CN108302931B - 一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的*** - Google Patents

一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***，属于金属回收技术领域。本***包括燃烧器、喷嘴、窑炉、预除尘器和热交换器，所述窑炉的一端连接燃烧器和喷嘴，窑炉的另一端连接预除尘器，空气经燃烧器加热后进入到窑炉内；所述预除尘器上设置有热交换器，热交换器与喷嘴之间通过空气导管连接，窑炉内的尾气流向预除尘器为热交换器提供热量，外界空气进入到热交换器进行预热，预热的外界空气经由空气导管流向喷嘴再进入到窑炉内，之后也作为尾气的一部分流向预除尘器。本发明的有益效果为本发明将尾气余热通过热转换器将外界空气预热，如此实现了热量的最大化利用，同时预热的外界空气与冷空气相比有更好的反应效果。

Description

一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***
技术领域
本发明属于金属回收技术领域，涉及一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***。
背景技术
利用转底炉或回转炉焙烧是含铁锌废弃物的常用代表性资源回收工艺。上述工艺是将含铁锌废弃物和一定副原料混合后，经过预加工处理，在1200℃以上的还原空气里，使其还原焙烧，挥发的锌成分下次再氧化，以粗氧化锌粉末的形态被回收。这种工艺相对来说能源消耗量较少，而且安全性高，是在全世界范围内最广泛的使用的工艺。但是为了制造在1200℃以上的高温还原空气，需要使用加热燃烧器作为添加热源来使用。加热燃烧器的原料包LNG,LPG或其他油类等。一般LNG是使用最广泛的，在整体工艺运转中占据的成本比重消耗较大，所以可以左右资源化的经济性。
为了解决上述问题，有些使用了低成本的燃料，例如废油或者船用C级燃油，又或者使用高效率的喷灯，但是效果都不是很明显，所以，有必要对现有工艺进行深入研究并且引入更为节能环保的新技术来解决上述问题。
在转底炉的高温下，氧化锌原料进行还原会发反应，生成的Zn(g)，见方程式(1)。有部分Zn在炉内残留，再次氧化，变化成细微的ZnO粉末，见方程式(2)。并且，锌氧化物还原的同时，其他的金属成分的还原反应也在进行，例如三氧化二铁被还原被金属铁，见方程式(3)。
ZnO(s)+CO(g)＝Zn(g)+CO2(g)--------------------------------(1)
Zn(g)+1/2O2(g)＝ZnO(s)-------------------------------------(2)
Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g)---------------------(3)
本技术开发的背景是，Zn成分分离之后，由于和Zn成分同时还原的还有其他金属，使其再氧化的过程中会产生氧化热，可作为炉内加热用燃料的替代热源来使用，起到节约能源的目的。为了保证金属能够充分氧化，需要额外增加空气的量，但是新添加的空气只是为了保证金属充分氧化，是有针对性的供给，而非整体性的供给，这种针对性的空气供给技术比较困难；而且新添加的空气温度较低，会降低转底炉内部的整体温度，而预热空气又会增添额外的能量损耗，而还原反应后的尾气预热没能得到充分利用，也会造成能量的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用氧化热以及尾气余热进行空气预热，并为整个还原反映提供热量的***工艺，从而减少燃料的消耗和热能的浪费。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：包括燃烧器、喷嘴、窑炉、预除尘器和热交换器，所述窑炉的一端连接燃烧器和喷嘴，窑炉的另一端连接预除尘器，空气经燃烧器加热后进入到窑炉内；所述预除尘器上设置有热交换器，热交换器与喷嘴之间通过空气导管连接，窑炉内的尾气流向预除尘器为热交换器提供热量，外界空气进入到热交换器进行预热，预热的外界空气经由空气导管流向喷嘴再进入到窑炉内，之后也作为尾气的一部分流向预除尘器。
进一步的，所述喷嘴上设置有热空气通孔，热空气通孔的进口设置在喷嘴侧面并与空气导管连接，热空气通孔的出口设置在喷嘴底部且位于窑炉内部。
进一步的，所述喷嘴上还设置有粉末通孔，粉末通孔的进口设置在喷嘴侧面，粉末通孔的出口设置在喷嘴底部且位于窑炉内部。
进一步的，所述粉末通孔是用于注射粒径1mm左右的铁屑粉末或其他含铁元素的物料粉末。
进一步的，所述铁屑粉末或其他含铁元素的物料粉末与纯氧混合后一起通过粉末通孔注入到窑炉内。
进一步的，所述热空气通孔有三条，且三条热空气通孔共用一个进口。
进一步的所述预除尘器上还设置有尾气处理装置。
进一步的，所述窑炉一侧上方设置有金属进料口，另一侧下方设置有渣料出料口，窑炉内物体流动方向与气体流动方向相反。
进一步的，所述的窑炉为回转炉。
进一步的，所述喷嘴可以在窑炉内进行45°～135°的旋转。
