一種煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明涉及化工冶金領(lǐng)域。具體地講，本發(fā)明涉及一種利用紅土鎳礦塊料熱解和還原反應(yīng)的系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著高品位硫化鎳礦的枯竭及國(guó)內(nèi)不銹鋼產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，低品位紅土鎳礦已經(jīng)成為生產(chǎn)鎳鐵產(chǎn)品的主要原料。為了解決紅土鎳礦的合理利用問(wèn)題，以紅土鎳礦為原料，煤粉為還原劑，采用直接還原法將礦石中的鐵和鎳還原成了金屬鐵和金屬鎳，再經(jīng)過(guò)熔分或磨選使鎳富集到鎳鐵產(chǎn)品中。

現(xiàn)今，煤基直接還原工藝有多種，其中，由于轉(zhuǎn)底爐還原工藝具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易、生產(chǎn)周期短、反應(yīng)速度快、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，所以轉(zhuǎn)底爐還原工藝已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。轉(zhuǎn)底爐煉鐵的基本原理是通過(guò)位于爐側(cè)壁的平焰燒嘴燃燒，火焰的高溫通過(guò)輻射傳給料層表面的球團(tuán)，使含碳球團(tuán)中的金屬氧化物在高溫下被還原，加熱能源多采用天然氣、裂化氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和煤制氣等，能源來(lái)源十分廣泛。采用轉(zhuǎn)底爐設(shè)備直接還原鐵(DRI)工藝主要包括以下步驟：將鐵礦粉與還原劑煤粉混合均勻，壓制成含碳球團(tuán)礦，烘干；將干燥的含碳球團(tuán)均勻地鋪在轉(zhuǎn)底爐上，使含碳球團(tuán)在轉(zhuǎn)底爐爐內(nèi)的還原區(qū)域(溫度可達(dá)1300℃～1400℃)內(nèi)被還原15min~30min，即可得到金屬化率為85％以上的直接還原產(chǎn)物。轉(zhuǎn)底爐設(shè)備用于生產(chǎn)DRI的優(yōu)點(diǎn)在于，還原溫度高、時(shí)間短、爐料與爐底保持相對(duì)的靜止不動(dòng)，從而避免了回轉(zhuǎn)窯、流化床粘結(jié)、豎爐結(jié)瘤等問(wèn)題。中國(guó)專(zhuān)利CN 102212636A 公開(kāi)了一種紅土鎳礦轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原—燃?xì)馊鄯譅t熔分的煉鐵方法，將紅土鎳礦與煤及助熔劑混合后造球，干球布入轉(zhuǎn)底爐內(nèi)進(jìn)行直接還原得到直接還原產(chǎn)物，直接還原產(chǎn)物送入用煤氣作燃料的蓄熱式燃?xì)馊鄯譅t進(jìn)行熔分，最終得到高鎳的鎳鐵合金。

但是，現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐處理紅土鎳礦技術(shù)中仍然存在一些問(wèn)題。一方面，還原煤在紅土鎳礦轉(zhuǎn)底爐直接還原過(guò)程中僅僅是起到了還原礦物和一部分供給熱量的作用，自身寶貴的油氣資源沒(méi)有得到更為有效的利用；另一方面，因?yàn)榧t土鎳礦塊料入爐會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)底爐內(nèi)煙塵量過(guò)大，從而堵塞燒嘴影響生產(chǎn)，所以入爐的物料要先經(jīng)過(guò)成型、干燥處理等一系列附加處理工序，增加能耗。因此，現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐處理紅土鎳礦技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐處理紅土鎳礦技術(shù)中沒(méi)有考慮在直接還原過(guò)程回收還原煤中的油氣資源和不能實(shí)現(xiàn)塊料入爐的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)及方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)紅土鎳礦煤基直接還原過(guò)程中的煤的熱解和紅土鎳礦塊料的還原熔煉。該系統(tǒng)中紅土鎳礦塊料直接入爐，縮短了成型和干燥流程等工序，降低能耗。熱解后的半焦繼續(xù)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)參加紅土鎳礦的直接還原反應(yīng)得到直接還原產(chǎn)物。該系統(tǒng)能夠在紅土鎳礦直接還原過(guò)程實(shí)現(xiàn)了煤的熱解，使寶貴的油氣資源得以回收，增加了轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝的副產(chǎn)品，并且，所述轉(zhuǎn)底爐爐體內(nèi)部產(chǎn)生的煙氣余熱可以被有效再利用，從而，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保，間接降低了工藝能耗和成本。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供了一種煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，包括：配料混料裝置、具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐、油氣除塵裝置、油氣回收裝置、渣鐵分離裝置和煙氣除塵裝置，其中：

