本技术涉及一种回转窑系统及其采用回转窑进行还原的工艺,具体涉及一种采用回转窑协同处理有机固废和含铁物料的系统和工艺,属于钢铁。
背景技术:
1、现有技术中,用于含铁物料还原的回转窑工艺如图1所示。图1中回转窑实际布置时应当是左高右低,回转窑中间段(ii)是高温区,温度1100-1500℃;左端为物料入口和烟气出口端,左段(i)为干燥预热段;右端为物料出口和空气入口段,右段(iii)为窑内冷却段,温度500-600℃。含铁物料从回转窑左端进入,进窑后含铁物料被高温烟气预热、干燥,在回转窑的高温区含铁物料中的铁被还原,烟气从烟气出口排出。空气从窑的右端进入,刚进窑时,窑中含氧高、空气温度低,这样把窑中的高温窑渣冷却,窑渣中的还原铁又重新被空气氧化成氧化铁,导致窑渣中铁的金属化率降低。窑渣从回转窑中排出后,目前普遍采用水冷的方式进行冷却,即将回转窑排出的热窑渣直接进入冷渣水池。空气进窑被预热后,在回转窑的中部高温区与物料中燃料反应,随后携带着未燃尽的有机物、污染成分从回转窑左端的烟气出口排出,回转窑烟气出口温度500-600℃。烟气随后被冷却、除尘、吸附净化,去除了氯化物和二噁英等污染物。
2、现有技术中,由于入窑空气氧浓度高,出窑窑渣中原本已被还原的金属铁,又重新被空气氧化,导致窑渣中铁的金属化率降低,经济价值降低。单纯降低入窑空气量,虽然可以提高窑渣中铁的金属化率,但是由于空气摄入少又会导致回转窑中氧化反应过少导致热量不足,影响铁氧化物的还原。现有技术中,铁渣金属化率约为30%左右。现有技术中,物料在经过回转内高温还原段后,出窑之前被入窑的空气先初步冷却后,再排出回转窑,热渣直接入水池,窑渣的热能没有得到有效利用。针对余热利用的技术问题,现有技术中,采用干式冷却装备,干式冷却一般采用水冷筒间接冷却的方式,而回转窑排出的窑渣度不稳定,经常带有高温铁水,铁水进入干式冷却筒之后,容易冷凝,造成冷却筒堵塞,且难以清理。
3、一般所述钢铁厂的含锌粉尘的含锌量通常在2-10%,铁元素含量在20-40%,不论是锌资源还是铁资源都具有很高的回收价值。含锌粉尘直接混入烧结会导致锌元素进入炼铁流程富集,最终导致高炉结瘤,影响高炉顺行。含锌粉尘的常规处置方法是采用还原法进行提铁减锌,即提高粉尘中的铁含量,而降低锌含量。回转窑是目前广泛应用的一种提铁减锌还原设备。现有的提铁减锌回转窑生产一般采用逆流的方式,即物料和气流流动方向相反。含锌物料从回转窑左端进入,进窑后物料被高温烟气预热、干燥,在回转窑的高温区含锌物料中的铁、锌被还原,由于锌的挥发温度低(907℃),锌蒸汽从原料中挥发进入烟气,被烟气中的氧气又氧化成氧化锌,最后被烟气携带走。空气从回转窑的右端进入回转窑,气流的入口正好是物料的出口,回转窑内的高温物料一方面受到大量冷空气的冷却,另一方面也被空气中含量很高的氧气氧化,这样导致了含锌尘泥还原的脱锌渣金属化率降低,而且窑渣的余热也没有很好的利用。
4、现有技术中,有机固废通常通过焚烧或热解进行处理,焚烧或者热解产生的热解气(含有高热值的还原性气体)输送至二燃室进行二次燃烧,然后进行余热利用。该技术没有直接利用有机固废产生热解气和热解渣,导致有机固废的利用率大大降低。此外,本技术人在先提出有机固废协同含铁物料(含锌粉尘)的处理工艺,将有机固废与含铁物料直接进行混合,然后一起输送至回转窑,含铁物料的还原和有机固废的热解或焚烧同时在一个空间内进行。将该技术应用于工程后发现依然存在弊端,由于回转窑高温还原段的温度高达1100-1500℃,有机固废在高温还原段的前段迅速焚烧,导致回转窑内高温还原段前段的温度快速升高,含铁物料的还原速度跟不上,导致大量的热量和焚烧产生的还原性气体直接进入烟气,利用率较低;此外,回转窑内局部温度快速升高,容易导致物料结窑,造成物料在回转窑内的堵塞。申请人在该技术用于工程应用后还发现,有机固废在回转窑的干燥预热段后段就开始热解,由于回转窑内成负压状态(从烟气出口抽风),造成热解气完全没有参与到含铁物料的还原,造成还原性气体的浪费;同时,有机固废在干燥预热段内热解,提升了干燥预热段内的温度,导致含铁物料在还没有干燥彻底的时候就被升高温度,也影响了含铁物料的还原,造成窑渣中铁的金属化率较低。
