一种石煤钒矿竖炉焙烧系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种石煤钒矿竖炉焙烧系统，包括竖炉焙烧装置、除尘装置、脱硫装置、换热器、燃烧室、水洗塔、气液分离器、压缩机，所述竖炉焙烧装置包括进料装置，竖炉本体和卸料装置,其中进料装置依次与立式炉体和卸料装置连接，所述立式炉体的炉顶气出口管路依次与除尘装置、脱硫装置、换热器、燃烧室连接，所述脱硫装置依次与燃烧室、立式炉体相连接，所述立式炉体的冷却气出口管路依次与水洗塔、气液分离器、压缩机、立式炉体的冷却气入口管路相连接。应用该实用新型，可将炉顶气净化后循环利用，降低粉尘及有害气体污染，提高富氧空气利用率，焙烧气氛、温度与时间等工艺参数容易控制，有利于提高钒的转化率。
【专利说明】一种石煤钒矿竖炉焙烧系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及化学化工【技术领域】，具体涉及一种石煤钒矿竖炉焙烧系统。
【背景技术】
[0002]钒是全球性的稀缺资源及重要战略金属，由于其具有很高的抗张强度、硬度、抗疲劳强度和较好的抗腐蚀性等性能，被广泛用于钢铁、有色冶金和化工等行业，其中85%以上用于钢铁工业。随着钢铁工业向优、精、特方向发展，高质量钒钢的应用将日益广泛，专家预计全球钒的消费量在2010-2015年的复合年增长率为10.4%，最终达到11.5万吨，钒行业发展潜力很大。
[0003]世界上大约有65种类型的含钒矿物，工业钒产品的主要原料有钒钛磁铁矿、石煤、石油灰渣、废钒触媒和铝土矿等。我国的石煤资源极为丰富，探明储量为618.8亿吨，V205品位多在0.3%-1.0%，其中w(V205)≤0.5%的石煤中V205储量为7707.5万吨，是我国钒钛磁铁矿中V205储量的6.7倍。石煤是金属钒提取的重要资源，钒主要以低价态存在，尤其是以酸碱均难溶的三价钒化合物存在。目前，石煤提钒的方法较多采用原矿(或脱碳后的灰渣)焙烧一浸出一钒液净化一沉钒煅烧的方法。焙烧是石煤提钒过程中的关键步骤，焙烧效果直接影响钒浸出率，因而在一定程度上决定整个工艺流程的钒总回收率。
[0004]石煤焙烧既可脱除石煤中的碳，又可把低价态的钒尽可能氧化成高价态、与物料中的金属氧化物反应生成可溶于水、酸或碱的钒酸盐。在石煤焙烧过程中，影响焙烧效果的因素主要是添加剂种类及用量、焙烧炉型、焙烧温度、焙烧时间、焙烧气氛等。焙烧温度决定氧化反应和物相变化的可能性，焙烧时间决定氧化反应的进行和物相变化的程度，炉内气氛决定氧化反应和物相变化的效果。
[0005]现有文献报道和工业应 用中，按添加剂分类，焙烧可分为钠化焙烧、钙化焙烧、氧化焙烧和复合添加剂焙烧 ，与之相关的专利有:(I) 一种石煤钠化焙烧提钒工艺(CN101363084A), (2) 一种石煤提钒焙烧工艺(CN101260459)，(3)石煤钒矿焙烧新型环保复合添加剂(CN101177738)等；按炉型分类，可分为平窑、立窑、回转窑、隧道窑、多膛炉、沸腾炉、流化床等，与之相关的专利有:(I)石煤提钒高转化焙烧立窑(CN202092446U)，
(2)一种用于石煤提钒的回转窑(N101762153A)，(3) —种五氧化二钒氧化焙烧炉(CN201411379)。目前的石煤焙烧工艺，普遍存在钒转化率低、能效低、污染环境等缺点。
[0006]专利CN101857915A公开了一种石煤钒矿灰渣的成球焙烧方法，所述方法包括:往石煤钒矿灰渣中添加质量为石煤钒矿灰渣质量1%_5%的NaCl、质量为石煤钒矿灰渣质量2%-7%的CaF2和质量为石煤钒矿灰渣质量10%_15%的CaC03，每kg混合物料配入1460-2100kJ的无烟煤或者石煤，混匀细磨至80目-150目得到生料粉，往生料粉中加入质量为生料粉质量8%-20%的水，机械搅拌后造粒成球，得到球径3-15_的生料球，经炉体顶部的加料装置装入炉体，在800-900°C的炉内温度下完成焙烧，焙烧后的物料经炉体底部的卸料装置排出，冷却后得到用于V205浸出的熟料(通常以稀盐酸或稀硫酸浸取)。该方法热能利用率高、产品质量稳定、生产成本低。[0007]然而应用该焙烧方法，添加的无烟煤等燃料对后续从熟料中浸取V205不利，会造成酸耗增加、固液分离困难；而且该文献未具体说明炉内产生高温的加热设备和加热方式；添加的无烟煤或者石煤在燃烧过程中会产生C02，C02分压过高会导致CO的再生，削弱竖炉内氧化气氛，不利于石煤中低价钒的氧化。