所述配料混料裝置包括：紅土鎳礦入口、還原煤入口、添加劑入口和混合塊料出口，用于將紅土鎳礦、還原煤和添加劑進(jìn)行配料混料處理，得到混合塊料；

所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐包括：依次相鄰的進(jìn)料區(qū)、干燥熱解區(qū)、低溫還原區(qū)、高溫還原區(qū)和出料區(qū)，其中，所述干燥熱解區(qū)分別與所述進(jìn)料區(qū)、所述低溫還原區(qū)之間設(shè)有隔墻，所述高溫還原區(qū)與所述出料區(qū)之間設(shè)有擋墻，所述隔墻和所述擋墻均是由所述轉(zhuǎn)底爐的頂壁向下延伸，并與所述轉(zhuǎn)底爐的布料盤(pán)保持一定間隔；其中，所述干燥熱解區(qū)和所述低溫還原區(qū)的爐壁內(nèi)側(cè)設(shè)有多個(gè)加熱管，用于對(duì)所述干燥熱解區(qū)和所述低溫還原區(qū)進(jìn)行加熱管方式加熱；所述高溫還原區(qū)爐壁內(nèi)側(cè)設(shè)有多個(gè)燒嘴，用于對(duì)所述高溫還原區(qū)進(jìn)行燒嘴方式加熱；所述進(jìn)料區(qū)爐壁上設(shè)有混合塊料入口，所述干燥熱解區(qū)爐壁上設(shè)有加熱管高溫除塵煙氣入口和熱解油氣出口，所述低溫還原區(qū)爐壁上設(shè)有加熱管高溫除塵煙氣入口和高溫?zé)煔獬隹?，所述出料區(qū)爐壁上設(shè)有直接還原產(chǎn)物出口，所述混合塊料入口與所述混合塊料出口相連；

所述油氣除塵裝置包括：含塵熱解油氣入口和除塵熱解油氣出口，所述含塵熱解油氣入口與所述轉(zhuǎn)底爐的熱解油氣出口相連，用于將含塵熱解油氣入口進(jìn)行除塵處理，得到除塵熱解油氣；

所述油氣回收裝置包括：除塵熱解油氣入口、焦油出口和燃?xì)獬隹?，所述除塵熱解油氣入口與所述除塵熱解油氣出口相連，用于將所述除塵熱解油氣進(jìn)行收集和分離處理，以便得到焦油和燃?xì)猓?/p>

所述渣鐵分離裝置包括：直接還原產(chǎn)物入口、鎳鐵產(chǎn)品出口和尾渣出口，所述直接還原產(chǎn)物入口與所述直接還原產(chǎn)物出口相連，用于將所述直接還原產(chǎn)物進(jìn)行渣鐵分離處理，得到鎳鐵產(chǎn)品和尾渣；

所述煙氣除塵裝置包括：高溫?zé)煔馊肟诤透邷爻龎m煙氣出口，所述高溫?zé)煔馊肟谂c所述轉(zhuǎn)底爐的高溫?zé)煔獬隹谙噙B，用于將高溫?zé)煔膺M(jìn)行除塵處理，得到高溫除塵煙氣，所述高溫除塵煙氣出口分別與所述干燥熱解區(qū)和所述低溫還原區(qū)的加熱管高溫除塵煙氣入口相連，用于將所述高溫除塵煙氣作為加熱管的熱源，加熱轉(zhuǎn)底爐的干燥熱解區(qū)和低溫還原區(qū)的物料。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，紅土鎳礦塊料直接入爐，縮短了成型和干燥流程等工序。熱解后的半焦繼續(xù)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)參加紅土鎳礦的直接還原反應(yīng)得到直接還原產(chǎn)物。該系統(tǒng)能夠在紅土鎳礦直接還原過(guò)程實(shí)現(xiàn)了煤的熱解，使寶貴的油氣資源得以回收，增加了轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝的副產(chǎn)品，并且，所述轉(zhuǎn)底爐爐體內(nèi)部產(chǎn)生的煙氣余熱可以被有效再利用，從而，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保，間接降低了工藝能耗和成本。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐的水平截面為圓環(huán)形，所述干燥熱解區(qū)的圓環(huán)夾角60o-150o。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐的水平截面為圓環(huán)形，所述低溫還原區(qū)的圓環(huán)夾角80o-130o。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐的水平截面為圓環(huán)形，所述高溫還原區(qū)的圓環(huán)夾角80o-200o。

在本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種利用前面所述的系統(tǒng)進(jìn)行紅土鎳礦塊料熱解和還原反應(yīng)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將紅土鎳礦、還原煤和添加劑加入配料混料裝置進(jìn)行混料和配料處理，得到混合物料；