本发明的有益效果在于：本发明将尾气余热通过热转换器将外界空气预热，如此实现了热量的最大化利用，同时预热的外界空气与冷空气相比有更好的反应效果；本发明还通过注入铁屑和纯氧来增加氧化热为窑炉内的化学反应提供热量，总之本发明在含铁锌的废弃物回收工艺中实现了很好的节能环保效果。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的整体工艺流程图；
图2为本发明的喷嘴结构示意图；
图3为回转炉与喷嘴的回转效果说明图；
图4为是否注射外界空气的炭削减量对比图；
图5为使用冷空气和热空气的炭削减量对比图表；
图6为是否注射铁屑的炭削减量对比图；
图7为氧气纯度对炭削减量的影响图；
图8为注入热空气和铁屑时氧气纯度对炭削减量的影响图；
1-燃烧器；2-喷嘴；3-窑炉；4-预除尘器；5-热交换器；6-空气导管；7-热空气通孔；8-粉末通孔；9-尾气处理装置；10-金属进料口；11-渣料出料口。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
附图1是本发明的整体工艺流程图，如图1所示，一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的方法，包括燃烧器1、喷嘴2、窑炉3、预除尘器4和热交换器5，所述窑炉3的一端连接燃烧器1和喷嘴2，窑炉3的另一端连接预除尘器4，空气经燃烧器加热后进入到窑炉3内；所述预除尘器4上设置有热交换器5，热交换器5与喷嘴2之间通过空气导管6连接，窑炉3内的热空气流向预除尘器4为热交换器5提供热量，外界空气进入到热交换器5进行预热，预热的外界空气经由空气导管6流向喷嘴2再进入到窑炉3内，之后也作为热空气的一部分流向预除尘器4。
所述喷嘴2上设置有热空气通孔7，热空气通孔7的进口设置在喷嘴2侧面并与空气导管连接，热空气通孔7的出口设置在喷嘴2底部且位于窑炉3内部。
所述喷嘴上还设置有粉末通孔8，粉末通孔8的进口设置在喷嘴2侧面，粉末通孔8的出口设置在喷嘴2底部且位于窑炉3内部。
所述粉末通孔8是用于注射粒径1mm左右的铁屑粉末或其他含铁元素的物料粉末。
所述热空气通孔7有三条，且三条热空气通孔7共用一个进口。
所述预除尘器4上还设置有尾气处理装置9。
所述窑炉3一侧上方设置有金属进料口10，另一侧下方设置有渣料出料口11，窑炉3内部固体的流动方向与气体流动方向相反。
所述喷嘴2可以在窑炉3内进行45°～135°的旋转。
本发明主要是利用了窑炉内的金属物质氧化产生的氧化热来提供一部分窑炉内反应所需的热量。为了保证能够产生充分的氧化热，就需要额外的空气来参加氧化反应。若是添加外界的冷空气，那么会造成整个窑炉内的温度下降，若是将外界的冷空气预热又会消耗额外的燃料。同时由于窑炉反应后排出的尾气有较高的温度，如果不加以利用就会造成热能的流失和浪费。因此本发明将尾气排放到预除尘器中，并在与除尘器中设置了热交换器，将尾气的热量转换为外界空气的热量将其预热，经由空气导管、喷嘴后再进入到窑炉内。如此，既可以实现金属物质的充分氧化产生氧化热，同时有效的利用了尾气的热量，没有消耗额外的燃料来预热外界空气。
图2是本发明喷嘴的结构示意图，喷嘴上设置有热空气通孔和粉末通孔。所述热空气通孔是为了将预热空气注入到窑炉内而设置的；粉末通孔则是为了将铁屑粉末注入到窑炉内而设置的。之所以要注入铁屑粉末是因为若废弃物中的铁元素含量很少或者窑炉内金属铁的还原效果不佳，最终导致金属铁的含量少，那么金属铁氧化产生的氧化热也很少，这就达不到本发明的目的。也就是说，本发明注射一定量的铁屑粉末或者其他含铁元素的物质粉末，就可以追加氧化热。这时，铁屑粉末大小在1mm左右，粉碎成粒子使用。如果粒子的尺寸太大，会造成注射困难，所以使用1mm左右大小的铁屑较好。并且，除了铁屑之外，还可以利用大量的金属铁源。例如，粉碎金属铁加工过程中产生的碎屑或者上述工艺中排出的渣块，也可以注射磁力选出的有磁成分(含铁)。上述所有含铁物质的注射量，都需要考虑窑炉内部情况来调节。
另外，如果注射的气体是纯氧会有更好的效果，因为空气中，用于实际氧化反应必要的纯氧(O2)没有达到21％，很有可能发生氧不足现象，除此之外还有可能影响原料内炭的燃烧不充分。也就是说添加纯氧(O2)会达到更好的效果。同时由于炉内装入的N2的含量减少了，尾气减少，也得到节约能源的效果。
本发明喷嘴有三条热空气通孔，三条热空气通孔共用一个开口，且该开口连接到空气导管上，但是三条热空气通孔的出口却在不同的位置。这样就使得预热的外界空气是对准一定角度或范围进行注射的。
由于窑炉是回转炉，装入物根据回转炉的回转速度，装入物的量以及附着物的状态、炉内情况等，随时变化装入物的位置及角度。此时，若注射喷嘴单纯固定的情况，难以根据炉内情况的有效的的应对。图3为回转炉与喷嘴的回转效果说明图，因为空气注射方向不是固定在一个特定方向，而是在一定角度(45～135°)范围内连续回转，并保持连续喷射，这样不但可以提高氧化反应效率，并且，在一定角度范围之内，由于连续的回转，可以减少炉体热变形，并减少炉壁上附着物生成，达到延长注射喷嘴和炉子寿命的效果。
实施例1
以含铁锌废弃物作用原料，以焦炭作为还原剂，采用回转炉进行还原反应。装入的原料是20吨/hr，作业温度是在1200℃左右，尾气的温度在800℃左右。此时，利用产生的尾气，用在预集尘器上设置的热交换器，可以得到300℃以上的预热空气。作为原料的成分分析结果如下表1所示。
表1原料的成分分析结果(wt.％)
根据上述表1出现的成分比，理论需要，增量注射空气1.2倍的量，考虑实际作业情况，比较炭的消减量。
