一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)及方法，通過氧化提高鐵礦石的還原速率，通過高氣速操作加快鐵礦石還原速度并同時大幅提高單位截面流化床的氣體處理能力，通過還原煤氣并聯(lián)降低通過單級流化床的氣量，實現(xiàn)在近常壓下鐵礦粉在流化床內的高效還原。本發(fā)明具有還原效率高，還原過程能耗低和還原過程經濟性好等優(yōu)點。
【專利說明】一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于化工、冶金領域，特別涉及一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)及方法。
【背景技術】[0002]現(xiàn)有的生鐵冶煉主要采用高爐工藝，需要使用焦炭和球團礦，流程較長。為了降低對焦炭的依賴，非高爐煉鐵工藝受到人們的重視。非高爐煉鐵可分為直接還原和熔融還原兩類，直接還原的產品是由鐵精礦還原得到海綿鐵，主要用作電爐煉鋼的原料，而熔融還原則進一步將海綿鐵熔化分離渣鐵得到鐵水。無論是直接還原還是熔融還原，都需要經過鐵精礦氣固相還原過程，兩者的區(qū)別主要在金屬化率上，直接還原的金屬化率一般要求超過90%，而由于還有后續(xù)熔池終還原，熔融還原的氣固相還原(一般稱預還原)的金屬化率可以低至75%。直接還原與熔融還原的預還原所涉及的過程基本相同，都是通過氣相還原固體狀態(tài)的鐵礦石，因此本專利申請將其統(tǒng)稱為鐵礦石還原。鐵礦石還原的方法很多，根據(jù)還原反應器的類型，可分為回轉窯、轉底爐、豎爐和流化床等，與其他反應器相比，流化床還原具有可直接處理粉礦、傳熱傳質好、還原效率高等突出優(yōu)點，被認為是最為高效的鐵礦石還原反應器。流化床還原鐵礦石已研究了幾十年，申請了大量的工藝專利，并有F10R/FINMET、FINEX、HISmelt、Circofer> Circored等工藝進行過中試或實現(xiàn)了產業(yè)化。
[0003]FIOR 工藝最早在 20 世紀五十年代由 ESSO Research and Engineering Company開始研究，于1962年在ESSO實驗室(Baton Rouge, La,美國)完成了 5t/d的小試，1965年在加拿大(Darmouth, Nova Scotia)建成了 300t/d的工廠，1976年在委內瑞拉建成了40萬噸/年工業(yè)裝置生產熱壓塊(US5082251，US5192486)，并基于“細粉鐵礦石還原”的英文首字母取名為FIOR (Fine Iron Ore Reduction),并持續(xù)運行了至今。FIOR公司于1992年起與奧鋼聯(lián)共同合作開發(fā)FINMET技術，于1995年完成了 FINMET技術驗證，1998年I月開始建設50萬噸/年的FINMET系統(tǒng)，1999年11月開始調試，2000年5月正式運行，2001年開始將兩條50萬噸/年的FINMET系統(tǒng)合并為100萬噸/年的系統(tǒng)。FIOR/FINMET采用天然氣重整得到的H2+C0作為還原和流化介質，采用四級流化床串聯(lián)操作，還原氣體經第四流化床、第三流化床、第二流化床至第一流化床依次串聯(lián)通過，氣體壓力為ll-13atm (表壓)，還原尾氣中未消耗的H2和CO經除塵、脫碳等凈化處理后返回循環(huán)使用。鐵礦粉則從第一流化床、第二流化床、第三流化床、第四流化床依次串聯(lián)被還原(Schenk etal.，Particuology, 2011, 914-23)。第四流化床的還原溫度為約800°C，由于中間沒有補熱，流化床的溫度從四級至一級依次降低，至第一流化床時僅為400-500°C，在此低溫下還原速度很慢，所以第一流化床實際上主要起預熱作用。
[0004]FINEX工藝是由韓國浦項制鐵在引進奧鋼聯(lián)的COREX熔融還原工藝基礎上，與奧鋼聯(lián)聯(lián)合開發(fā)的基于流化床預還原的熔融還原新工藝。FINEX技術研發(fā)始于1992年，于1996年完成了 15t/天的實驗室擴大試驗，1999年完成了 150t/天的中試，2001年I月開始80萬噸/年的示范工程建設，2004年5月達產，2007年5月建成了 150萬噸/年產業(yè)化示范工廠。FINEX 工藝的預還原部分(US5762681, US5785733, CN95191907.5，CN95191873.7，US20020166412, US20060119023，US20080302212, US20080277842)與 FIOR/FINMET 工藝基本一樣，采用四級流化床串聯(lián)操作，只是還原及流化介質采用熔融還原(熔融還原爐中)產生的煤氣凈化后得到的凈煤氣。還原氣體由第四流化床、第三流化床、第二流化床至第一流化床依次串聯(lián)通過，氣體壓力2.3-4.0atm (表壓)，還原尾氣中未消耗的H2及CO經除塵、脫碳等凈化處理后返回循環(huán)使用。鐵礦粉從第一流化床、第二流化床、第三流化床、第四流化床中依次串聯(lián)通過被還原，與FIOR/FINMET —樣，F(xiàn)INEX沒有設置單獨的鐵礦粉預熱單元，第一流化床主要起干燥/預熱作用，溫度約為400°C，第四級流化床的溫度在800-900°C。FINEX工藝的流化床還原已在150萬噸鐵/年(實際還原鐵礦石預計超過270萬噸/年)的規(guī)模上運行數(shù)年。
[0005]Circofer工藝和Circored工藝是由德國魯奇(Lurgi)公司(魯奇公司已將其冶金業(yè)務已出售給芬蘭的Outokumpu公司)開發(fā)的煤基和氣基流化床還原鐵礦工藝。Circored 工藝(US5603748, Schenk et al.Particuology, 2011，914-23)以氧氣為還原介質，采用兩級流化床串聯(lián)還原。鐵礦粉首先在預熱單元(輸送流化床-旋風-文丘里組合預熱器)中干燥并預熱至850-900°C后，進入溫度為850-900°C的循環(huán)流化床(第一級還原)中進行預還原，由循環(huán)流化床排出的預還原鐵礦粉進入鼓泡流化床(第二級還原)中進行終還原，該鼓泡流化床為臥式橫向多段(級)流化床，操作溫度為630-650°C，兩個流化床操作壓力都為4atm (表壓)，從鼓泡流化床中排出的還原鐵礦粉經過快速加熱器加熱至壓塊所需的680°C以上，進入熱壓塊工段壓塊。還原尾氣經與循環(huán)氣體換熱回收顯熱、凈化、壓縮等處理后返回循環(huán)利用。