一种热风烧结余热利用系统及其利用方法.pdf

本发明公开了一种铁矿石或钒钛矿石热风烧结的余热利用系统及其利用方法，本发明设置了两处余热回收装置，一处位于烧结机的热筛(3)的出口处，一处位于环冷机(6)的废气出口处，本发明先收集热筛中的高温空气，其后收集环冷机释放的余热废气，引风机(9)将两处余热废气进行混合并被输送到烧结机的热风罩(2)中对烧结料进行热风烧结；本发明通过旁通管(11)及其阀门(12)对强制引风或自然引风方式进行灵活切换，方便使用；本发明的余热废气含热量与含氧量高，实施热风烧结后提高了烧结矿的产质量，达到了节约固体燃耗的目的。

1、  一种热风烧结余热利用系统，包括烧结机(1)，其特征在于：
在烧结机的后序流程设置了两处余热回收装置，一处位于烧结机的热筛(3)的出口处，另一处位于环冷机(6)的排气处，两处余热回收装置通过管道同时连接到引风机(9)中，并通过热风管道(10)将两处回收的余热废气回送到设置在烧结机(1)上的热风罩(2)并均匀分布在其中，该余热废气在烧结机主风机作用下，对烧结料进行热风烧结。

2、  根据权利要求1所述的热风烧结余热利用系统，其特征在于：
位于烧结机热筛(3)出口处的余热回收装置由热筛(3)和热筛罩(4)以及除尘器(5)组成，热筛(3)用于接收从烧结机下来的烧结矿，设置在热筛(3)上的热筛罩(4)用以收集高温空气，再通过设置在热筛罩(4)上的除尘器(5)将经过净化的高温空气送入引风机(9)中；
位于环冷机(6)出口处的余热回收装置由环冷机(6)和抽风机(8)以及环冷机罩(14)组成，环冷机(6)将热筛(3)中下来的烧结矿进行冷却，设置在环冷机(6)上方的环冷机罩(14)用以收集冷却产生的余热废气，并由设置在环冷机罩(14)上方的抽风机(8)将该余热废气抽入引风机(9)中。

3、  根据权利要求1所述的热风烧结余热利用系统，其特征在于：
位于环冷机(6)出口处的余热回收装置由环冷机(6)和鼓风机(7)以及环冷机罩(14)组成，环冷机(6)接收从热筛(3)中出来的烧结矿进行冷却，设置在环冷机(6)上方的环冷机罩(14)用以收集冷却产生的余热废气，并由位于环冷机(6)下方的鼓风机(7)将该余热废气送入引风机(9)中。

4、  根据权利要求1所述的热风烧结余热利用系统，其特征在于：在热风罩(2)中设置有热风分布板(13)，其上设置有多个均匀分布的热风分布孔。

5、  根据权利要求1或2或3所述的热风烧结余热利用系统，其特征在于：在引风机(9)的进口和出口处设置了余热废气转换装置，由旁路管道(11)和安装在旁路管道(11)上的旁路阀门(12)组成，通过对旁路阀门(12)的开关操作，可实现将两处或一处回收的余热废气回送到设置在烧结机(1)上的热风罩(2)并均匀分布在烧结料中，该余热废气在烧结机主风机作用下，对烧结料进行热风烧结。

6、  根据权利要求1所述的热风烧结余热利用系统的利用方法，其特征在于有如下步骤：
a对铁矿石进行配料经混合后在烧结机上进行布料；
b使用热风烧结余热利用系统回收的余热废气对烧结料进行热风烧结；
c分两步回收烧结产生的余热：
首先将热筛罩收集的高温空气送入除尘器净化，然后进入引风机；
其次烧结矿进入环冷机进行冷却，环冷机罩收集冷却时释放的余热废气，并由环冷机上的抽风机将该余热废气送入引风机中，或者由鼓风机将该余热废气送入引风机中；
最后，由引风机将两处余热废气进行混合，通过引风机并通过热风管道将余热废气输送到烧结机的热风罩中，再经过其中的热风分布板将热风均匀分布到烧结料进行热风烧结；
d依次用上述步骤进行循环操作。

7、  根据权利要求6所述的热风烧结余热利用系统的利用方法，其特征在于：在回收余热废气的过程中，可通过打开或关闭旁路装置的旁路阀门(12)，使回收的两处或一处的余热废气进入烧结机(1)的热风罩(2)中。

