一种转底炉烟气余热利用系统及方法与流程

本发明涉及冶金冶炼领域，具体地说，涉及到一种转底炉烟气余热利用的系统及方法。

背景技术：

近年来，非高炉炼铁技术得到快速发展，转底炉工艺作为一种煤基直接还原工艺，不仅能够处理劣质含铁等有价金属资源，而且以煤作为还原剂，复合我国能源结构的特点，同时具备设备简单、操作容易、生产周期短、反应速度快、环境友好等优点，进而引起了业内广泛的关注。目前，转底炉直接还原主要采用燃气燃烧来满足所需热量，同时为了防止转底炉炉内被还原的金属化球团再次氧化，一般通过控制空气和燃气的比例来控制炉内为还原性气氛，即燃烧不充分燃烧，使烟气中保存一定含量的co气体。这部分烟气具有很高的温度，一般在1000℃以上，经过烟道和烟囱外排，导致大量的余热和co资源没有获得充分利用；或者高温的烟气经过换热、余热锅炉等先对余热进行利用后再经烟囱排放，该种处理方法，需要进行换热器、锅炉等设备的投资，另外烟气中存在大量的粉尘，会造成换热器堵塞或者冲刷损坏，不能有效利用烟气余热，对烟气中的co更没有利用。

技术实现要素：

针对现有转底炉生产直接还原铁的工艺中，无法有效利用烟气的余热及其中co还原气体的技术难题，本发明对现有转底炉烟道结构进行改进，同时提供一种转底炉烟气利用的系统，通过系统的优化设计，有效解决co利用率低，以及烟气的余热无法有效利用的难题，提出一种在不增加现有转底炉工序的基础上，低成本、梯级利用转底炉烟气余热及高效利用co气体的系统及方法。

为此本发明公开了一种转底炉烟气利用系统，包括：

所述转底炉系统包括转底炉和转底炉布料机构，所述转底炉布料机构包括进料机构和排烟机构，所述转底炉包括进料口和出料口；其中，

所述进料机构连接所述进料口，所述排烟机构设置在所述进料机构的管壁上并和所述进料机构经同一通道连通所述转底炉；

所述烘干机包括烟气进口和烟气出口，所述烟气进口与所述排烟机构连通。

更进一步地，所述转底炉烟气利用系统还包括：皮带运输系统、缓冲料仓、密封料仓、烟道系统；

所述缓冲料仓包括料仓进料口和料仓出料口；

所述皮带运输系统一端连接所述烘干机的烘干机出料口，另一端连接所述料仓进料口；

所述密封料仓上方连接所述料仓出口，下方连接所述进料机构；

所述烟道系统包括除尘器、引风机和烟囱，所述除尘器一端连接所述烟气出口，另一端依次连接所述引风机和所述烟囱。

更进一步地，所述进料机构包含上部料管和下部料管，所述上部料管和所述下部料管密封连接；所述上部料管的顶部具有进料开口，所述下部料管的底部具有出料开口，所述出料开口连接所述转底炉的进料口；

所述排烟机构具有抽气口和出气口，所述抽气口连通到所述上部料管；所述出气口连通到所述烘干机的烟气进口，所述排烟机构用于将烟气由转底炉抽至所述进料机构内并从所述出气口排出至所述烘干机中。

更进一步地，所述密封料仓包含用于控制进料的速度的第一密封料仓和第二密封料仓；所述第一密封料仓设置在所述第二密封料仓上方，第一密封料仓顶部具有进料口密封阀门，并且所述第一密封料仓和所述第二密封料仓通过第一密封阀门连接；所述第二密封料仓与所述进料机构通过第二密封阀门连接。

更进一步地，所述转底炉还包括环形炉体、环形炉底、炉底传动机构、用于为转底炉加热的热工系统，所述转底炉布料机构还包括挡墙和刮料板；

所述环形炉体沿圆周依次设置有装料区、高温还原区、冷却区及出料区，所述进料口设置在所述装料区，所述出料口设置在所述出料区；

所述环形炉底对应设在所述环形炉体的下方，环形炉底由所述炉底传动机构支撑并随所述炉底传动机构带动由所述装料区向所述高温还原区的方向旋转；所述进料口设置在所述环形炉底上方且与所述环形炉底之间的距离大于布料厚度；