5、现有技术中,还有采用独立的设备处理有机固废的工艺,然后将处理后得到的渣直接混合到含铁物料中,混合到含铁物料中的渣与含铁物料一起依次经过干燥预热段、高温还原段、冷却段,渣中的可燃成分(碳)在高温还原段内仅仅作为燃料即已经完全参与反应,起作用仅仅是提高高温还原段内的温度;有机固废产生的热解气和热解碳不用用于含铁物料的还原,更不能用于冷却被还原的窑渣,不能实现有机固废和含铁物料的协同处理。
6、现有技术中的回转窑,为独立腔室或多腔室结构,独立腔室和多腔室均用于还原含铁物料。空气从回转窑的窑尾或中部进入,用于与物料内的燃料发生反应释放热量用于含铁物料的还原。现有技术中没有涉及有机固废和含铁物料协同处理的回转窑系统,也没有分析热解气和热解渣分别对含铁物料在回转窑内不同阶段的影响,造成有机固废热解后有价值成分(热解气和热解渣)的浪费,以及影响含铁物料的还原。
技术实现思路
1、针对现有技术中有机固废需要单独处理,或者有机固废与含铁物料一起进入回转窑同一个腔室进行处理存在的技术问题,本实用新型提供出一种有机固废协同还原含铁物料的回转窑及工艺,将有机固废和含铁物料通过本实用新型的回转窑同时进行处理,但是有机固废的热解和含铁物料的还原分别在不同的腔室进行,将有机固废热解的得到的产物热解气和热解渣分别独立的输送至含铁物料不同的还原阶段,各自独立的发挥作用;其中热解气用于还原和加热含铁物料,热解渣用于还原含铁物料、物理+化学冷却窑渣,采用本实用新型的回转窑处理有机固废和含铁物料,结合有机固废产物和含铁物料不同还原阶段的特点,充分利用了有机固废的价值,保证了含铁物料的还原效果,同时也起到了初步冷却窑渣的作用,为窑渣的后续余热利用提供了基础和保证了后续余热利用采用干式冷却的可行性。
2、采用本实用新型的回转窑用于处理含铁物料(含锌粉尘),将热解气输送至回转窑的高温还原段参与含铁物料的还原反应,将生产所需要的空气从要中间进入,冷却段采用热解渣进行化学反应吸热和物理吸热冷却,可以提高产品中铁的金属化率,同时提升高热渣的热能利用效率,对提升回转窑含铁物料(含锌粉尘)的功能价值提供了新的思路。
3、根据本实用新型提供的第一种实施方案,提供一种有机固废协同还原含铁物料的回转窑系统。
4、一种有机固废协同还原含铁物料的回转窑系统,该回转窑系统包括窑头、窑身和窑尾。回转窑的窑头上设有物料进口和烟气出口。回转窑的窑尾设有窑渣出口。该回转窑系统还包括有机固废热解通道。有机固废热解通道贯穿回转窑的窑头、窑身和窑尾。有机固废热解通道靠近窑头的外侧设有进料口。位于窑身段的有机固废热解通道上设有热解气出口和热解渣出口。
5、作为优选,回转窑的窑身内分为干燥预热段、高温还原段和冷却段。位于高温还原段内的有机固废热解通道上设有热解气出口。位于冷却段内的有机固废热解通道上设有热解渣出口。
6、在本实用新型中,热解气出口的孔径小于等于2mm,优选为0~1.5mm,更优选为0.2~1mm。
7、在本实用新型中,热解渣出口的孔径大于等于3mm,优选为3~10mm,更优选为4~8mm。
8、作为优选,热解渣出口包括细热解渣出口和粗热解渣出口。细热解渣出口设置在粗热解渣出口的上游。
9、在本实用新型中,热解气出口的孔径小于等于2mm,优选为0~1.5mm,更优选为0.2~1mm。
10、在本实用新型中,细热解渣出口的孔径为2~4mm,优选为2.5~3.5mm。
11、在本实用新型中,粗热解渣出口的孔径大于等于4mm,优选为4~10mm,更优选为5~8mm。
12、作为优选,位于窑头外侧、有机固废热解通道的上游端设有有机固废输送装置。有机固废输送装置包括进料管、输料管。输料管与有机固废热解通道的进料口连通并位于同一直线上。进料管与输料管连通并且轴线交叉。输料管内设有推杆。推杆上设有活塞,推杆设置在输料管内。进料管上设有进料第一控制阀。