一种热风烧结余热利用系统及其利用方法
技术领域
本发明涉及冶炼烧结技术领域，尤其涉及一种铁矿石或钒钛铁矿石热风烧结余热利用系统及其利用方法。
背景技术
烧结余热利用是钢铁工业的一个重要课题。烧结工序中能提供回收利用的余热有：机尾的高温废气、单辊破碎仓、热筛及其横梁冷却风、环冷机内的冷却废气等。根据统计，烧结过程生成的二次能源占钢铁总能耗的12％，其中，8％为烧结矿余热，4％为烧结机废气余热。而一座年产钢1000万吨的联合企业，烧结过程可提供利用的二次热能占炼铁过程(烧结、炼焦、炼铁)所耗热能的26.7％。因此，烧结工序具有利用价值的二次能源潜力巨大。
国外如日本、德国等发达国家，对烧结过程的二次能源利用包括：(1)冷却机废气余热利用。在工艺上将一部分废气给入烧结机点火器作为燃烧用风以及混合料预热；将冷却机余热废气用于热风烧结；在动力上将这种废气给入余热锅炉发生蒸汽，用于低压透平发电装置以及用于热水透平与蒸汽透平联合发电装置；(2)烧结机余热利用。在工艺上用于脱碱、脱氮，脱硫等综合利用。
国内如申请号CN94110020.0，名称为《冷却机余热废气循环烧结方法》发明专利申请，就是将烧结矿冷却机的二段或二、三段的混合气体作为烧结热源并代替空气参与烧结的。该申请主要是在烧结机的上方设置一个收气罩并通过管道和引风机将冷却机的余热废气送入点火器后部的热风罩作为热源参与烧结的。该项申请的不足在于，一是其利用的热风主要来自鼓风冷却机，而目前使用抽风冷却机的烧结厂不在少数，该余热废气用于热风烧结效果较差；二是鼓风冷却机废气本身具有一定的正压力，采用强制引风使热风罩内的热风可能外溢，影响热风烧结的效果；三是烧结废气中含有很高的粉尘浓度，如不除尘，余热废气很难得到实际应用。目前还未有关于多处回收余热废气并加以除尘而进行热风烧结的公开报道。
鉴于上述问题，本发明对余热废气利用系统进行改进设计，扩展其适用范围及灵活多样的实现方式，从而实施热风烧结。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术中的不足或缺点，设计一种铁矿石或钒钛铁矿石热风烧结的余热利用系统及其利用方法。本发明所称的热风烧结是指利用余热废气完成的热风烧结；由抽风机和环冷机组成的回收装置也称为抽风环冷机余热回收装置；由鼓风机和环冷机组成的回收装置也称为鼓风环冷机余热回收装置。
本发明的余热利用系统采用两种技术方案，方案之一是在烧结机的后序流程中设计余热废气的回收装置，即在烧结机的后序流程设置有两处余热回收装置。
一处位于烧结机热筛出口处，由热筛和热筛罩以及除尘器组成。热筛用于接收从烧结机下来的烧结矿，设置在热筛上的热筛罩用以收集筛分时产生的高温空气，再通过设置在热筛罩附近的除尘器将经过净化的高温空气送入引风机中。
一处位于环冷机排气处的余热回收装置由环冷机和抽风机以及环冷机罩组成，环冷机接收从热筛中出来的烧结矿进行冷却并释放废气，设置在环冷机上方的环冷机罩用以收集冷却的余热废气，并由位于环冷机上方的抽风机将余热废气送入引风机中，经管道进入烧结机上方的热风罩。在热风罩中设置有热风分布板，其上设置有多个均匀分布的热风分布孔。在引风机的进口和出口处设置了由管道和安装在管道上的旁路阀门组成的余热废气切换装置。
本发明还可以是另一种形式的余热回收装置，即由环冷机、鼓风机以及环冷机罩组成。环冷机对热筛出来的烧结矿进行冷却，设置在环冷机上方的环冷机罩用以收集冷却产生的余热废气，位于环冷机下方的鼓风机将该余热废气送入引风机中；或者通过设置在引风机进出口的旁路管道不经过引风机，直接将余热废气经管道进入烧结机上的热风罩参与烧结。
技术方案之二是热风烧结余热利用系统的利用方法，采用如下步骤：
a 对铁矿石进行配料经混合后在烧结机上进行布料；
b 使用热风烧结余热利用系统回收的余热废气对烧结料进行热风烧结；
c 分两步回收烧结产生的余热废气：
首先使烧结矿进入热筛，热筛罩先将收集的高温空气送入除尘器净化，然后进入引风机；
其次烧结矿进入环冷机进行冷却，环冷机罩收集冷却时释放的废气，并由环冷机的抽风机或鼓风机将该冷却废气送入引风机中；
最后，两处混合后的余热废气通过引风机并经管道输送到烧结机的热风罩中，再经过其中的热风分布板将热风均匀分布到烧结料进行烧结；
d 依次用上述步骤进行循环操作。
本发明通过热筛并经过除尘的高温空气与通过抽风环冷机回收的低温废气(温度低于200℃)，经过引风机混合被引入烧结料的上部，作为烧结风量的一部分参与烧结过程，其引风方式为强制引风或自然引风(不经过引风机)，且安装了除尘装置。
本发明亦可将鼓风环冷机产生的高温余热废气(温度200℃以上)通过旁路管道直接引入烧结矿的上部，作为烧结风量的一部分参与烧结过程，用于余热废气烧结，其引风方式为自然送风。
本发明既可以适用于以热筛高温空气与抽风环冷机冷却的余热废气为混合风源的热风烧结，又可适用于以鼓风环冷机的余热废气为风源的热风烧结。
需要说明的是，本发明的“热风”与“余热废气”没有本质的区别，环冷机释放的冷却废气在到达热风罩之前称为“余热废气”，达到热风罩后烧结专业就习惯称为“热风”。
本发明实施热风烧结通过合理的参数配置以改变烧结机理，提高烧结矿强度和质量，同时还减少CO₂排放量对环境的影响。由于余热废气含热量高，达到了节约固体燃耗的目的。
附图说明
附图1为本发明的余热废气烧结系统结构示意图；
图中序号为：1—烧结机，2—热风罩，3—热筛，4—热筛罩，5—除尘器，6—环冷机，7—鼓风机，8-抽风机，9—引风机，10—热风管道，11—旁路管道，12—旁路阀门，13—热风分布板，14-环冷机罩；
