本实用新型属于煤基竖炉直接还原技术领域，具体涉及一种煤基竖炉烟气余热回收系统。
背景技术：
应用固体还原剂的煤基直接还原方法中的RK(回转窑)、TK(隧道窑) 及RHF(转底炉)等三种工艺均具有技术成熟、适应不同资源等优点，适用于天然气资源匮乏且煤矿资源、铁矿资源丰富的地区，但存在设备难以大型化、不能实现大规模生产等缺点。
煤基竖炉直接还原工艺作为煤基直接还原技术的一种，与传统回转窑法、隧道窑法及转底炉法相比，显著的区别在于炉料在反应室中是从上至下连续运行的，同时煤基竖炉的反应室具有数量模块化组合特点，为实现单机100万吨以上的大规模化生产创造了条件。对突破煤基直接还原工艺单机产能规模瓶颈具有一定的现实发展意义。
煤基竖炉直接还原工艺主要技术特点为：将烘干后达到入炉水分控制要求的含铁球团与还原煤、脱硫剂等物料进行配料掺和后加入炉顶的料仓中，通过料仓进入竖炉模块化数量的N个反应室中，经过反应室的预热段(300～800℃)、反应段(800～1250℃)和冷却段，产品通过排料装置从竖炉底部排出；竖炉的 N个反应室与燃烧室各自独立，还原气氛与氧化气氛互不干扰，反应室内还原反应所需的热量由燃烧室燃料燃烧提供，并通过反应室隔墙导热传递给炉料，所产生的具有微负压、700～900℃高温的烟气通过烟道排出燃烧室。由于煤基竖炉高温烟气带走的物理显热占总热耗的25～30％，充分利用这部分烟气物理显热能进一步降低煤基竖炉工序能耗、减少CO2排放。
现阶段RK、TK及RHF等三种工艺对烟气余热进行回收利用所采取的主要措施为：
(1)RK烟气余热回收主要技术路线为：采用蒸汽余热锅炉对窑尾排出的 800℃烟气进行余热回收发电，烟气温度降至120～150℃后经除尘净化后排入大气；
(2)TK烟气余热回收主要技术路线为：利用隧道窑的长度特点，烟气自高温段流向低温段，将热量传递或辐射给反应室和窑体，窑尾烟气降至～150℃直接排入大气；
(3)RHF烟气余热回收主要技术路线为：采用蒸汽余热锅炉对经沉降处理后的～1100℃烟气进行余热回收发电，烟气温度降至～650℃后采用高温换热器对助燃空气进行换热，排出的280～350℃烟气混入燃烧炉燃烧产生的烟气，经引风机送至低温烘干链篦机对生球进行干燥，干燥后～120℃烟气经净化后排入大气。
煤基竖炉燃烧系统与传统的应用固体还原剂的直接还原工艺如RK、TK及 RHF等有所不同，具有以下技术特点：
(1)燃烧所产生的烟气用于导热和辐射传热，通常采用微负压操作方式，最大限度的保证烟气初始热量充分有效利用于物料的还原反应；
(2)采用微负压的操作方式，势必需要保证烟气系统的独立性，不能因为烟气余热回收而造成对燃烧系统烟气压力的波动；
(3)燃烧系统通常采用含尘量较低的清洁气体燃料，烟气中含尘量较低。
因此借鉴RK(回转窑)、TK(隧道窑)及RHF(转底炉)等传统工艺采用引风机捕集烟气，利用烟气余热发电、直接用于烘干物料等方式是难以满足煤基竖炉工艺的生产要求的。
技术实现要素：
本实用新型结合煤基竖炉燃烧系统及生产工艺特点，针对现有烟气余热回收技术不能满足煤基竖炉工艺生产使用要求的现状，而提供了适应于煤基竖炉燃烧系统特点和生产工艺要求、有利于减少SO2、NOx、CO2和粉尘的排放和降低工序能耗等显著优点的一种煤基竖炉烟气余热回收系统。
本实用新型所采用的技术方案为一种煤基竖炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述煤基竖炉烟气余热回收系统，包括：煤基竖炉、一级换热器2、烘干空气机6、二级换热器3、助燃空气机7、烘干机9、循环风机、烟气引导设备、烧嘴、送气管道，所述煤基竖炉由反应室和燃烧室构成，之间由隔墙隔开，所述煤基竖炉1与一级换热器2以管道相连，所述烘干空气机6一端与一级换热器2以管道相连接，另一端设置风机入口调节风门和管道阀门，所述助燃空气机7一端与二级换热器3以管道相连接，另一端设置风机入口调节风门和管道阀门，所述烘干机9一端与一级换热器2以管道相连，另一端连接循环风机 10，所述二级换热器3与设置在所述煤基竖炉燃烧室侧面的多个烧嘴以管道相连接，所述烟气引导设备与助燃空气机以管道连接。所述一级换热器和二级换热器均为高温换热器，综合换热系数≥23W·(m2·℃)-1。所述燃烧室布置多个燃烧器。所述烟气引导设备包括烟气引风机4和烟囱5。所述煤基竖炉1烟气余热回收装置还包括和除尘装置，所述除尘装置包括抽风机、除尘器11、烟囱及阀门，所述除尘器与网带式烘干机以管道相连。所述烘干空气机6采用主机加备用机的双机设置。所述烘干空气机6为网带式烘干机。所述抽风机可以为多个。所述烘干机(9)为低温烘干链篦机。
