一种含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原系统及方法技术方案

本发明专利技术的一种含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原系统及方法，系统包括依次连接的余热回收系统，混料系统和直接还原系统，余热回收系统包括煅烧炉，分离器和热解炉，当采用A方式时，三者依次连接，B方式时，煅烧炉、热解炉和分离器依次连接。方法为：含铁冶金渣粒与碳酸钙前驱体按比例煅烧，获得降温后颗粒与CaO，CaO分离或与颗粒一起加入含碳固废进行热解，获得固体半焦与冷却后颗粒，同CaO进入料仓，按需造球后，还原获得直接还原铁。本发明专利技术能够高效回收含铁冶金渣颗粒余热，大幅提高余热回收效率，

A step waste heat recovery and direct reduction system and method for iron containing metallurgical slag

【技术实现步骤摘要】
一种含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原系统及方法
：本专利技术属于余热回收及冶金节能
，具体涉及一种含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原系统及方法。
技术介绍
：冶金渣是金属冶炼过程中排出的副产物，如高炉渣、钢渣、铜渣、镍渣、铅渣、铝渣等。冶金渣具有排出温度高，成分复杂，资源化回收利用价值大的特点。仅以高炉渣为例，高炉渣出炉温度为1500℃左右，吨渣显热约合60kg标煤。我国高炉渣2018年产量可达2.5亿吨，约合1500万吨标准煤。因此，实现冶金工业固废的高效清洁余热回收是我国工业节能减排的关键。目前，对于冶金渣传统的处理方式为水淬法，该种处理方式消耗了大量水资源，而且在水淬过程中会产生重金属及H2S、SO2等严重的污染。随着冶金渣干法粒化技术的研发和逐渐成熟，在不消耗水的前提下，干法粒化技术将冶金渣余热有效回收提供了可能，由此可改变传统耗水、污染严重的现状，实现工艺流程末端的节能减排改造。冶金渣干法粒技术，通过粒化装置(如转杯、转筒、转鼓、转盘等)将液态渣转变为固体颗粒，继而通过与传热介质直接或者间接接触进行热量交换，回收颗粒的高温显热。目前的高温固体颗粒的余热回收工艺主要是物理法。该方法以水、空气等为换热介质，具有能源转换次数多、余热回收效率低的特点，回收后可产生热水或蒸汽或热空气等，其品质难以从本质上提高。采用物理法回收余热产生热水或热蒸汽，热效率为76％，效率为14.4％，34.2％。化学法主要是通过典型的吸热化学反应吸收颗粒的高温显热，产生具有较高产品附加值的化工产品。该方法将颗粒的热能转变为化学能，提高了回收过程效率。此外，在上述冶金渣中，以铜渣、镍渣等为代表的含铁冶金渣，其铁、铜等有价金属含量丰富(铁含量可达30～45％，铜含量0.3～4.6％)，在余热回收的同时，其资源化回收利用显得尤为重要。直接还原法是钢铁冶过程中非高炉炼铁主要方法之一，是指在低于矿石熔化温度以下发生还原反应生产海绵铁的过程。目前，已有学者提出通过直接还原的方式处理不同类型的铁矿石。通过直接还原所得的铁含碳量低，金属化率高，铁含量高，生产过程污染少。因此，如何高效回收含铁冶金渣粒显热，降低生产过程的能耗，开发一种高效回收高温含铁渣粒余热，回收含铁渣粒中有价金属组分，实现其能源资源化利用是目前急需解决的技术问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原系统及方法，可以实现高温含铁冶金渣粒余热、有价金属高效回收的目标，解决了冶金渣粒余热回收效率低、经济性差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原系统，包括余热回收系统，混料系统和直接还原系统及其附属设备组成，所述余热回收系统，混料系统和直接还原系统依次连接，其中：所述混料系统包括相连接的料仓和混料装置；所述直接还原系统包括直接还原炉；所述余热回收系统包括煅烧炉，分离器，热解炉，除尘器及除尘净化器组成，所述余热回收系统连接方式采用A方式或B方式，A方式为：所述煅烧炉、分离器和热解炉依次连接；B方式为：所述煅烧炉、热解炉和分离器依次连接；当采用A方式时，热解炉与混料系统的料仓连接，分离器还与料仓连接；当采用B方式时，分离器与混料系统的料仓连接；所述煅烧炉连接有除尘器，所述热解炉连接有除尘净化器。