一種石煤釩礦豎爐焙燒系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種石煤釩礦豎爐焙燒系統(tǒng)，包括豎爐焙燒裝置、除塵裝置、脫硫裝置、換熱器、燃燒室、水洗塔、氣液分離器、壓縮機，所述豎爐焙燒裝置包括進料裝置，豎爐本體和卸料裝置,其中進料裝置依次與立式爐體和卸料裝置連接，所述立式爐體的爐頂氣出口管路依次與除塵裝置、脫硫裝置、換熱器、燃燒室連接，所述脫硫裝置依次與燃燒室、立式爐體相連接，所述立式爐體的冷卻氣出口管路依次與水洗塔、氣液分離器、壓縮機、立式爐體的冷卻氣入口管路相連接。應(yīng)用該實用新型，可將爐頂氣凈化后循環(huán)利用，降低粉塵及有害氣體污染，提高富氧空氣利用率，焙燒氣氛、溫度與時間等工藝參數(shù)容易控制，有利于提高釩的轉(zhuǎn)化率。
【專利說明】一種石煤釩礦豎爐焙燒系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及化學化工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種石煤釩礦豎爐焙燒系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]釩是全球性的稀缺資源及重要戰(zhàn)略金屬，由于其具有很高的抗張強度、硬度、抗疲勞強度和較好的抗腐蝕性等性能，被廣泛用于鋼鐵、有色冶金和化工等行業(yè)，其中85%以上用于鋼鐵工業(yè)。隨著鋼鐵工業(yè)向優(yōu)、精、特方向發(fā)展，高質(zhì)量釩鋼的應(yīng)用將日益廣泛，專家預(yù)計全球釩的消費量在2010-2015年的復合年增長率為10.4%，最終達到11.5萬噸，釩行業(yè)發(fā)展?jié)摿艽蟆?br> [0003]世界上大約有65種類型的含釩礦物，工業(yè)釩產(chǎn)品的主要原料有釩鈦磁鐵礦、石煤、石油灰渣、廢釩觸媒和鋁土礦等。我國的石煤資源極為豐富，探明儲量為618.8億噸，V205品位多在0.3%-1.0%，其中w(V205)≤0.5%的石煤中V205儲量為7707.5萬噸，是我國釩鈦磁鐵礦中V205儲量的6.7倍。石煤是金屬釩提取的重要資源，釩主要以低價態(tài)存在，尤其是以酸堿均難溶的三價釩化合物存在。目前，石煤提釩的方法較多采用原礦(或脫碳后的灰渣)焙燒一浸出一釩液凈化一沉釩煅燒的方法。焙燒是石煤提釩過程中的關(guān)鍵步驟，焙燒效果直接影響釩浸出率，因而在一定程度上決定整個工藝流程的釩總回收率。
[0004]石煤焙燒既可脫除石煤中的碳，又可把低價態(tài)的釩盡可能氧化成高價態(tài)、與物料中的金屬氧化物反應(yīng)生成可溶于水、酸或堿的釩酸鹽。在石煤焙燒過程中，影響焙燒效果的因素主要是添加劑種類及用量、焙燒爐型、焙燒溫度、焙燒時間、焙燒氣氛等。焙燒溫度決定氧化反應(yīng)和物相變化的可能性，焙燒時間決定氧化反應(yīng)的進行和物相變化的程度，爐內(nèi)氣氛決定氧化反應(yīng)和物相變化的效果。
[0005]現(xiàn)有文獻報道和工業(yè)應(yīng) 用中，按添加劑分類，焙燒可分為鈉化焙燒、鈣化焙燒、氧化焙燒和復合添加劑焙燒 ，與之相關(guān)的專利有:(I) 一種石煤鈉化焙燒提釩工藝(CN101363084A), (2) 一種石煤提釩焙燒工藝(CN101260459)，(3)石煤釩礦焙燒新型環(huán)保復合添加劑(CN101177738)等；按爐型分類，可分為平窯、立窯、回轉(zhuǎn)窯、隧道窯、多膛爐、沸騰爐、流化床等，與之相關(guān)的專利有:(I)石煤提釩高轉(zhuǎn)化焙燒立窯(CN202092446U)，
(2)一種用于石煤提釩的回轉(zhuǎn)窯(N101762153A)，(3) —種五氧化二釩氧化焙燒爐(CN201411379)。目前的石煤焙燒工藝，普遍存在釩轉(zhuǎn)化率低、能效低、污染環(huán)境等缺點。
