊缺、需要進口大量鐵礦石的局面具有重要的意義。磁化焙燒反應器主要有豎爐、回轉窯、流化床(沸騰爐)。與豎爐和回轉窯相比，流化床磁化焙燒是鐵礦石粉體在還原氣流的作用下形成流態(tài)化層，它具有傳熱傳質效率高、 焙燒質量好、還原時間短等優(yōu)點，因此國內外許多學者對流化床磁化焙燒還原反應器進行了較多的研究。如英國專利GB 1008938提出采用過程優(yōu)化設計降低磁化焙燒能耗的工藝。中科院化工冶金研究所(現(xiàn)為中科院過程工程研究所)早在上世紀六十年代就已經(jīng)開始了鐵礦石沸騰磁化焙燒技術的研究，與馬鞍山礦山研究院共同建造了我國第一座 100噸/天的流態(tài)化磁化焙燒中試系統(tǒng)，鞍山鋼鐵公司在此基礎上設計建成日處理量700噸的折倒式半截流兩相沸騰焙燒爐，獲得較好的結果。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00710304534. 3，公開號CN 101215631 A)提出了 “一種鐵礦石流化床磁化焙燒裝置”，將預處理的礦石與煤送入循環(huán)流化床焙燒爐，在空氣中加入部分再循環(huán)煙氣提高還原氣氛中CO含量以提高礦石還原所需的還原氣氛質量。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00710121616. 4，公開號CN 101386908 A)提出了 “對難選鐵礦石粉體進行磁化焙燒的工藝系統(tǒng)及焙燒的工藝”，采用高效、低阻的循環(huán)流化床反應器對鐵礦石粉體進行磁化焙燒，焙燒尾氣先在燃燒室中通過燃燒釋放其中未反應還原性氣體的潛熱，并采用流態(tài)化冷卻器回收高溫焙燒時的顯熱。該發(fā)明具有磁化焙燒效率高，焙燒過程熱量回收利用充分等優(yōu)點。然而現(xiàn)有的流化床磁化焙燒技術明顯存在若干不足之處受流化床技術本身以及礦石本身特性的限制，存在溝流、粘結、死區(qū)、短路等不良現(xiàn)象、相對高的壓力降以及不同粒徑礦粉顆粒所需不同最佳焙燒時間帶來的過還原與欠還原問題。解決這些問題的較好途徑是提高氣流脈動頻率與幅度以增加氣流剪切力-氣固脈動流化床。脈動流化床就是利用脈動氣流來增強流化床層物料的擾動，達到減小氣泡增長對操作引起的溝流、短路等影響。氣固脈動流化床的研究及其應用始于20世紀60年代末，主要集中在美國、波蘭、 前蘇聯(lián)和前西德等國家，主要應用于燃燒、干燥中?，F(xiàn)有氣固脈動流化床分為機械式及自激式兩類。其中自激式脈動流化床的研究非常少見，中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00510060851. 6，公開號CN 1740635 A)提出了“脈動流化床燃燒裝置”，它具有聲去耦室，在聲去耦室上連接有里克管型脈動流化床燃燒室主體，在里克管型脈動流化床燃燒室主體下端起的L/12-3L/4處，設有布風板，其中L為燃燒室主體管長，在布風板上下的里克管型脈動流化床燃燒室主體內壁或外壁設有加熱裝置，在里克管型脈動流化床燃燒室主體上部的外壁上設有熱交換面，在熱交換面與加熱裝置之間的里克管型脈動流化床燃燒室主體的外壁上設有給料裝置。但所述脈動流化床燃燒裝置僅適用于各煤種及生物質的燃燒、物品干燥以及富氧條件下的煤炭氣化。本發(fā)明針對現(xiàn)有流化床磁化焙燒的不足，提出了一種高爐煤氣、焦爐煤氣以及煤炭氣化氣燃燒耦合流化床磁化焙燒技術的工藝與裝置-里克管型脈動流化床磁化焙燒裝置及焙燒方法，以有效地破壞和抑制流化床磁化焙燒出現(xiàn)的“溝流”、“死區(qū)”、“短路”等不良現(xiàn)象以及鐵礦石粉體在反應器內停留時間分布過寬的問題。