为了验证喷嘴效果，图4是否注射外界空气的炭削减量对比图，没有注射外界空气时，焦炭的消减量为0，而注射了外界空气的焦炭消减量为560kg/h。图5为使用冷空气和热空气的焦炭削减量对比图表；根据5可以很明显看到，喷出空气的温度在20℃时的焦炭减少量接近560kg/h，而在300℃是焦炭的减少量接近610kg/h。将图4和图5结合起来，可以知道注射了外界的冷空气的氧化效果比没有注射要好，而注射预热的外界空气比注射冷空气的效果要好。
为了进一步提高焦炭消减的效果，可以再添加铁屑和纯氧。表2为本实施例使用的一般的炭钢铁屑的成分含量。此时，铁屑的注射量，考虑注射空气量，统一使用610kg/hr。注射的外界空气为预热后的空气，然后观察是否注射铁屑或纯氧，以及是否同时注射铁屑和纯氧三种情况的焦炭消减量结果。
表2炭钢铁屑的成分含量(wt％)。
图6为使用预热的外界空气条件下，是否注射铁屑的焦炭消减量对比图，和未使用相比，能看到卓越的能源消减效果。图7为使用预热的外界空气条件下，不同的氧气浓度下焦炭消减量，也就是说，随着O2含量的增加，炭的使用量也成比下降。图8为同时使用了预热的外界空气，且同时注射了铁屑和纯氧，根据图8可以看出，不同的氧气浓度下焦炭消减差异不是很大，但是焦炭的使用量仍然成比下降；而且焦炭的消减量已经达到了722～757kg/h，明显要高于未注射以及单独注射的各种情况。因此，注射预热的外界空气，同时将铁屑和纯氧以一定的比例混合后共同注射，在上述含铁锌废弃物的资源化工艺中，可以确信得到了卓越的能源消减效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***，包括燃烧器、喷嘴、窑炉、预除尘器和热交换器，其特征在于：所述窑炉的一端连接燃烧器和喷嘴，窑炉的另一端连接预除尘器，空气经燃烧器加热后进入到窑炉内；所述预除尘器上设置有热交换器，热交换器与喷嘴之间通过空气导管连接，窑炉内的尾气流向预除尘器为热交换器提供热量，外界空气进入到热交换器进行预热，预热的外界空气经由空气导管流向喷嘴再进入到窑炉内，之后也作为尾气的一部分流向预除尘器；所述喷嘴上设置有热空气通孔，热空气通孔的进口设置在喷嘴侧面并与空气导管连接，热空气通孔的出口设置在喷嘴底部且位于窑炉内部；所述喷嘴上还设置有粉末通孔，粉末通孔的进口设置在喷嘴侧面，粉末通孔的出口设置在喷嘴底部且位于窑炉内部。
2.根据权利要求1所述的一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***，其特征在于：所述粉末通孔是用于注射粒径1mm左右的铁屑粉末或其他含铁元素的物料粉末。
3.根据权利要求1所述的一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***，其特征在于：所述铁屑粉末或其他含铁元素的物料粉末与纯氧混合后一起通过粉末通孔注入到窑炉内。
4.根据权利要求1所述的一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的方法，其特征在于：所述热空气通孔有三条，且三条热空气通孔共用一个进口。
5.根据权利要求1所述的一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***，其特征在于：所述预除尘器上还设置有尾气处理装置。
6.根据权利要求1所述的一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***，其特征在于：所述窑炉一侧上方设置有金属进料口，另一侧下方设置有渣料出料口，窑炉内物体流动方向与气体流动方向相反。
7.根据权利要求1所述的一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***，其特征在于：所述的窑炉为回转炉。
8.根据权利要求1所述的一种含铁锌废弃物回收工艺中提高氧化反应效率的***，其特征在于：所述喷嘴可以在窑炉内进行45°～135°的旋转。
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Application publication date: 20180720

Assignee: Chongqing hundred size pole Technology Co., Ltd.

Assignor: Chongqing University of Science & Technology|Yin Zaihong

Contract record no.: 2018990000354

Denomination of invention: System for improving oxidizing reaction efficiency in iron and zinc containing waste recycling process

License type: Exclusive License

Record date: 20181226

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GR01 Patent grant
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