[0006]專利CN101857915A公開了一種石煤釩礦灰渣的成球焙燒方法，所述方法包括:往石煤釩礦灰渣中添加質(zhì)量為石煤釩礦灰渣質(zhì)量1%_5%的NaCl、質(zhì)量為石煤釩礦灰渣質(zhì)量2%-7%的CaF2和質(zhì)量為石煤釩礦灰渣質(zhì)量10%_15%的CaC03，每kg混合物料配入1460-2100kJ的無煙煤或者石煤，混勻細磨至80目-150目得到生料粉，往生料粉中加入質(zhì)量為生料粉質(zhì)量8%-20%的水，機械攪拌后造粒成球，得到球徑3-15_的生料球，經(jīng)爐體頂部的加料裝置裝入爐體，在800-900°C的爐內(nèi)溫度下完成焙燒，焙燒后的物料經(jīng)爐體底部的卸料裝置排出，冷卻后得到用于V205浸出的熟料(通常以稀鹽酸或稀硫酸浸取)。該方法熱能利用率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低。[0007]然而應(yīng)用該焙燒方法，添加的無煙煤等燃料對后續(xù)從熟料中浸取V205不利，會造成酸耗增加、固液分離困難；而且該文獻未具體說明爐內(nèi)產(chǎn)生高溫的加熱設(shè)備和加熱方式；添加的無煙煤或者石煤在燃燒過程中會產(chǎn)生C02，C02分壓過高會導致CO的再生，削弱豎爐內(nèi)氧化氣氛，不利于石煤中低價釩的氧化。
[0008]關(guān)于石煤焙燒的常用裝置有:平窯、多膛爐、回轉(zhuǎn)窯、沸騰焙燒爐、步進式焙燒窯和立窯。
[0009]其中平窯目前是我國石煤提釩焙燒作業(yè)的主體設(shè)備，其優(yōu)點是:設(shè)備簡單、投資少、操作彈性大、技術(shù)成熟，容易人為控制焙燒時間的長短；主要缺點是轉(zhuǎn)化率低，設(shè)備生產(chǎn)能力低、能耗高、占地面積大、機械化程度低，且大部分民營提釩工廠為追求資金利益最大化，將未處理的廢氣直接向大氣排放，對環(huán)境造成嚴重破壞。政府部門正逐漸關(guān)停此類高能耗、高污染、低效率的平窯生產(chǎn)方法。
[0010]多膛爐的優(yōu)點是可在一定范圍內(nèi)調(diào)整層數(shù)以達到物料在爐內(nèi)的停留時間、可通過鼓入空氣和抽取煙氣來控制各層的焙燒溫度，同時提供石煤焙燒所需的氧氣、煙氣可進行余熱回收。缺點是設(shè)備生產(chǎn)能力低、投資大。
[0011]回轉(zhuǎn)窯在近年來逐漸取代平窯，成為我國重要的提釩設(shè)備之一。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、維護容易、機械化程度高、設(shè)備生產(chǎn)能力大、窯內(nèi)氧化氣氛好，利用窯的轉(zhuǎn)動使物料不斷滾動，有利于焙燒進行、通過調(diào)整窯的規(guī)格及運轉(zhuǎn)參數(shù)可控制爐料在窯內(nèi)的停留時間、煙氣可進行余熱回收。缺點:高溫帶過短，焙燒物料在高溫區(qū)的停留時間短，致使能源利用率低、投資大、能耗高、焙燒溫度難以控制，需通過預(yù)脫碳進行調(diào)節(jié)控制。
[0012]石煤具有一定的熱值，理論上，石煤焙燒是不需要外加熱源的，而且還要把多余的熱量導出去，但回轉(zhuǎn)窯很難做到把多余的熱量導出去。換句話說，用回轉(zhuǎn)窯來焙燒100%的石煤原礦難以實現(xiàn)對所要求的溫度的控制。現(xiàn)實中是將部份石煤采用別的方式(如:用流態(tài)化沸騰焙燒)先進行脫炭，然后將已脫炭的石煤與未脫炭的石煤按一定比例混合后送入回轉(zhuǎn)窯，以達到控制溫度的效果。
[0013]沸騰焙燒爐的優(yōu)點是傳熱及傳質(zhì)效果好、可有效控制焙燒溫度、又可充分回收石煤焙燒所產(chǎn)的熱量、最大的優(yōu)點還在于它的單位生產(chǎn)率大、煙氣余熱可采用余熱鍋爐回收。但沸騰焙燒煙塵率高(煙塵率可達40%-50%)、煙塵在爐內(nèi)的停留時間極短，遠遠達不到各種新的石煤提釩工藝所要求的焙燒石煤所需的時間。
