全文摘要
本发明一种基于尾气循环O2‑CO2助燃的球团生产工艺及制备系统，属于钢铁冶金过程球团绿色高效制备生产领域，将生产过程中尾气的物理热用于球团的干燥预热，将含有高浓度CO2气体的尾气直接或经过净化提纯后与工业纯氧混合作为燃料的助燃气体。该发明充分利用了尾气的余热，提高了球团制备系统的热量利用效率；实现了球团制备系统氮气的近零输入，从源头上减少了生产过程中NOx的生成；含有高浓度CO2气体的尾气可低成本制备工业级\/食品级CO2气体，提供了一种CO2的回收利用与减排途径。
主设计要求
1.一种基于尾气循环O2-CO2助燃的球团生产工艺，其特征在于，使用链篦机-回转窑-环冷机作为球团生产的主体设备，使用氮气含量较低的工业煤气或煤粉作为回转窑(2)的燃料，助燃剂由工业纯氧和环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)尾气(b)或链篦机干燥段(1-1)尾气经过提纯后得到的高浓度CO2气体按一定比例混合得到；将回转窑(2)燃料燃烧产生的高温回转窑尾气(a)用于链篦机预热段(1-2)的球团预热过程，换热后生成低温的链篦机预热段(1-2)尾气(b)，经过脱水除尘后循环至环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)，与成品热球团矿再次换热，实现球团的强制冷却并吸收成品球团矿的热量，之后环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)循环至链篦机干燥段(1-1)，用于链篦机(1)中球团的干燥，含有高浓度CO2的链篦机干燥段(1-1)尾气(c)经过除尘脱水脱硫和低负荷的脱硝后，导入至CO2粗提纯装置(16)中，用于制备高浓度CO2气体(d)，部分高浓度CO2气体(d)输送至CO2深冷液化提纯装置(19)，用于生产工业级\/食品级CO2气体(e)。
设计方案
1.一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团生产工艺，其特征在于，使用链篦机-回转窑-环冷机作为球团生产的主体设备，使用氮气含量较低的工业煤气或煤粉作为回转窑(2)的燃料，助燃剂由工业纯氧和环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)尾气(b)或链篦机干燥段(1-1)尾气经过提纯后得到的高浓度CO2<\/sub>气体按一定比例混合得到；
将回转窑(2)燃料燃烧产生的高温回转窑尾气(a)用于链篦机预热段(1-2)的球团预热过程，换热后生成低温的链篦机预热段(1-2)尾气(b)，经过脱水除尘后循环至环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)，与成品热球团矿再次换热，实现球团的强制冷却并吸收成品球团矿的热量，之后环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)循环至链篦机干燥段(1-1)，用于链篦机(1)中球团的干燥，含有高浓度CO2<\/sub>的链篦机干燥段(1-1)尾气(c)经过除尘脱水脱硫和低负荷的脱硝后，导入至CO2<\/sub>粗提纯装置(16)中，用于制备高浓度CO2<\/sub>气体(d)，部分高浓度CO2<\/sub>气体(d)输送至CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)，用于生产工业级\/食品级CO2<\/sub>气体(e)。
2.根据权利要求1所述一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团生产工艺，其特征在于，具体生产过程包括以下步骤：
步骤1：将回转窑(2)产生的回转窑尾气(a)引至链篦机的预热段(1-2)，用于预热链篦机中的球团矿；
步骤2：换热后的回转窑尾气(a)经增压风机Ⅰ(22-1)引至尾气内循环段除尘除水装置(9)后，导入至环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)，用于强制冷却成品球团矿；
步骤3：在环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)出口管道P10设置气体成分检测装置Ⅰ(10)，分析环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)中CO2<\/sub>浓度；
