一种金属氧化物高效还原系统及方法技术方案

一种金属氧化物高效还原系统及方法，包括：燃烧室、蓄热体、还原室、烟道、物料承托透气台、还原气体净化提质装置、第一烟气开关；所述燃烧室设置在还原室的上方，燃烧室与还原室连通；蓄热体设置在燃烧室与还原室之间，蓄热体为透气结构；还原室的下端与烟道连通；第一烟气开关设置在还原室与烟道之间；其中，物料承托透气台设置在还原室内，物料承托透气台的底部为透气隔板，还原气体净化提质装置的抽风口管道与物料承托透气台的底部连通。本申请提供的技术方案，通过将加热和还原两个步骤分开，同时通过蓄热体对还原性气体进行加热，使得与加热物料反应的还原性气体也为高温气体，从而提高物料还原效果，提高产品质量。

An efficient reduction system and method of metal oxide

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物高效还原系统及方法
本专利技术涉及一种金属氧化物高效还原系统，属于铁矿还原
本专利技术还涉及一种金属氧化物高效还原方法。
技术介绍
自18世纪末提出了直接还原技术的设想，20世纪60年代开始得到发展。至今总共提出过数十种工艺，按照所用还原剂来分类则有气基和煤基两种工艺。从直接还原的发展来看，无论是直接还原的实际产量还是生产能力，气基直接还原法一直占主导地位(约80％)，煤基直接还原法占20％左右。气基工艺主要集中在伊朗、沙特阿拉伯、墨西哥和俄罗斯等天然气资源丰富的地区。而对于其它非焦煤资源丰富的地区，煤基直接还原工艺则成为首选。煤基直接还原流程按生产设备分类主要包括回转窑流程、转底炉流程和隧道窑流程。在所有煤基直接还原工艺中回转窑法占绝对优势，煤基直接还原铁产量的98％由煤基回转窑生产。回转窑法主要原料为氧化球团矿，所用的还原剂主要为非结焦性高反应性煤(次烟煤、烟煤、褐煤)，还原煤80％与矿石一起自窑尾加入，20％自窑头喷入。还原温度为1050℃左右，原料在窑内停留时间约为10～12h，每吨海绵铁约消耗还原煤800kg，净能耗在13.4GJ.t-1左右。存在流程长、投资大、总体能耗高，球团在窑内停留时间长，易产生低温还原粉化，产品开裂，窑容利用系数偏低，窑内粉末量大，回转窑易结圈等方面的问题，仍需进一步完善。转底炉法最早用于从合金钢冶炼废料中回收镍、铬和铁，实践证明，用该法生产海绵铁也是可行的。该法的主体设备是一个环形炉，环形炉呈密封的圆盘状，炉体在运动中以垂线为轴作旋转运动。以矿粉或冶金废料作为含铁原料，焦粉或煤作为内配还原剂。工艺过程为：将原燃料混匀磨细、造球，生球连续加入转体炉，炉料厚度约为球团直径的3倍，采用天然气、煤或燃煤烧嘴加热焙烧球团，还原温度1250℃～1350℃。该工艺遇到的主要问题有：转底炉的加热完全依靠辐射传热，燃烧火焰及燃烧废气完全不能接触含碳球团的料层，热量供给与还原势保证成为一对矛盾体，产品金属化率不高(70％～80％)；装备类似于环型加热炉，结构复杂，运行费用较高；生产的控制要求较高，生产的稳定性(产品的质量、设备的运行)未达到人们预期的水平。隧道窑法是最古老的直接还原炼铁方法之一，通常仅用于粉末冶金还原铁粉生产的一次还原工序。其技术含量低，适合于小规模生产，投资小，符合小型企业投资需要，近期建设热潮有增无减。隧道窑法热效率低，能耗高(还原煤450～650k/t·DRI，加热用煤450～550kg/t·DRI)，生产周期长(48～76h)，污染严重(还原煤灰、废还原罐等固体废弃物多，粉尘多)，产品质量不稳定，单机生产能力难以扩大等问题，难以满足钢铁工业发展的需要。目前，钢铁工业规模在不断扩大，钢铁生产技术处于不断发展和完善之中，工艺流程也在不断向紧凑化、高效化、连续化、高洁净化及对环境友好的方向发展。现今钢铁生产主体流程为炼焦、烧结→高炉炼铁→转炉炼钢(又称为长流程)，仍存在明显不合理的地方(如高炉炼铁—转炉炼钢中氧位和碳位反复变动的情况)，而且传统长流程焦化和烧结等辅助工序能耗占钢铁生产能耗的60％～70％。此外传统钢铁生产长流程污染严重，是国民生产的污染大户，尤其是炼铁生产中的烧结、炼焦工序的污染排放指数较高、污染物种类多，是环境治理的主要对象。近年来，随着“直接还原—电炉炼钢”短流程的兴起，尤其作为复杂多金属资源利用有效手段的直接还原技术日益受到广泛关注。由于资源状况的差异，国内外直接还原工艺发展重点不同。我国以煤为主要能源，侧重于煤基直接还原工艺，包括回转窑、转底炉和隧道窑等流程，但是都没有能实现较好的突破和发展。