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種難選貧鐵礦脈動流化床磁化焙燒裝置及焙燒方法。它是通過氣流脈動強化傳熱傳質，有效調節(jié)和控制床內的氣固兩相流動，克服流化床自身技術的不足以及不同粒徑鐵礦石的過還原和欠還原問題，提高磁化焙燒效率以及鐵回收率。本發(fā)明所述的難選貧鐵礦脈動流化床磁化焙燒裝置，其特征在于聲去耦室4上部連接有里克管型脈動流化床焙燒爐1，在焙燒爐1的1/12 1/2處設置有布風板2，布風板2下部為多孔介質3，多孔介質3下部布置有煤氣燃燒器燒嘴19，布風板2上部布置有熱交換器18 ；利用鐵精礦冷卻器14提高煤氣的進氣溫度，焙燒尾氣預熱貧鐵礦提高貧鐵礦的入爐溫度，利用氣-氣換熱器9回收焙燒尾氣的潛熱與顯熱，利用換熱器18提高供入聲去耦室4的空氣溫度以及降低焙燒爐1上部的溫度。本發(fā)明所述的難選貧鐵礦脈動流化床磁化焙燒方法，該方法是將鐵礦石粉經(jīng)礦石加熱器6預熱送入脈動流化床焙燒爐1，鐵礦石粉體在脈動流化床磁化焙燒爐1與料腿之間進行循環(huán)，反應后的高溫焙燒礦經(jīng)旋風分離器5進行氣固分離，分離后的礦石進入鐵精礦冷卻器14冷卻而后排入鐵精礦貯罐15中，而含未反應氣的氣體經(jīng)預熱鐵礦石粉體后進入燃燒器8燃燒，生成的煙氣再進入氣-氣換熱器9對來自鼓風機11的空氣預熱，然后進入布袋除塵器除塵后經(jīng)引風機12引入煙囪排入大氣。該方法中的鐵礦石粉為品位大于20% 的貧鐵礦；所涉及的焙燒反應溫度為500°C 950°C，平均停留時間為Imin 15min，比現(xiàn)有的流化床磁化焙燒還原時間降低1倍以上。上述技術方案中，所述的聲去耦室4是脈動流化床磁化焙燒反應器體積的10倍以上。上述技術方案中，所述的布風板位置1/12 1/2是指自聲去耦室起的1/12、1/6、 1/4、1/3,5/12,1/2脈動流化床磁化焙燒爐高度處。
上述技術方案中，所述的礦石加熱器是指管式換熱器、多級旋風分離器構成的懸浮態(tài)預熱系統(tǒng)、流化床換熱器等。上述技術方案中，所述的煤氣是指高爐煤氣、焦爐煤氣、發(fā)生爐煤氣以及由煤炭氣化產生的煤氣，其熱值要求大于850Kcal/Nm3。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1.系統(tǒng)簡單、體積小、結構緊湊，焙燒爐阻力降低，操作方便。將里克管型脈動燃燒器與流化床磁化焙燒反應器有機地耦合在一起，使得焙燒爐結構非常簡單緊湊。2.設計礦石粒度不超過5mm，極大地降低了磨礦能耗。氣流高頻脈動加快了顆粒間的摩擦，促進了大顆粒在床內的進一步破碎，因此降低了入床顆粒的磨礦破碎要求。3.傳熱傳質系數(shù)大、反應器停留時間分布窄。由于脈動流化床中的聲振造成了較大的流體振動，引起湍流速度振動，使得傳熱傳質邊界層變薄而不穩(wěn)定，削弱了邊界層的阻力，降低了總傳熱傳質阻力，從而使不同大小鐵礦石顆粒的還原時間趨于一致，并減少了反應時間及焙燒爐反應器體積，節(jié)省了固定投資，平均停留時間為Imin 15min，比現(xiàn)有的流化床磁化焙燒還原時間降低1倍以上。不同條件可得到不同程度的傳熱傳質效率，最高效率可達一倍以上。4.能耗低、焙燒成本低。由于充分利用了精礦石的顯熱及未反應氣的潛熱，使焙燒成本及能耗得到了大幅度地降低。5.有效克服了因氣泡增長對操作引起的溝流、死區(qū)、短路等問題，提高了焙燒質量。


圖1是一種難選貧鐵礦脈動流化床磁化焙燒裝置示意圖
