一種粉礦懸浮磁化焙燒粉體急冷降溫工藝餘熱鍋爐的製作方法

2023-06-30 18:41:01 1

本發明屬於冶金、節能技術領域，具體涉及到冶金工藝中鐵礦石的一種粉礦懸浮磁化焙燒粉體急冷降溫工藝餘熱鍋爐。

背景技術：

我國是一個鐵礦資源嚴重不足的國家，且鐵礦石儲量一半以上屬於難選氧化鐵礦石，為了合理開採這些礦產，採用了各種複雜的選礦工藝，其中，粉礦懸浮磁化焙燒粉體選礦工藝屬於最經濟、最優化的方案，特別是對於難選氧化鐵礦石的選礦更能體現鐵精礦品味高、能耗低、資源利用率高等特點。

近年來，隨著節能型粉末選礦冶金技術在冶金工業領域廣泛採用，生產過程中先要對大量超細粉體進行高溫焙燒，使氧化鐵礦石（2Fe2O3·3H2O）在高溫氧化條件下進行脫水、氧化，當焙燒溫度達到300-400℃時氧化鐵礦石（2Fe2O3·3H2O）開始脫除結晶水、達到600℃時結晶水脫除完畢，氧化鐵礦石（2Fe2O3·3H2O）轉變為赤鐵礦（Fe2O3）。赤鐵礦（Fe2O3）在弱還原氣氛下570℃時還原成磁鐵礦（Fe3O4）。只有磁鐵礦（Fe3O4）通過磁選可以精選鐵精礦，可以大大降低冶煉能耗和成本。但磁選過程是在低溫下進行的，而570℃的高溫磁鐵礦（Fe3O4）需降溫到400℃左右時才能與空氣接觸冷卻達到磁選溫度。因為高溫過程中磁鐵礦（Fe3O4）在氧化環境下又會氧化成失磁的赤鐵礦（Fe2O3），前面的焙燒過程白白浪費能源。因此，需要對570℃的高溫磁鐵礦（Fe3O4）在無氧條件下急冷降溫到400℃左右時才能不失磁，滿足後續工序的要求。其具體反應式如下：

2Fe2O3·3H2O→2Fe2O3+3H2O（當焙燒溫度達到300-400℃時氧化鐵礦石（2Fe2O3·3H2O）開始脫除結晶水、達到600℃時結晶水脫除完畢，氧化鐵礦石（2Fe2O3·3H2O）轉變為赤鐵礦（Fe2O3））

3Fe2O3+C→2Fe3O4+ C O↑

3Fe2O3+ CO→2Fe3O4+ CO2↑（鐵礦（Fe2O3）在弱還原氣氛下570℃時還原成磁鐵礦（Fe3O4））

傳統的冷卻方式通常為水套冷卻，這種方式產出的熱水沒有得到有效地利用，甚至產生二次汙染。也有採用與惰性氣體混合後將含超細粉體的高溫惰性氣體通過對流換熱回收熱量的方式，這種方式將高品質的廢熱轉化為低品質的廢熱加以利用，致使能源利用效率大大降低，造成能源的大量浪費，同時，大量惰性氣體的成本也非常昂貴，另外，含超細粉體的高溫惰性氣體對換熱設備的磨損非常大造成換熱設備壽命大大減短。即使採用列管進行高溫惰性氣體與水或其他介質進行熱交換的，由於熱交換效率低等原因，換熱面積很大，工藝、設備都比較複雜，投資較大，不利於工業推廣。

而隨著現代工業的發展和節能減排的國家戰略要求，我國冶金行業必須淘汰高能耗、高汙染的老、舊冶金選礦、工藝裝備，粉礦懸浮磁化焙燒選礦工藝必將得到快速發展，粉礦懸浮磁化焙燒選礦工藝過程中的核心技術——高溫超細粉體再無氧條件下急冷降溫的技術應用也將快速得到發展，粉礦懸浮磁化焙燒粉體急冷降溫工藝餘熱鍋爐必將在冶金行業得到廣泛應用和推廣。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種冶金工藝中粉礦懸浮磁化焙燒粉體急冷式降溫餘熱鍋爐，採用三段式工藝降溫，其中第一級為前置蒸發器降溫，本級降溫為急冷式降溫，首先本級降溫不僅能夠有效利用粉體中的餘熱，降低企業生產能耗和生產成本，而且是粉礦懸浮磁化焙燒選礦的核心工藝部分——將570℃的高溫粉體急冷降溫至400℃不失磁的磁鐵礦（Fe3O4），第三，在高溫粉體急冷降溫過程中僅採用極少量惰性氣體作為強化傳熱的使粉體流態化的動力源，大大節省因急冷降溫需要的惰性氣體而增加的生產成本，屬於工藝核心技術和節能、降耗，具有可觀的經濟價值和社會效益。