（2）將混合物料加入到具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行熱解和還原處理，得到熱解油氣和直接還原產(chǎn)物；

（3）將直接還原產(chǎn)物加入渣鐵分離裝置進(jìn)行渣鐵分離處理，得到鎳鐵產(chǎn)品和尾渣。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述步驟（1）中紅土鎳礦和還原煤的塊料尺寸為10~50mm。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述步驟（1）中的還原煤為中低階煤，揮發(fā)分不低于20%，優(yōu)選褐煤。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述步驟（1）中的紅土鎳礦、還原煤和添加劑的重量配比為紅土鎳礦：還原煤：添加劑=100：10-40：3-15。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述步驟（3）中混合塊料在具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行熱解和還原處理的反應(yīng)條件為：干燥熱解區(qū)溫度500-900℃，停留時(shí)間10-30min；低溫還原區(qū)溫度1000℃-1150℃，停留時(shí)間10-20min；高溫還原區(qū)溫度1200-1400℃，停留時(shí)間10-20min。

本發(fā)明的有益效果在于：

（1）本發(fā)明提供了一種煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了紅土鎳礦塊料可以直接入爐，有效地縮短了成型和干燥流程等工序，從而降低了能耗。

（2）本發(fā)明提供了一種煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)及方法，能夠在紅土鎳礦直接還原過(guò)程實(shí)現(xiàn)煤的熱解，使得寶貴的油氣資源得以回收，增加了轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝的副產(chǎn)品，從而，間接減低了工藝能耗和成本。

（3）本發(fā)明提供了一種煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)及方法，熱解后的半焦繼續(xù)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)參加紅土鎳礦的直接還原反應(yīng)，得到直接還原產(chǎn)物。

（4）本發(fā)明提供了一種煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)及方法，轉(zhuǎn)底爐采用高溫除塵煙氣來(lái)加熱加熱管，使得轉(zhuǎn)底爐爐體內(nèi)部產(chǎn)生的煙氣余熱可以被有效再利用，從而，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，綠色環(huán)保，降低了成本。

（5）本發(fā)明提供了一種煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)及方法，利用了廉價(jià)的褐煤作為原料，降低了成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)易圖。