具体步骤为：
(1)来自煤基竖炉燃烧室排出的700～900℃高温烟气经一级换热器降至 450～600℃，经二级换热器降至150～180℃，并由烟气引风机将～150℃烟气经烟囱排入大气；
(2)一级换热器利用700～900℃高温烟气热量将烘干空气机带入的～25℃空气预热至300～450℃，在生球烘干装置中对一定含水量的生球进行干燥，温度降至～120℃的烘干空气经除尘后，由主抽风机、钢烟囱排入大气；
(3)二级换热器利用450～600℃高温烟气热量将助燃空气风机带入的～25℃空气预热至300～600℃，经管道输送至煤基竖炉燃烧室烧嘴，作为外部煤气的助燃空气使用。
进一步的，所述的一种煤基竖炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述的煤基竖炉由反应室和燃烧室组成，反应室和燃烧室由隔墙隔开，反应室反应所需的热量由燃烧室烧嘴燃烧燃料提供的热量经隔墙传热后提供；燃烧室根据反应室温度需要布置多个燃烧器。
进一步的，所述的一种煤基竖炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述的煤基竖炉与一级换热器、二级换热器、烟气引风机和烟囱通过管道、阀门进行连通，所述管道内设置有隔热、保温作用的耐火材料，所述阀门用于调节排烟速度和控制煤基竖炉排烟压力。
进一步的，所述的一种煤基竖炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述烘干空气机与一级换热器、生球烘干装置、除尘器、主抽风机和钢烟囱通过管道和阀门进行连通，所述一级换热器空气出口后端300～450℃高温空气输送管道内设置有隔热、保温作用的耐火材料，所述烘干空气机入口调节风门、出口阀门用于调节预热空气流量和压力，并最终实现空气预热到一定使用温度要求的目的。
进一步的，所述的一种煤基竖炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述的助燃空气风机与二级换热器、烧嘴和煤基竖炉通过管道、阀门进行连通，所述二级换热器空气出口后端300～600℃高温空气输送管道内设置有隔热、保温作用的耐候材料，所述助燃空气风机入口调节风门、出口阀用于调节预热助燃空气流量和压力，并最终实现空气预热到一定使用温度要求的目的。
进一步的，所述的一种煤基竖炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述的生球烘干装置主要作用在于输送生球的同时利用烘干空气对生球实施干燥，同时利用循环风机循环吸送烘干空气，达到最大限度利用空气余热目的，并最终在接近饱和水蒸气含量情况下排出烘干废空气。
进一步的，所述的一种煤基竖炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述的除尘器主要作用在于吸附并过滤烘干空气中的粉尘，达到低于国家标准的粉尘排放浓度要求。
与现有技术相比，实施本实用新型的有益效果如下：
(1)烟气系统独立运行，便于实施负压造作，满足煤基竖炉生产工艺要求；
(2)充分利用了煤基竖炉自身产的高温烟气热量，用于煤基竖炉生产所用的生球干燥和燃烧用助燃空气预热，最大限度减少能量损失，减少生球烘干和空气预热所需外部热量供给，一定程度上了降低SO2、NOx、CO2和粉尘的排放，达到了清洁冶炼、低碳环保的绿色生产要求；
(3)系统流程简单可靠、自动化控制程度高、建设投资省、贴合煤基竖炉生产工艺特点，能够满足煤基竖炉大规模化生产需要。
附图说明
图1为本实用新型的系统流程图；
图2为本实用新型实施例1设备联络示意图；
图3为本实用新型实施例2设备联络示意图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型作进一步的描述。
实施例1，一种煤基竖炉烟气余热回收系统：
如图1和图2所示，一种煤基竖炉烟气余热回收系统，结合图1和图2实施例1示意图所示，一种煤基竖炉烟气余热回收系统，包括煤基竖炉1、一组高温管壳式换热器2、一组管壳式换热器3、一台烟气引风机4、一座混凝土烟囱5、两台烘干空气机6、两台助燃空气风机7、多个煤基竖炉烧嘴8、一套网带式烘干机9、一套循环风机10、一套电除尘器11、一台主抽风机12、一座钢烟囱13及相关管道和阀门。