步骤3a：若环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)中N2<\/sub>浓度小于5％，换向阀Ⅱ(11)动作，将一部分环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)导入至氧化剂配比系统(4)，与工业纯氧按一定比例进行混合作为回转窑燃料燃烧的助燃剂；剩余的环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)经增压风机Ⅲ(22-3)加压后导入链篦机干燥段(1-1)，用于干燥球团矿；
步骤3b：若环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)中N2<\/sub>浓度高于5％，换向阀Ⅱ(11)动作，将全部环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)经增压风机Ⅲ(22-3)加压后导入至链篦机干燥段(1-1)，用于干燥球团矿；换向阀Ⅲ(12)动作，将高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)中高浓度CO2<\/sub>气体(d)导入至氧化剂配比系统(4)，并维持当前状态3min，3min后根据气体成分检测装置Ⅰ(10)测得的环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)中CO2<\/sub>浓度，选择步骤3a或3b；
步骤4：链篦机干燥段(1-1)尾气(c)经增压风机Ⅳ(22-4)加压后导入尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)，并在设备出口设置气体成分检测装置Ⅱ(14)；
步骤4a：若链篦机干燥段(1-1)尾气(c)中CO2<\/sub>气体浓度低于75％则直接经换向阀Ⅳ(15)排放；
步骤4b：若链篦机干燥段(1-1)尾气(c)中CO2<\/sub>气体浓度高于75％，则将其引入到CO2<\/sub>粗提纯装置(16)，得到CO2<\/sub>气体浓度大于98％的高浓度CO2<\/sub>气体(d)，并储存至高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)；
步骤5：高浓度CO2<\/sub>气体(d)一部分用于环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)中N2<\/sub>浓度大于5％情况下，与工业纯氧按一定比例进行混合作为回转窑(2)燃料燃烧的助燃剂；其余部分则送入CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)，用于生产工业级\/食品级CO2<\/sub>气体(e)。
3.根据权利要求1所述的一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团生产工艺，其特征在于：回转窑点火升温模式为：外购工业级CO2<\/sub>气体(f)导入至商品CO2<\/sub>储气柜(20)并输送至氧化剂配比系统(4)，与工业纯氧按一定比例混合后作为回转窑燃料燃烧的助燃剂，当回转窑炉膛温度高于1250℃，将球团制备系统操作模式切换为正常生产模式。
4.一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团制备系统，其特征在于：系统包括：链篦机干燥段(1-1)，链篦机预热段(1-2)，回转窑(2)，环冷机环冷Ⅰ段(3-1)，环冷机环冷Ⅱ段(3-2)，环冷机环冷Ⅲ段(3-3)，氧化剂配比系统(4)，煤粉浓相输送装置(5)，换向阀Ⅰ(6)，氧化剂喷嘴(7)，燃料喷嘴(8)，尾气内循环段除尘除水装置(9)，气体成分检测装置Ⅰ(10)，换向阀Ⅱ(11)，换向阀Ⅲ(12)，尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)，气体成分检测装置Ⅱ(14)，换向阀Ⅳ(15)，CO2<\/sub>粗提纯装置(16)，高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)，换向阀Ⅴ(18)，CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)，商品CO2<\/sub>储气柜(20)，外购CO2<\/sub>气源(21)，增压风机(22)；