圖3為本發(fā)明煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)的工作流程圖。

其中，10、加熱管，20、隔墻，30、燒嘴，40、煙道，50、擋墻，100、配料混料裝置，101、紅土鎳礦入口，102、還原煤入口，103、添加劑入口，104、混合塊料出口，200、具有還原和熱解功能的轉(zhuǎn)底爐，201、混合塊料入口，202、加熱管高溫除塵煙氣入口，203、熱解油氣出口，204、高溫?zé)煔獬隹冢?05、直接還原產(chǎn)物出口，300、油氣除塵裝置，301、含塵熱解油氣入口，302、除塵熱解油氣出口，400、油氣回收裝置，401、除塵熱解油氣入口，402、焦油出口，403、燃?xì)獬隹冢?00、渣鐵分離裝置，501、直接還原產(chǎn)物入口，502、鎳鐵產(chǎn)品出口，503、尾渣出口，600、煙氣除塵裝置，601、高溫?zé)煔馊肟冢?02、高溫除塵煙氣出口。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。下面描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件的，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：配料混料裝置100、具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐200、油氣除塵裝置300、油氣回收裝置400、渣鐵分離裝置500和煙氣除塵裝置600。圖2為本發(fā)明煙氣余熱爐體內(nèi)部再利用型紅土鎳礦塊料的熱解和還原反應(yīng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)易圖，如圖所示，所述配料混料裝置包括：紅土鎳礦入口101、還原煤入口102、添加劑入口103和混合塊料出口104，用于將紅土鎳礦、還原煤和添加劑進(jìn)行配料混料處理，得到混合塊料；所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐包括：依次相鄰的進(jìn)料區(qū)、干燥熱解區(qū)、低溫還原區(qū)、高溫還原區(qū)和出料區(qū)；所述油氣除塵裝置包括：含塵熱解油氣入口301和除塵熱解油氣出口302，所述含塵熱解油氣入口與所述轉(zhuǎn)底爐的熱解油氣出口相連；所述油氣回收裝置包括：除塵熱解油氣入口401、焦油出口402和燃?xì)獬隹?03，所述除塵熱解油氣入口與所述除塵熱解油氣出口相連，用于將所述除塵熱解油氣進(jìn)行收集和分離處理，以便得到焦油和燃?xì)?；所述渣鐵分離裝置包括：直接還原產(chǎn)物入口501、鎳鐵產(chǎn)品出口502和尾渣出口503，所述直接還原產(chǎn)物入口與所述直接還原產(chǎn)物出口相連，；所述煙氣除塵裝置包括：高溫?zé)煔馊肟?01和高溫除塵煙氣出口602，所述高溫?zé)煔馊肟谂c所述轉(zhuǎn)底爐的高溫?zé)煔獬隹谙噙B，所述高溫除塵煙氣出口分別與所述干燥熱解區(qū)和所述低溫還原區(qū)的加熱管高溫除塵煙氣入口相連。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，紅土鎳礦塊料直接入爐，縮短了成型和干燥流程等工序。熱解后的半焦繼續(xù)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)參加紅土鎳礦的直接還原反應(yīng)得到直接還原產(chǎn)物。該系統(tǒng)能夠在紅土鎳礦直接還原過(guò)程實(shí)現(xiàn)了煤的熱解，使寶貴的油氣資源得以回收，增加了轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝的副產(chǎn)品，并且，所述轉(zhuǎn)底爐爐體內(nèi)部產(chǎn)生的煙氣余熱可以被有效再利用，從而，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保，間接降低了工藝能耗和成本。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐包括：依次相鄰的進(jìn)料區(qū)、干燥熱解區(qū)、低溫還原區(qū)、高溫還原區(qū)和出料區(qū)，其中，所述干燥熱解區(qū)分別與所述進(jìn)料區(qū)、所述低溫還原區(qū)之間設(shè)有隔墻20，所述高溫還原區(qū)與所述出料區(qū)之間設(shè)有擋墻50，所述隔墻和所述擋墻均是由所述轉(zhuǎn)底爐的頂壁向下延伸，并與所述轉(zhuǎn)底爐的布料盤(pán)保持一定間隔。由此，所述高溫還原區(qū)與出料區(qū)之間的擋墻可以有效地分隔兩個(gè)區(qū)，能夠保證高溫還原區(qū)和低溫還原區(qū)氣氛穩(wěn)定。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，所述進(jìn)料區(qū)爐壁上設(shè)有混合塊料入口201，所述混合塊料入口與所述混合塊料出口相連，所述混合塊料入口用于將混合塊料加入到所述轉(zhuǎn)底爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)；所述干燥熱解區(qū)爐壁上設(shè)有加熱管高溫除塵煙氣入口202和熱解油氣出口203，所述加熱管高溫除塵煙氣入口用于將加熱管高溫除塵煙氣送入所述轉(zhuǎn)底爐的干燥熱解區(qū)內(nèi)的加熱管中進(jìn)行加熱，所述熱解油氣出口用于將所述轉(zhuǎn)底爐內(nèi)產(chǎn)生的熱解油氣排出去；所述低溫還原區(qū)爐壁上設(shè)有加熱管高溫除塵煙氣入口和高溫?zé)煔獬隹?04，所述加熱管高溫除塵煙氣入口用于將加熱管高溫除塵煙氣導(dǎo)入所述轉(zhuǎn)底爐內(nèi)的低溫還原區(qū)的加熱管中進(jìn)行加熱，所述高溫?zé)煔獬隹谟糜趯⒏邷責(zé)煔馀懦鏊龅蜏剡€原區(qū)；所述出料區(qū)爐壁上設(shè)有直接還原產(chǎn)物出口205，所述直接還原產(chǎn)物出口用于將產(chǎn)物排出所述轉(zhuǎn)底爐的出料區(qū)。由此，所述轉(zhuǎn)底爐將煙道40設(shè)在低溫還原區(qū)，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)除塵后直接作為干燥熱解區(qū)和低溫還原區(qū)加熱管的熱源，實(shí)現(xiàn)了爐體內(nèi)部產(chǎn)生的煙氣余熱可以被有效再利用，從而，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保，間接降低了工藝能耗和成本。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐的具體形狀不受具體的限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)紅土鎳礦塊料進(jìn)行熱解和還原反應(yīng)即可。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐的水平截面為圓環(huán)形，并且，每個(gè)區(qū)所占的圓環(huán)夾角不受具體限制。優(yōu)選的，所述干燥熱解區(qū)的圓環(huán)夾角60o-150o，所述低溫還原區(qū)的圓環(huán)夾角80o-130o，所述高溫還原區(qū)的圓環(huán)夾角80o-200o。