13、作为优选,有机固废输送装置还包括氮气入口和氮气出口。氮气入口和氮气出口设置在输料管上,并且位于进料管与输料管连接位置的下游。氮气入口位于氮气出口的上游。输料管的末端设有进料第二控制阀。
14、作为优选,有机固废热解通道还包括排料口。排料口位于有机固废热解通道的末端,位于窑尾上。排料口内设有排料控制阀。
15、作为优选,有机固废热解通道的末端设有氮气输送管和压力检测装置。
16、作为优选,热解气出口设置在有机固废热解通道的顶部,热解渣出口设置在有机固废热解通道的底部。
17、作为优选,有机固废热解通道的顶部设有多个热解气出口,优选为2-100个。
18、作为优选,有机固废热解通道的底部设有多个热解渣出口,优选为2-100个。
19、作为优选,有机固废热解通道的底部设有1-50个细热解渣出口和1-50个粗热解渣出口。
20、作为优选,有机固废热解通道与回转窑通过密封轴承连接。有机固废热解通道还包括驱动装置。驱动装置驱动有机固废热解通道往复旋转。
21、作为优选,有机固废热解通道转动角度为±α;α小于等于有机固废在有机固废热解通道内的堆积角;进一步优选,α小于等于30°,更优选为α小于等于20°。
22、作为优选,该回转窑系统还包括空气输送管道。空气输送管道的出气口位于高温还原段内。
23、作为优选,空气输送管道伸入有机固废热解通道内,并且空气输送管道的出气口位于热解气出口的正下方。或者,空气输送管道位于有机固废热解通道的上方,空气输送管道出气口的出气方向朝下,热解气出口出气方向朝上,并且空气输送管道的出气口位于热解气出口的正上方。
24、作为优选,热解渣出口设有物料温度检测装置。物料温度检测装置检测从热解渣出口排出物料的温度。
25、根据本实用新型提供的第二种实施方案,提供一种有机固废协同还原含铁物料的工艺。
26、一种采用第一种实施方案中所述回转窑系统进行有机固废协同还原含铁物料的工艺,该工艺包括以下步骤:
27、1)将含铁物料从物料进口输送至回转窑内,将有机固废从进料口输送至有机固废热解通道;
28、2)有机固废在有机固废热解通道内经过热解,获得热解气和热解渣;热解气通过热解气出口进入回转窑参与含铁物料的还原;热解渣通过热解渣出口进入回转窑,覆盖在回转窑内物料的表面,对含铁物料进行还原,同时冷却被还原后的窑渣;
29、3)回转窑内的烟气通过烟气出口排出,回转窑内的窑渣通过窑渣出口排出。
30、作为优选,步骤2)中,热解气通过热解气出口进入回转窑的高温还原段参与含铁物料的还原。热解渣通过热解渣出口进入回转窑的冷却段。
31、作为优选,有机固废在有机固废热解通道内经过热解,获得热解气、细粒热解渣和粗粒热解渣。热解气通过热解气出口进入回转窑的高温还原段参与含铁物料的还原。细粒热解渣通过细热解渣出口进入回转窑的冷却段的前段。粗粒热解渣通过粗热解渣出口进入回转窑的冷却段的后段。
32、作为优选,该工艺还包括:
33、4)有机固废通过有机固废输送装置进入有机固废热解通道,其具体为:
34、401)推杆处于初始位置a(进料管的上游位置),进料第二控制阀关闭,进料第一控制阀打开,有机固废从进料管进入输料管;
35、402)关闭第一控制阀,推杆推动有机固废到位置b(进料管与氮气入口之间);
36、403)打开氮气入口和氮气出口,通过氮气对有机固废所在位置的气氛进行置换,防止空气进入中心轴内;
37、404)气氛置换完毕后,关闭氮气入口和氮气出口,打开第二控制阀;
38、405)推杆推动有机固废到位置c(氮气出口与第二控制阀之间),回转窑放置是左高右低,有机固废进入有机固废热解通道后靠自身重力进入回转窑内进行热解反应;
39、406)送料后关闭第二控制阀,推杆退至位置b,再次打开氮气入口和氮气出口,进行气氛置换,防止热解气泄露到空气中,置换出的热解气通过烟气净化装置进行处理;
40、407)气氛置换完毕后,关闭氮气入口和氮气出口,推杆再次退至位置a的初始位置,完成单词进料;