魯奇公司從上世紀七十年代開始研究循環(huán)流化床還原鐵礦技術，1973-1990年間主要專注于以煤為還原介質技術的開發(fā)，1993年開始轉向研究以氫氣為介質的循環(huán)流化床還原技術，1996年開始在Trinidad工廠建設50萬噸/年示范工程，于1999年3月完成建設、1999年5月得到第一批熱壓塊，1999-2001年間對系統(tǒng)進行調試、優(yōu)化、整改，于2001年8月成功實現(xiàn)了 63.6t/h HBI的達產目標，并在2001年8_11月間連續(xù)生產了約13萬噸HBI，但從2001年11月起因市場原因閑置。Circofer工藝(US20070256519, CN100587080C, CN100540698C)是Lurgi/Outokumpu公司開發(fā)的煤基鐵礦石流態(tài)化還原工藝(Orth et al., Minerals Engineering, 2007，854-861),鐵礦粉在旋風-文丘里組合預熱器中與第一流化床排放的尾氣換熱，鐵礦粉被預熱后進入第一流化床的前倉，同時向前倉中加入煤粉并通入氧氣，通過煤粉部分燃燒產生的熱量預熱鐵礦粉、同時產生還原性氣體，經預熱的鐵礦粉和產生的氣體從第一流化床前倉頂部進入第一流化床主床，尾氣凈化后得到的凈煤氣從第一流化床底部進入作為流化和還原介質，鐵礦粉還原后從第一流化床主床下部排出進入第二流化床繼續(xù)還原，還原得到的海綿鐵從第二流化床排出，經熱磁選機去除海綿鐵中的半焦顆粒，再進入熔分爐進行渣鐵分離。由第一流化床頂部排出的熱尾氣先經旋風除塵器分離、后進入旋風-文丘里組合預熱器加熱鐵礦粉的同時使尾氣冷卻，再經過廢熱鍋爐回收熱量，然后經布袋除塵器和文丘里除塵器進一步脫除粉塵，再經CO2脫除器除CO2后作為凈煤氣返回循環(huán)用作流化及還原介質。魯奇公司于1980年建立了(j5700mm、5t/天的循環(huán)流化床中試平臺用于發(fā)展Circofer技術，至2003年總共進行了十幾輪的試驗，運行總時間超過7 0天，但從現(xiàn)有的文獻報道來看，Circofer工藝只完成了上述中試，未見進一步中試或產業(yè)化應用的報道。
[0006]HISmelt工藝采用輸送床結合四級旋風預熱器在進入熔分爐前對鐵礦粉進行預熱(http://www.hismelt.com ；Schenk et al., Particuology, 2011, 914-23)，還不屬于真正意義上的鐵礦石還原，與本專利申請相關性不大，故不再詳述其工藝。
[0007]除了上述進行過中試和產業(yè)化的流化床還原工藝外，國內外還申請了很多流化床還原鐵礦工藝方面的專利，這些專利一般采用2-4級流化床還原，與FIOR/FINMET和FINEX工藝很相似，有些甚至基本一樣，其他則通過流化床級數(shù)、粉體預熱方式、氣體預熱方式、氣體操作方式等進行組合形成差異，從而形成了眾多的授權專利，這也從一個側面說明對流化床級數(shù)、鐵礦粉預熱、還原氣體預熱、氣體操作方式這幾個主要方面的不同組合，在流態(tài)化鐵礦石還原工藝方面具有很大的創(chuàng)新空間。下面就從這幾個主要方面對國內外鐵礦粉流態(tài)化還原工藝進行分析。
[0008]I)流化床級數(shù):F10R/FINMET和FINEX主流工藝采用四級流化床，與此相似采用四級流化床還原的專利還包括:US20120328465 (2012)、CN101892339 (2012)、CN101397597 (2010)、CN101519707 (2010)、CN100560739 (2009)、US20080277842 (2008)、AU2001265669 (2001)等，這些專利鐵礦粉還原部分與FIOR/FINMET和FINEX基本一樣。CN103221555(2013)、CN102127611 (2012)、US6960238 (2005)、US6736876 (2004)、US20020166412 (2002)、US5785733 (1998)等專利采用三級流化床還原。除魯奇工藝外，CN201563469 (2010)、CN101333575 (2010)、CN101906501 (2010)采用兩級流化床還原。
[0009]2)粉體預熱:魯奇工藝采用循環(huán)流化床-旋風預熱器-文丘里組合單元對鐵礦粉進行預熱，CN101906501(2010)采用五級旋風預熱器預熱鐵礦粉，CN101333575 (2010)采用斜坡爐預熱鐵礦粉。其他專利中沒有專門的鐵礦粉預熱單元，實際上基本與FIOR/FINMET和FINEX工藝相同，最后一級流化 床起到鐵礦粉預熱作用。
[0010]3)氣體預熱:魯奇流化床還原工藝設有氣體預熱單元，而很多專利包括FIOR/FINMET 工藝專利(US5082251, US5192486)和 FINEX 工藝專利(US5762681, US5785733)工藝中都沒有涉及或者包括氣體預熱單元，但如果氣體不預熱，流化床溫度無法維持反應所需的800°C及以上的高溫。有些工藝將熔融氣化爐排出的高溫氣體直接通入最末級流化床，如 CN101519707(2010)、CN101906501(2010)、AU2001265669(2001)、US6736876(2004)，直接利用熔融氣化爐出來高溫氣體的顯熱，然而由于熔分過程會產生CO2和H2O等氣體，不去除直接利用會降低氣體的還原能力。實際上FIOR/FINMET實際流程中設有氣體預熱單元(Schenk et al.，Particuology, 2011，914-23),即還原氣體先經預熱器預熱再依次通過四級流化床、三級流化床、二級流化床及一級流化床，由于反應過程總體吸熱，在中間沒有預熱器的情況下，流化床的溫度逐級降低，到了最末一級(一級流化床)時溫度僅有400-500°C，還原能力很差。為了解決這個問題，US6960238(2005)提出在氣體進入每一級流化床前通入氧氣/空氣對還原氣體進行部分燃燒直接加熱還原氣體，直接部分燃燒雖提高氣體的溫度，但燃燒生成的CO2和H2O會極大地降低氣體的還原勢和還原能力，對還原過程非常不利。
[0011]4)氣體操作方式:現(xiàn)有工藝對于氣體都是采用串聯(lián)操作，各工藝采用的反應壓力差別很大。FIOR/FINMET的操作表壓為ll_13atm，F(xiàn)INEX的操作表壓為2_4atm，Circored的操作表壓為4atm。CN100560739C的操作壓力為4-lOatm。有些專利，如CN101519707 (2010)及CN102127611 (2012)給出了 1-1Oatm的操作壓力，然而過大的范圍不具有實際可操作性，因為操作壓力相差十倍意味著流化床的操作線速度也相差十倍，一般流化床難有這么大的操作彈性。很多專利如 CN101333575 (2010)、101563469 (2010)、CN103221555 (2013)、CN101892339(2012)等沒有說明操作壓力。
[0012]然而，盡管與豎爐相比，流化床具有氣固接觸好、傳熱傳質效率高等優(yōu)點，但FIOR/FINMET生產每噸熱壓塊的能耗約為15.0GJ，遠高于基于豎爐的MIDREX工藝的10.5GJ，說明基于流化床工藝的技術在能耗降低方面尚有很大的提升空間?，F(xiàn)有的鐵礦粉流化床還原工藝存在如下兩方面問題:
[0013]I)操作壓力高:現(xiàn)有的FIOR/FINMET、FINEX工藝都采用高壓操作(如FIOR/FINMET操作壓力12-14atm)，氣體壓縮過程非常耗能，如果能夠降低操作壓力至近常壓(MIDREX的操作壓力為l_1.5atm)將可大幅降低氣體的壓縮功耗，提高流化床還原鐵礦石的效率。現(xiàn)有工藝采用高壓操作的一個主要原因是為了降低流化床反應器的直徑，由于采用氣體還原鐵礦石至金屬鐵的熱力學要求較高，只有在氣體大量過量的情況下才能將鐵礦石中的三氧化二鐵還原為金屬鐵，所以還原過程所需氣量很大，如果采用常壓操作通常會導致流化床直徑過大，比如FINMET工藝的100萬噸系統(tǒng)在12-14atm的操作壓力下流化床直徑仍有5m，可以計算，如果采用常壓操作，流化床直徑將達到17.7m。
[0014]2)還原效率低:很多工藝盡管采用四級流化床還原，但由于氣體串聯(lián)通過四級至一級流化床中間沒有補熱過程，導致反應溫度從四級至一級逐漸降低，一級流化床的溫度僅有400-500°C。由于在700°C以下時鐵礦石還原動力學較慢，因此傳統(tǒng)的四級流化床的末兩級起的還原作用較小，導致整體還原效率較低。
[0015]綜上所述，通過工藝及技術創(chuàng)新，降低流化床操作壓力、提高多級流化床總體還原效率是降低流化床還原鐵礦石過程能耗，提高還原過程經濟性的關鍵。
【發(fā)明內容】

[0016]本發(fā)明的目的在于，提供了一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)和還原方法，可在近常壓下實現(xiàn)鐵礦粉在流化床內的高效還原。
[0017]為達到上述目的，本發(fā)明是通過如下方式實現(xiàn)的:
[0018]一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括鐵礦粉料倉1、螺旋加料器2、氧化流化床3、一級加料器4、一級循環(huán)流化床5、二級加料器6、二級循環(huán)流化床7、三級加料器8、三級循環(huán)流化床9、排料器10、產品料倉11、燃燒室12、一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14、三級煤氣預熱器15、旋風收塵器16、布袋收塵器17、引風機18和煙囪19 ；
[0019]所述氧化流化床3包括氧化流化床主體31、第一旋風分離器32、第二旋風分離器33和加料器34 ；
[0020]所述一級循環(huán)流化床5包括一級提升管51、第三旋風分離器52、第四旋風分離器53和一級循環(huán)料腿54 ；
[0021]所述二級循環(huán)流化床7包括二級提升管71、第五旋風分離器72、第六旋風分離器73和二級循環(huán)料腿74 ；
[0022]所述三級循環(huán)流化床9包括三級提升管91、第七旋風分離器92、第八旋風分離器93和三級循環(huán)料腿94 ；
[0023]所述鐵礦粉料倉I底部的出料口設有與所述螺旋加料器2的進料口相連通的管道，通過該管道將鐵礦石粉加入螺旋加料器2，所述螺旋加料器2的出料口與第一旋風分離器32的出氣口和第二旋風分離器33的入口通過管道相連通；
[0024]所述氧化流化床主體31上部設有出氣口、底部設有進氣口、下部設有進料口、上部設有出料口 ；所述氧化流化床主體31的出氣口與所述的第一旋風分離器32的入口相連接，所述氧化流化床主體31的進料口與所述的加料器34的出料口相連接,所述氧化流化床主體31的進氣口與燃燒室12的出氣口通過管道相連接，所述氧化流化床主體31的出料口與一級加料器4的進料口通過管道相連接；所述第一旋風分離器32的入口還分別與第二旋風分離器33的出料口、旋風收塵器16的出料口和布袋收塵器17的出料口通過管道相連接；所述第一旋風分離器32的出料口與所述加料器34的進料口相連接，所述加料器34的進氣口和出料口分別與空氣總管和氧化流化床主體31的進料口通過管道相連接，所述第二旋風分離器33的入口與所述螺旋加料器2的出料口和第一旋風分離器的出氣口通過管道與相連接，所述第二旋風分離器的出氣口與所述旋風收塵器16的入口相連接，所述第二旋風分離器33的出料口與所述第一旋風分離器32的入口相連接。
[0025]所述旋風收塵器16的出氣口與布袋收塵器17的進氣口通過管道相連接，旋風收塵器16的出料口與第一旋風分離器32的入口通過管道相連接，所述布袋收塵器17的出氣口與引風機18的入口通過管道相連，布袋收塵器17的出料口與第一旋風分離器32的入口通過管道相連接，所述引風機18的出氣口與所述煙囪19相連通；
[0026]所述一級加料器4設有進料口、進氣口和出料口，所述一級加料器4的進料口與氧化流化床主體31的出料口通過管道相連接，所述一級加料器4的進氣口與煤氣總管相連接，所述一級加料器4的出料口與一級提升管51的進料口通過管道相連接；
[0027]所述一級提升管51頂部設有出氣口、底部設有進氣口、下部設有進料口和循環(huán)回料口 ；所述一級提升管51的出氣口與所述的第三旋風分離器52的入口相連接，所述一級提升管51的進料口與一級加料器4的出料口相連接，所述一級提升管51的進氣口與一級煤氣預熱器13的煤氣出口通過管道相連接；所述第三旋風分離器52的出氣口與所述第四旋風分離器53的入口相連接，所述第三旋風分離器52的排料口與所述一級循環(huán)料腿54相連接；所述一級循環(huán)料腿54下部設有回料口和排料口，所述一級循環(huán)料腿54的回料口與所述一級提升管51的循環(huán)回料口通過管道相連接，所述一級循環(huán)料腿54的排料口通過管道與二級提升管71的下部進料口相連接，所述一級循環(huán)料腿54的進氣口與煤氣總管相連通；所述第四旋風分離器53的出氣口與還原尾氣處理系統(tǒng)的入口相連接，所述第四旋風分離器53的排料口與所述的二級加料器6的進料口通過管道相連接；
[0028]所述二級加料器6設有進料口、進氣口和出料口，所述二級加料器6的進料口與第四旋風分離器53的排料口相連，所述二級加料器6的進氣口與煤氣總管相連接，所述二級加料器6的出料口與二級提升管71的上部進料口通過管道相連接；