為實現以上目的，採用以下技術方案：一種粉礦懸浮磁化焙燒粉體急冷降溫工藝餘熱鍋爐主要包括前置蒸發器、鎖氣器Ⅰ、懸浮床蒸發器、旋風分離器、鎖氣器Ⅱ、流化床換熱器、汽包、除氧器、加藥裝置和排汙系統。前置蒸發器與懸浮床蒸發器通過鎖氣器Ⅰ連接，懸浮床蒸發器與旋風分離器連接，旋風分離器與流化床換熱器通過鎖氣器Ⅱ連接，旋風分離器還與熱空氣通道相連，熱空氣通道與焙燒爐之間連接有高溫引風機，將旋風分離器分離的熱空氣送入焙燒爐供焙燒使用；懸浮床蒸發器與流化床換熱器通過流化風管道相連，前置蒸發器、懸浮床蒸發器和流化床換熱器分別通過排汙管道連接到排汙系統；所述的汽包通過上升管、下降管分別與前置蒸發器和懸浮床蒸發器相連，汽包通過加藥泵連接到加藥裝置，汽包通過排汙管道連接到排汙系統，汽包通過鍋爐給水管道連接到流化床換熱器；所述的除氧器分別通過預熱水管道、鍋爐給水管道和減溫水管道與流化床換熱器相連，除氧器通過低壓飽和蒸汽管道連接到排汙系統。

所述的排汙系統包括連續排汙膨脹器、定期排汙膨脹器及排汙換熱器，連續排汙膨脹器和定期排汙膨脹器分別通過排汙管道與排汙換熱器相連。

所述的前置蒸發器包括布料器、自然循環蒸發受熱面、強制循環蒸發受熱面和流化風裝置Ⅰ。

所述的懸浮床蒸發器下部布置「L」彎型文丘裡結構的配風結構。

所述的懸浮床蒸發器的爐膛設計採用全密封結構，整個爐膛由無縫鋼管與扁鋼焊成全膜式水冷壁結構。

所述的流化床換熱器內部被隔板分隔成若干腔室，除第一個腔室及最後一個腔室外依次布置低溫過熱器、高溫過熱器、蒸發器Ⅰ、蒸發器Ⅱ、高溫省煤器、低溫省煤器和除氧器受熱面，流化床換熱器的前端低溫過熱器與高溫過熱器連接管之間設置減溫器，流化床換熱器的底部設置流化風裝置Ⅱ。

所述的自然循環蒸發受熱面和強制循環蒸發受熱面的換熱管均採用錯列布置且前兩排換熱管均有防磨套管。

所述的流化風裝置Ⅱ（9-9）由羅茨風機（19）與主風管（21）、主風箱（22）、分配風乾管（23）、調節閥（24）、分配風箱（25）、再分配風連管（26）、布風支管（27）、播風噴嘴（28）依次連接構成。