煤基竖炉燃烧室排出的流量为～25000Nm3/h、温度为700～900℃的高温烟气、高温烟气经一组耐热不锈钢组件构成的高温管壳式换热器2换热后降至～550℃，换热器2将烘干空气机6带入的温度为～25℃、流量为 24000～30000Nm3/h烘干空气预热至～350℃；所述烘干空气机6采用一用一备，由风机入口调节风门和管道阀门调节流速、压力和流量，并控制换热后烟气温度降至～550℃；换热器2预热的烘干空气由管道输送至网带式烘干机9中，用于烘干一定含水量、运输量为～18t/h的湿球；经耐热锅炉钢组件构成的管壳式换热器3换热后降至～150℃，换热器3将助燃空气风机7带入的温度为～25℃、流量为15000～18000Nm3/h助燃空气预热至～450℃；所述助燃空气风机7采用一用一备，由风机入口调节风门和管道阀门调节流速、压力和流量，并控制换热后烟气温度降至～150℃；换热器3预热的助燃空气由管道输送至煤基竖炉1 燃烧室侧烧嘴处，用于助燃煤气；助燃空气所带入的显热重新返回至燃烧室内用于加热反应室内的炉料。采用循环风机10循环利用烘干空气的余热，在达到满足设定温度饱和水蒸气含量的情况下由主抽风机12引入15m2电除尘器11 中进行过滤，达到含尘量≤10mg/m3的排放要求后经钢烟囱排入大气；经一台烟气引风机4、一座混凝土烟囱5排入大气。煤基竖炉烧嘴可为多个。
实施例1的有益效果为：
(1)烟气系统独立运行，可有效实施微负压操作；
(2)通过能量自平衡，避免了额外投资增加建设成本，且能有效满足物料烘干要求，适应煤基竖炉生产需要；
(3)700～900℃的高温烟气经换热后降至～150℃，可回收热量～6.95MW，折合标准煤～237.5kg/h；
(4)助燃空气预热至300～450℃，可提高燃料理论燃烧温度120～180℃，节约燃料使用～13.8％。
实施例2：一种煤基竖炉烟气余热回收系统：
如图1和图3所示，一种煤基竖炉烟气余热回收系统，包括两座煤基竖炉 1、两组高温管壳式换热器2、两组管壳式换热器3、两台烟气引风机4、两座混凝土烟囱5、四台烘干空气机6、四台助燃空气风机7、N个煤基竖炉烧嘴8、一套低温烘干链篦机9、一套循环风机10、一套电除尘器11、一台主抽风机 12、一座钢烟囱13及相关管道和阀门。上述煤基竖炉烟气余热回收系统的两套煤基竖炉，每一套所述煤基竖炉均含有一级换热器2、二级换热器3和一套烟气引导设备，以及两台烘干空气机6和两台助燃空气风机7，且每套煤机竖炉连接方式与之前所述的连接方式相同，两套煤基竖炉由管道以并联方式连接。
每座煤基竖炉1燃烧室排出的流量为～60000Nm3/h、温度为700～900℃的高温烟气，经耐热不锈钢组件构成的管壳式换热器2换热后降至～550℃；经耐热锅炉钢组件构成的管壳式换热器3换热后降至～150℃，并由烟气引风机4、混凝土烟囱5排入大气；
经耐热不锈钢组件构成的管壳式换热器2将烘干空气机6带入的温度为～25℃、流量为56000～60000Nm3/h烘干空气预热至～350℃；所述烘干空气机6 采用一用一备，由风机入口调节风门和管道阀门调节流速、压力和流量，并控制换热后烟气温度降至～550℃；
经耐热锅炉钢组件构成的管壳式换热器3将助燃空气风机7带入的温度为～25℃、流量为38000～42000Nm3/h助燃空气预热至～450℃；所述助燃空气风机 7采用一用一备，由风机入口调节风门和管道阀门调节流速、压力和流量，并控制换热后烟气温度降至～150℃；
经耐热不锈钢组件构成的管壳式换热器2预热的烘干空气由管道汇总、输送至低温烘干链篦机9中，用于烘干一定含水量、运输量为～100t/h的湿球；采用循环风机10循环利用烘干空气的余热，在达到满足设定温度饱和水蒸气含量的情况下由主抽风机12引入80m2电除尘器11中进行过滤，达到含尘量≤10mg/m3的排放要求后经钢烟囱排入大气；经耐热锅炉钢组件构成的管壳式换热器3预热的助燃空气由管道输送至每座煤基竖炉1燃烧室侧烧嘴处，用于助燃煤气；助燃空气所带入的显热重新返回至燃烧室内用于加热反应室内的炉料。
本实用新型实施例的有益效果为：
(1)烟气系统单炉独立运行，可有效实施微负压操作；
(2)双台竖炉并列运行，不影响各自生产，通过能量平衡，避免了额外投资增加建设成本，且能有效满足物料烘干要求，适应煤基竖炉生产需要；
(3)700～900℃的高温烟气经换热后降至～150℃，可回收热量～16.68MW，折合标准煤～570kg/h；
(4)助燃空气预热至300～450℃，可提高燃料理论燃烧温度120～180℃，节约燃料使用～15％。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。