瓦斯灰脱锌过程中的热量利用装置及其方法与流程

本发明涉及瓦斯灰脱锌技术领域，尤其涉及一种瓦斯灰脱锌过程中的热量利用装置及其方法。

背景技术：

瓦斯灰为高炉生产铁水过程中产生的微细炉尘经干式布袋收尘器后形成的一种微细物质，瓦斯灰为微粒物料，化学成分复杂，除了铁之外，还含有未完全燃烧的炭以及锌、铅、锡、铋、镉，铟等金属氧化物。现有的许多钢铁厂都将瓦斯灰直接投入高炉中重新烧结，用于回收瓦斯灰中的铁，但是，含量较高的氧化锌在高炉中被还原气体还原成锌蒸汽渗入炉衬，使炉衬异常膨胀，脆化导致高炉寿命缩短；因此，将瓦斯灰重返高炉前需降低瓦斯灰中氧化锌的含量。

目前降低瓦斯灰中氧化锌的含量的处理方法主要有回转窑法与转底炉法。其中，回转窑法是将连续转动的回转窑作反应器，以固体碳作还原剂，通过固相还原反应把氧化锌冶炼成金属蒸气，被还原出的金属蒸气再进入气相，在气相中又被氧化成氧化锌，经冷却后导入收尘系统，收集得到氧化锌。如文献“本钢高锌含铁尘泥回转窑处理工艺研究，废钢论坛，2016年4月，第2期，P18-22。”中论述了一种瓦斯灰处理的回转窑工艺，该工艺的过程为：首先将露天堆放的含锌瓦斯灰与炭粉混合投入回转窑内，窑尾处鼓入空气，点火让炉料中的炭燃烧，产生高温还原气体，氧化锌被还原气体还原为锌蒸气，锌蒸气与高温气体进入烟道，在烟道中首先经重力除尘器，将烟气中较大粒径颗粒去除，然后进入U型管道，U型管道底部沉入水槽中进行降温，并在U型段底部设有沉降斗，对沉降下来的物料和次氧化锌进行收集。但是该方法是将露天堆放瓦斯灰投入回转窑中，这种瓦斯灰含水量大，若含水量大的瓦斯灰进入回转窑后，在瓦斯灰水分蒸发与还原产物结合，很容易粘结在回转窑内衬上，形成结圈，严重时将影响回转窑的正常生产；其次，该工艺的能量利用率低，产生的高温烟气直接进入U型管道降温，浪费了大量热量。

转底炉法是将高炉瓦斯泥经浓缩脱水烘干后与除尘灰和粘结剂、煤粉按比例配料，经润磨、造球、筛分后生球再经干燥后均匀布到转底炉环形台车上,利用转底炉炉内约1300℃的高温还原性气氛及球团中的碳产生还原反应，在10～20min内，将氧化铁大部分还原为金属铁，同时将氧化锌大部分还原为锌，锌随烟气一并排出，烟气通过热交换器进一步降温，最后经袋式除尘器净化后外排，除尘得到的锌矿粉则被回收。但是转底炉出来的高温烟气(在1100℃左右)进入热交换器，热交换器经常出现黏结堵塞，需停产清理，从而影响转底炉正常生产。国内现已投产的转底炉虽经过不断改进，如：在换热器前加余热锅炉、在换热器周围加水冷装置进行循环水冷却等，使粘结堵塞现象有所减轻，但仍未完全解决该问题，这也是国内转底炉工序普遍存在的问题。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供一种瓦斯灰脱锌过程中的热量利用装置及其方法，不仅实现瓦斯灰脱锌，而且利用脱锌过程中的热量对瓦斯灰原料进行加热，脱除水分。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种瓦斯灰脱锌过程中的热量利用装置，包括回转窑，回转窑进料口设有进料装置，回转窑出烟口通过冷却器与收尘器相连，回转窑进气口与空气连通；其中，冷却器包括横向设置的长管，长管一端设有烟气进气口，烟气进气口通过管道与回转窑出烟口连通，长管另一端设有烟气出气口，烟气出气口通过管道与收尘器连通，长管中部均匀设有若干个倒“U”型管，倒“U”型管的两端开口与长管连通，每个倒“U”型管内均设有内管，内管一端通过空气泵与空气连通，内管的另一端从长管上的内管入口进入依次穿过每个倒“U”型管后从长管上的内管出口穿出，内管出口穿出的内管通过分支软管与进料装置相连。

进一步地，所述长管的下端均匀设有若干个烟气沉降斗。

进一步地，所述倒“U”型管设有4个，所述内管的内径与倒“U”型管内径的比为1：3。

进一步地，每个所述倒“U”型管内壁与对应内管外壁之间设有用于支撑内管的支撑定位板。

进一步地，所述内管入口与内管出口均设有水封结构。

一种瓦斯灰脱锌过程中的热量利用方法，包括以上步骤：

1)将瓦斯灰投入进料装置，启动回转窑，从回转窑进气口鼓入空气，瓦斯灰进入回转窑中，回转窑内的还原气体将瓦斯灰中的氧化锌还原成锌蒸汽并与烟气进入冷却器；

2)启动空气泵，将空气鼓入内管中，空气在内管流动的过程中，锌蒸汽与烟气同时在倒“U”型管中流动，内管内的空气与锌蒸汽、烟气发生热交换，内管内的空气通入进料装置中对瓦斯灰进行加热，脱除水分；倒“U”型管内的锌蒸汽与烟气通入收尘器进行过滤，收集滤渣用以回收锌；