[0029] 所述二級提升管71頂部設有出氣口、上部設有上部進料口、底部設有進氣口、下部設有下部進料口和循環(huán)回料口，所述二級提升管71的出氣口與所述第五旋風分離器72的入口相連接，所述二級提升管71的上部進料口與二級加料器6的出料口相連接，所述二級提升管71的下部進料口與一級循環(huán)料腿54的排料口通過管道相連；所述二級提升管71的進氣口與二級煤氣預熱器14的煤氣出口通過管道相連接，所述第五旋風分離器72的出氣口與所述的第六旋風分離器73的入口相連接，所述第五旋風分離器72的排料口與所述二級循環(huán)料腿74相連接；所述二級循環(huán)料腿74下部設有回料口和排料口，所述二級循環(huán)料腿74的回料口與所述的二級提升管71的循環(huán)回料口通過管道相連接，所述二級循環(huán)料腿74的排料口通過管道與三級提升管91的下部進料口相連接，所述二級循環(huán)料腿74的進氣口與煤氣總管通過管道相連接；所述第六旋風分離器73的出氣口與還原尾氣處理系統(tǒng)的入口相連接，所述第六旋風分離器73的排料口與所述三級加料器8的進料口通過管道相連接；
[0030]所述三級加料器8設有進料口、進氣口和出料口，所述三級加料器8的進料口與第六旋風分離器73的排料口相連，所述三級加料器8的進氣口與煤氣總管相連接，所述三級加料器8的出料口與三級提升管91的上部進料口通過管道相連接；
[0031]所述三級提升管91頂部設有出氣口、上部設有上部進料口、底部設有進氣口、下部設有下部進料口和循環(huán)回料口 ；所述三級提升管91的出氣口與所述第七旋風分離器92的入口相連接，所述三級提升管91的上部進料口與三級加料器8的出料口相連接，所述三級提升管91的下部進料口與二級循環(huán)料腿74的排料口通過管道相連；所述三級提升管91的進氣口與三級煤氣預熱器15的煤氣出口通過管道相連接；所述第七旋風分離器92的出氣口與所述第八旋風分離器93的入口相連接，所述第七旋風分離器92的排料口與所述三級循環(huán)料腿94相連接；所述三級循環(huán)料腿94下部設有回料口和排料口，所述三級循環(huán)料腿94的回料口與三級提升管91的循環(huán)回料口通過管道相連接，所述三級循環(huán)料腿94的排料口通過管道與產品料倉11相連接，所述三級循環(huán)料腿94的進氣口與煤氣總管通過管道相連接；所述第八旋風分離器93的出氣口與還原尾氣處理系統(tǒng)的入口相連接，所述第八旋風分離器93的排料口與所述排料器10的進料口通過管道相連接；
[0032]所述排料器10設有進料口、進氣口和出料口，所述排料器10的進料口與第八旋風分離器93的排料口相連，所述排料器10的進氣口與煤氣總管相連接，所述排料器10的出料口與產品料倉11通過管道相連 接；
[0033]所述燃燒室12通過燃燒煤氣加熱空氣，設有燒嘴與出氣口，所述的燒嘴與煤氣總管和空氣總管相連接，所述燃燒室12的出氣口通過管道與氧化流化床主體31底部的進氣口相連接，所述燃燒室12的進氣口與空氣總管相連通；
[0034]所述煤氣預熱器為分為一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15，分別為一級循環(huán)流化床5、二級循環(huán)流化床7和三級循環(huán)流化床9所需的流化煤氣預熱，所述三個煤氣預熱器中的任一煤氣預熱器設有燒嘴、煙氣出口、煤氣入口和煤氣出口 ；所述燒嘴用來燃燒煤氣產生高溫煙氣為還原煤氣預熱提供所需熱量，所述燒嘴與空氣總管和煤氣總管通過管道相連；所述煙氣出口與煙氣總管相連，排出的煙氣經煙氣總管進入煙氣處理系統(tǒng)回收熱量；所述煤氣入口與煤氣總管相連；一級煤氣預熱器的煤氣出口與一級提升管底部的進氣口相連接，二級煤氣預熱器的煤氣出口與二級提升管底部的進氣口相連接，三級煤氣預熱器的煤氣出口與三級提升管底部的進氣口相連接。
[0035]本發(fā)明還提供了基于上述系統(tǒng)的一種鐵礦粉流態(tài)化還原方法，所述方法是指粉體和氣體同時按如下方式進入并通過上述系統(tǒng):鐵礦粉由鐵礦粉料倉I經螺旋加料器2經第二旋風分離器33、旋風收塵器16、第一旋風分離器32及加料器34進入鼓泡流化床主體31，從鼓泡流化床主體31上部出料口排出經一級加料器4進入一級循環(huán)流化床5的一級提升管51 ;由一級提升管51出口經第三旋風分離器52和一級循環(huán)料腿54排出進入二級提升管71，第四旋風分離器53收集粉體經二級加料器6也進入二級提升管71 ；由二級提升管71出口經第五旋風分離器72和一級循環(huán)料腿74排出進入三級提升管91，第六旋風分離器73收集粉體經三級加料器8也進入二級提升管91 ;三級循環(huán)流化床9的還原粉體產物經第七旋風分離器92和一級循環(huán)料腿94排出進入產品料倉11，第八旋風分離器93收集粉體產物經排料器10也進入產品料倉11 ;空氣經燃燒室12預熱后進入鼓泡流化床主體31與鐵礦粉接觸使其發(fā)生氧化；煤氣和空氣經燒嘴進入燃燒室12發(fā)生燃燒預熱空氣；同時，空氣經加料器34的底部進氣口也進入鼓泡流化床主體31 ；由鼓泡流化床主體31出氣口排出的氣體經第一旋風分離器32、第二旋風分離器33與鐵礦粉接觸換熱，經旋風收塵器16、布袋收塵器17脫除粉體后經引風機18送至煙? 19排放；煤氣經一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15預熱后，分別進入一級提升管51、二級提升管71和三級提升管91與鐵礦粉進行接觸還原；同時，煤氣經管道分別經一級加料器4、一級循環(huán)料腿54、二級加料器6、二級循環(huán)料腿74、三級加料器8、三級循環(huán)料腿94和排料器10的相應的底部進氣口進入還原系統(tǒng)中；由一級提升管51排出的氣體經第三旋風分離器52、第四旋風分離器53脫除粉體后經管道進入還原尾氣處理系統(tǒng)；由二級提升管71排出的氣體經第五旋風分離器72、第六旋風分離器73脫除粉體后經管道進入還原尾氣處理系統(tǒng)；由三級提升管91排出的氣體經第七旋風分離器92、第八旋風分離器93脫除粉體后經管道進入還原尾氣處理系統(tǒng)；煤氣和空氣經燒嘴進入一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15燃燒產熱用于煤氣預熱后，經管道進入煙氣處理系統(tǒng)。
[0036]本發(fā)明的進一步改進在于，所述的鐵礦石粉體的氧化在鼓泡流化床中850_950°C下進行。
[0037]本發(fā)明的更進一步的改進在于，采用一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15對還原煤氣分別預熱至高溫，所述的高溫為850-950°C。
[0038]本發(fā)明的另 一個改進在于，采用三級的循環(huán)流化床對經氧化的鐵礦石粉體進行還原，所述的循環(huán)流化床采用高氣速操作，所述的高氣速為5-lOm/s，所述的還原在800-900°C 下進行。
[0039]本發(fā)明的再一個改進在于，還原過程在低壓下進行，所述低壓為操作壓力小于Iatm0
[0040]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:
[0041]I)還原氣體采用并聯(lián)方式通入多級流化床反應器，有效降低通過單個流化床的還