附图2为本发明热风罩与热风分布板的结构和布置示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行更详细的说明。
参照附图1和附图2，本发明的热风烧结余热利用系统有以下几部分主要内容：
热风罩2：在烧结机1台车的上方安装了能对余热废气即热风起密封与均匀分布的热风罩2，在热风罩2中安装了能将热风均匀地分布在台车料面上部空间的热风分布板3，在烧结主风机(抽烟机)的抽力作用下，将热风均匀地抽入料层内，热风替代空气参与烧结过程，并将热风的物理热量带入料层内对烧结起强化作用。
热风风源：本发明余热废气回收采用两种方式实现热风烧结，风源为热筛罩4的高温热空气与环冷机6的低温废气的热风烧结；或者风源为鼓风机7与环冷机6的高温废气的热风烧结；
除尘器5：由于热筛罩4收集的高温空气含粉尘较重，在热筛罩4出来的高温空气管道上安装了旋风式除尘器用以消除粉尘，提高回收余热废气的质量。旋风除尘器为专业产品。
引风机9：为锅炉引风机，安装在连接热风罩2的主管道11上，对热筛罩内的高温热空气与抽风环冷机余热废气加压，实行强制引风，并将余热废气送到烧结机平面的热风罩2内。锅炉引风机为专业产品。
热风管道：使用大直径管道用于输送热风，在引风机9的进口和出口管道上还增设了旁路管道。当加压引风机9停止工作时，打开旁路管道11上的阀门12，热风可全部采用环冷机6释放的冷却废气；当关闭旁路阀门12时，热风可同时采用热筛罩4的高温热空气和环冷机的冷却废气。
利用本发明的热风烧结余热利用系统进行热风烧结的方法有以下几个步骤：
a 对铁矿石进行配料经混合后在烧结机上进行布料；
b 使用热风烧结余热利用系统回收的余热废气对烧结料进行热风烧结；
c 分两步回收烧结产生的余热废气：
首先烧结机下来的烧结矿进入热筛3中，热筛罩4收集带粉尘的高温空气，将高温空气送入除尘器5中进行除尘净化，然后进入强力引风机9中；
其次烧结矿从热筛3进入环冷机6内进行冷却，环冷机罩14收集冷却释放的余热废气，并由环冷机的鼓风机7或环冷机的抽风机8将余热废气鼓入或抽入引风机9中；
最后，由引风机9将这两处热气进行混合，并通过热风管道10将余热废气输送到热风罩2中，再经其中的热风分布板13将热风均匀分布在烧结料面，在烧结主风机的抽力作用下，将热风均匀地抽入料层内，参与烧结过程。
d 依次用上述步骤循环进行操作即可。
在回收余热废气的过程中，可通过打开或关闭旁路阀门12，使回收的两处或一处的余热废气进入热风罩2中。
本发明所使用的烧结原料以高钛型钒钛磁铁精矿为主，该精矿小于200目粒级含量仅为40-50％，其烧结产品强度差、成品率低、能耗高。因此，利用本发明的余热利用系统实现热风烧结很好的改善了该精矿的烧结性能，提高了烧结质量和成品率。
本发明并不局限于本案所提供的钒钛磁铁矿等，其它铁矿石仍然适用。
实施例1
本发明根据烧结机的规格与环冷机的类型进行如下结构上的设计：
参照图2，本发明在点火器后的12m烧结长度上安装热风罩2(根据不同烧结机长度，并不严格局限于12m)。当烧结机的有效烧结长度为52m，点火器和保温段的长度为8m。保温段的温度在300～600℃之间时，在点火器后的12m安装热风罩2。热风罩2由4段组成，每段3m，热风罩2呈箱体结构，中部相互贯通，底部安装热风分流板13。
将直径φ1.4m的热风管道10连接在第一段热风罩上，热风罩内设有热风分布板13，由12块1m的钢板连接而成，每块钻有2排共8个φ200mm的圆孔。
其他部分设备的制造和安装如热筛3、热筛罩4、旋风除尘器5、锅炉引风机9、以及环冷机6、鼓风机7、抽风机8、环冷机罩14、旁路管道以及热风管道等都为本领域的常规制造和安装技术。
实施例2
在实验室规模条件下，利用本发明的系统和方法对钒钛磁铁精矿进行了热风烧结试验。
以重量百分比计，所用原料种类、配比为钒钛磁铁精矿配比51％，进口矿17％，国内高粉6％，国内中粉5％，生石灰6.5％，石灰石6％，焦粉4.8％。
所使用的热风由专门的发生炉产生。热风烧结试验使用φ300×750mm的烧结杯。铺底料粒度10-16mm，厚30mm。点火时间2min，点火负压6000Pa，外配返矿40％，返矿中3-10mm与<3mm的量分别占1/3和2/3；混合料水分6.8±0.1％。烧结时间约30min。
使用热风烧结与不进行热风烧结的试验效果相比，300℃热风烧结速度明显高于不用热风烧结速度，烧结速度由15.29mm/min提高到15.74mm/min。当热风温度在200-350℃，与不实行热风烧结相比，烧结速度也有大幅度提高。热风烧结对提高成品率有积极作用。
与不用热风烧结相比，烧结前20min 350℃热风烧结，成品率提高3个百分点。采用“前20min350℃热风烧结+后期实行200℃热风烧结”成品率达80.45％，比不用热风烧结提高3.32个百分点。200℃的热风烧结时，随着热风作用时间的延长，产量提高，前20min200℃热风烧结，产量提高2.76％；前20min300℃热风烧结，产量提高5.45％。
实施例3
该实施例的方案1为自然引风，是利用环冷机6加抽风机8进行自然引风；方案2为强制引风，是环冷机6与热筛3产生的高温热空气被引风机9强制引入热风罩2进行的热风烧结。按照本发明的方法在130m²烧结机实施热风烧结。与之配套是145m²环冷机，配有4台抽风机。烧结机热风罩长12m，共分4段，试验期分别对两种引风方案的热风工况参数进行了检测，主要参数见下表1。
表1 抽风环冷机冷却废气与热筛高温空气的热风工况参数