3)当收尘器中的滤渣不再增加后关闭回转窑以及空气泵，回收回转窑中还原瓦斯灰后的产物。

进一步地，所述内管内空气的流通方向与倒“U”型管中锌蒸汽与烟气的流通方向相反。

进一步地，所述冷却器还包括烟气沉降斗，锌蒸汽与烟气中一部分颗粒较大的粉尘沉降到烟气沉降斗中，另一部分颗粒较小的粉尘通入倒“U”型管中流动。

本发明的优点在于：

1，通过在倒“U”型管内设置内管，向内管中通入冷空气，在脱锌过程中，倒“U”型管内流通有高温的锌蒸汽与烟气，因此，通过这种装置，内管内的空气与倒“U”型管内的高温锌蒸汽与烟气发生热交换，内管内的空气温度升高用于加热瓦斯灰原料进行加热，脱除水分；脱水后的瓦斯灰原料在回转窑内形成一个相对稳定的原料供应环境，稳定炉内化学反应，减少炉内结圈的现象，提高回转窑的生产效率和寿命；倒“U”型管内的高温锌蒸汽与烟气温度降到100℃以下，相比于传统冷却器将高温锌蒸汽与烟气温度降到200～250℃，本发明的冷却效果更好，低温的烟气既有利于除尘的效率又可以避免高温破坏收尘器。

2，通过在长管下端设置烟气沉降斗，用于烟气中大颗粒物质的沉降收集，防止阻塞长管。

3，内管内空气流通的方向与倒“U”型管内烟气流通的方向相反，有利于热交换的更加充分。

4，在实际生产中，倒“U”型管的高度为6米，在倒“U”型管内的内管的高度略小于6米，因为“U”型管内通有高温烟气，内管在倒“U”型管内容易左右摆动，不稳定，通过在倒“U”型管内壁与对应内管外壁之间设置用于支撑内管的支撑定位板，内管即可稳固地套设在倒“U”型管内。

5，内管的另一端从长管上内管入口进入依次穿过每个倒“U”型管后从长管上内管出口穿出，因此，会造成内管入口与内管出口的密封性降低，废气从内管入口与内管出口泄漏出去，因此，在内管入口与内管出口均设置水封结构，有效地将大气环境与冷却器地环境隔离开来，而且由于负压，水封结构不易失效。

附图说明

图1为本发明瓦斯灰脱锌过程中的热量利用装置的结构示意图；

图中各部件标号如下：回转窑1(其中，进料口1.1、出烟口1.2、进气口1.3)、进料装置2、冷却器3(其中，长管3.1、烟气进气口3.2、烟气出气口3.3、倒“U”型管3.4、内管3.5、内管入口3.6、内管出口3.7、分支软管3.8、支撑定位板3.9、水封结构3.10)、收尘器4、空气泵5、烟气沉降斗6。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

如图1所示，一种瓦斯灰脱锌过程中的热量利用装置，包括回转窑1，回转窑1进料口1.1设有进料装置2，回转窑1出烟口1.2通过冷却器3与干式布袋收尘器4相连，回转窑1进气口1.3与空气连通；其中，冷却器3包括横向设置的长管3.1，长管3.1一端设有烟气进气口3.2，烟气进气口3.2通过管道与回转窑1出烟口1.2连通，长管3.1另一端设有烟气出气口3.3，烟气出气口3.3通过管道与收尘器4连通，长管3.1中部均匀设有4个倒“U”型管3.4，长管3.1的下端均匀设有5个烟气沉降斗6，倒“U”型管3.4的两端开口与长管3.1连通，每个倒“U”型管3.4内均设有内管3.5，每个倒“U”型管3.4内壁与对应内管3.5外壁之间设有用于支撑内管3.5的支撑定位板3.9，内管3.5一端通过空气泵5与空气连通，内管3.5的另一端从长管3.1上内管入口3.6进入依次穿过每个倒“U”型管3.4后从长管3.1上内管出口3.7穿出，内管出口3.7穿出的内管3.5通过分支软管3.8与进料装置2相连；内管入口3.6与内管出口3.7均设有水封结构3.10。

其中，内管3.5的内径与倒“U”型管3.4内径的比为1：3，内管的内径太大会造成倒“U”型管3.4内的烟气流通不畅，内管的内径太小通入的空气量太小，导致内管内空气与倒“U”型管3.4内烟气的热交换效果不佳。内管3.5内空气流通的方向与倒“U”型管3.4内烟气流通的方向相反，有利于热交换的更加充分。

结合图1，瓦斯灰脱锌过程中的热量利用方法，包括以下步骤：

1)将瓦斯灰投入进料装置2，启动回转窑1，从回转窑1进气口1.3鼓入空气，瓦斯灰进入回转窑1，回转窑1内的还原气体将瓦斯灰中的氧化锌还原成锌蒸汽并与烟气进入冷却器3；

2)启动空气泵5，将空气鼓入内管3.5中，空气在内管3.5流动的过程中，锌蒸汽与烟气同时在倒“U”型管3.4中流动，并且内管3.5内的空气的流通方向与倒“U”型管3.4中锌蒸汽与烟气的流通方向相反；内管3.5内的空气与锌蒸汽与烟气发生热交换，吸收热量的内管3.5空气通入进料装置2中对瓦斯灰进行加热，脱除水分；倒“U”型管3.4内的锌蒸汽与烟气通入收尘器4进行过滤，收集滤渣用以回收锌；

3)当收尘器4中的滤渣不再增加后关闭回转窑1以及空气泵5，回收回转窑中还原瓦斯灰后的产物。

冷却器3还包括烟气沉降斗6，锌蒸汽与烟气中一部分颗粒较大的粉尘沉降到烟气沉降斗6中，另一部分颗粒较小的粉尘通入倒“U”型管3.4中流动，用于烟气中大颗粒物质的沉降收集，防止阻塞长管。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。