综上所述，已有的煤基直接还原技术大多存在生产效率低、能耗污染重、产品质量差等问题，因此如何提供一种金属氧化物高效还原系统，其能够提高生产效率，降低能耗，提高产品质量，是本领域技术人员亟待突破与解决的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于通过将加热和还原两个步骤分开，同时通过蓄热体对还原性气体进行加热，使得与加热物料反应的还原性气体也为高温气体，从而提高物料还原效果，提高产品质量。本专利技术提供一种金属氧化物高效还原系统，包括：燃烧室、蓄热体、还原室、烟道、物料承托透气台、还原气体净化提质装置、第一烟气开关；所述燃烧室设置在还原室的上方，燃烧室与还原室连通；蓄热体设置在燃烧室与还原室之间，蓄热体为透气结构；还原室的下端与烟道连通；第一烟气开关设置在还原室与烟道之间；其中，物料承托透气台设置在还原室内，物料承托透气台的底部为透气隔板，还原气体净化提质装置的抽风口管道与物料承托透气台的底部连通。根据本专利技术的第一个实施方案，提供一种金属氧化物高效还原系统：一种金属氧化物高效还原系统，该系统包括：燃烧室、蓄热体、还原室、烟道、物料承托透气台、还原气体净化提质装置、第一烟气开关；其中，所述燃烧室设置在还原室的上方，燃烧室与还原室连通；蓄热体设置在燃烧室与还原室之间，蓄热体为透气结构；还原室的下端与烟道连通；还原室的下端通过第一烟气开关与烟道连接；物料承托透气台设置在还原室内，物料承托透气台的底部为透气隔板，还原气体净化提质装置通过抽风口管道与物料承托透气台的底部连通；还原气体管道与燃烧室连通。作为优选，所述还原气体净化提质装置的第一出风口通过还原气体管道与燃烧室连通。作为优选，该系统还包括：第一换热器；第一换热器设置在还原气体管道上，并且第一换热器位于烟道内；还原气体通过第一换热器与烟道内的烟气换热。作为优选，所述燃烧室的顶部设置有燃气烧嘴；所述燃烧室内设置有助燃气体喷嘴。作为优选，助燃气体喷嘴位于燃气烧嘴的一侧。作为优选，还原室的侧壁上设置有再燃烧嘴。作为优选，该系统还包括：第二换热器和第三管道，第二换热器设置在第三管道上，并且第二换热器位于烟道内；助燃气体通过第三管道与助燃气体喷嘴连通，助燃气体通过第二换热器与烟道内的烟气换热。作为优选，该系统还包括：干馏室；所述干馏室的底部与烟道连通；干馏室顶部的干馏物出口通过第四管道与燃气烧嘴连通。作为优选，该系统还包括：装料区、第一物料运输开关；装料区设置在干馏室的一侧；第一物料运输开关设置在装料区与干馏室之间。作为优选，该系统还包括：冷却室；冷却室的底部通过第五管道与还原气体净化提质装置的第二出风口连通；冷却室顶部的气体出口通过第六管道与燃烧室连通。作为优选，所述烟道为烟气输送和物料转移两用烟道；在干馏室内干馏完成的物料通过烟道转移到还原室内。作为优选，冷却室设置在烟道上，在还原室内还原完成的物料通过烟道转移到冷却室内。作为优选，冷却室设置在烟道上具体为，该系统还包括：第二物料运输开关、第三物料运输开关；第二物料运输开关和第三物料运输开关依次设置在烟道上，第二物料运输开关和第三物料运输开关之间形成冷却室。作为优选，该系统还包括：卸料区；卸料区设置在烟道上，卸料区通过第三物料运输开关与冷却室隔开。作为优选，该系统包括多组由所述燃烧室、蓄热体、还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物高效还原系统，其特征在于，该系统包括：燃烧室(1)、蓄热体(2)、还原室(3)、烟道(4)、物料承托透气台(5)、还原气体净化提质装置(6)、第一烟气开关(K1)；/n其中，所述燃烧室(1)设置在还原室(3)的上方，燃烧室(1)与还原室(3)连通；蓄热体(2)设置在燃烧室(1)与还原室(3)之间，蓄热体(2)为透气结构；还原室(3)的下端与烟道(4)连通；还原室(3)的下端通过第一烟气开关(K1)与烟道(4)连接；/n物料承托透气台(5)设置在还原室(3)内，物料承托透气台(5)的底部为透气隔板，还原气体净化提质装置(6)通过抽风口管道(L1)与物料承托透气台(5)的底部连通；还原气体管道(L2)与燃烧室(1)连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物高效还原系统，其特征在于，该系统包括：燃烧室(1)、蓄热体(2)、还原室(3)、烟道(4)、物料承托透气台(5)、还原气体净化提质装置(6)、第一烟气开关(K1)；
其中，所述燃烧室(1)设置在还原室(3)的上方，燃烧室(1)与还原室(3)连通；蓄热体(2)设置在燃烧室(1)与还原室(3)之间，蓄热体(2)为透气结构；还原室(3)的下端与烟道(4)连通；还原室(3)的下端通过第一烟气开关(K1)与烟道(4)连接；
物料承托透气台(5)设置在还原室(3)内，物料承托透气台(5)的底部为透气隔板，还原气体净化提质装置(6)通过抽风口管道(L1)与物料承托透气台(5)的底部连通；还原气体管道(L2)与燃烧室(1)连通。