41、随后重复步骤401)-407),进行下次进料。
42、作为优选,该工艺还包括:步骤5)打开排料控制阀,将有机固废热解通道内的残留固废通过排料口排出,然后关闭排料控制阀。
43、作为优选,该工艺还包括:步骤6)通过压力检测装置实时检测有机固废热解通道内的压力,保证有机固废热解通道内为正压。
44、作为优选,通过氮气输送管控制有机固废热解通道内的压力大于等于20pa。
45、作为优选,该工艺还包括:步骤7)驱动装置驱动有机固废热解通道往复旋转,热解气从有机固废热解通道的顶部排出,热解渣从有机固废热解通道的底部排出。
46、作为优选,通过物料温度检测装置检测从热解渣出口排出物料的温度,控制有机固废热解通道的旋转速度使得热解渣出口排出热解渣的温度低于900℃,优选为低于800℃,更优选为低于700℃。
47、作为优选,该工艺还包括:步骤8)通过空气输送管道向回转窑内补充空气,用于含铁物料的还原。
48、作为优选,通过空气输送管道输送空气与热解气从热解气出口一同排出,空气同时用于清理热解气出口;或者,通过空气输送管道输送空气对着热解气出口吹,空气同时用于清理热解气出口。
49、在本实用新型中,所述含铁物料为含有铁氧化物的铁矿物料。优选为钢铁厂含锌粉尘。
50、在本实用新型中,所述有机固废为含有有机碳的物料。优选为有机污泥、生物质、橡胶、织物。
51、作为优选,有机固废经过破碎处理后再输送至有机固废热解通道。进一步优选,有机固废破碎至粒径小于等于8mm。
52、在本实用新型中,回转窑系统的高温还原段的温度为1100~1500℃。有机固废热解通道内的温度为300~850℃。回转窑系统排出的窑渣温度低于900℃。
53、在本实用新型中,所述热解气为含有ch4、h2、co的气体。
54、在本实用新型中,所述热解渣为有机固废通过热解除去挥发分后含有碳的物料。
55、针对现有技术中含铁原料经过回转窑处理后排出的窑渣温度较高(高于900℃),采用水冷直接冷却导致余热利用率低,或者采用干式间接冷却导致回转窑排出物料中的铁水在冷却装置中板结的技术问题,本实用新型提出一种有机固废协同还原含铁物料的回转窑系统。该回转窑系统采用双腔室结构,其中一个腔室用于还原含铁物料,另一个腔室用于热解有机固废,两个腔室实现两种不同物料(含铁物料和有机固废)在处理过程中相互独立,同时,有机固废在有机固废热解通道内经过热解后得到的产物又进入回转窑用于还原含铁物料的腔室。采用本实用新型的回转窑系统,含铁物料和有机固废同时分别进行处理,实现了两种物料分别在不同腔室同时分别进行各自的处理工艺。有机固废热解通道内经过热解后得到的产物均进入到回转窑中含铁物料的还原腔室;其中:有机固废热解通道内经过热解后得到的热解气为含有还原性气体的可燃性气体,用于含铁物料的还原,助力于含铁物料的还原。有机固废热解通道内经过热解后得到的热解渣覆盖在回转窑内物料的表面,其中一部分热解渣(细粒热解渣)与物料内的金属氧化物进行反应,用于还原金属氧化物,同时由于该还原反应为放热反应,吸收物料的热量。另一部分热解渣(粗粒热解渣)覆盖在物料的表面,起到隔绝物料和氧气(回转窑内的空气)的作用,减少甚至避免被还原成单质的金属在回转窑的高温环境下由于氧气发生氧化反应,从而提高回转窑还原含铁物料的金属化率;同时,该部分热解渣(粗粒热解渣)覆盖在物料的表面,通过自身的物理吸热,吸收窑渣的热量,从而降低窑渣的温度,起到冷却窑渣的作用。
56、本实用新型根据含铁物料被还原的不同阶段,将回转窑的窑身内分为干燥预热段、高温还原段和冷却段。回转窑的干燥预热段用于含铁物料的干燥(水分脱除)和预热(提高物料温度)。回转窑的高温还原段用于含铁物料中的金属氧化物(氧化铁、氧化锌等)被还原,含铁物料在被还原过程中产生的气体(烟气)通过烟气出口排出,被还原后的含铁物料为称之为窑渣。回转窑的冷却段用于窑渣的初步冷却。现有技术中,通过回转窑的冷却段仅能将窑渣的温度降低至1000℃左右。