三段式降溫工藝說明：1）前置蒸發器粉體溫度控制可以通過以下三種措施實現：①前置蒸發器分為自然循環對流受熱面和強制循環對流受熱面，強制循環對流受熱面一側通過上升管與汽包汽空間相連，另一側先與循環泵相連，再通過下降管與汽包水空間相連，形成閉合循環迴路。根據前置蒸發器出口溫度信號反饋給循環泵，循環泵通過改變循環水量改變水側傳熱係數，從而改變粉體側放熱量，粉體溫度得到調節；②前置蒸發器蒸發受熱面下部布置流化風，流化風採用壓縮惰性氣體，根據前置蒸發器出口溫度信號反饋給壓縮惰性氣體管道調節閥，調節閥通過改變壓縮惰性氣體量改變粉體擾動狀態，從而改變粉體側放熱量，粉體溫度得到調節；③採取強制循環從鍋爐汽包抽取飽和水通過熱水循環泵送入強制循環蒸發受熱面與高溫粉體進行換熱，換熱後汽水混合物再通過管道送回鍋爐汽包。以上①②③三種方式可以結合粉體經監測前置蒸發器出口溫度聯合使用，這三種措施是確保粉體降溫不失磁的重要措施方法，也是可調節的重要措施。2）懸浮床蒸發器的目的是將冷空氣通過與粉體在懸浮床蒸發器傳質混合換熱到405℃左右，通過懸浮床蒸發器出口的旋風分離器分離，將分離出的高溫空氣送入焙燒爐以節能。懸浮床蒸發器粉體溫度控制：粉體與冷空氣在懸浮床蒸發器下部迅速混合、反應，混合後溫度為405℃左右，工藝要求懸浮床蒸發器出口溫度為400℃，懸浮床蒸發器中依靠懸浮床蒸發器的換熱量較小，大量的熱量與冷空氣混合，加熱冷空氣。懸浮床蒸發器由膜式水冷壁構成。整個水冷壁四周均焊有銷釘，工地安裝時在此區域敷設耐磨澆注料爐襯，以減輕空氣、粉體混合物對水冷壁的磨損，同時，耐磨澆注料爐襯敷設到懸浮床蒸發器換熱面積的大小可以調整粉體在懸浮床蒸發器中的放熱量，確保工藝要求熱空氣的溫度和後續設備的能量供應。3）流化床換熱器粉體溫度控制：流化床換熱器內合理布置受熱面，各級受熱面內工質溫度逐級降低，通過流化床換熱器內底部布置的流化風使得粉體在流化床換熱器內呈流動狀態，粉體以「∽」型運動依次通過高溫過熱器、低溫過熱器、蒸發器Ⅰ、蒸發器Ⅱ、高溫省煤器、低溫省煤器和除氧器受熱面，最終將粉體溫度降到80℃以下供精選礦使用。

所述的流化床換熱器的底部設置流化風裝置Ⅱ採用羅茨風機提供高壓流化風，高壓流化風通過主風管送入主風箱，主風箱兩側配備多根分配風乾管，並在每根分配風乾管上裝設調節閥門，用於調節流化床換熱器中各段不同風量以及設備開工啟動時流化床換熱器中各段風量的關停與啟動調整，與分配風乾管、調節閥的另一端相連的是根據流化床換熱器中各段使用的風量配備的多個分配風箱，分配風箱按照流化床換熱器的結構兩側左、右外置，通過按照流化床換熱器底部面積均勻布置多支分配風連管連接左、右兩側的分配風箱，在每支分配風連管上依據流化床換熱器底部面積裝設多對呈90°或60°角度的布風噴嘴，通過布風噴嘴將羅茨風機提供的高壓流化風吹向流化床換熱器底面，依靠流化風與流化床換熱器底面的反彈力使粉體流動和擾動，粉體在流化床換熱器內的流動和擾動強化了粉體與流化床換熱器受熱面管的換熱，實現了廢熱回收之目的，同時也實現了粉體進一步降溫之目的。

本發明有益效果：本發明採用三段式降溫工藝有效控制粉的降溫過程，前置蒸發器中粉體在隔絕空氣的情況下急冷降溫，不會使粉體失磁；懸浮床蒸發器中粉體與空氣迅速混合、反應、降溫，有效控制了粉體失磁率以及將焙燒所需的空氣加熱到所需的高溫狀態送入焙燒爐；流化床換熱器中粉體在流化風的作用下呈「↑、↓」狀態擾動，且以「∽」型運動形式依次通過各級受熱面，使高溫粉體與各級受熱面進行換熱，高溫粉體經換熱降溫冷卻後通過粉體溢流口溢出，供下一步工序精選礦使用，流化床換熱器中上部溢出的熱空氣通過多支收風支管收集匯入到收風乾管中送入懸浮床蒸發器底部的「L」彎型文丘裡配風結構的中間部位。綜上，粉體在冷卻過程中可以產生高品質產品。同時，粉體在冷卻過程中還產生了高溫熱空氣和過熱蒸汽，高溫過熱空氣可以送至焙燒系統作為助燃空氣，降低企業能耗，過熱蒸汽可以直接進行工業生產或用於汽機透平做功發電，降低生產成本，增加企業經濟效益。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是流化風裝置Ⅱ示意圖。