所述挡墙包括第一挡墙和第二挡墙，均设置在所述环形炉体的炉顶上并与所述炉底的布料不接触；

所述刮料板径向设置在进料机构的出料开口与所述高温还原区之间，并固定在所述环形炉体的炉顶上，所述刮料板可调节至与所述环形炉底之间的距离等于所述布料厚度。

更进一步地，所述装料区与所述高温还原区用径向的所述刮料板分隔，所述装料区和所述出料区之间用径向的第一挡墙分隔，所述高温还原区与所述冷却区之间用径向的第二挡墙分隔。

更进一步地，上部料管可以是圆筒状料管，下部料管可以是方形料管。

更进一步地，刮料板由耐热不锈钢板制成，该耐热不锈钢板的厚度为20mm。

更进一步地，排烟机构设置在上部料管的三分之一至三分之二处。

更进一步地，排烟机构包含至少三个引风机。

更进一步地，至少三个引风机周向设置在上部料管的三分之一至三分之二处，引风机的数量依据实际功率进行选择，可以为三个引风机，即周向每间隔120°设置一个，或者四个引风机，即周向每间隔90°设置一个。

更进一步地，刮料板的上部设置有冷却剂进口和冷却剂出口，刮料板的内部设置有两端与冷却剂进口和冷却剂出口连通的冷却剂循环通道。

更进一步地，通入刮料板的冷却剂可以为水。

更进一步地，上部料管和下部料管的外壳由耐热不锈钢板制成，耐热不锈钢板的内表面为刚玉浇注料。

更进一步地，上部料管和下部料管的外壳的耐热不锈钢板的厚度为5mm，刚玉浇注料的厚度为50mm～100mm。

更进一步地，进料口设置在环形炉底上方15cm～25cm处。

更进一步地，热工系统包含多个烧嘴，该烧嘴设置在高温还原区对应的炉墙侧壁上，用于对炉内物料加热。

更进一步地，出料区上设置出料机构，出料机构与出料口相连通，用于转底炉出料。

本发明实施例还公开了一种采用上述系统的转底炉烟气余热利用的方法，包括以下步骤：

s1、转底炉的进料机构及密封料仓均装满物料，同时关闭密封料仓的阀门，进而密封所述进料机构的顶端；

s2、物料在环形炉底转动，经过高温还原区、冷却区后排出，燃气燃烧及所述物料还原产生的烟气在所述转底炉中的运动方向与炉底上物料运动方向相反，在排烟机构的作用下，从进料机构的下端进入，穿过冷态物料，将余热传递给冷态物料，所述冷态物料被预热到一定温度时，所述烟气中的co气体将所述冷态物料中的铁氧化物或其他金属氧化物还原；

s3、所述烟气经所述物料至所述进料机构上端时，经所述排烟机构排出，进入烘干机中；

s4、所述烟气在烘干机中与所述烘干机进料口进入的含水物料进行传热，所述含水物料中水分挥发为水蒸汽，所述烟气与所述水蒸汽从所述烟气出口排出；

s5、所述烟气出口排出的所述烟气和所述水蒸汽依次经除尘器、引风机和烟囱排出。

更进一步地，所述转底炉中的烟气的温度约1000℃～1300℃。

更进一步地，所述冷态物料被所述烟气余热预热至800℃～1200℃。

更进一步地，所述排烟机构排出的烟气温度降至300℃～450℃。

更进一步地，所述烘干机中的烟气出口排出的烟气的温度降至120℃～200℃。

本发明的有益效果在于：

本发明通过对结构和系统的优化设计，充分利用了烟气的余热及其中的co还原气，利用效率高，设备投资少，有利于减少系统能源消耗。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得显而易见和容易理解，其中：