原氣量;
[0042]2)對還原煤氣進行分別預熱，使每一級還原流化床都在850-950°C下操作，提高多級流化床還原的總體效率；
[0043]3)采用高氣速操作，大幅提高流化床單位橫截面積通過的氣體能力，同時降低內外傳質阻力，提高還原效率；
[0044]4)對鐵礦石先進行氧化，可加快鐵礦石的還原速率。
[0045]采用本發(fā)明對鐵礦石粉體進行還原，可在低于Iatm的壓力下使反應器達到傳統(tǒng)工藝高壓操作相同或更小的尺寸，避免了傳統(tǒng)技術采用高壓而導致的氣體壓縮功耗高的缺點；同時本發(fā)明通過氧化提高鐵礦石的還原速度、通過高氣速降低還原過程內外擴散阻力，具有還原效率高，還原過程能耗低等優(yōu)點，可提高鐵礦粉還原過程的經濟性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0046]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步闡釋，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。
[0047]圖1為本發(fā)明的鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)的配置示意圖；
[0048]附圖標記1、鐵礦粉料倉；2、螺旋加料器；3、氧化流化床；31、流化床主體32、第一旋風分離器；33、第二旋風分離器；34、加料器；4、一級加料器；5、一級循環(huán)流化床；51、一級提升管；52、第三旋風分離器；53、第四旋風分離器；54、一級循環(huán)料腿；6、二級加料器；7、二級循環(huán)流化床；71、二級提升管；72、第五旋風分離器；73、第六旋風分離器；74、二級循環(huán)料腿；8、三級加料器；9、三級循環(huán)流化床；91、三級提升管；92、第七旋風分離器；93、第八旋風分離器；94、三級循環(huán)料腿；10、排料器；11、產品料倉；12、燃燒室；13、一級煤氣預熱器；14、二級煤氣預熱器；15、三級煤氣預熱器；16、旋風收塵器；17、布袋收塵器；18、引風機；19、煙囪。
【具體實施方式】
[0049]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0050]實施例1
[0051]如圖1所示，一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括鐵礦粉料倉1、螺旋加料器2、氧化流化床3、一級加料器4、一級循環(huán)流化床5、二級加料器6、二級循環(huán)流化床7、三級加料器8、三級循環(huán)流化床9`、排料器10、產品料倉11、燃燒室12、一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14、三級煤氣預熱器15、旋風收塵器16、布袋收塵器17、引風機18和煙囪19 ;
[0052]氧化流化床3包括氧化流化床主體31、第一旋風分離器32、第二旋風分離器33和加料器34 ；
[0053]一級循環(huán)流化床5包括一級提升管51、第三旋風分離器52、第四旋風分離器53和一級循環(huán)料腿54 ；
[0054]二級循環(huán)流化床7包括二級提升管71、第五旋風分離器72、第六旋風分離器73和二級循環(huán)料腿74 ；
[0055]三級循環(huán)流化床9包括三級提升管91、第七旋風分離器92、第八旋風分離器93和三級循環(huán)料腿94 ；
[0056]鐵礦粉料倉I底部的出料口設有與所述的螺旋加料器2的進料口相連通的管道，通過該管道將鐵礦石粉加入螺旋加料器2，螺旋加料器2的出料口與第一旋風分離器32的出氣口和第二旋風分離器33的入口通過管道相連通；
[0057]氧化流化床主體31上部設有出氣口、底部設有進氣口、下部設有進料口、上部設有出料口 ；氧化流化床主體31的出氣口與第一旋風分離器32的入口相連接，氧化流化床主體31的進料口與加料器34的出料口相連接，氧化流化床主體31的進氣口與燃燒室12的出氣口通過管道相連接，氧化流化床主體31的出料口與一級加料器4的進料口通過管道相連接；第一旋風分離器32的入口還分別與第二旋風分離器33的出料口、旋風收塵器16的出料口和布袋收塵器17的出料口通過管道相連接；第一旋風分離器32的出料口與所述的加料器34的進料口相連接，加料34的進氣口和出料口分別與空氣總管和氧化流化床主體31的進料口通過管道相連接，第二旋風分離器33的入口與螺旋加料器2的出料口和第一旋風分離器32的出氣口通過管道與相連接，第二旋風分離器33的出氣口與所述的旋風收塵器16的入口相連接，所述的第二旋風分離器33的出料口與所述的第一旋風分離器32的入口相連接。
[0058]旋風收塵器16的出氣口與布袋收塵器17的進氣口通過管道相連接，旋風收塵器16的出料口與第一旋風分離器32的入口通過管道相連接，布袋收塵器17的出氣口與引風機18的入口通過管道相連，布袋收塵器17的出料口與第一旋風分離器32的入口通過管道相連接，引風機18的出氣口與煙囪19相連通；
[0059]一級加料器4設有進料口、進氣口和出料口，一級加料器4的進料口與氧化流化床主體31的出料口通過管道相連接，一級加料器4的進氣口與煤氣總管相連接，一級加料器4的出料口與一級提升管51的進料口通過管道相連接； [0060]一級提升管51頂部設有出氣口、底部設有進氣口、下部設有進料口和循環(huán)回料口 ；一級提升管51的出氣口與第三旋風分離器52的入口相連接，一級提升管51的進料口與一級加料器4的出料口相連接，一級提升管51的進氣口與一級煤氣預熱器13的煤氣出口通過管道相連接；第三旋風分離器52的出氣口與第四旋風分離器53的入口相連接，第三旋風分離器52的排料口與一級循環(huán)料腿54相連接；一級循環(huán)料腿54下部設有回料口和排料口，一級循環(huán)料腿54的回料口與一級提升管51的循環(huán)回料口通過管道相連接，一級循環(huán)料腿54的排料口通過管道與二級提升管71的下部進料口相連接，一級循環(huán)料腿54的進氣口與煤氣總管相連通；第四旋風分離器53的出氣口與還原尾氣處理系統(tǒng)的入口相連接，第四旋風分離器53的排料口與二級加料器6的進料口通過管道相連接；
[0061 ] 二級加料器6設有進料口、進氣口和出料口，二級加料器6的進料口與第四旋風分離器53的排料口相連，二級加料器6的進氣口與煤氣總管相連接，二級加料器6的出料口與二級提升管71的上部進料口通過管道相連接；