57、在本实用新型中,将有机固废通过有机固废热解通道热解后得到的产物:热解渣和热解气,分别输送至回转窑内含铁物料还原的不同阶段。
58、其中:位于高温还原段内的有机固废热解通道上设有热解气出口,热解气参与含铁物料的高温还原阶段,由于热解气中含有高热值的气体(如甲烷、烃类等)和具有还原性的气体(如一氧化碳、氢气等),热解气中高热值的气体通途高温还原段,由于高温条件,高热值的气体给含铁物料的还原提供热量;具有还原性的气体起还原剂的作用,还原含铁物料。通过将热解气通入回转窑的高温还原段,结合含铁物料在回转窑系统内的特定阶段——还原阶段,充分利用热解气具有高热值和还原性的特征,实现热解气的最大化利用。如果热解气从回转窑的窑头通入,那么热解气在回转窑内的干燥预热段即会被燃烧,仅能起到干燥和预热含铁物料的作用;而且,如果含铁物料在干燥预热段内即被过高的升高温度,待含铁物料进入高温还原段后,物料在该段内温度被进一步升高,容易导致结窑,影响物料在回转窑内的正常流动。如果热解气进入回转窑系统的冷却段,由于冷却段内依然具有900-1100℃的高温条件,热解气在该段内依然会燃烧,进而提升了冷却段内窑渣的温度,与该段的作用相违背,不能起到冷却的作用,反而升高了冷却段内窑渣的温度。
59、位于冷却段内的有机固废热解通道上设有热解渣出口,热解渣通过热解渣出口进入到回转窑的冷却段。热解渣为含有固体碳的颗粒状物料,在高温还原和冷却段连接位置,由于回转窑内温度依然较高,一部分热解渣(粒径小的热解渣,反应速度快)中的固体碳与窑渣中残存未被还原的金属氧化物继续发生还原反应,提高窑渣的金属化率;同时,由于还原反应为吸热反应,通过热解渣与窑渣的还原反应吸收窑渣内的热量,降低窑渣的温度,强化了冷却窑渣的作用。另一部分热解渣(粒径大的热解渣,反应速度慢)覆盖在窑渣的表面,起到了隔绝窑渣与空气(或氧气)的接触面,进而减少甚至避免了窑渣中被还原成单质的金属与氧气进行反应再次被氧化,进而提高了窑渣的金属化率;同时,由于热解后的热解渣温度低于窑渣的温度,热解渣本身也可以通过物理吸热吸收窑渣的热量,从而降低了窑渣的温度,避免了窑渣中铁水的存在,进而便于从回转窑系统排出的窑渣可以采用干式冷却,保证了后续工序的余热利用。
60、在本实用新型的优选技术方案中,将热解渣出口设置为细热解渣出口和粗热解渣出口。细热解渣出口为孔径小的出口,用于细粒热解渣(粒径小于等于2mm)的排出,粗热解渣出口为孔径相对较大的出口,用于粗粒热解渣(粒径大于2mm)的排出。细热解渣出口设置在粗热解渣出口的上游,也就是说,根据物料在回转窑内的流动方向,有机固废热解通道上依次设有热解气出口(位于高温还原段)、细热解渣出口(位于冷却段的前段)、粗热解渣出口(位于冷却段的后段,靠近窑尾一端)。其中,细热解渣出口用于粒径较小的热解渣进入回转窑内参与窑渣的还原反应,提高窑渣的金属化率,同时吸收窑渣的热量降低窑渣的温度;粗热解渣出口用于粒径较大的热解渣进入回转窑,覆盖在窑渣的表面,起到隔绝窑渣与氧气的作用,避免被还原成单质的金属再次被氧化;同时,粗粒热解渣通过物理吸热吸收窑渣的热量,起到冷却窑渣的作用。
61、在本实用新型中,热解气出口仅用于热解气从有机固废热解通道进入回转窑的含铁物料还原腔室,热解气出口的孔径一般小于等于2mm。热解渣出口仅用于热解渣从有机固废热解通道进入回转窑的含铁物料还原腔室,热解渣出口的孔径一般大于等于3mm。
62、在本实用新型的优选技术方案中,将热解渣出口设置为细热解渣出口和粗热解渣出口,细热解渣出口的孔径为2~4mm,供细粒热解渣进入回转窑,与窑渣中为被还原完全的金属氧化物发生还原反应。粗热解渣出口的孔径大于等于4mm,供粗粒热解渣进去回转窑起到隔离窑渣与氧气的作用,同时冷却窑渣。
63、在本实用新型中,设置有机固废输送装置用于输送有机固废进入有机固废热解通道。由于回转窑内为负压(通过烟气出口抽风),有机固废热解通道内的热解气往回转窑内腔(含铁物料还原的腔室)流动。有机固废通过有机固废输送装置不断进入有机固废热解通道,通过有机固废输送装置的进料第一控制阀控制有机固废热解通道内有机固废的进料量;通过推杆和推杆上的活塞实现有机固废从进料管向有机固废热解通道内移动,进而被热解。
