天津钢管DRC回转窑直接还原工艺技术的特点

2021-03-08 16:10:29 作者:huangj 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

天津钢管DRC回转窑直接还原工艺技术的特点
 

陶江善

天津奥沃冶金技术咨询有限公司


1 概述

天津钢管公司直接还原铁厂是我国引进英国戴维公司的DRC煤基回转窑生产工艺的直接还原铁大型项目:建设规模为年产直接还原铁30万吨,设置有2条年产15万吨直接还原铁生产线,每条生产线设有1条φ5x 80m的回转窑,1条φ3.5x50m的冷却筒,1套产品分离装置。1台产汽量为36t/h的余热锅炉,1台烟气袋式除尘器和1台抽风能力为12500Qm3/h 的排烟风机;2条生产线合用1组日用料仓(含供料皮带)、1套压块装置和1组成品仓。

该生产工艺是以高品位铁矿石为原料,煤为燃料和还原剂,白云石或石灰石为脱硫刘,在回转窑内通过燃烧、加热、还原等反应、最终将铁矿石还原成直接还原铁。由回转窑排出的物料需先经冷却筒冷却至小于或等于100℃,再送产品分离间进行筛分磁选,选出大于或等于4mm的直接还原铁. 由带式输送机运往成品仓,选出小于4mm的直接还原铁粉,先送压块间压成块,然后经筛分后由带式输送机运往成品仓。回转窑的高温烟气由排烟风机从加料端抽出并经后燃烧室燃烧,然后进余热锅护降温并产生蒸汽,再进布袋除尘器除尘,最终由引风机将含尘量小于50mg/m3的烟气通过烟囱排入大气。

 
 

戴维直接还原技术是采用回转窑的100%煤基直接还原。原料铁矿石、煤、石灰石,定量加入回转窑的供料端。窑缓慢转动使铁矿石和煤在被加热和还原的同时向回转窑的出料端移动。回转窑衬有耐火材料,在供料端,中段,出料端设有耐火材料挡圈,以便延长炉料停留时间。

2 煤基回转窑工艺技术的主要特点

2.1 回转窑的内部结构和工艺操作条件

日用料仓中的铁矿、石灰石以及加入煤通过称重给料器,以可控的数量从窑的进料端(窑尾)加入,通过回转窑的缓慢旋转使矿和煤在被加热及还原的同时向出料端(窑头)移动。窑是耐火材料砌筑的,并在进料端、中部和出料端设有耐火材料挡料圈,以便使停留时间延长。回转窑的内部结构如图2所示,回转窑外观图见图3。

 
 
        煤为生产直接还原铁的吸热还原反应提供热量。用于为煤助燃的空气通过回转窑长度方向不同位置上的风管轴向喷入窑中。通过应用在回转窑出料端喷入粉碎煤的技术,该流程可以成功运行而不必使用天然气或油等任何碳氢化合物。料床温度可以很容易地达到1075℃的高温。典型的回转窑温度曲线如图4所示。
 

2.2 回转窑的二次风技术

在回转窑内进行的铁矿石还原反应和碳酸盐分解反应需吸收大量的热量,为补充还原和分解反应所需的热量,在延窑长方向,相隔一定距离设置二次风管,用于燃烧还原反应生成的CO和从煤中析出的挥发分。在合适的炭铁比(0.40~0.45)条件下,为了调节和控制回转窑内的温度,使其达到工艺所需要的窑内温度曲线,采用调节二次风的风量是工艺的主要调节手段之一。

回转窑二次风量的调节可由人工调节窑壳风机入口处文丘里管内风挡的位置来实现。鉴于文丘里管内的空气流量与风挡的位置在90%行程范围内成线性关系,因此二次风量可间接地通过风挡的位置传感器反馈给主控室的监控系统。