当所述余热回收系统连接方式采用A方式连接时，所述混料系统还包括制球系统，所述制球系统包括相连接的制球装置及干燥炉，同时所述制球装置与混料装置相连接，干燥炉与直接还原炉连接。所述热解炉侧壁设有含碳固废材料喷嘴和气体出口，底部设有颗粒出口。所述直接还原系统还设有烟道、引风机等装置。所述煅烧炉为固定床或流化床。所述热解炉为固定床。所述制球装置为对辊压球机或圆盘造球机。所述直接还原炉为竖炉、转底炉或回转窑。一种采用上述装置，进行含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原的方法，包括以下步骤：步骤1，高温颗粒余热回收：取含铁冶金渣粒及碳酸钙前驱体，通过给料装置进入煅烧炉，含铁冶金渣粒在自身重力的作用下在气化炉内自上而下运动，碳酸钙前驱体发生煅烧反应，生成CaO和富CO2的烟气，并获得初步降温后颗粒，其中，所述含铁冶金渣粒温度为1000～1200℃，含铁冶金渣粒中的Si元素与碳酸钙中的Ca元素二者Ca/Si质量比为1:(0.5～1.5)，初步降温后颗粒温度为500～800℃；步骤2，中低温颗粒余热回收，采用以下方式A或方式B进行：方式A：初步降温后颗粒与CaO一起进入分离器，分离CaO后，初步降温后颗粒进入热解炉，CaO进入料仓，同时向热解炉中加入含碳固废材料，含碳固废材料与初步降温后颗粒按C/O为(2～3):1加入；含碳固废材料在炉内发生热解反应，获得固体半焦与冷却后颗粒，同时产生热解气，所述冷却后颗粒温度为温度≤200℃，冷却后的颗粒与固体半焦同CaO一起进入料仓；方式B：初步降温后颗粒与CaO一起进入热解炉，同时向热解炉中加入含碳固废材料，含碳固废材料与降温后颗粒按照C/O为(3～4):1加入，降温后颗粒在热解炉内自上而下运动，含碳固废材料在炉内发生热解反应，获得固体半焦与冷却后颗粒，同时产生热解气，所述冷却后颗粒温度为温度降低至≤200℃，冷却后的颗粒与固体半焦同CaO一起进入料仓；步骤3，混料：当采用方式A时，进行以下步骤：冷却后颗粒、固体半焦及CaO经分离出多余固体半焦后，经料仓进入混料装置，获得混匀物料，直接进行步骤(4)；当采用方式B时，进行以下步骤：(1)冷却后颗粒、固体半焦及CaO进入料仓，统一作为原料，同时向料仓中加入粘结剂，按质量比冷却后颗粒：粘结剂＝1:(0.005～0.03)，料仓中的原料进入混料装置，混料装置中加入水，按质量比冷却后颗粒：水＝1:(0.11～0.21)，获得混匀物料；(2)混匀物料进入制球装置，在制球装置内产生10～20mm的含碳球团，含碳球团在干燥炉内于100～150℃的温度下进行干燥0.5～1.5h，干燥后的含碳球团进入直接还原炉；步骤4，直接还原：干燥后的含碳球团或混匀物料在直接还原炉内经直接还原，获得直接还原铁(DRI)，其中，所述还原温度为1100～1200℃，还原时间为30～60min，直接还原铁(DRI)铁含量为84～95％。所述步骤1中，煅烧炉内温度为600-1000℃。所述步骤1中，碳酸钙前驱体发生煅烧反应如式(1)所示。所述步骤1中，在煅烧炉中内，CaCO3的煅烧分解反应快速吸收颗粒的热量，并产生富CO2的烟气。CaCO3＝CaO+CO2(g)178.3kJ/mol(1)所述步骤1中，富CO2的烟气进入除尘器，经除尘后，获得CO2冷却降温储存。所述步骤1中，含铁冶金渣粒包括铜渣、镍渣，所述铜渣中铁、铜等有价金属含量丰富，包括铁含量达30～45％、铜含量为0.3～4.6％。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原系统，其特征在于，包括余热回收系统，混料系统和直接还原系统，所述余热回收系统，混料系统和直接还原系统依次连接，其中：/n所述混料系统包括相连接的料仓和混料装置；/n所述直接还原系统包括直接还原炉；/n所述余热回收系统包括煅烧炉，分离器，热解炉，除尘器及除尘净化器组成，所述余热回收系统连接方式采用A方式或B方式，A方式为：所述煅烧炉、分离器和热解炉依次连接；B方式为：所述煅烧炉、热解炉和分离器依次连接；当采用A方式时，热解炉与混料系统的料仓连接，分离器还与料仓连接；当采用B方式时，分离器与混料系统的料仓连接；/n所述煅烧炉连接有除尘器，所述热解炉连接有除尘净化器。/n