2.根据权利要求1所述的金属氧化物高效还原系统，其特征在于，所述还原气体净化提质装置(6)的第一出风口通过还原气体管道(L2)与燃烧室(1)连通；作为优选，该系统还包括：第一换热器(H1)；第一换热器(H1)设置在还原气体管道(L2)上，并且第一换热器(H1)位于烟道(4)内；还原气体通过第一换热器(H1)与烟道(4)内的烟气换热。


3.根据权利要求1或2所述的金属氧化物高效还原系统，其特征在于，所述燃烧室(1)的顶部设置有燃气烧嘴(101)；所述燃烧室(1)内设置有助燃气体喷嘴(102)；作为优选，助燃气体喷嘴(102)位于燃气烧嘴(101)的一侧；和/或
还原室(3)的侧壁上设置有再燃烧嘴(301)。


4.根据权利要求3所述的金属氧化物高效还原系统，其特征在于，该系统还包括：第二换热器(H2)和第三管道(L3)，第二换热器(H2)设置在第三管道(L3)上，并且第二换热器(H2)位于烟道(4)内；助燃气体通过第三管道(L3)与助燃气体喷嘴(102)连通，助燃气体通过第二换热器(H2)与烟道(4)内的烟气换热。


5.根据权利要求4所述的金属氧化物高效还原系统，其特征在于，该系统还包括：干馏室(7)；所述干馏室(7)的底部与烟道(4)连通；干馏室(7)顶部的干馏物出口(701)通过第四管道(L4)与燃气烧嘴(101)连通；作为优选，该系统还包括：装料区(8)、第一物料运输开关(W1)；装料区(8)设置在干馏室(7)的一侧；第一物料运输开关(W1)设置在装料区(8)与干馏室(7)之间。


6.根据权利要求4或5所述的金属氧化物高效还原系统，其特征在于，该系统还包括：冷却室(9)；冷却室(9)的底部通过第五管道(L5)与还原气体净化提质装置(6)的第二出风口连通；冷却室(9)顶部的气体出口通过第六管道(L6)与燃烧室(1)连通；
作为优选，所述烟道(4)为烟气输送和物料转移两用烟道；在干馏室(7)内干馏完成的物料通过烟道(4)转移到还原室(3)内；作为优选，冷却室(9)设置在烟道(4)上，在还原室(3)内还原完成的物料通过烟道(4)转移到冷却室(9)内。


7.根据权利要求6所述的金属氧化物高效还原系统，其特征在于，冷却室(9)设置在烟道(4)上具体为，该系统还包括：第二物料运输开关(W2)、第三物料运输开关(W3)；第二物料运输开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：易凌云，黄柱成，姜涛，张元波，梁之凯，钟荣海，郭宇峰，李光辉，杨永斌，范晓慧，李骞，陈许玲，彭志伟，徐斌，甘敏，饶明军，杨凌志，姜雄，蔡威，金芸芸，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43