如圖所示：前置蒸發器1、布料器1-1、自然循環蒸發受熱面1-2、強制循環蒸發受熱面1-3、流化風裝置Ⅰ1-4、鎖氣器Ⅰ2、膨脹節Ⅰ3、懸浮床蒸發器4、膨脹節Ⅱ5、旋風分離器6、鎖氣器Ⅱ7、膨脹節Ⅲ8、流化床換熱器9、低溫過熱器9-1、減溫器9-2、高溫過熱器9-3、蒸發器Ⅰ9-4、蒸發器Ⅱ9-5、高溫省煤器9-6、低溫省煤器9-7、除氧器受熱面9-8、流化風裝置Ⅱ9-9、汽包10、除氧器11、鍋爐給水泵12、減溫水泵13、加藥罐14、加藥泵15、連續排汙膨脹器16、定期排汙膨脹器17、排汙換熱器18、羅茨風機19、循環水泵20、主風管21、主風箱22、分配風乾管23、調節閥24、分配風箱25、再分配風連管26、布風支管27、播風噴嘴28、收風支管29、收風乾管30、「L」彎型文丘裡進風管31、熱風道32、引風機33。

具體實施方式

實施例

下面結合附圖對本發明對進一步說明，該鍋爐包括前置蒸發器（1）、鎖氣器Ⅰ（2）、懸浮床蒸發器（4）、旋風分離器（6）、鎖氣器Ⅱ（7）、流化床換熱器（9）、汽包（10）、除氧器（11）、加藥裝置（14）和排汙系統。排汙系統包括連續排汙膨脹器（16）、定期排汙膨脹器（17）及排汙換熱器（18），連續排汙膨脹器（16）和定期排汙膨脹器（17）分別通過排汙管道與排汙換熱器（18）相連。前置蒸發器（1）包括布料器（1-1）、自然循環蒸發受熱面（1-2）、強制循環蒸發受熱面（1-3）和流化風裝置Ⅰ（1-4），自然循環蒸發受熱面（1-2）和強制循環蒸發受熱面（1-3）的換熱管均採用錯列布置且前兩排換熱管均有防磨套管。懸浮床蒸發器（4）下部布置空氣入口，空氣入口為文丘裡結構，懸浮床蒸發器（4）的爐膛設計採用全密封結構，整個爐膛由無縫鋼管與扁鋼焊成全膜式水冷壁結構。流化床換熱器（9）內部被隔板分隔成若干腔室，除第一個腔室及最後一個腔室外依次布置低溫過熱器（9-1）、高溫過熱器（9-3）、蒸發器Ⅰ（9-4）、蒸發器Ⅱ（9-5）、高溫省煤器（9-6）、低溫省煤器（9-7）和除氧器受熱面（9-8），流化床換熱器（9）的低溫過熱器（9-1）與高溫過熱器（9-3）連接管之間設置減溫器（9-2）置於流化床換熱器（9）外部，流化床換熱器（9）的底部設置流化風裝置Ⅱ（9-9）。

前置蒸發器（1）與懸浮床蒸發器（4）通過鎖氣器Ⅰ（2）連接，鎖氣器Ⅰ（2）與懸浮床蒸發器（4）之間設置膨脹節Ⅰ（3）。懸浮床蒸發器（4）與旋風分離器（6）連接，並且二者之間設置膨脹節Ⅱ（5）。旋風分離器（6）與流化床換熱器（9）通過鎖氣器Ⅱ（7）連接，並且鎖氣器Ⅱ（7）與流化床換熱器（9）之間設置膨脹節Ⅲ（8）。旋風分離器（6）還與熱空氣煙道相連。懸浮床蒸發器（4）與流化床換熱器（9）通過流化風管道相連。