[0062]二級提升管71頂部設有出氣口、上部設有上部進料口、底部設有進氣口、下部設有下部進料口和循環(huán)回料口，二級提升管71的出氣口與第五旋風分離器72的入口相連接，二級提升管71的上部進料口與二級加料器6的出料口相連接，二級提升管71的下部進料口與一級循環(huán)料腿54的排料口通過管道相連；二級提升管71的進氣口與二級煤氣預熱器14的煤氣出口通過管道相連接，第五旋風分離器72的出氣口與第六旋風分離器73的入口相連接，第五旋風分離器72的排料口與二級循環(huán)料腿74相連接；二級循環(huán)料腿74下部設有回料口和排料口，二級循環(huán)料腿74的回料口與二級提升管71的循環(huán)回料口通過管道相連接，二級循環(huán)料腿74的排料口通過管道與三級提升管91的下部進料口相連接，二級循環(huán)料腿74的進氣口與煤氣總管通過管道相連接；第六旋風分離器73的出氣口與還原尾氣處理系統(tǒng)的入口相連接，第六旋風分離器73的排料口與三級加料器8的進料口通過管道相連接；
[0063]三級加料器8設有進料口、進氣口和出料口，三級加料器8的進料口與第六旋風分離器73的排料口相連，三級加料器8的進氣口與煤氣總管相連接，三級加料器8的出料口與三級提升管91的上部進料口通過管道相連接；[0064]三級提升管91頂部設有出氣口、上部設有上部進料口、底部設有進氣口、下部設有下部進料口和循環(huán)回料口 ；三級提升管91的出氣口與所述的第七旋風分離器92的入口相連接，三級提升管91的上部進料口與三級加料器8的出料口相連接，三級提升管91的下部進料口與二級循環(huán)料腿74的排料口通過管道相連；三級提升管91的進氣口與三級煤氣預熱器15的煤氣出口通過管道相連接；第七旋風分離器92的出氣口與第八旋風分離器93的入口相連接，第七旋風分離器92的排料口與三級循環(huán)料腿94相連接；三級循環(huán)料腿94下部設有回料口和排料口，三級循環(huán)料腿94的回料口與三級提升管91的循環(huán)回料口通過管道相連接，三級循環(huán)料腿94的排料口通過管道與產品料倉11相連接，三級循環(huán)料腿94的進氣口與煤氣總管通過管道相連接；第八旋風分離器93的出氣口與還原尾氣處理系統(tǒng)的入口相連接， 第八旋風分離器93的排料口與排料器10的進料口通過管道相連接；
[0065]排料器10設有進料口、進氣口和出料口，排料器10的進料口與第八旋風分離器93的排料口相連，排料器10的進氣口與煤氣總管相連接，排料器10的出料口與產品料倉11通過管道相連接；
[0066]燃燒室12通過燃燒煤氣加熱空氣，設有燒嘴與出氣口，燒嘴與煤氣總管和空氣總管相連接，燃燒室12的出氣口通過管道與氧化流化床主體31底部的進氣口相連接，燃燒室12的進氣口與空氣總管相連通；
[0067]煤氣預熱器為分為一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15，分別為一級循環(huán)流化床5、二級循環(huán)流化床7和三級循環(huán)流化床9所需的流化煤氣預熱，三個煤氣預熱器中的任一煤氣預熱器設有燒嘴、煙氣出口、煤氣入口和煤氣出口 ；燒嘴用來燃燒煤氣產生高溫煙氣為還原煤氣預熱提供所需熱量，燒嘴與空氣總管和煤氣總管通過管道相連；煙氣出口與煙氣總管相連，排出的煙氣經煙氣總管進入煙氣處理系統(tǒng)回收熱量；煤氣入口與煤氣總管相連；一級煤氣預熱器的煤氣出口與一級提升管底部的進氣口相連接，二級煤氣預熱器的煤氣出口與二級提升管底部的進氣口相連接，三級煤氣預熱器的煤氣出口與三級提升管底部的進氣口相連接。
[0068]本實施例中氧化流化床采用鼓泡式流化床。
[0069]實施例2
[0070]采用上述流態(tài)化還原系統(tǒng)進行鐵礦粉還原的方法包括以下步驟:鐵礦粉由鐵礦粉料倉I經螺旋加料器2后送入第二旋風分離器33的入口，經第二旋風分離器33收集分離得到的鐵礦粉和由旋風收塵器16和布袋收塵器17收集的鐵礦粉分別通過管道進入第一旋風分離器32的入口，與氧化流化床主體31排出的尾氣混合后進入第一旋風分離器32進行氣固分離，鐵礦粉由第一旋風分離器32底部的出料口排出后經加料器34進入氧化流化床主體31。鐵礦粉在氧化流化床主體31中發(fā)生氧化反應后，由氧化流化床主體31上部的出料口排出，經一級加料器4進入一級提升管51，在一級循環(huán)流化床中還原后，從一級循環(huán)料腿54排出，經下部加料口進入二級循環(huán)流化床7的二級提升管71，與此同時第四旋風分離器53收集的鐵礦粉經二級加料器6從上部進料口進入二級提升管71。鐵礦粉在二級循環(huán)流化床7中反應后從二級循環(huán)料腿74排出，經下部進料口進入三級循環(huán)床9的三級提升管91，與此同時第六旋風分離器73收集的鐵礦粉經二級加料器8從上部進料口進入三級提升管91。鐵礦石粉體經三級循環(huán)流化床9還原后從三級循環(huán)料腿94排出進入產品料倉11，與此同時第八旋風分離器93收集的鐵礦粉經排料器10進入產品料倉11。[0071]煤氣經煤氣總管分三路分別進入一級煤氣預熱器13，二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15，煤氣經煤氣預熱器13、14和15預熱后，從一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15的煤氣出口排出，分別經底部進氣口進入一級提升管51、二級提升管71和三級提升管91，在一級循環(huán)流化床5、二級循環(huán)流化床7和三級循環(huán)流化床9中與鐵礦粉發(fā)生還原反應后，從一級提升管51、二級提升管71和三級提升管91排出經第三旋風分離器52、第五旋風分離器72和第七旋風分離器92進行氣固分離后，再經第四旋風分離器53、第六旋風分離器73和第八旋風分離器93進一步進行氣固分離，然后排入還原尾氣處理系統(tǒng)。煤氣預熱器13、14和15預熱煤氣所需的熱量通過燒嘴燃燒煤氣獲得，從煤氣總管和空氣總管來的煤氣和空氣分別通過管道送入一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15的燒嘴，通過燒嘴點燃后在一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15中燃燒，然后通過一級煤氣預熱器13、二級煤氣預熱器14和三級煤氣預熱器15的煙氣出口排出，進入煙氣處理系統(tǒng)?？諝饨涍^空氣總管進入燃燒室12，同時煤氣和空氣從煤氣總管和空氣總管分別進入燃燒室的燒嘴，在燒嘴中點燃、在燃燒室12燃燒為加熱空氣提供熱量，空氣在燃燒室中被加熱后從底部氣體入口進入氧化流化床主體31，在氧化流化床3中與鐵礦粉發(fā)生氧化反應后，經過第一旋風收塵器32和第二旋風分離器33除塵后，進入旋風收塵器16和布袋收塵器17進一步除塵，后經引風機18通過煙囪19排空。
[0072]實施例3