图1是本发明中转底炉烟气利用的系统的结构示意图。

图2是本发明中转底炉的结构示意图。

附图标记：

1、转底炉系统，2、烘干机，3、皮带运输系统，4、缓冲料仓，5、密封料仓，6、烟道系统，100、转底炉，200、进料机构，300、排烟机构，101、进料口，102、出料口，103、装料区，104、高温还原区，105、冷却区，106、环形炉底，107、刮料板，108、第一挡墙，109、第二挡墙，601、除尘器，602、引风机，603、烟囱。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的附图1，示出了一种转底炉烟气利用的系统，具体包括：

转底炉系统1和烘干机2，

所述转底炉系统1包括转底炉100和转底炉布料机构，所述转底炉布料机构包括进料机构200和排烟机构300，所述转底炉100包括进料口101和出料口102；其中，

所述进料机构200连接所述进料口101，所述排烟机构300设置在所述进料机构200的管壁上并和所述进料机构200经同一通道连通所述转底炉100；

所述烘干机2包括烟气进口和烟气出口，所述烟气进口与所述排烟机构300连通。

更具体地，所述转底炉烟气利用系统还包括：皮带运输系统3、缓冲料仓4、密封料仓5、烟道系统6；

所述缓冲料仓4包括料仓进料口和料仓出料口；

所述皮带运输系统3一端连接烘干机的烘干机出料口，另一端连接所述料仓进料口；

所述密封料仓5上方连接所述料仓出口，下方连接所述进料机构200；

所述烟道系统6包括除尘器601、引风机602和烟囱603，所述除尘器601一端连接所述烟气出口，另一端依次连接所述引风机602和所述烟囱603。

更具体地，所述进料机构200包含上部料管和下部料管，所述上部料管和所述下部料管密封连接；所述上部料管的顶部具有进料开口，所述下部料管的底部具有出料开口，所述出料开口连接所述转底炉的进料口101；

所述排烟机构300具有抽气口和出气口，所述抽气口连通到所述上部料管；所述出气口连通到所述烘干机2的烟气进口，所述排烟机构300用于将烟气抽至所述进料机构200内并从所述出气口排出至所述烘干机2中。

更具体地，所述密封料仓5包含用于控制进料的速度的第一密封料仓和第二密封料仓；所述第一密封料仓设置在所述第二密封料仓上方，第一密封料仓顶部具有进料口密封阀门，并且所述第一密封料仓和所述第二密封料仓通过第一密封阀门连接；所述第二密封料仓与所述进料机构200通过第二密封阀门连接。

更具体地，同时参考附图2，所述转底炉100还包括环形炉体、环形炉底106、炉底传动机构、用于为转底炉加热的热工系统，所述转底炉布料机构还包括挡墙和刮料板107；

所述环形炉体沿圆周逆时针依次设置有装料区103、高温还原区104、冷却区105及出料区，所述进料口101设置在所述装料区103，所述出料口102设置在所述出料区；

所述环形炉底106对应设在所述环形炉体的下方，环形炉底106由所述炉底传动机构支撑并随所述炉底传动机构带动由所述装料区103向所述高温还原区104的方向旋转；所述进料口101设置在所述环形炉底上方且与所述环形炉底106之间的距离大于布料厚度；

所述挡墙包括第一挡墙108和第二挡墙109，均设置在所述环形炉体的炉顶上并与所述炉底的布料不接触；

所述刮料板107径向设置在进料机构200的出料开口与所述高温还原区104之间，并固定在所述环形炉体的炉顶上，所述刮料板可调节至与所述环形炉底之间的距离等于所述布料厚度并固定在所述环形炉体的炉顶上，所述刮料板107可调节至与所述环形炉底106之间的距离等于所述布料厚度。

当转底炉中的物料层需要较厚时，可将刮料板107向上(即朝向进料机构的上部料管方向或者与进料方向相反的方向)移动；当转底炉中的物料层需要较薄时，可将刮料板107向下(即朝向进料机构的下部料管方向或者与进料方向一致的方向)移动。

更具体地，所述装料区103与所述高温还原区104用径向的所述刮料板107分隔，所述装料区103和所述出料区之间用径向的第一挡墙分隔108，所述高温还原区104与所述冷却区105之间用径向的第二挡墙109分隔。