(1)窑壳风机和二次风管的配置

在沿回转窑80m长度上共设置了10台窑壳风机。其中7台窑壳风机的风量为12960m3/h,风压为3922.66Pa,3台窑壳风机的风量为6950m3/h,风压为3922.66Pa。每台窑壳的吸风口设有消音器,其后与文丘里管相连,并设有手动风量调节装置。窑壳风机的出口设有手动调节阀,其后与二次风管相接,风管伸入窑内。二次风管采用高镍铬耐热钢整体浇铸而成。二次风管在窑内的配置见图5。

 

从图中可以看出,二次风管的配置特点为预热区的3根风管沿轴线向加料端吹出,还原区的7根风管沿轴线向出料端吹出;两相邻二次风管之间均错位1800;各风管之间的间距不等。

(2)二次风管的配置优点

①可为回转窑预热区提供足够的热量

在回转窑预热区内需将物料从常温加热到750~800℃。在此温度下回转窑加入煤中发分大量溢出,按图3所示,将预热区内的3根二次风管沿轴线向加料端吹出,为该区创造了良好的二次燃料环境,使煤中溢出的挥发分得到充分燃烧,提高了预热区内气体与窑床之间的温度差,从而提高了该区域的热转化率,使预热区在不附加燃料的情况下能保持所需的预热温度,达到物料充分预热的目的。

②可防止中窑区结圈

在中窑区800-900℃温度下,矿石还原成低价氧化物,窑床上存在低熔点的共熔混合物,因此必须严格控制该区域的温度。按图1所示,将预热区3根二次风管沿轴线吹向加料端,阻止了用预热的空气进入中间挡圈,不但确保了预热区的预热温度,而且也控制了还原区的升温速度过快而造成的回转窑结圈,起到防止中窑结圈的作用。

③可避免还原区高温吸硫

在预热区750~800℃温度下,物料中的有机硫大量溢出,由于该区域的3根二次风管沿轴线向加料端吹出,使溢出的有机硫很快随废气排出,避免这部分硫进入还原区,产生高温吸硫。

④可为回转窑还原区提供足够的热量

在回转窑还原区内进行铁矿石的还原反应和碳酸盐的分解反应需吸收大量的热量,又由于还原区各部分所需的热量不等,按图3所示,将还原区内7根二次风管沿轴线向出料端吹出,通过调节喷吹粒煤的分配比和二次风量来满足燃烧从窑床逸出的CO和煤中的挥发分,为还原区提供足够的热量。

2.3回转窑的测温技术

(1)固定热电偶测温系统

在沿窑长方向上设置了12支固定热电偶。为使热电偶能经受长期的热辐射和腐蚀,每支热电偶均安装在用耐热钢制成的保护套管内。热电偶套管安装见图6.

 

图中括号的数据为固定热电偶座的数据,热电偶伸出套管的长度为3-25mm。当回转窑工作时,窑每转一周,每支热电偶可测得一个平均温度值,该温度值可在主控室的记录仪上连续记录,也可在CRT上显示。由于固定热电偶测定的温度值为窑内的物料和气体的平均温度,因此它将反应回转窑的长期温度趋势。固定热电偶的配置位置见表1.

(2)快速热电偶测温系统

 

1 固定热电偶的配置位置

编号

位置(mm

方位(

编号

位置(mm

方位(

编号

位置(mm

方位(

1

3750

330

5

33500

210

9

60650

90

2

7000

300

6

42450

180

10

66950

60

3

14500

270

7

48050

150

11

70100

30

4

24500

240

8

54350

120

12

75750

0


在沿窑长方向共设置了16个快速热电偶插孔,当回转窑工作时,可定时将快速热电偶插入16个插孔中任意几个,当回转窑旋转3周以后,将这几个快速热电偶拔出,即可得到所测点的窑床和气体温度值。这些温度值被记录在主控室的记录仪上,也可在CRT上显示。由于测得的温度值是窑内某些点的气体和窑床的精确温度,因此能较快地通过调节窑壳风机吸风口文丘里管内挡板的开度来调整和控制窑内的操作温度曲线。

(3)回转窑测温技术的特点
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