64、在本实用新型的优选技术方案中,避免回转窑出现故障,热解气逆向流动从进料管排出造成危险和污染环境,有机固废输送装置还包括氮气入口和氮气出口,输料管的末端设有进料第二控制阀。通过进料第二控制阀阻止热解气进入有机固废输送装置,通过氮气入口和氮气出口,保证有机固废输送装置在物料输送过程中,热解气不会从进料管排出,增加氮气入口和氮气出口后,即使有热解气逆向流动,也可以通过氮气出口进行收集。
65、在本实用新型的优选技术方案中,有机固废热解通道还包括排料口。排料口位于有机固废热解通道的末端,位于窑尾上。排料口内设有排料控制阀。正常情况下,将排料控制阀关闭;当有机固废热解通道有较大粒径热解渣不能通过热解渣出口排出时,开启排料控制阀,用于大粒径热解渣的排出。
66、在本实用新型的优选技术方案中,有机固废热解通道的末端设有氮气输送管和压力检测装置。进一步保证热解气的流动方向为“从有机固废热解通道进入含铁物料还原腔室”,同时也避免了还原腔室内的烟气进入从有机固废热解通道。
67、在本实用新型中,热解气出口的作用是供热解气进入含铁物料的还原腔室,热解渣出口的作用是供热解渣进入含铁物料的冷却段。在本实用新型中,只要是能够实现仅供热解气进入回转窑高温还原段参与含铁物料还原的任何结构形式热解气出口均可,保证只有热解气从有机固废热解通道进入含铁物料还原腔室,而热解渣不能通过。只要是能够实现仅供热解渣进入回转窑高温还原段参与窑渣冷却的任何结构形式热解渣出口均可,保证只有热解渣从有机固废热解通道进入窑渣的冷却段,而热解气不能通过。
68、本实用新型提供一种热解气出口仅供热解气通过、热解渣出口(包括细热解渣出口和粗热解渣出口)仅供热解渣通过的装置。热解气出口设置在有机固废热解通道的顶部,热解渣出口设置在有机固废热解通道的底部。有机固废热解通道在绝对位置上做顺、逆时针的往复旋转,以有机固废热解通道初始位置(热解气出口在正上方、热解渣出口在正下方的位置),有机固废热解通道顺、逆时针往复旋转的幅度为±α。也就是说,跟随有机固废热解通道的旋转,热解气出口的位置只能在初始位置的顺时针方向或逆时针方向旋转角度为α的幅度,热解渣出口也只能在初始位置的顺时针方向或逆时针方向旋转角度为α的幅度。α不大于有机固废在有机固废热解通道内的堆积角。根据经验,有机固废在有机固废热解通道内的堆积角为37°。为了防止热解气从热解渣出口排出,通过将热解渣出口设置在有机固废热解通道的底部,同时控制有机固废热解通道的旋转幅度,热解渣出口始终在有机固废热解通道的底部或下部,而且始终有热解渣对其进行料封,实现有机固废对热解渣出口的封堵,从而保证了热解气不会从热解渣出口排出,进而保证了热解气不会进入到冷却段。通过将热解气出口设置在有机固废热解通道的顶部,同时控制有机固废热解通道的旋转幅度,热解渣出口始终在有机固废热解通道的顶部或上部,热解渣由于其自身重力的作用不可能从热解气出口排出,进而保证了热解渣不会进入到高温还原段。
69、在本实用新型的优选技术方案中,α小于等于30°,更优选为α小于等于20°,进一步保证了有机固废物料或热解渣对热解渣出口的料封。
70、在本实用新型中,有机固废热解通道的顶部可以设有多个热解气出口。无论设置1个还是多个热解气出口,只要控制有机固废热解通道的旋转幅度,保证在有机固废热解通道旋转过程中,热解渣不会达到热解气出口的位置即可。有机固废热解通道的底部可以设有多个热解渣出口,无论设置1个还是多个热解渣出口,只要控制有机固废热解通道的旋转幅度,保证在有机固废热解通道旋转过程中,热解渣始终对热解渣出口进行了料封即可。
71、在本实用新型中,有机固废热解通道与回转窑的窑头和窑尾均存在连接,回转窑的做单一方向的旋转运动,有机固废热解通道做往复旋转运动,有机固废热解通道与回转窑存在相对运动,有机固废热解通道与回转窑的窑头和窑尾连接位置采用密封轴承连接即可实现上述功能。密封轴承为现有技术。