[0014]步進式焙燒窯是在陶瓷行業(yè)、煤矸石制磚行業(yè)廣泛使用的隧道窯的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，近年來被用于含釩原料的焙燒，窯內(nèi)可分為預(yù)熱區(qū)、焙燒區(qū)和冷卻區(qū)。該窯具有焙燒溫度、時間、氣氛易控制等長處，但要求有大塊平地，建設(shè)投資較大，能耗高且需采用天然氣或煤氣等優(yōu)質(zhì)燃料，此外碼磚全靠手工作業(yè)，勞動強度較大。
[0015]平窯技術(shù)落后，屬于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整淘汰或限制類；沸騰焙燒爐受到煙塵率太高和煙塵在爐內(nèi)停留時間短的約束；尚未查詢到多膛爐應(yīng)用于石煤焙燒的實例，主要是多膛爐的單位生產(chǎn)率低及投資大而未付諸實施；回轉(zhuǎn)窯的問題是焙燒時對溫度難以控制；步進式焙燒窯的投資大、能耗高，阻礙工業(yè)上的應(yīng)用。影響石煤提釩企業(yè)大型化工業(yè)生產(chǎn)的原因，主要是焙燒設(shè)備的選擇適當與否，同時也涉及到焙燒工藝的進一步改進。焙燒設(shè)備的選擇需要根據(jù)石煤特點，結(jié)合當?shù)貙嶋H情況綜合考慮，最好是采用節(jié)能環(huán)保、便于控制、氧化效率高、占地少、投資少的燃燒設(shè)備，豎爐滿足以上要求。實用新型內(nèi)容
[0016]本實用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種石煤釩礦高效焙燒系統(tǒng)，特別是一種石煤釩礦豎爐焙燒系統(tǒng)。
[0017]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0018]包括豎爐焙燒裝置(I)、除塵裝置(2)、脫硫裝置(3)、換熱器(4)、噴淋塔(5)、氣液分離器(6)、壓縮機(7)，所述豎爐焙燒裝置(I)包括進料裝置(11)、豎爐本體(12)和卸料裝置(13)，其中進料裝置(11)依次與立式爐體(12)和卸料裝置(13)連接，所述立式爐體
(12)的爐頂氣出口管路依次與除塵裝置(2)、脫硫裝置(3)、換熱器(4)連接，所述脫硫裝置
(3)依次與換熱器(4)、立式爐體(12)相連接，所述立式爐體(12)的冷卻氣出口管路依次與噴淋塔(5)、氣液分離器(6)、壓縮機(7)、立式爐體(12)的冷卻氣入口管路相連接。
[0019]應(yīng)用本實用新型的有益效果:
[0020]( I)氧化效率高:
[0021]a)過氧化鈉與石煤燃燒生成的C02反應(yīng)生成02，不僅增加了豎爐內(nèi)氧氣濃度，同時消耗了豎爐內(nèi)部分C02，減少了后續(xù)脫碳工序的負荷；
[0022]b)采用豎爐氧化焙燒石煤釩礦，生料球與氧氣在爐內(nèi)相對逆流運動，不僅增強了熱量的交換和利用，而且延長了低價釩的氧化反應(yīng)時間，提高了釩的轉(zhuǎn)化率；
[0023](2)節(jié)能:首先不需要氧化性反應(yīng)氣的加熱裝置，大大降低了能耗；其次有效循環(huán)利用了爐頂氣的熱量，提高了熱能利用率 (凈化后的爐頂氣，一部分用于預(yù)熱空氣后脫碳放空，另一部分直接與預(yù)熱后的空氣混合作為反應(yīng)氣);
[0024](3)環(huán)保:爐頂氣經(jīng)除塵和脫硫，降低了粉塵及含硫氣體對環(huán)境造成的污染；
[0025](4)生產(chǎn)能力高:豎爐的單位體積生產(chǎn)率大；
[0026](5)條件易控:焙燒氣氛、溫度與時間等工藝參數(shù)容易控制，工藝的適用性廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型一種石煤釩礦豎爐焙燒系統(tǒng)的示意圖
[0028]1、豎爐焙燒裝置2、除塵裝置 3、脫硫裝置 4、換熱器
[0029]5、噴淋塔6、氣液分離器7、壓縮機
