一種石煤釩礦豎爐焙燒系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種石煤釩礦豎爐焙燒系統，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。應用該實用新型，可將爐頂氣凈化后循環利用，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容易控制，有利于提高釩的轉化率。
【專利說明】一種石煤釩礦豎爐焙燒系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及化學化工【技術領域】，具體涉及一種石煤釩礦豎爐焙燒系統。
【背景技術】
[0002]釩是全球性的稀缺資源及重要戰略金屬，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，其中85%以上用于鋼鐵工業。隨著鋼鐵工業向優、精、特方向發展，高質量釩鋼的應用將日益廣泛，專家預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，釩行業發展潛力很大。
[0003]世界上大約有65種類型的含釩礦物，工業釩產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，又可把低價態的釩盡可能氧化成高價態、與物料中的金屬氧化物反應生成可溶于水、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和物相變化的可能性，焙燒時間決定氧化反應的進行和物相變化的程度，爐內氣氛決定氧化反應和物相變化的效果。
[0005]現有文獻報道和工業應 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保復合添加劑(CN101177738)等；按爐型分類，可分為平窯、立窯、回轉窯、隧道窯、多膛爐、沸騰爐、流化床等，與之相關的專利有:(I)石煤提釩高轉化焙燒立窯(CN202092446U)，
(2)一種用于石煤提釩的回轉窯(N101762153A)，(3) —種五氧化二釩氧化焙燒爐(CN201411379)。目前的石煤焙燒工藝，普遍存在釩轉化率低、能效低、污染環境等缺點。
[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量為石煤釩礦灰渣質量1%_5%的NaCl、質量為石煤釩礦灰渣質量2%-7%的CaF2和質量為石煤釩礦灰渣質量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，往生料粉中加入質量為生料粉質量8%-20%的水，機械攪拌后造粒成球，得到球徑3-15_的生料球，經爐體頂部的加料裝置裝入爐體，在800-900°C的爐內溫度下完成焙燒，焙燒后的物料經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、產品質量穩定、生產成本低。[0007]然而應用該焙燒方法，添加的無煙煤等燃料對后續從熟料中浸取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產生高溫的加熱設備和加熱方式；添加的無煙煤或者石煤在燃燒過程中會產生C02，C02分壓過高會導致CO的再生，削弱豎爐內氧化氣氛，不利于石煤中低價釩的氧化。
[0008]關于石煤焙燒的常用裝置有:平窯、多膛爐、回轉窯、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的主體設備，其優點是:設備簡單、投資少、操作彈性大、技術成熟，容易人為控制焙燒時間的長短；主要缺點是轉化率低，設備生產能力低、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，對環境造成嚴重破壞。政府部門正逐漸關停此類高能耗、高污染、低效率的平窯生產方法。
[0010]多膛爐的優點是可在一定范圍內調整層數以達到物料在爐內的停留時間、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。缺點是設備生產能力低、投資大。
[0011]回轉窯在近年來逐漸取代平窯，成為我國重要的提釩設備之一。優點是結構簡單、維護容易、機械化程度高、設備生產能力大、窯內氧化氣氛好，利用窯的轉動使物料不斷滾動，有利于焙燒進行、通過調整窯的規格及運轉參數可控制爐料在窯內的停留時間、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，需通過預脫碳進行調節控制。
[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，但回轉窯很難做到把多余的熱量導出去。換句話說，用回轉窯來焙燒100%的石煤原礦難以實現對所要求的溫度的控制。現實中是將部份石煤采用別的方式(如:用流態化沸騰焙燒)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窯，以達到控制溫度的效果。
[0013]沸騰焙燒爐的優點是傳熱及傳質效果好、可有效控制焙燒溫度、又可充分回收石煤焙燒所產的熱量、最大的優點還在于它的單位生產率大、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、煤矸石制磚行業廣泛使用的隧道窯的基礎上發展起來的，近年來被用于含釩原料的焙燒，窯內可分為預熱區、焙燒區和冷卻區。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，建設投資較大，能耗高且需采用天然氣或煤氣等優質燃料，此外碼磚全靠手工作業，勞動強度較大。
[0015]平窯技術落后，屬于產業結構調整淘汰或限制類；沸騰焙燒爐受到煙塵率太高和煙塵在爐內停留時間短的約束；尚未查詢到多膛爐應用于石煤焙燒的實例，主要是多膛爐的單位生產率低及投資大而未付諸實施；回轉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，阻礙工業上的應用。影響石煤提釩企業大型化工業生產的原因，主要是焙燒設備的選擇適當與否，同時也涉及到焙燒工藝的進一步改進。焙燒設備的選擇需要根據石煤特點，結合當地實際情況綜合考慮，最好是采用節能環保、便于控制、氧化效率高、占地少、投資少的燃燒設備，豎爐滿足以上要求。實用新型內容
[0016]本實用新型的目的是解決現有技術中存在的問題，提供一種石煤釩礦高效焙燒系統，特別是一種石煤釩礦豎爐焙燒系統。
[0017]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[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反應生成02，不僅增加了豎爐內氧氣濃度，同時消耗了豎爐內部分C02，減少了后續脫碳工序的負荷；
[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時間，提高了釩的轉化率；
[0023](2)節能:首先不需要氧化性反應氣的加熱裝置，大大降低了能耗；其次有效循環利用了爐頂氣的熱量，提高了熱能利用率 (凈化后的爐頂氣，一部分用于預熱空氣后脫碳放空，另一部分直接與預熱后的空氣混合作為反應氣);
[0024](3)環保:爐頂氣經除塵和脫硫，降低了粉塵及含硫氣體對環境造成的污染；
[0025](4)生產能力高:豎爐的單位體積生產率大；
[0026](5)條件易控:焙燒氣氛、溫度與時間等工藝參數容易控制，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，下面結合本實用新型實施例中的附圖，對實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0032]如圖1所示，一種石煤釩礦豎爐焙燒系統，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制氧反應，豎爐內溫度控制在800-850°C，氧含量為35%-40% ；
[0037](4)循環的爐頂氣與預熱后的空氣混合后溫度為250°C _300°C，一并作為反應氣通入豎爐氧化焙燒生料球；
[0038](5)反應氣進入豎爐，在豎爐內從下而上流動，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，依次經過噴淋塔、氣液分離器和壓縮機，再次返回豎爐冷卻段循環使用；
[0041](8)爐頂氣經除塵裝置、脫硫裝置的凈化后，一部分通過換熱器預熱空氣后脫碳放空，另一部分與預熱后的空氣直接混合作為反應氣通入豎爐。
[0042]本發明與現有技術相比，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反應生成02，不僅強化了氧化氣氛，而且消耗了豎爐內部分C02，減少了后續脫碳工序的負荷；最后有效循環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【技術領域】的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種石煤釩礦豎爐焙燒系統，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 優先權日:2013年5月8日
【發明者】吳道洪, 楊娜, 李志遠 申請人:北京神霧環境能源科技集團股份有限公司