72、在本实用新型中,该回转窑系统还包括空气输送管道。针对含铁物料的还原情况,通过空气输送管道对回转窑内补充空气(或氧气)。作为优选,空气输送管道的出气口位于高温还原段内,避免了补充入回转窑内的空气与被还原成单质的金属接触,从而提高了回转窑排出窑渣的金属化率。
73、在本实用新型的优选技术方案中,空气输送管道可以伸入有机固废热解通道内,空气输送管道跟随有机固废热解通道一起做往复旋转运动。
74、作为优选,空气输送管道的出气口位于热解气出口的正下方。空气输送管道输送的空气从空气出气口排出,然后再通过热解气出口排出,由于热解气中含有烃类等油性物质,长时间运行后,热解气中的烃类物质容易在热解气出口造成堵塞,通过空气输送管道输送的空气对热解气出口进行吹扫,从而保证了热解气的通畅流动。
75、本实用新型提出的另一种优选方案,空气输送管道位于有机固废热解通道的上方,空气输送管道出气口的出气方向朝下,热解气出口出气方向朝上。空气输送管道通过窑头或者窑尾直接伸入回转窑内,空气输送管道与窑头或窑头也采用密封轴承连接,回转窑转动,空气输送管道固定不动,空气输送管道的出气口位于热解气出口的正上方,通过空气输送管道输送的空气对热解气出口进行吹扫,从而保证了热解气的通畅流动。
76、在本实用新型中,通过烟气出口进行抽风,所以回转窑内始终为负压状态,空气和热解气的流动均是进入高温还原段参与还原反应,反应后的烟气均通过干燥预热段后从烟气出口排出。
77、在本实用新型的优选技术方案中,热解渣出口设有物料温度检测装置,物料温度检测装置检测从热解渣出口排出物料的温度。通过物料温度检测装置实时检测从热解渣出口排出的热解渣的温度,保证其温度低于900℃,进而保证热解渣对窑渣的冷却效果。
78、在本实用新型中,可以通过有机固废的进料量、有机固废热解通道的旋转速度(控制有机固废在有机固废热解通道内的停留时间),从而控制从热解渣出口排出的热解渣的温度。当从热解渣出口排出的热解渣的温度过高时,加快有机固废的进料速度和/或加快有机固废热解通道的旋转速度(减少有机固废在有机固废热解通道内的停留时间)。当从热解渣出口排出的热解渣的温度过低时,可能造成有机固废的热解不充分,减慢有机固废的进料速度和/或减慢有机固废热解通道的旋转速度(增加有机固废在有机固废热解通道内的停留时间)。
79、采用本实用新型的回转窑系统可以处理所有含有金属氧化物的物料,尤其是含铁物料,例如对钢铁厂含锌粉尘的提铁减锌工艺。采用本实用新型的回转窑系统也可以处理所有的含有有机碳的物料。
80、采用本实用新型的回转窑系统处理钢铁厂含锌粉尘进行提铁减锌工艺时,通过改变进风方式(窑身进还原气,或者还包括空气),取消了从物料出口端进入的空气,改从窑中部鼓入,并从回转窑进料段送入有机固废,利用有机固废热解产生热解气和热解碳,热解气和热解碳分别从窑中和窑尾送入回转窑,热解气在窑中供热,热解碳在窑尾的进入回转窑,进一步还原金属氧化物,吸收窑渣的热量,防止金属被再次氧化同时将窑渣冷却至900℃以下。
81、作为优选,为了保证有机固废的热解效果,有机固废先进行破碎,再经过筛分后,大于8mm的部分重新破碎,小于等于8mm的部分进入后续热解。热解后,产生热解气和热解碳。热解气的主要成分是ch4、h2、co以及其它轻质小分子烃类,是一种高热值可燃气和还原性气体。热解碳是有机固废去除了挥发分后,一种高含碳的燃料,性质与焦炭接近,具有很好的还原性。有机固废是指含有一定有机碳元素,具有一定热值的有机废弃物,如有机污泥、生物质、橡胶、织物等。
82、热解产生的产物热解碳从冷却段(靠近物料排料端)送入回转窑,由于热解碳的还原性,覆盖在高热的窑渣上,一方面利用余热继续还原窑渣中未还原的氧化锌和氧化铁,另一方面,通过热解碳覆盖高热窑渣,使窑渣隔绝空气,防止金属铁被氧化,提高产品金属化率;同时由于热解碳覆盖高热窑渣发生还原吸热反应,利用热解碳自身物理吸热,会对窑渣有一定的降温作用,窑渣从高温还原段的1100℃,通过窑尾冷却段(即喷热解碳段)后,降温至900℃以下。