工业氧气由管道P1接入氧化剂配比系统(4)，换向阀Ⅱ(12)气体出口通过管道P2与氧化剂配比系统(4)连接，氧化剂配比系统(4)气体出口通过管道P3与氧化剂喷嘴(7)连接，煤粉浓相输送装置(5)通过管道P4与换向阀Ⅰ(6)连接，气体燃料通过管道P5与换向阀Ⅰ(6)连接，换向阀Ⅰ(6)出口通过管道P6与燃料喷嘴(8)连接，链篦机预热段(1-2)下部排风口通过管道P7与增压风机Ⅰ(22-1)连接，增压风机Ⅰ(22-1)通过管道P8与尾气内循环段除尘除水装置(9)连接，尾气内循环段除尘除水装置(9)通过管道P9与环冷机环冷Ⅰ段(3-1)、环冷机环冷Ⅱ段(3-2)下部排风口连接，环冷机环冷Ⅰ段(3-1)、环冷机环冷Ⅱ段(3-2)上部排风口通过管道P10与换向阀Ⅱ(11)入口连接，尾气成分检测装置Ⅰ(10)通过管道P11与管道P10连接，换向阀Ⅱ(11)一出口通过管道P12与增压风机Ⅱ(22-2)入口连接，增压风机Ⅱ(22-2)出口通过管道P13与换向阀Ⅲ(12)一入口连接，换向阀Ⅱ(11)另一出口通过管道P14与增压风机Ⅲ(22-3)入口连接，增压风机Ⅲ(22-3)出口通过管道P15与链篦机干燥段(1-1)上部进风口连接，链篦机干燥段(1-1)下部排风口通过管道P16与增压风机Ⅳ(22-4)进风口连接，增压风机Ⅳ(22-4)排风口通过管道P17与尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)进风口连接，尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)排风口通过管道P18与换向阀Ⅳ(15)一入口连接，尾气成分检测装置Ⅱ(14)通过管道P19与管道P18连接，换向阀Ⅳ(15)一出口通过管道P20与放散口连接，换向阀Ⅳ(15)另一出口通过管道P21与CO2<\/sub>粗提纯装置(16)入口连接，CO2<\/sub>粗提纯装置(16)出口通过管道P22与高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)连接，高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)出口通过P23与换向阀Ⅴ(18)一入口连接，换向阀Ⅴ(18)一出口通过管道P24与增压风机Ⅴ(22-5)入口连接，增压风机Ⅴ(22-5)出口通过管道P25与换向阀Ⅲ(12)一入口连接，换向阀Ⅴ(18)一出口通过管道P26与CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)入口连接，CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)出口通过管道P27与商品CO2<\/sub>储气柜(20)入口连接，外购CO2<\/sub>气源(21)通过管道P28与商品CO2<\/sub>储气柜(20)另一入口连接，商品CO2<\/sub>储气柜(20)一出口通过管道P29与换向阀Ⅲ(12)一入口连接，商品CO2<\/sub>储气柜(20)一出口通过管道P30与煤粉浓相输送装置(5)载气入口连接，商品CO2<\/sub>储气柜(20)一出口通过管道P31与输送出口连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团制备系统，其特征在于，该系统包括进料口气氛保护装置(23)和环冷机机身气氛保护装置(24)，所述进料口气氛保护装置(23)安装于所述链篦机机头位置，所述环冷机机身气氛保护装置(24)安装于环冷机环冷Ⅱ段(3-2)和环冷Ⅲ段(3-3)之间，将环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)尾气(b)导入至所述环冷机机身气氛保护装置(24)，根据气氛保护装置所处环境压力调整气体喷吹流量，保证该位置气体压力高于环境压力，防止空气进入链篦机(1)-回转窑(2)-环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)，回转窑点火升温模式，使用商品CO2<\/sub>储气柜(20)中外购的工业级CO2<\/sub>气体作为保护气体，正常生产模式使用CO2<\/sub>粗提纯装置(16)中高浓度CO2<\/sub>气体作为保护气体。