前置蒸發器（1）的自然循環蒸發受熱面（1-2）通過排汙管道連接到排汙系統的定期排汙膨脹器（17），懸浮床蒸發器（4）通過排汙管道連接到排汙系統的定期排汙膨脹器（17），流化床換熱器（9）的蒸發器Ⅰ（9-4）、蒸發器Ⅱ（9-5）、高溫省煤器（9-6）、低溫省煤器（9-7）和除氧器受熱面（9-8）分別通過排汙管道連接到排汙系統的定期排汙膨脹器（17）。

汽包（10）通過上升管與前置蒸發器（1）的自然循環蒸發受熱面（1-2）和強制循環蒸發受熱面（1-3）相連，汽包（10）和強制循環蒸發受熱面（1-3）之間設置循環水泵（20）；汽包（10）通過下降管與懸浮床蒸發器（4）相連；汽包（10）通過加藥管道與加藥裝置（14）相連,並且加藥管道上安裝加藥泵（15）；汽包（10）通過排汙管道連接到排汙系統的連續排汙膨脹器（16）；汽包（10）通過鍋爐給水管道連接到流化床換熱器（9）的高溫省煤器（9-6）。

除氧器（11）通過預熱水管道與流化床換熱器（9）的除氧器受熱面（9-8）相連；除氧器（11）通過減溫水管道與流化床換熱器（9）的減溫器（9-2）相連，且除氧器（11）減溫器（9-2）之間的減溫水管道上設置減溫水泵（13）；除氧器（11）通過鍋爐給水管道與流化床換熱器（9）的低溫省煤器（9-7）相連，且除氧器（11）與低溫省煤器（9-7）之間的鍋爐給水管道上設置鍋爐給水泵（12）；除氧器（11）通過低壓飽和蒸汽管道連接到排汙系統的連續排汙膨脹器（16）和定期排汙膨脹器（17）。

流化床換熱器（9）的底部設置流化風裝置Ⅱ（9-9）。流化風裝置Ⅱ由羅茨風機（19）依次與主風管（21）、主風箱（22）、分配風乾管（23）、調節閥（24）、分配風箱（25）、再分配風連管（26）、布風支管（27）、播風噴嘴（28）連接構成。

該鍋爐的工作過程：570℃粉體由入口進入前置蒸發器（1），經布料器（1-1）分布均勻後依靠重力呈散狀依次通過自然循環蒸發受熱面（1-2）和強制循環蒸發受熱面（1-3），粉體在前置蒸發器（1）內快速降溫至450℃以下。降溫後的粉體進入鎖氣器Ⅰ（2），在通入的壓縮惰性氣體作為松料風與送料風的作用下，粉體進入懸浮床蒸發器（4）。在懸浮床蒸發器（4）底部粉體與空氣混合後，混合物向上流動，由懸浮床蒸發器（4）出口排出進入旋風分離器（6）。混合物在旋風分離器（6）內經分離後的400℃高溫空氣經熱風道（32）、引風機（33）引送至焙燒系統，混合物在旋風分離器（6）內經分離後的400℃粉體進入鎖氣器Ⅱ（7），在通入的壓縮空氣作為松料風與送料風的作用下，粉體進入流化床換熱器（9）。在流化床換熱器（9）內，羅茨風機（19）產生的高壓流化風的經流化風裝置Ⅱ（9-9）布風送入流化床換熱器（9）內與粉體混合、擾動，使粉體呈「↑、↓」狀態擾動，且以「∽」型運動形式依次通過高溫過熱器（9-3）、低溫過熱器（9-1）、蒸發器Ⅰ（9-4）、蒸發器Ⅱ（9-5）、高溫省煤器（9-6）、低溫省煤器（9-7）和除氧器受熱面（9-8），最終，降溫到80℃的粉體從流化床換熱器（9）尾部的溢流口排放，進入後續工序系統。在流化床換熱器（9）內被加熱後的流化風從流化床換熱器（9）頂部多根收風支管（29）收集匯入收風乾管（30），經收風乾管（30）送至懸浮床蒸發器（4）下部的「L」彎型文丘裡進風管（31）的喉口處。流化風、松料風及送料風均採用採用惰性氣體。