83、传统的技术中窑渣由于温度较高,采用湿法冷却,工作环境差,余热也没有利用。干法冷却一般是通过螺旋间壁式换热器,但是这种方式下,窑渣在回转窑冷却不充分时,会有铁水流出,铁水进入干式换热器后冷凝,造成换热器堵塞,较难清理,限制了窑渣干式冷却工艺的应用。通过热解碳对窑渣的初步冷却之后,将窑渣出炉温度降温至900℃以下,避免了窑渣中铁水的产生,有利于窑渣干式冷却和余热利用。
84、采用本实用新型的回转窑对含铁物料进行处理后,经过冷却段排出的窑渣温度低于900℃,从而避免了窑渣中铁水的存在。排出的窑渣可以直接采用干式冷却筒进行冷却。窑渣在干式冷却筒内,采用间接式水冷的方式,对窑渣进一步冷却至200℃以下,回收窑渣余热,被加热的水可以作为锅炉给水、预热除盐水等等,对余热进行利用。冷却后的渣中含有脱锌渣、过量的未反应的热解碳。脱锌渣中含铁约为60%(铁的金属化率75%),热解碳性质与焦炭相似,是烧结所需要的燃料。因此,脱锌渣与热解碳混合渣一起进入烧结工序进行利用,可以节约烧结原料中铁矿石和所需的化石燃料(焦炭)。
85、在本实用新型中,由于有机固废热解产生的热解气是可燃组分,为了防止回转窑内的空气通过有机固废热解通道上的热解渣出口和热解气出口反向进入有机固废热解通道,在有机固废进料装置内设置了缓冲区,其中区域k为物料暂存区,区域m为过渡区。
86、具体进料方式为:
87、401)推杆处于初始位置a(进料管的上游位置),进料第二控制阀关闭,进料第一控制阀打开,有机固废从进料管进入输料管;通过重力滑入管道底部的区域k暂存;
88、402)关闭第一控制阀,推杆推动有机固废到位置b(进料管与氮气入口之间);物料进入区域m过渡区;
89、403)打开氮气入口和氮气出口,通过氮气对有机固废所在位置的气氛进行置换,防止空气进入中心轴内;
90、404)气氛置换完毕后,关闭氮气入口和氮气出口,打开第二控制阀;
91、405)推杆推动有机固废到位置c(氮气出口与第二控制阀之间),回转窑放置是左高右低,有机固废进入有机固废热解通道后靠自身重力进入回转窑内进行热解反应;
92、406)送料后关闭第二控制阀,推杆退至位置b,再次打开氮气入口和氮气出口,进行气氛置换,防止热解气泄露到空气中,置换出的热解气通过烟气净化装置进行处理;
93、407)气氛置换完毕后,关闭氮气入口和氮气出口,推杆再次退至位置a的初始位置,完成单词进料;
94、随后重复步骤401)-407),进行下次进料。
95、在本实用新型中,窑头是指回转窑的物料(固体)进料端,窑尾是指回转窑的物料(固体)排料端。
96、在本实用新型中,回转窑系统的长径比(内腔长度和直径的比例)为8-30:1,优选为10-25:1,更优选为12-20:1。例如:10:1,12:1,15:1,18:1,20:1,25:1。
97、与现有技术相比较,本实用新型提供的技术方案具有以下有益技术效果:
98、1、回转窑系统还设有有机固废热解通道,通过在回转窑系统的有机固废热解通道中送入有机固废,实现了有机固废协同还原含铁物料处置,提高了回转窑对含铁物料和固废的适应性;
99、2、根据含铁物料还原的不同阶段,有针对性性的将有机固废的热解产物(热解气和热解渣)分别输送至回转窑的不同位置,热解气和热解渣分别独立的参与含铁物料还原的不同阶段;
100、3、热解气直接参与含铁物料的高温还原阶段,而且仅参与高温还原阶段,最大效率和利用了热解气;同时避免了热解气对回转窑干燥预热段和冷却段的影响;
101、4、热解渣仅与冷却段内的窑渣接触,通过热解渣的化学反应和物理吸热,对窑渣进行冷却,保证了从回转窑排出窑渣的温度,避免了窑渣中铁水的存在;同时,有机固废热解渣在冷却段可以防止金属铁被再次氧化,提高了产品的经济价值;
102、5、热解碳随窑渣一起进入烧结,实现了对热解碳价值的充分利用。