具體實施例方式為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅用于幫助理解本發(fā)明，不應視為對本發(fā)明的具體限制。本發(fā)明附圖1中，所述附圖標記表示如下1.焙燒爐2.布風板3.多孔介質4.聲去耦室5.旋風分離器6.礦石加熱器7.料倉8.尾氣燃燒器9.氣-氣換熱器10.布袋除塵器11.鼓風機12.引風機 13.煙囪14.鐵精礦冷卻器15.鐵精礦貯罐16.煤氣17.煤氣壓縮機18.熱交換器 19.燒嘴。如附圖1所示，本發(fā)明提供的是高爐煤氣、焦爐煤氣以及煤炭氣化氣直接還原貧鐵礦流化床磁化焙燒的反應裝置，該裝置由焙燒爐1、聲去耦室4、料倉7及礦石加熱器6、 旋風分離器5、尾氣燃燒器8、氣-氣換熱器9、布袋除塵器10、鐵精礦冷卻器14及其鐵精礦貯罐15等組成。里克管型脈動燃燒與流化床磁化焙燒反應室有機地耦合在一起構成了脈動流化床磁化焙燒爐；聲去耦室4上部連接有里克管型脈動流化床焙燒爐1，在焙燒爐1的 1/12 1/2處(從焙燒爐底部算起)設置有布風板2，布風板2下部為多孔介質3，多孔介質3下部布置有煤氣燃燒器燒嘴19，布風板2上部布置有熱交換器18 ；脈動燃燒產生的脈動氣流大大強化了磁化焙燒反應器內的傳熱傳質，有效避免了流化床磁化焙燒反應器內的溝流、死區(qū)、短路等不良現(xiàn)象以及過還原與欠還原問題，從而提高了貧鐵礦磁化焙燒效率與
焙燒質量。本發(fā)明的其余工藝與現(xiàn)有技術相同或相似，例如，礦石料倉7連接礦石加熱器6， 礦石加熱器6的底部連接焙燒爐1，礦石加熱器6與焙燒爐1的連接口(即入口)高于布風板2。煤氣16通過煤氣壓縮機與鐵精礦冷卻器14連通，鐵精礦冷卻器14又與焙燒爐1 的底部連通。旋風分離器5的底部出口與鐵精礦冷卻器14連通，頂部出口與礦石加熱器6下部的氣體入口連通，礦石加熱器6上部的氣體出口連接尾氣燃燒器8的氣體入口，所述尾氣燃燒器8的氣體出口連接氣-氣換熱器9，氣-氣換熱器9的氣體出口連接布袋除塵器10，布袋除塵器10進而連接引風機12，引風機12的氣體出口連接煙囪13。鼓風機11進氣端連接大氣，另一端連接氣-氣換熱器9，其出口經(jīng)熱交換器18進而連接聲去耦室4，聲去耦室4上部連接有里克管型脈動流化床焙燒爐1。鼓風機11的出口端還連接尾氣燃燒器8的氣體入口。實施例一一種難選貧鐵礦脈動流化床磁化焙燒方法，該方法是煤氣，例如熱值大于 850Kcal/Nm3的高爐煤氣、焦爐煤氣或煤制氣化氣，經(jīng)煤氣壓縮機17壓縮并由鐵精礦冷卻器 14預熱，與來自氣-氣換熱器9預熱后的空氣經(jīng)聲去耦室4 一起進入脈動流化床，進行部分燃燒，生成的熱量使磁化焙燒反應器溫度達到500°C 950°C，在這一區(qū)間弱磁性的!^e2O3 快速地被還原成強磁性的狗304，然后經(jīng)弱磁場磁選即可得到高品質鐵精礦(品位> 70%， 鐵回收率> 90% )。反應后的高溫焙燒礦經(jīng)旋風分離器5進行氣固分離進入鐵精礦冷卻器 14冷卻，含未反應氣的氣體由鐵礦石粉體冷卻后進入燃燒器8燃燒釋放未反應氣的潛熱， 生成的高溫煙氣經(jīng)氣-氣換熱器9冷卻進入布袋除塵器除塵后由引風機12引入煙囪排入大氣中。粉碎后的鐵礦石從料倉7進入礦石加熱器6預熱后直接進入流化床磁化焙燒爐1 焙燒。預熱后的鐵礦石粉體溫度為150°C 400°C。脈動流化床磁化焙燒爐在底部有一聲去耦室4，其上連接有里克管型脈動流化床磁化焙燒爐1，在距底部1/12 1/2反應器高度處布置布風板，其下布設多孔介質3，多孔介質3下部布置有煤氣燃燒器燒嘴19，布風板2上部布置有熱交換器18。申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細工藝設備和工藝流程， 但本發(fā)明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發(fā)明的任何改進， 對本發(fā)明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內。