6.根据权利要求4所述的一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团制备系统，其特征在于，所述回转窑(2)所使用的燃料，可以为煤粉、焦炉煤气和天然气，或经过氮气脱除后氮气体积小于1％的高炉煤气、转炉煤气或焦炉煤气；煤粉的载气使用所述商品CO2<\/sub>储气柜(20)中CO2<\/sub>气体(f)，工业纯氧中氧气浓度≥99.5vol％。
7.根据权利要求4所述的一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团制备系统，其特征在于环冷Ⅲ段(3-3)使用常温空气作为成品球团矿的冷却气体，进一步强化成品球团矿的降温，满足成品球团矿储存及运输的要求。
设计说明书
技术领域
本发明属于钢铁冶金过程球团绿色高效制备生产领域，具体涉及一种基于尾气循环 O 2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团生产工艺及制备系统。
背景技术
高炉炼铁过程中化学反应大多数是在气相与固态炉料之间进行的，这就要求炉内填充层具有良好的透气性，炉料有一定粒度且均匀；随着钢铁工业的大规模发展，品味较高、粒度合适的铁矿石产量急剧降低，而大量开发利用贫铁矿资源后，通过选矿工艺提供了大量小于0.074mm的细磨铁精粉，这种原料用于烧结矿的生产不仅严重浪费能源，而且工艺技术困难，产品质量较差。
20世纪20年代，瑞典提出了球团工艺，该工艺利用细磨粉料表面能大的特性，通过配加部分水在铁精矿粉颗粒表面形成吸附水膜，颗粒之间彼此粘结，再通过滚动成型方式形成直径为9-16mm的球团，经过高温焙烧后具有很高的机械强度，不仅满足高炉冶炼的要求，而且可以经受长途运输和储存而不破碎。
目前制备球团的主要工艺有带式焙烧机工艺、链篦机-回转窑工艺以及竖炉工艺，目前我国链篦机-回转窑球团生产线产能已达1.5-1.6亿吨，约占我国球团矿产能的70％左右，该工艺的主要特点是将三种不同功能的设备串联在一起，在链篦机上完成球团的干燥和预热，在回转窑中焙烧硬化固结，在环冷机中进行冷却，设备简单可靠，每台设备可单独控制，灵活调节，对原料及燃料适应性强，产品质量均匀。
但由于我国球团行业起步时间较晚、发展时间较短，链篦机-回转窑-环冷机球团生产工艺还存在着一些问题，在节能减排方面与国外先进企业差距较大，比如说目前回转窑中常使用焦炉\/高炉煤气或煤粉作为燃料，空气进行助燃，提供球团干燥预热焙烧所需要的热量，但由于炉内气氛中存在大量N2<\/sub>，火焰燃烧锋面的高温导致废气中NOx<\/sub>浓度超标并大量排放，一般来说该工艺过程尾气中NOx<\/sub>浓度为100mg\/m3<\/sup>以上，而如果使用纯氧作为助燃剂，则会导致火焰燃烧锋面温度超过2500℃以上，严重影响回转窑炉壁耐材寿命；其次在设备运行过程中燃料及动力消耗较高，CO2<\/sub>排放量大，据统计球团制备过程CO2<\/sub>排放量约占钢铁工业排放量的11.5％，主要是因为空气中的氮气吸收了大量的热量，而尾气中氮气所携带的物理热利用效率较低。
因此如何改进现有链篦机-回转窑-环冷机球团生产设备及工艺，充分利用尾气余热，降低生产过程中NOx<\/sub>及CO2<\/sub>减排量，对于实现钢铁行业高质量发展与转型升级意义重大。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团生产工艺及制备系统，将生产过程中尾气的物理热用于球团的干燥预热，将含有高浓度CO2<\/sub>气体的尾气直接或经过净化提纯后与工业纯氧混合后作为燃料的助燃气体，实现了整个系统氮气的近零输入，从源头上减少了生产过程中NOx<\/sub>的产生；尾气经过循环利用后得到高浓度的CO2<\/sub>气体，经过简单的烟气处理和CO2<\/sub>提纯净化后即可低成本制备工业级\/食品级CO2<\/sub>气体，有利于实现CO2<\/sub>的回收利用与减排。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团生产工艺，其特征在于，使用链篦机-回转窑-环冷机作为球团生产的主体设备，使用氮气含量较低的工业煤气或煤粉作为回转窑的燃料，助燃剂由工业纯氧和环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气或链篦机干燥段尾气经过提纯后得到的高浓度CO2<\/sub>气体按一定比例混合得到；