[0030]11、進料裝置 12、豎爐本體 13、卸料裝置
【具體實施方式】
[0031]為更好的說明本實用新型，下面結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0032]如圖1所示，一種石煤釩礦豎爐焙燒系統(tǒng)，包括豎爐焙燒裝置1、除塵裝置2、脫硫裝置3、換熱器4、噴淋塔5、氣液分離器6、壓縮機7，所述豎爐焙燒裝置I包括進料裝置11、豎爐本體12和卸料裝置13，其中進料裝置11依次與立式爐體12和卸料裝置13連接，所述立式爐體12的爐頂氣出口管路依次與除塵裝置2、脫硫裝置3、換熱器4連接，所述脫硫裝置3依次與換熱器4、立式爐體12相連接，所述立式爐體12的冷卻氣出口管路依次與噴淋塔5、氣液分離器6、壓縮機7、立式爐體12的冷卻氣入口管路相連接。[0033]該系統(tǒng)的工藝步驟包括:
[0034](I)將石煤釩礦破碎至0_2mm，添加該原礦12%復合添加劑、15%過氧化鈉，混合后細磨至粒度小于200目占85%以上的生料粉，往生料粉中加入水和粘結(jié)劑，混合均勻后在成球裝置中造球，得到球徑9-16_的生料球；
[0035](2)所述生料球在120°C烘干后，經(jīng)豎爐頂部的進料裝置裝入爐體，自上而下移動；
[0036](3)輸送部分天然氣與空氣混合，通過點火電極引燃石煤球團中的可燃碳，加熱豎爐的同時引發(fā)制氧反應(yīng)，豎爐內(nèi)溫度控制在800-850°C，氧含量為35%-40% ；
[0037](4)循環(huán)的爐頂氣與預(yù)熱后的空氣混合后溫度為250°C _300°C，一并作為反應(yīng)氣通入豎爐氧化焙燒生料球；
[0038](5)反應(yīng)氣進入豎爐，在豎爐內(nèi)從下而上流動，氧化焙燒逆向運動的生料球2h ；
[0039](6)焙燒完成后的熟料，經(jīng)過豎爐下部冷卻段冷卻至200°C以下，由底部卸料裝置排出，破碎后用于V205的浸出；
[0040](7)豎爐下部冷卻段的冷卻氣將熟料冷卻后，依次經(jīng)過噴淋塔、氣液分離器和壓縮機，再次返回豎爐冷卻段循環(huán)使用；
[0041](8)爐頂氣經(jīng)除塵裝置、脫硫裝置的凈化后，一部分通過換熱器預(yù)熱空氣后脫碳放空，另一部分與預(yù)熱后的空氣直接混合作為反應(yīng)氣通入豎爐。
[0042]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，首先不需要外加熱源，大大降低了能耗；其次過氧化鈉與石煤燃燒生成的C02反應(yīng)生成02，不僅強化了氧化氣氛，而且消耗了豎爐內(nèi)部分C02，減少了后續(xù)脫碳工序的負荷；最后有效循環(huán)利用了爐頂氣的熱量，提高了熱能利用率。
[0043]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種石煤釩礦豎爐焙燒系統(tǒng)，其特征在于，包括豎爐焙燒裝置(I)、除塵裝置(2)、脫硫裝置(3)、換熱器(4)、噴淋塔(5)、氣液分離器(6)、壓縮機(7)，所述豎爐焙燒裝置(I)包括進料裝置(11)、豎爐本體(12)和卸料裝置(13)，其中進料裝置(11)依次與立式爐體(12)和卸料裝置(13)連接，所述立式爐體(12)的爐頂氣出口管路依次與除塵裝置(2)、脫硫裝置(3)、換熱器(4)連接，所述脫硫裝置(3)依次與換熱器(4)、立式爐體(12)相連接，所述立式爐體(12)的冷卻氣出口管路依次與噴淋塔(5)、氣液分離器(6)、壓縮機(7)、立式爐體(12)的冷卻氣入口管路相連接。
【文檔編號】C22B1/02GK203411589SQ201320245819
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月8日
【發(fā)明者】吳道洪, 楊娜, 李志遠 申請人:北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司