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐的干燥熱解區(qū)的加熱方式不受具體的限制，只要能夠加熱原料即可。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述干燥熱解區(qū)采用加熱管的方式進(jìn)行加熱，進(jìn)一步的，所述加熱管可以安裝在所述干燥熱解區(qū)的爐壁內(nèi)側(cè)，可以設(shè)置多個(gè)加熱管10。從而，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所述干燥熱解區(qū)的原料進(jìn)行加熱。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐的低溫還原區(qū)的加熱方式不受具體的限制，只要能夠加熱原料即可。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述還原區(qū)采用加熱管的方式進(jìn)行加熱，進(jìn)一步的，所述加熱管可以安裝在所述低溫還原區(qū)的爐壁內(nèi)側(cè)，可以設(shè)置多個(gè)加熱管10。從而，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所述低溫還原區(qū)的原料進(jìn)行加熱。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，所述具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐的高溫還原區(qū)的加熱方式不受具體的限制，只要能夠加熱原料即可。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述高溫還原區(qū)采用燒嘴的方式進(jìn)行加熱，進(jìn)一步的，所述燒嘴可以安裝在所述高溫還原區(qū)的爐壁內(nèi)側(cè)，可以設(shè)置多個(gè)燒嘴30。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，采用燒嘴燃燒產(chǎn)生的熱量通過(guò)輻射傳熱的方式來(lái)傳遞給球團(tuán)。因?yàn)椋瑹烀骰鹑紵哂腥紵芰Υ?、加熱溫度高的?yōu)勢(shì)（可達(dá)1500℃），從而，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所述高溫還原區(qū)的原料進(jìn)行加熱。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，該系統(tǒng)還包括所述油氣除塵裝置，用于將含塵熱解油氣進(jìn)行除塵處理，得到除塵熱解油氣。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述油氣除塵裝置包括：含塵熱解油氣入口和除塵熱解油氣出口，所述含塵熱解油氣入口與所述轉(zhuǎn)底爐的熱解油氣出口相連，能有效地將所述轉(zhuǎn)底爐的干燥熱解區(qū)內(nèi)的煤熱解產(chǎn)生的含塵熱解油氣輸送到所述油氣除塵裝置進(jìn)行油氣除塵處理。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括油氣回收裝置，與所述除塵熱解油氣出口連接，用于將所述除塵熱解油氣進(jìn)行收集和分離處理，以便得到焦油和燃?xì)?，使寶貴的油氣資源得以回收。由此，有效地將所述轉(zhuǎn)底爐中產(chǎn)生含塵熱解油氣進(jìn)行除塵處理，得到除塵熱解油氣，并且使寶貴的油氣資源得以回收，從而，增加了轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝的副產(chǎn)品，間接降低了工藝能耗和成本。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，該系統(tǒng)還包括所述煙氣除塵裝置，用于對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行除塵處理，得到高溫除塵煙氣。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述煙氣除塵裝置包括：高溫?zé)煔馊肟诤透邷爻龎m煙氣出口，所述高溫?zé)煔馊肟谂c所述轉(zhuǎn)底爐的高溫?zé)煔獬隹谙噙B，用于將高溫?zé)煔膺M(jìn)行除塵處理，得到高溫除塵煙氣，所述高溫除塵煙氣出口分別與所述干燥熱解區(qū)和所述低溫還原區(qū)的加熱管高溫除塵煙氣入口相連，用于將所述高溫除塵煙氣作為加熱管的熱源，加熱所述轉(zhuǎn)底爐的干燥熱解區(qū)和低溫還原區(qū)的物料。由此，所述轉(zhuǎn)底爐爐體內(nèi)部產(chǎn)生的煙氣余熱可以被有效再利用，從而，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保，降低了成本。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，該系統(tǒng)還包括所述渣鐵分離裝置，用于將所述直接還原產(chǎn)物進(jìn)行渣鐵分離處理，得到鎳鐵產(chǎn)品和尾渣。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述渣鐵分離裝置包括：直接還原產(chǎn)物入口、鎳鐵產(chǎn)品出口和尾渣出口，所述直接還原產(chǎn)物入口與所述直接還原產(chǎn)物出口相連，用于將所述直接還原產(chǎn)物進(jìn)行渣鐵分離處理，得到鎳鐵產(chǎn)品和尾渣。由此，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅土鎳礦的有效處理，得到了鎳鐵產(chǎn)品。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述系統(tǒng)中的紅土鎳礦與還原煤和添加劑的重量配比不受具體的限制。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)中的紅土鎳礦與還原煤和添加劑的重量配比為紅土鎳礦：還原煤：添加劑=100：10-40：3-15。由此，在此配比范圍內(nèi)的原料在反應(yīng)過(guò)程中，有利于鎳鐵顆粒的聚集和長(zhǎng)大。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述系統(tǒng)中的紅土鎳礦和還原煤的塊料尺寸不受具體的限制，只要能夠用于進(jìn)行反應(yīng)即可。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，紅土鎳礦和還原煤的塊料尺寸為10~50mm。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述系統(tǒng)中的還原煤的種類(lèi)不受具體的限制，只要能夠用于進(jìn)行反應(yīng)即可。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述還原煤為中低階煤。進(jìn)一步的，所述還原煤的揮發(fā)分不低于20%，優(yōu)選的，為褐煤。