[0008]关于石煤焙烧的常用装置有:平窑、多膛炉、回转窑、沸腾焙烧炉、步进式焙烧窑和立窑。
[0009]其中平窑目前是我国石煤提钒焙烧作业的主体设备，其优点是:设备简单、投资少、操作弹性大、技术成熟，容易人为控制焙烧时间的长短；主要缺点是转化率低，设备生产能力低、能耗高、占地面积大、机械化程度低，且大部分民营提钒工厂为追求资金利益最大化，将未处理的废气直接向大气排放，对环境造成严重破坏。政府部门正逐渐关停此类高能耗、高污染、低效率的平窑生产方法。
[0010]多膛炉的优点是可在一定范围内调整层数以达到物料在炉内的停留时间、可通过鼓入空气和抽取烟气来控制各层的焙烧温度，同时提供石煤焙烧所需的氧气、烟气可进行余热回收。缺点是设备生产能力低、投资大。
[0011]回转窑在近年来逐渐取代平窑，成为我国重要的提钒设备之一。优点是结构简单、维护容易、机械化程度高、设备生产能力大、窑内氧化气氛好，利用窑的转动使物料不断滚动，有利于焙烧进行、通过调整窑的规格及运转参数可控制炉料在窑内的停留时间、烟气可进行余热回收。缺点:高温带过短，焙烧物料在高温区的停留时间短，致使能源利用率低、投资大、能耗高、焙烧温度难以控制，需通过预脱碳进行调节控制。
[0012]石煤具有一定的热值，理论上，石煤焙烧是不需要外加热源的，而且还要把多余的热量导出去，但回转窑很难做到把多余的热量导出去。换句话说，用回转窑来焙烧100%的石煤原矿难以实现对所要求的温度的控制。现实中是将部份石煤采用别的方式(如:用流态化沸腾焙烧)先进行脱炭，然后将已脱炭的石煤与未脱炭的石煤按一定比例混合后送入回转窑，以达到控制温度的效果。
[0013]沸腾焙烧炉的优点是传热及传质效果好、可有效控制焙烧温度、又可充分回收石煤焙烧所产的热量、最大的优点还在于它的单位生产率大、烟气余热可采用余热锅炉回收。但沸腾焙烧烟尘率高(烟尘率可达40%-50%)、烟尘在炉内的停留时间极短，远远达不到各种新的石煤提钒工艺所要求的焙烧石煤所需的时间。
[0014]步进式焙烧窑是在陶瓷行业、煤矸石制砖行业广泛使用的隧道窑的基础上发展起来的，近年来被用于含钒原料的焙烧，窑内可分为预热区、焙烧区和冷却区。该窑具有焙烧温度、时间、气氛易控制等长处，但要求有大块平地，建设投资较大，能耗高且需采用天然气或煤气等优质燃料，此外码砖全靠手工作业，劳动强度较大。
[0015]平窑技术落后，属于产业结构调整淘汰或限制类；沸腾焙烧炉受到烟尘率太高和烟尘在炉内停留时间短的约束；尚未查询到多膛炉应用于石煤焙烧的实例，主要是多膛炉的单位生产率低及投资大而未付诸实施；回转窑的问题是焙烧时对温度难以控制；步进式焙烧窑的投资大、能耗高，阻碍工业上的应用。影响石煤提钒企业大型化工业生产的原因，主要是焙烧设备的选择适当与否，同时也涉及到焙烧工艺的进一步改进。焙烧设备的选择需要根据石煤特点，结合当地实际情况综合考虑，最好是采用节能环保、便于控制、氧化效率高、占地少、投资少的燃烧设备，竖炉满足以上要求。实用新型内容
[0016]本实用新型的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种石煤钒矿高效焙烧系统，特别是一种石煤钒矿竖炉焙烧系统。
[0017]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0018]包括竖炉焙烧装置(I)、除尘装置(2)、脱硫装置(3)、换热器(4)、喷淋塔(5)、气液分离器(6)、压缩机(7)，所述竖炉焙烧装置(I)包括进料装置(11)、竖炉本体(12)和卸料装置(13)，其中进料装置(11)依次与立式炉体(12)和卸料装置(13)连接，所述立式炉体
(12)的炉顶气出口管路依次与除尘装置(2)、脱硫装置(3)、换热器(4)连接，所述脱硫装置
(3)依次与换热器(4)、立式炉体(12)相连接，所述立式炉体(12)的冷却气出口管路依次与喷淋塔(5)、气液分离器(6)、压缩机(7)、立式炉体(12)的冷却气入口管路相连接。
[0019]应用本实用新型的有益效果:
[0020]( I)氧化效率高:
[0021]a)过氧化钠与石煤燃烧生成的C02反应生成02，不仅增加了竖炉内氧气浓度，同时消耗了竖炉内部分C02，减少了后续脱碳工序的负荷；
[0022]b)采用竖炉氧化焙烧石煤钒矿，生料球与氧气在炉内相对逆流运动，不仅增强了热量的交换和利用，而且延长了低价钒的氧化反应时间，提高了钒的转化率；