将回转窑燃料燃烧产生的高温回转窑尾气用于链篦机预热段的球团预热过程，换热后生成低温的链篦机预热段尾气，经过脱水除尘后循环至环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段，与成品热球团矿再次换热，实现球团的强制冷却并吸收成品球团矿的热量，之后环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气循环至链篦机干燥段，用于链篦机中球团的干燥，含有高浓度CO2<\/sub>的链篦机干燥段尾气经过除尘脱水脱硫和低负荷的脱硝后，导入至CO2<\/sub>粗提纯装置中，用于制备高浓度CO2<\/sub>气体，部分高浓度CO2<\/sub>气体输送至CO2<\/sub>深冷液化提纯装置，用于生产工业级\/食品级CO2<\/sub>气体。
进一步地，所述基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团生产工艺的具体生产过程包括以下步骤：
步骤1：将回转窑产生的回转窑尾气引至链篦机的预热段，用于预热链篦机中的球团矿；
步骤2：换热后的回转窑尾气经增压风机引至尾气内循环段除尘除水装置后，导入至环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段，用于强制冷却成品球团矿；
步骤3：在环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段出口管道P10设置气体成分检测装置Ⅰ，分析环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气中CO2<\/sub>浓度；
步骤3a：若环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气中N2<\/sub>浓度小于5％，换向阀Ⅱ动作，将一部分环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气导入至氧化剂配比系统，与工业纯氧按一定比例进行混合作为回转窑燃料燃烧的助燃剂；剩余的环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气经增压风机加压后导入链篦机干燥段，用于干燥球团矿；
步骤3b：若环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气中N2<\/sub>浓度高于5％，换向阀Ⅱ动作，将全部环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气经增压风机加压后导入至链篦机干燥段，用于干燥球团矿；换向阀Ⅲ动作，将高浓度CO2<\/sub>气体储气柜中高浓度CO2<\/sub>气体导入至氧化剂配比系统，并维持该状态3min，3min后根据气体成分检测装置Ⅰ测得的环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)中CO2<\/sub>浓度，选择步骤3a或3b；
步骤4：链篦机干燥段尾气(c)经增压风机加压后导入尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置，并在设备出口设置气体成分检测装置Ⅱ；
步骤4a：若链篦机干燥段尾气(c)中CO2<\/sub>气体浓度低于75％则直接经换向阀排放；
步骤4b：若链篦机干燥段尾气(c)中CO2<\/sub>气体浓度高于75％，则将其引入到CO2<\/sub>粗提纯装置，得到CO2<\/sub>气体浓度大于98％的高浓度CO2<\/sub>气体(d)，并储存至高浓度CO2<\/sub>气体储气柜；
步骤5：高浓度CO2<\/sub>气体(d)一部分用于环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)中N2<\/sub>浓度大于5％情况下，与工业纯氧按一定比例进行混合作为回转窑燃料燃烧的助燃剂；其余部分则送入CO2<\/sub>深冷液化提纯装置，用于生产工业级\/食品级CO2<\/sub>气体(e)。