在本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種利用前面所述的系統(tǒng)進(jìn)行紅土鎳礦熱解和還原反應(yīng)的方法，其工作流程如圖3所示，包括以下步驟：

（1）將紅土鎳礦、還原煤和添加劑加入配料混料裝置進(jìn)行混料和配料處理，得到混合物料。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述系統(tǒng)包括配料混料裝置，用于將紅土鎳礦、還原煤和添加劑進(jìn)行混料和配料處理，得到混合物料。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)中的紅土鎳礦與還原煤和添加劑的重量配比為紅土鎳礦：還原煤：添加劑=100：10-40：3-15。由此，在此配比范圍內(nèi)的原料在反應(yīng)過(guò)程中，有利于鎳鐵顆粒的聚集和長(zhǎng)大。并且，紅土鎳礦和還原煤的塊料尺寸為10~50mm，所述還原煤為中低階煤。進(jìn)一步的，所述還原煤的揮發(fā)分不低于20%，優(yōu)選的，為褐煤。由于該系統(tǒng)中的紅土鎳礦塊料可以直接入爐，從而，縮短了成型和干燥流程等工序，間接降低了成本。

（2）將混合物料加入到具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行熱解和還原處理，得到熱解油氣和直接還原產(chǎn)物。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述具有熱解-還原功能的轉(zhuǎn)底爐沿運(yùn)行方向具體劃分為進(jìn)料區(qū)，干燥熱解區(qū)，低溫還原區(qū)，高溫還原區(qū)和出料區(qū)，所述干燥熱解區(qū)和低溫還原區(qū)的加熱方式為加熱管，所述高溫還原區(qū)的加熱方式為燒嘴加熱。所述紅土鎳礦塊料在具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行熱解和還原處理的反應(yīng)條件為：干燥熱解區(qū)溫度500-900℃，停留時(shí)間10-30min，以便對(duì)入爐紅土鎳礦塊料在干燥熱解區(qū)先進(jìn)行預(yù)熱，脫除紅土鎳礦塊料中的表水和結(jié)晶水，同時(shí)對(duì)入爐濕球團(tuán)中的還原煤進(jìn)行熱解處理得到熱解油氣；低溫還原區(qū)溫度1000℃-1150℃，停留時(shí)間10-20min，用于將熱解后的紅土鎳礦塊料進(jìn)行低溫還原，以達(dá)到良好的還原效果，即鎳的還原率到90%以上，鐵的還原率到50%以上；最后，高溫還原區(qū)溫度1200-1400℃，停留時(shí)間10-20min，用于對(duì)紅土鎳礦塊料進(jìn)行深度還原和鎳鐵晶粒長(zhǎng)大，所述高溫還原區(qū)的加熱方式為燒嘴加熱，紅土鎳礦球團(tuán)在高溫還原區(qū)經(jīng)過(guò)深度還原和鎳鐵晶粒長(zhǎng)大后最終得到直接還原產(chǎn)物在出料區(qū)排出轉(zhuǎn)底爐。由此，該系統(tǒng)能夠在紅土鎳礦直接還原過(guò)程實(shí)現(xiàn)了煤的熱解，并且，熱解后的半焦繼續(xù)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)參加紅土鎳礦的直接還原反應(yīng)得到直接還原產(chǎn)物。

所述油氣除塵裝置，用于將所述干燥熱解內(nèi)的煤熱解產(chǎn)生的含塵熱解油氣進(jìn)行除塵處理，得到除塵熱解油氣，可通過(guò)所述油氣回收裝置進(jìn)行回收，從而，使得該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了寶貴的油氣資源得以回收，增加了轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝的副產(chǎn)品，間接降低了工藝能耗和成本。所述煙氣除塵裝置，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)底爐爐體內(nèi)部產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)行除塵處理，得到高溫除塵煙氣，然后將所述高溫除塵煙氣作為加熱管的熱源，加熱所述轉(zhuǎn)底爐的干燥熱解區(qū)和低溫還原區(qū)的物料，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)底爐爐體內(nèi)部產(chǎn)生的煙氣余熱可以被有效再利用，從而，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保，降低了成本。