[0073]采用本發(fā)明處理組成(質量百分含量)為63.5%Fe304, 2.5%Fe203，22.0%FeTi03,1.5%Ca0, 3.2%Mg0, 3.9%A1203和3.4%Si02的菲律賓海砂礦(釩鈦磁鐵礦)，鐵礦粉度為
0.1-0.3mm。根據(jù)本發(fā)明在氧化 流化床進行氧化處理時，在850°C氧化30分鐘，該釩鈦磁鐵礦中的二價鐵的氧化率達到80.5%，在850°C氧化60分鐘，釩鈦磁鐵礦中二價鐵的氧化率達到90.8% ;900°C氧化20分鐘，釩鈦磁鐵礦中的二價鐵的氧化率達到85.3%，950°C氧化30分鐘，釩鈦磁鐵礦中的二價鐵的氧化率達到93.6%。經過氧化后的釩鈦磁鐵礦經本發(fā)明上述工藝在三級循環(huán)流化床中進行還原時，當每級循環(huán)流化床還原溫度為800°C、每級還原時間30分鐘、每級流化床中操作氣速為5m/s、對應最高操作壓力0.36atm時，第三級循環(huán)流化床出口鐵礦粉的金屬化率達到了 83.7% ;還原溫度850°C、每級還原時間30分鐘、每級流化床中操作氣速為lOm/s、對應最高操作壓力0.58atm時，第三級循環(huán)流化床出口鐵礦粉的金屬化率達到了 87.2% ;還原溫度850°C、每級還原時間60分鐘、每級流化床中操作氣速為9m/
S、對應最高操作壓力0.53atm時，第三級循環(huán)流化床出口鐵礦石的金屬化率達到了 94.1% ；當每級還原溫度為900°C、每級還原時間30分鐘、每級流化床中操作氣速為9m/s、對應最高操作壓力0.56atm時，第三級循環(huán)流化床出口鐵礦石的金屬化率達到了 91.4%。與此相對t匕，如果在還原之前只預熱不氧化，同樣的釩鈦磁鐵礦經三級循環(huán)流化床還原時，當每級還原溫度為850°C、每級還原時間30分鐘、每級流化床中操作氣速為lOm/s、對應最高操作壓力0.59atm時，第三級循環(huán)流化床出口鐵礦粉的金屬化率只有62.9% ;還原溫度900°C、每級還原時間為30分鐘、每級流化床中操作氣速為9m/s、對應最高操作壓力0.56atm時，第三級循環(huán)流化床出口鐵礦粉的金屬化率只達到了 70.2%。
[0074]實施例4
[0075]采用本發(fā)明處理組成(質量百分含量)為82.5%Fe304, 3.7%Ca0,1.2%Mg0, 3.8%A1203和8.8%Si02的普通鐵礦石，鐵礦粉的粒度為0.15-1.0mm，經本發(fā)明上述工藝在氧化流化床進行氧化處理時，850°C氧化30分鐘，該鐵礦粉中的二價鐵的氧化率達到87.3%，850°C氧化60分鐘，鐵礦粉中二價鐵的氧化率達到95.8% ;900°C氧化20分鐘，鐵礦粉中的二價鐵的氧化率達到90.3%，950°C氧化30分鐘，鐵礦粉中的二價鐵的氧化率達到94.9%。經過氧化后的鐵礦粉經本發(fā)明上述工藝在三級循環(huán)流化床中進行還原，當每級循環(huán)流化床還原溫度為800°C、每級還原時間30分鐘、每級流化床中操作氣速為5m/s、對應最高操作壓力0.35atm時，第三級循環(huán)流化床出口鐵礦粉的金屬化率達到了 80.7% ;還原溫度850°C、每級還原時間30分鐘、每級流化床中操作氣速為lOm/s、對應最高操作壓力0.58atm時，第三級循環(huán)流化床出口鐵礦粉的金屬化率達到了 86.7% ;還原溫度900°C、每級還原時間30分鐘、每級流化床中操作氣速為9m/s、對應最 高操作壓力0.55atm時，第三級循環(huán)流化床出口鐵礦粉的金屬化率達到了 94.8%。
[0076] 最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:鐵礦粉料倉(I)、螺旋加料器(2)、氧化流化床(3)、一級加料器(4)、一級循環(huán)流化床(5)、二級加料器(6)、二級循環(huán)流化床(7)、三級加料器(8)、三級循環(huán)流化床(9)、排料器(10)、產品料倉(11)、燃燒室(12)、一級煤氣預熱器(13)、二級煤氣預熱器(14)、三級煤氣預熱器(15)、旋風收塵器(16)、布袋收塵器(17)、引風機(18)、煙囪(19)； 所述氧化流化床(3)包括氧化流化床主體(31)、第一旋風分離器(32)、第二旋風分離器(33)和加料器(34)； 所述一級循環(huán)流化床(5)包括一級提升管(51)、第三旋風分離器(52)、第四旋風分離器(53)和一級循環(huán)料腿(54); 所述二級循環(huán)流化床(7)包括二級提升管(71)、第五旋風分離器(72)、第六旋風分離器(73)和二級循環(huán)料腿(74); 所述三級循環(huán)流化床(9)包括三級提升管(91)、第七旋風分離器(92)、第八旋風分離器(93)和三級循環(huán)料腿(94)； 所述鐵礦粉料倉(I)的出料口與螺旋加料器(2)的進料口相連通，所述螺旋加料器(2)的出料口分別與第一旋風分離器(32)的出氣口和第二旋風分離器(33)的入口通過管道相連通； 所述第一旋風分離器(32)的入口分別與第二旋風 分離器(33)的出料口、旋風收塵器(16)的出料口、布袋除塵器(17)的出料口和氧化流化床主體(31)的出氣口通過管道相連接，所述第一旋風分離器(32)的出料口與加料器(34)的進料口相連通，所述第一旋風分離器(32)的出氣口與第二旋風分離器(33)的入口相連通； 所述加料器(34)的進氣口與空氣總管相連通，所述加料器(34)的出料口與氧化流化床主體(31)的進料口通過管道相連接；所述第二旋風分離器(33)的出氣口與旋風收塵器(16)的入口相連通，所述旋風收塵器(16)的出氣口與布袋收塵器(17)的進氣口通過管道相連接，所述布袋收塵器(17)的出氣口與引風機(18)的入口通過管道相連，所述引風機(18)的出氣口與煙囪(19)相連通；所述氧化流化床主體(31)的進氣口與燃燒室(12)的出氣口通過管道相連接，所述氧化流化床主體(31)的出料口與一級加料器(4)的進料口通過管道相連接； 所述一級加料器(4)的進氣口與煤氣總管相連接，所述一級加料器(4)的出料口與一級提升管(51)的進料口通過管道相連接； 所述一級提升管(51)的出氣口與第三旋風分離器(52)的入口相連通，所述一級提升管(51)的進氣口與一級煤氣預熱器(13)的煤氣出口通過管道相連接，所述一級提升管(51)的循環(huán)回料口與一級循環(huán)料腿(54)的回料口相連通； 所述第三旋風分離器(52)的出氣口與第四旋風分離器(53)的入口相連通，所述第三旋風分離器(52)的排料口與一級循環(huán)料腿(54)相連通； 所述一級循環(huán)料腿(54)的排料口通過管道與二級提升管(71)的下部進料口相連通，所述一級循環(huán)料腿(54)的進氣口與煤氣總管相連通； 所述第四旋風分離器(53)的出氣口與還原尾氣處理系統(tǒng)的入口相連接，所述第四旋風分離器(53)的排料口與二級加料器(6)的進料口通過管道相連接； 