[0023](2)节能:首先不需要氧化性反应气的加热装置，大大降低了能耗；其次有效循环利用了炉顶气的热量，提高了热能利用率 (净化后的炉顶气，一部分用于预热空气后脱碳放空，另一部分直接与预热后的空气混合作为反应气);
[0024](3)环保:炉顶气经除尘和脱硫，降低了粉尘及含硫气体对环境造成的污染；
[0025](4)生产能力高:竖炉的单位体积生产率大；
[0026](5)条件易控:焙烧气氛、温度与时间等工艺参数容易控制，工艺的适用性广。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型一种石煤钒矿竖炉焙烧系统的示意图
[0028]1、竖炉焙烧装置2、除尘装置 3、脱硫装置 4、换热器
[0029]5、喷淋塔6、气液分离器7、压缩机
[0030]11、进料装置 12、竖炉本体 13、卸料装置
【具体实施方式】
[0031]为更好的说明本实用新型，下面结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0032]如图1所示，一种石煤钒矿竖炉焙烧系统，包括竖炉焙烧装置1、除尘装置2、脱硫装置3、换热器4、喷淋塔5、气液分离器6、压缩机7，所述竖炉焙烧装置I包括进料装置11、竖炉本体12和卸料装置13，其中进料装置11依次与立式炉体12和卸料装置13连接，所述立式炉体12的炉顶气出口管路依次与除尘装置2、脱硫装置3、换热器4连接，所述脱硫装置3依次与换热器4、立式炉体12相连接，所述立式炉体12的冷却气出口管路依次与喷淋塔5、气液分离器6、压缩机7、立式炉体12的冷却气入口管路相连接。[0033]该系统的工艺步骤包括:
[0034](I)将石煤钒矿破碎至0_2mm，添加该原矿12%复合添加剂、15%过氧化钠，混合后细磨至粒度小于200目占85%以上的生料粉，往生料粉中加入水和粘结剂，混合均匀后在成球装置中造球，得到球径9-16_的生料球；
[0035](2)所述生料球在120°C烘干后，经竖炉顶部的进料装置装入炉体，自上而下移动；
[0036](3)输送部分天然气与空气混合，通过点火电极引燃石煤球团中的可燃碳，加热竖炉的同时引发制氧反应，竖炉内温度控制在800-850°C，氧含量为35%-40% ；
[0037](4)循环的炉顶气与预热后的空气混合后温度为250°C _300°C，一并作为反应气通入竖炉氧化焙烧生料球；
[0038](5)反应气进入竖炉，在竖炉内从下而上流动，氧化焙烧逆向运动的生料球2h ；
[0039](6)焙烧完成后的熟料，经过竖炉下部冷却段冷却至200°C以下，由底部卸料装置排出，破碎后用于V205的浸出；
[0040](7)竖炉下部冷却段的冷却气将熟料冷却后，依次经过喷淋塔、气液分离器和压缩机，再次返回竖炉冷却段循环使用；
[0041](8)炉顶气经除尘装置、脱硫装置的净化后，一部分通过换热器预热空气后脱碳放空，另一部分与预热后的空气直接混合作为反应气通入竖炉。
[0042]本发明与现有技术相比，首先不需要外加热源，大大降低了能耗；其次过氧化钠与石煤燃烧生成的C02反应生成02，不仅强化了氧化气氛，而且消耗了竖炉内部分C02，减少了后续脱碳工序的负荷；最后有效循环利用了炉顶气的热量，提高了热能利用率。
[0043]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种石煤钒矿竖炉焙烧系统，其特征在于，包括竖炉焙烧装置(I)、除尘装置(2)、脱硫装置(3)、换热器(4)、喷淋塔(5)、气液分离器(6)、压缩机(7)，所述竖炉焙烧装置(I)包括进料装置(11)、竖炉本体(12)和卸料装置(13)，其中进料装置(11)依次与立式炉体(12)和卸料装置(13)连接，所述立式炉体(12)的炉顶气出口管路依次与除尘装置(2)、脱硫装置(3)、换热器(4)连接，所述脱硫装置(3)依次与换热器(4)、立式炉体(12)相连接，所述立式炉体(12)的冷却气出口管路依次与喷淋塔(5)、气液分离器(6)、压缩机(7)、立式炉体(12)的冷却气入口管路相连接。
【文档编号】C22B1/02GK203411589SQ201320245819
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】吴道洪, 杨娜, 李志远 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司