（3）將直接還原產(chǎn)物加入渣鐵分離裝置進(jìn)行渣鐵分離處理，得到鎳鐵產(chǎn)品和尾渣。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述渣鐵分離裝置，用于將所述直接還原產(chǎn)物進(jìn)行渣鐵分離處理，得到鎳鐵產(chǎn)品和尾渣。由此，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅土鎳礦的有效回收，得到了鎳鐵產(chǎn)品。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，紅土鎳礦塊料直接入爐，縮短了成型和干燥流程等工序。熱解后的半焦繼續(xù)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)參加紅土鎳礦的直接還原反應(yīng)得到直接還原產(chǎn)物。該系統(tǒng)能夠在紅土鎳礦直接還原過(guò)程實(shí)現(xiàn)了煤的熱解，使寶貴的油氣資源得以回收，增加了轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝的副產(chǎn)品，并且，所述轉(zhuǎn)底爐爐體內(nèi)部產(chǎn)生的煙氣余熱可以被有效再利用，從而，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保，間接降低了工藝能耗和成本。

實(shí)施例1

將含Ni 1.85%紅土鎳礦塊料（粒徑10-50mm）、揮發(fā)分25%煙煤塊料（粒徑10-50mm）和碳酸鈉按質(zhì)量比100:10:5在混料配料裝置中進(jìn)行配料、混料處理得到混合塊料，然后將混合塊料在具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行熱解和還原處理，轉(zhuǎn)底爐熱解區(qū)和低溫還原區(qū)加熱管的熱量來(lái)自轉(zhuǎn)底爐的高溫除塵煙氣的換熱，干燥熱解區(qū)圓環(huán)夾角60o，干燥熱解區(qū)溫度900℃，停留時(shí)間10min；低溫還原區(qū)圓環(huán)夾角100o，低溫還原區(qū)溫度1100℃，停留時(shí)間10min；高溫還原區(qū)圓環(huán)夾角180o，高溫還原區(qū)溫度1350℃，停留時(shí)間20min。干燥熱解區(qū)得到的熱解油氣首先經(jīng)過(guò)油氣除塵裝置進(jìn)行除塵處理后再經(jīng)油氣回收裝置處理得到焦油和燃?xì)?，直接還原產(chǎn)物送入渣鐵分離裝置進(jìn)行渣鐵分離處理得到鎳鐵粉（含Ni 5.62%，TFe 64.73%）和尾渣，整個(gè)流程鎳回收率95%。

實(shí)施例2

將含Ni 2.45%紅土鎳礦塊料（粒徑10-50mm）、揮發(fā)分40%褐煤塊料（粒徑10-50mm）和石灰石按質(zhì)量比100:20:15在混料配料裝置中進(jìn)行配料、混料處理得到混合物料，然后將混合塊料在具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行熱解和還原處理，轉(zhuǎn)底爐熱解區(qū)和低溫還原區(qū)加熱管的熱量來(lái)自轉(zhuǎn)底爐的高溫除塵煙氣的換熱，干燥熱解區(qū)圓環(huán)夾角100o，干燥熱解區(qū)溫度800℃，停留時(shí)間25min；低溫還原區(qū)圓環(huán)夾角110o，低溫還原區(qū)溫度1150℃，停留時(shí)間20min；高溫還原區(qū)圓環(huán)夾角140o，高溫還原區(qū)溫度1400℃，停留時(shí)間10min。干燥熱解區(qū)得到的熱解油氣首先經(jīng)過(guò)油氣除塵裝置進(jìn)行除塵處理后再經(jīng)油氣回收裝置處理得到焦油和燃?xì)?，直接還原產(chǎn)物送入渣鐵分離裝置進(jìn)行渣鐵分離處理得到鎳鐵粉（含Ni 6.82%，TFe 65.64%）和尾渣，整個(gè)流程鎳回收率96%。

實(shí)施例3

將含Ni 1.12%紅土鎳礦塊料（粒徑10-50mm）、揮發(fā)分35%次煙煤塊料（粒徑10-50mm）和石灰按質(zhì)量比100:30:9在混料配料裝置中進(jìn)行配料、混料處理得到混合物料，然后將混合塊料在具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行熱解和還原處理，轉(zhuǎn)底爐熱解區(qū)和低溫還原區(qū)加熱管的熱量來(lái)自轉(zhuǎn)底爐的高溫除塵煙氣的換熱，干燥熱解區(qū)圓環(huán)夾角150o，干燥熱解區(qū)溫度750℃，停留時(shí)間30min；低溫還原區(qū)圓環(huán)夾角80o，低溫還原區(qū)溫度1000℃，停留時(shí)間10min；高溫還原區(qū)圓環(huán)夾角120o，高溫還原區(qū)溫度1350℃，停留時(shí)間15min。干燥熱解區(qū)得到的熱解油氣首先經(jīng)過(guò)油氣除塵裝置進(jìn)行除塵處理后再經(jīng)油氣回收裝置處理得到焦油和燃?xì)?，直接還原產(chǎn)物送入渣鐵分離裝置進(jìn)行渣鐵分離處理得到鎳鐵粉（含Ni 3.83%，TFe 75.83%）和尾渣，整個(gè)流程鎳回收率97%。