更具体地，上部料管可以是圆筒状料管，下部料管可以是方形料管。

更具体地，刮料板107由耐热不锈钢板制成，该耐热不锈钢板的厚度为20mm。

更具体地，排烟机构300设置在上部料管的三分之一至三分之二处。

更具体地，排烟机构300包含至少三个引风机。

更具体地，至少三个引风机周向设置在上部料管的三分之一至三分之二处，引风机的数量依据实际功率进行选择，可以为三个引风机，即周向每间隔120°设置一个，或者四个引风机，即周向每间隔90°设置一个。

更具体地，刮料板107的上部设置有冷却剂进口和冷却剂出口，刮料板107的内部设置有两端与冷却剂进口和冷却剂出口连通的冷却剂循环通道。

更具体地，通入刮料板107的冷却剂可以为水。

更具体地，上部料管和下部料管的外壳由耐热不锈钢板制成，耐热不锈钢板的内表面为刚玉浇注料。

更具体地，上部料管和下部料管的外壳的耐热不锈钢板的厚度为5mm，刚玉浇注料的厚度为50mm～100mm。

更具体地，进料口101设置在环形炉底106上方15cm～25cm处。

更具体地，热工系统包含多个烧嘴，该烧嘴设置在高温还原区104对应的炉墙侧壁上，用于对炉内物料加热。

更具体地，出料区上设置出料机构，出料机构与出料口102相连通，用于转底炉出料。

本发明还公开了一种转底炉烟气利用的方法，具体包括以下步骤：

s1、转底炉100的进料机构200及密封料仓5(包括两个上下相连的第一密封料仓和第二密封料仓)均装满物料，同时关闭密封料仓5的阀门，进而密封进料机构200的顶端；

s2、物料在转底炉100的环形炉底106转动，经过高温还原区104、冷却区105后排出，燃气燃烧及所述物料还原产生的烟气在所述转底炉100中的运动方向与环形炉底106上物料运动方向相反，在排烟机构300的作用下，从进料机构200的下端进入，穿过冷态物料，将余热传递给冷态物料，所述冷态物料被预热到一定温度时，所述烟气中的co气体将所述冷态物料中的铁氧化物或其他金属氧化物还原；

s3、所述烟气经所述物料至所述进料机构200上端时，经所述排烟机构300排出，进入烘干机2中；

s4、所述烟气在烘干机2中与所述烘干机进料口进入的含水物料进行传热，所述含水物料中水分挥发为水蒸汽，所述烟气与所述水蒸汽从所述烟气出口排出；

s5、所述烟气出口排出的所述烟气和所述水蒸汽依次经所述除尘器601、引风机602和所述烟囱603排出。

更具体地，所述转底炉100中的烟气的温度约1000℃～1300℃。

更具体地，所述冷态物料被所述烟气余热预热至800℃～1200℃。

更具体地，所述排烟机构300排出的烟气温度降至300℃～450℃。

更具体地，所述烘干机2中的烟气出口排出的烟气的温度降至120℃～200℃。

具体实施例：

实施例1：

转底炉100的进料机构200及密封料仓5均装满赤铁矿含碳球团，同时关闭密封料仓5的阀门，进而密封进料机构200的顶端，有利于转底炉100烟气外排。赤铁矿含碳球团由进料机构200布到转底炉100的环形炉底106上，环形炉底106载着赤铁矿含碳球团转动，经过高温还原区104、冷却区105后排出。燃烧及还原过程中产生烟气，烟气温度1180℃、co含量为6％，在排烟机构300的作用下，从进料机构200的下端进入，穿过冷态物料，将余热传递给冷态物料，达到600℃时，烟气中的co气体将赤铁矿含碳球团中的三氧化二铁还原，还原后的烟气到达进料机构200上端，在排烟机构300的引风机的作用下排出，进入烘干机2中，这时冷态物料被烟气余热预热至1100℃，排烟机构300排出的烟气温度降至350℃