所述二級加料器(6)的進氣口與煤氣總管相連通，所述二級加料器(6)的出料口與二級提升管(71)的上部進料口通過管道相連接； 所述二級提升管(71)的出氣口與第五旋風分離器(72)的入口相連通，所述二級提升管(71)的進氣口與二級煤氣預熱器(14)的煤氣出口通過管道相連接，所述二級提升管(71)的循環(huán)回料口與二級循環(huán)料腿(74)的回料口相連通； 所述第五旋風分離器(72)的出氣口與第六旋風分離器(73)的入口相連通，所述第五旋風分離器(72)的 排料口與二級循環(huán)料腿(74)相連通； 所述二級循環(huán)料腿(74)的排料口通過管道與三級提升管(91)的下部進料口相連通，所述二級循環(huán)料腿(74)的進氣口與煤氣總管相連通； 所述第六旋風分離器(73)的出氣口與還原尾氣處理系統(tǒng)的入口相連接，所述第六旋風分離器(73)的排料口與三級加料器(8)的進料口通過管道相連接； 所述三級加料器(8)的進氣口與煤氣總管相連接，所述三級加料器(8)的出料口與三級提升管(91)的上部進料口通過管道相連接； 所述三級提升管(91)的出氣口與第七旋風分離器(92)的入口相連通，所述三級提升管(91)的進氣口與三級煤氣預熱器(15)的煤氣出口通過管道相連接，所述三級提升管(91)的循環(huán)回料口與三級循環(huán)料腿(94)的回料口相連通； 所述第七旋風分離器(92)的出氣口與第八旋風分離器(93)的入口相連通，所述第七旋風分離器(92)的排料口與三級循環(huán)料腿(94)相連通； 所述三級循環(huán)料腿(94)的排料口通過管道與產品料倉(11)相連通，所述三級循環(huán)料腿(94)的進氣口與煤氣總管相連通； 所述第八旋風分離器(93)的出氣口與還原尾氣處理系統(tǒng)的入口相連接，所述第八旋風分離器(93)的排料口與排料器(10)的進料口通過管道相連接； 所述排料器(10)的進氣口與煤氣總管相連通，所述排料器(10)的出料口與產品料倉(11)通過管道相連接； 所述燃燒室(12)的燒嘴與煤氣總管和空氣總管相連接，通過燃燒煤氣加熱空氣，將加熱后的空氣由出氣口通過管道與氧化流化床主體(31)底部的進氣口相連通； 所述一級煤氣預熱器(13)、二級煤氣預熱器(14)和三級煤氣預熱器(15)中任一煤氣預熱器的燒嘴與空氣總管和煤氣總管通過管道相連，通過燃燒煤氣產生高溫煙氣用于預熱還原煤氣，所述任一煤氣預熱器的煙氣出口與煙氣總管相連，排出的煙氣經煙氣總管進入煙氣處理系統(tǒng)回收熱量，所述任一煤氣預熱器的煤氣入口與煤氣總管相連，所述任一煤氣預熱器的煤氣出口分別與一級提升管(51)、二級升管(71)和三級提升管(91)底部的進氣口相連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化流化床采用鼓泡流化床。
3.基于權利要求1所述的鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)的還原方法，所述方法是指粉體和氣體同時按如下方式進入并通過所述系統(tǒng):鐵礦粉由鐵礦粉料倉(I)經螺旋加料器(2)經第二旋風分離器(33)、旋風收塵器(16)、第一旋風分離器(32)及加料器(34)進入鼓泡流化床主體(31)，從鼓泡流化床主體(31)上部出料口排出經一級加料器(4 )進入一級循環(huán)流化床(5)的一級提升管(51);由一級提升管(51)出口經第三旋風分離器(52)和一級循環(huán)料腿(54)排出進入二級提升管(71)，第四旋風分離器(53)收集粉體經二級加料器(6)也進入二級提升管(71);由二級提升管(71)出口經第五旋風分離器(72)和一級循環(huán)料腿(74)排出進入三級提升管(91)，第六旋風分離器(73 )收集粉體經三級加料器(8 )也進入二級提升管(91);三級循環(huán)流化床(9)的還原粉體產物經第七旋風分離器(92)和一級循環(huán)料腿(94)排出進入產品料倉(11)，第八旋風分離器(93)收集粉體產物經排料器(10)也進入產品料倉(11);空氣經燃燒室(12)預熱后進入鼓泡流化床主體(31)與鐵礦粉接觸使其發(fā)生氧化；煤氣和空氣經燒嘴進入燃燒室(12)發(fā)生燃燒預熱空氣；同時，空氣經加料器(34)的底部進氣口也進入鼓泡流化床主體(31);由鼓泡流化床主體(31)出氣口排出的氣體經第一旋風分離器(32)、第二旋風分離器(33)與鐵礦粉接觸換熱，經旋風收塵器(16)、布袋收塵器(17)脫除粉體后經引風機(18)送至煙? (19)排放；煤氣經一級煤氣預熱器(13)、二級煤氣預熱器(14)和三級煤氣預熱器(15)預熱后，分別進入一級提升管(51)、二級提升管(71)和三級提升管(91)與鐵礦粉進行接觸還原；同時，煤氣經管道分別經一級加料器(4)、一級循環(huán)料腿(54)、二級加料器(6)、二級循環(huán)料腿(74)、三級加料器(8)、三級循環(huán)料腿(94)和排料器(10)的相應的底部進氣口進入還原系統(tǒng)中；由一級提升管(51)排出的氣體經第三旋風分離器(52)、第四旋風分離器(53)脫除粉體后經管道進入還原尾氣處理系統(tǒng)；由二級提升管(71)排出的氣體經第五旋風分離器(72)、第六旋風分離器(73)脫除粉體后經管道進入還原尾氣處理系統(tǒng)；由三級提升管(91)排出的氣體經第七旋風分離器(92)、第八旋風分離器(93)脫除粉體后經管道進入還原尾氣處理系統(tǒng)；煤氣和空氣經燒嘴進入一級煤氣預熱器(13)、二級煤氣預熱器(14)和三級煤氣預熱器(15)燃燒產熱用于煤氣預熱后，經管道進入煙氣處理系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求3所述的還原方法，其特征在于，所述鐵礦石粉體的氧化在850-950°C下進行。
5.根據(jù)權利要求3所述的還原方法，其特征在于，采用一級煤氣預熱器、二級煤氣預熱器和三級煤氣預熱器對還原煤氣分別預熱至高溫，所述的高溫為850-950°C。
6.根據(jù)權利要求3所述的還原方法，其特征在于，所述一級循環(huán)流化床、二級循環(huán)流化床和三級循環(huán)流化床中的任一循環(huán)流化床均采用高氣速操作，所述的高氣速為5-lOm/s。
7.根據(jù)權利要求3所述的還原方法，其特征在于，所述的還原過程在800-900°C下進行。
8.根據(jù)權利要求3所述的還原方法，其特征在于，所述的還原過程在低壓下進行，所述低壓為操作壓力小于latm。
【文檔編號】C21B13/10GK103725819SQ201310751238
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】朱慶山, 范川林, 李洪鐘, 謝朝暉, 牟文恒, 王存虎, 焦新剛 申請人:中國科學院過程工程研究所, 北京中凱宏德科技有限公司