實(shí)施例4

將含Ni 1.85%紅土鎳礦塊料（粒徑10-50mm）、揮發(fā)分25%煙煤塊料（粒徑10-50mm）和碳酸鈉按質(zhì)量比100:40:5在混料配料裝置中進(jìn)行配料、混料處理得到混合塊料，然后將混合塊料在具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行熱解和還原處理，轉(zhuǎn)底爐熱解區(qū)和低溫還原區(qū)加熱管的熱量來(lái)自轉(zhuǎn)底爐的高溫除塵煙氣的換熱，干燥熱解區(qū)圓環(huán)夾角120o，干燥熱解區(qū)溫度600℃，停留時(shí)間15min；低溫還原區(qū)圓環(huán)夾角90o，低溫還原區(qū)溫度1100℃，停留時(shí)間10min；高溫還原區(qū)圓環(huán)夾角140o，高溫還原區(qū)溫度1300℃，停留時(shí)間20min。干燥熱解區(qū)得到的熱解油氣首先經(jīng)過(guò)油氣除塵裝置進(jìn)行除塵處理后再經(jīng)油氣回收裝置處理得到焦油和燃?xì)?，直接還原產(chǎn)物送入渣鐵分離裝置進(jìn)行渣鐵分離處理得到鎳鐵合金（含Ni 18.62%，TFe 79.73%）和鎳鐵渣，整個(gè)流程鎳回收率96%。

實(shí)施例5

將含Ni 2.45%紅土鎳礦塊料（粒徑10-50mm）、揮發(fā)分40%褐煤塊料（粒徑10-50mm）和石灰石按質(zhì)量比100:25:15在混料配料裝置中進(jìn)行配料、混料處理得到混合物料，然后將混合塊料在具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行熱解和還原處理，轉(zhuǎn)底爐熱解區(qū)和低溫還原區(qū)加熱管的熱量來(lái)自轉(zhuǎn)底爐的高溫除塵煙氣的換熱，干燥熱解區(qū)圓環(huán)夾角130o，干燥熱解區(qū)溫度500℃，停留時(shí)間25min；低溫還原區(qū)圓環(huán)夾角120o，低溫還原區(qū)溫度1100℃，停留時(shí)間20min；高溫還原區(qū)圓環(huán)夾角100o，高溫還原區(qū)溫度1250℃，停留時(shí)間15min。干燥熱解區(qū)得到的熱解油氣首先經(jīng)過(guò)油氣除塵裝置進(jìn)行除塵處理后再經(jīng)油氣回收裝置處理得到焦油和燃?xì)?，直接還原產(chǎn)物送入渣鐵分離裝置進(jìn)行渣鐵分離處理得到鎳鐵合金（含Ni 24.82%，TFe 73.24%）和鎳鐵渣，整個(gè)流程鎳回收率97%。

實(shí)施例6

將含Ni 1.12%紅土鎳礦塊料（粒徑10-50mm）、揮發(fā)分35%次煙煤塊料（粒徑10-50mm）和石灰按質(zhì)量比100:35:9在混料配料裝置中進(jìn)行配料、混料處理得到混合物料，然后將混合塊料在具有熱解和還原功能的轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行熱解和還原處理，轉(zhuǎn)底爐熱解區(qū)和低溫還原區(qū)加熱管的熱量來(lái)自轉(zhuǎn)底爐的高溫除塵煙氣的換熱，干燥熱解區(qū)圓環(huán)夾角70o，干燥熱解區(qū)溫度900℃，停留時(shí)間10min；低溫還原區(qū)圓環(huán)夾角110o，低溫還原區(qū)溫度1100℃，停留時(shí)間20min；高溫還原區(qū)圓環(huán)夾角170o，高溫還原區(qū)溫度1350℃，停留時(shí)間20min。干燥熱解區(qū)得到的熱解油氣首先經(jīng)過(guò)油氣除塵裝置進(jìn)行除塵處理后再經(jīng)油氣回收裝置處理得到焦油和燃?xì)?，直接還原產(chǎn)物送入渣鐵分離裝置進(jìn)行渣鐵分離處理得到鎳鐵合金（含Ni 15.35%，TFe 82.83%）和鎳鐵渣，整個(gè)流程鎳回收率98%。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、 或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè) 或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型，同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請(qǐng)的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。