【技术特征摘要】
1.一种含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原系统，其特征在于，包括余热回收系统，混料系统和直接还原系统，所述余热回收系统，混料系统和直接还原系统依次连接，其中：
所述混料系统包括相连接的料仓和混料装置；
所述直接还原系统包括直接还原炉；
所述余热回收系统包括煅烧炉，分离器，热解炉，除尘器及除尘净化器组成，所述余热回收系统连接方式采用A方式或B方式，A方式为：所述煅烧炉、分离器和热解炉依次连接；B方式为：所述煅烧炉、热解炉和分离器依次连接；当采用A方式时，热解炉与混料系统的料仓连接，分离器还与料仓连接；当采用B方式时，分离器与混料系统的料仓连接；
所述煅烧炉连接有除尘器，所述热解炉连接有除尘净化器。


2.根据权利要求1所述的含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原系统，其特征在于，当所述余热回收系统连接方式采用A方式连接时，所述混料系统还包括制球系统，所述制球系统包括相连接的制球装置及干燥炉，同时所述制球装置与混料装置相连接，干燥炉与直接还原炉连接。


3.采用权利要求1所述的梯级余热回收及直接还原系统进行含铁冶金渣粒梯级余热回收及直接还原的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，高温颗粒余热回收：
取含铁冶金渣粒及碳酸钙前驱体，通过给料装置进入煅烧炉，含铁冶金渣粒在自身重力的作用下在气化炉内自上而下运动，碳酸钙前驱体发生煅烧反应，生成CaO和富CO2的烟气，并获得初步降温后颗粒，其中，所述含铁冶金渣粒温度为1000～1200℃，含铁冶金渣粒中的Si元素与碳酸钙中的Ca元素二者Ca/Si质量比为1:(0.5～1.5)，初步降温后颗粒温度为500～800℃；
步骤2，中低温颗粒余热回收，采用以下方式A或方式B进行：
方式A：初步降温后颗粒与CaO一起进入分离器，分离CaO后，初步降温后颗粒进入热解炉，CaO进入料仓，同时向热解炉中加入含碳固废材料，含碳固废材料与初步降温后颗粒按C/O为(2～3):1加入；含碳固废材料在炉内发生热解反应，获得固体半焦与冷却后颗粒，同时产生热解气，所述冷却后颗粒温度为温度≤200℃，冷却后的颗粒与固体半焦同CaO一起进入料仓；
方式B：初步降温后颗粒与CaO一起进入热解炉，同时向热解炉中加入含碳固废材料，含碳固废材料与降温后颗粒按照C/O为(3～4):1加入，降温后颗粒在热解炉内自上而下运动，含碳固废材料在炉内发生热解反应，获得固体半焦与冷却后颗粒，同时产生热解气，所述冷却后颗粒温度为温度降低至≤200℃，冷却后的颗粒与固体半焦同CaO一起进入料仓；
步骤3，混料：
当采用方式A时，进行以下步骤：
冷却后颗粒、固体半焦及CaO经分离出多余固体半焦后，经料仓进入混料装置，获得混匀物料，直接进行步骤4；
当采用方式B时，进行以下步骤：
(1)冷却后颗粒、固体半焦及CaO进入料仓，统一作为原料，同时向料仓中加入粘结剂，按质量比冷却后颗粒：粘结剂＝1:(0.005～0.03)，料仓中的原料进入混料装置，混料装置中加入水，按质量比冷却后颗粒：水＝1:(0.11～0.21)，获得混匀物料；
(2)混匀物料进入制球装置，在制球装置内产生10～20mm的含碳球团，含碳球团在干燥炉内于100～150℃的温度下进行干燥0.5～1.5h，干燥后的含碳球团进入直接还原炉；
步骤4，直接还原：
干燥后的含碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：左宗良，张敬奎，罗思义，于庆波，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37