从上表可以看出，采用热风烧结之后，通过料面的风温大幅度提高，从环境温度30℃提高到132℃和146℃，分别提高了102℃和116℃；在风温升高的同时，热风罩内也已形成一定的正压，对提高烧结速度起到良好的作用。
热风烧结与不用热风烧结原燃料配比保持不变，以重量百分数计，物料配比：钒钛精矿61％，国内高粉16％，国内中粉3％，生石灰5％，石灰石5.5％，焦粉6.0％，瓦斯灰3％。热风烧结效果对比见表2。
表2 抽风环冷机自然引风与强制引风热风烧结实施效果

从表2可见，采用热风烧结比不用热风烧结效果要好，烧结矿强度提高，产量增加，固体燃耗下降，其中强制引风效果优于自然引风的烧结效果。
实施例4
该实例为利用鼓风环冷机冷却废气进行自然引风的热风烧结。按照本发明方法在某台130m²烧结机实施热风烧结，热风风源为鼓风环冷机冷却废气。与之配套是120m²鼓风环冷机，配有5台鼓风机。烧结机热风罩长12m，共分4段，实测热风参数见表3。
表3 鼓风环冷机自然引风热风罩内热风工况参数

从表3可以看出，采用热风烧结之后，通过烧结料面的风温大幅度提高，从环境温度(20℃)分别提高至200-275℃。在风温升高的同时，风罩内也已形成一定的正压，对提高烧结速度起到了促进作用；在第四段热风罩，热风温度降至200℃，静压也比较低(5.1Pa)，说明在第4段已经抽入了较多的冷风。由于炽热烧结矿继续氧化，热风含氧量比空气含氧量低0.6个百分点。
采用热风与不用热风烧结原燃料配比(以重量百分数计)见表4。
表4 鼓风环冷机自然引风热风烧结物料配比(％)

采用热风与不用热风烧结机操作参数见表5。
表5 鼓风环冷机自然引风热风烧结主要参数