烟气进入烘干机2后，与从烘干机2的烘干机进料口进入的含水赤铁矿含碳球团进行传热，将含水赤铁矿含碳球团中的水分以水蒸汽的形式挥发，烟气与产生的水蒸汽一起从烟气出口排出，烘干机2中的烟气出口排出的烟气的温度降至180℃。

在烟道系统6的引风机602的作用下，烟气先经除尘器601进行除尘，然后经烟囱603排出。烘干后的赤铁矿含碳球团从烘干机2的烘干机出料口排出后，进入皮带运输系统3，被运送至缓冲料仓4存储。缓冲料仓4存储的赤铁矿含碳球团定期地向两个密封料仓5装料。

实施例2：

转底炉100的进料机构200及密封料仓5均装满赤铁矿含碳球团，同时关闭密封料仓5的阀门，进而密封进料机构200的顶端，有利于转底炉100烟气外排。赤铁矿含碳球团由进料机构200布到转底炉100的环形炉底106上，环形炉底106载着赤铁矿含碳球团转动，经过高温还原区104、冷却区105后排出。燃烧及还原过程中产生烟气，烟气温度1300℃、co含量为6％，在排烟机构300的作用下，从进料机构200的下端进入，穿过冷态物料，将余热传递给冷态物料，达到600℃时，烟气中的co气体将赤铁矿含碳球团中的三氧化二铁还原，还原后的烟气到达进料机构200上端，在排烟机构300的引风机的作用下排出，进入烘干机2中，这时冷态物料被烟气余热预热至1200℃，排烟机构300排出的烟气温度降至450℃

烟气进入烘干机2后，与从烘干机2的烘干机进料口进入的含水赤铁矿含碳球团进行传热，将含水赤铁矿含碳球团中的水分以水蒸汽的形式挥发，烟气与产生的水蒸汽一起从烟气出口排出，烘干机2中的烟气出口排出的烟气的温度降至200℃。

在烟道系统6的引风机602的作用下，烟气先经除尘器601进行除尘，然后经烟囱603排出。烘干后的赤铁矿含碳球团从烘干机2的烘干机出料口排出后，进入皮带运输系统3，被运送至缓冲料仓4存储。缓冲料仓4存储的赤铁矿含碳球团定期地向两个密封料仓5装料。

实施例3：

转底炉100的进料机构200及密封料仓5均装满赤铁矿含碳球团，同时关闭密封料仓5的阀门，进而密封进料机构200的顶端，有利于转底炉100烟气外排。赤铁矿含碳球团由进料机构200布到转底炉100的环形炉底106上，环形炉底106载着赤铁矿含碳球团转动，经过高温还原区104、冷却区105后排出。燃烧及还原过程中产生烟气，烟气温度1000℃、co含量为6％，在排烟机构300的作用下，从进料机构200的下端进入，穿过冷态物料，将余热传递给冷态物料，达到600℃时，烟气中的co气体将赤铁矿含碳球团中的三氧化二铁还原，还原后的烟气到达进料机构200上端，在排烟机构300的引风机的作用下排出，进入烘干机2中，这时冷态物料被烟气余热预热至800℃，排烟机构300排出的烟气温度降至300℃

烟气进入烘干机2后，与从烘干机2的烘干机进料口进入的含水赤铁矿含碳球团进行传热，将含水赤铁矿含碳球团中的水分以水蒸汽的形式挥发，烟气与产生的水蒸汽一起从烟气出口排出，烘干机2中的烟气出口排出的烟气的温度降至120℃。

在烟道系统6的引风机602的作用下，烟气先经除尘器601进行除尘，然后经烟囱603排出。烘干后的赤铁矿含碳球团从烘干机2的烘干机出料口排出后，进入皮带运输系统3，被运送至缓冲料仓4存储。缓冲料仓4存储的赤铁矿含碳球团定期地向两个密封料仓5装料。

本发明中以赤铁矿为例进行说明，但此技术方案同样适用于其他物质如铬铁矿、红土镍、冶金固废等，以实现上述技术目的并达到相应的技术效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。