權利要求
1.一種難選貧鐵礦脈動流化床磁化焙燒裝置，其特征在于聲去耦室(4)上部連接有里克管型脈動流化床焙燒爐(1)，在所述焙燒爐(1)的1/12 1/2處設置有布風板O)，布風板( 下部為多孔介質(3)，多孔介質C3)下部布置有煤氣燃燒器燒嘴(19)，布風板(2) 上部布置有熱交換器(18)；利用鐵精礦冷卻器(14)提高煤氣(16)的進氣溫度，在尾氣燃燒器(8)中利用焙燒尾氣預熱貧鐵礦，以提高貧鐵礦的入爐溫度，利用氣-氣換熱器(9)將焙燒尾氣與進入熱交換器(18)的空氣換熱。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的聲去耦室(4)是脈動流化床磁化焙燒爐(1)體積的10倍以上。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述的布風板位置1/12 1/2是指自聲去耦室起的1/12、1/6、1/4、1/3、5/12或1/2脈動流化床磁化焙燒爐高度處。
4.如權利要求1-3之一所述的裝置，其特征在于，所述的礦石加熱器是指管式熱換器、 多級旋風分離器構成的懸浮態(tài)預熱系統(tǒng)、流化床換熱器等。
5.如權利要求1-4之一所述的裝置，其特征在于，所述的煤氣是指高爐煤氣、焦爐煤氣、發(fā)生爐煤氣以及由煤炭氣化產生的煤氣，其熱值要求大于850Kcal/Nm3。
6.一種難選貧鐵礦脈動流化床磁化焙燒方法，所述方法是將鐵礦石粉經(jīng)預熱送入脈動流化床焙燒爐(1)，鐵礦石粉體在脈動流化床磁化焙燒爐(1)與料腿之間進行循環(huán)反應，反應后的高溫焙燒礦經(jīng)旋風分離器( 進行氣固分離，分離后的礦石冷卻而后排入鐵精礦貯罐(1 中，而含未反應氣的氣體經(jīng)預熱鐵礦石粉體后進入燃燒器(8)燃燒，生成的煙氣再進入氣-氣換熱器(9)對空氣預熱，除塵后排入大氣，所述鐵礦石粉為品位大于20%的貧鐵礦，所述焙燒反應溫度為500°C 950°C，平均停留時間為Imin 15min。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述鐵礦石粉的預熱，是在礦石加熱器(6) 中與來自旋風分離器(5)的氣體換熱；優(yōu)選地，預熱后的鐵礦石粉溫度為150°C 400°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種難選貧鐵礦脈動流化床磁化焙燒裝置及焙燒方法。本發(fā)明采用里克管型脈動燃燒與流化床直接耦合構成的脈動流化床對鐵礦石粉體進行磁化焙燒。鐵礦石粉體由料倉(7)經(jīng)礦石加熱器(6)預熱后進入焙燒爐(1)，焙燒尾氣經(jīng)礦石加熱器(6)冷卻后進入燃燒器(8)中燃燒，然后經(jīng)氣-氣預熱器(9)冷卻進入布袋除塵器(10)后排入大氣。由礦石冷卻器(14)回收高溫鐵精礦的顯熱。本發(fā)明具有系統(tǒng)簡單，結構緊湊，能耗低，阻力降低，焙燒時間短等優(yōu)點，有效克服了普通流化床磁化焙燒的溝流、死區(qū)、短路等不良現(xiàn)象以及反應器停留時間分布過寬問題，提高了焙燒質量和焙燒效率。
文檔編號C22B1/10GK102329948SQ20111030132
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者李竹川, 湯根土, 王曉嵐, 胡萬起 申請人:中國科學院過程工程研究所