进一步地，所述的回转窑点火升温模式为，外购工业级CO2<\/sub>气体(f)导入至商品CO2<\/sub>储气柜并输送至氧化剂配比系统，与工业纯氧按一定比例混合后作为回转窑燃料燃烧的助燃剂，当回转窑炉膛温度高于1250℃，将球团制备系统操作模式切换为正常生产模式。
一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团制备系统，包括：链篦机干燥段，链篦机预热段，回转窑，环冷机环冷Ⅰ段，环冷机环冷Ⅱ段，环冷机环冷Ⅲ段，氧化剂配比系统，煤粉浓相输送装置，换向阀Ⅰ，氧化剂喷嘴，燃料喷嘴，尾气内循环段除尘除水装置，气体成分检测装置Ⅰ，换向阀Ⅱ，换向阀Ⅲ，尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置，气体成分检测装置Ⅱ，换向阀Ⅳ，CO2<\/sub>粗提纯装置，高浓度CO2<\/sub>气体储气柜，换向阀Ⅴ，CO2<\/sub>深冷液化提纯装置，商品CO2<\/sub>储气柜，外购CO2<\/sub>气源，增压风机。
进一步地，工业氧气由管道P1接入氧化剂配比系统，换向阀Ⅱ气体出口通过管道P2 与氧化剂配比系统连接，氧化剂配比系统气体出口通过管道P3与氧化剂喷嘴连接，煤粉浓相输送装置通过管道P4与换向阀Ⅰ连接，气体燃料通过管道P5与换向阀Ⅰ连接，换向阀Ⅰ出口通过管道P6与燃料喷嘴连接，链篦机预热段下部排风口通过管道P7与增压风机连接，增压风机通过管道P8与尾气内循环段除尘除水装置连接，尾气内循环段除尘除水装置通过管道P9与环冷机环冷Ⅰ段、环冷机环冷Ⅱ段下部排风口连接，环冷机环冷Ⅰ段、环冷机环冷Ⅱ段上部排风口通过管道P10与换向阀Ⅱ入口连接，尾气成分检测装置Ⅰ通过管道 P11与管道P10连接，换向阀Ⅱ一出口通过管道P12与增压风机入口连接，增压风机出口通过管道P13与换向阀Ⅲ一入口连接，换向阀Ⅱ另一出口通过管道P14与增压风机入口连接，增压风机出口通过管道P15与链篦机干燥段上部进风口连接，链篦机干燥段下部排风口通过管道P16与增压风机进风口连接，增压风机排风口通过管道P17与尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置进风口连接，尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置排风口通过管道P18与换向阀Ⅳ一入口连接，尾气成分检测装置Ⅱ通过管道P19与管道P18连接，换向阀Ⅳ一出口通过管道P20与放散口连接，换向阀Ⅳ另一出口通过管道P21与CO 2<\/sub>粗提纯装置入口连接，CO2<\/sub>粗提纯装置出口通过管道P22与高浓度CO2<\/sub>气体储气柜连接，高浓度CO2<\/sub>气体储气柜出口通过P23与换向阀Ⅴ一入口连接，换向阀Ⅴ一出口通过管道P24与增压风机入口连接，增压风机出口通过管道P25与换向阀Ⅲ一入口连接，换向阀Ⅴ一出口通过管道P26 与CO 2<\/sub>深冷液化提纯装置入口连接，CO2<\/sub>深冷液化提纯装置出口通过管道P27与商品CO2<\/sub>储气柜入口连接，外购CO2<\/sub>气源通过管道P28与商品CO2<\/sub>储气柜另一入口连接，商品CO2<\/sub>储气柜一出口通过管道P29与换向阀Ⅲ一入口连接，商品CO2<\/sub>储气柜一出口通过管道P30 与煤粉浓相输送装置载气入口连接，商品CO 2<\/sub>储气柜一出口通过管道P31与输送出口连接。
进一步地，所述制备系统还包括进料口气氛保护装置和环冷机机身气氛保护装置，所述进料口气氛保护装置安装于所述链篦机机头位置，所述环冷机机身气氛保护装置安装于环冷机环冷Ⅱ段和环冷Ⅲ段之间，将环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气导入至所述环冷机机身气氛保护装置，根据气氛保护装置所处环境压力调整气体喷吹流量，保证该位置气体压力高于环境压力，防止空气进入链篦机、回转窑、环冷机环冷Ⅰ段、和环冷Ⅱ段，回转窑点火升温模式，使用商品CO2<\/sub>储气柜中外购的工业级CO2<\/sub>气体作为保护气体，正常生产模式使用CO2<\/sub>粗提纯装置中高浓度CO2<\/sub>气体作为保护气体。
进一步地，所述回转窑所使用的燃料，可以为煤粉、焦炉煤气和天然气，或经过氮气脱除后氮气体积小于1％的高炉煤气、转炉煤气或焦炉煤气；煤粉的载气使用所述商品CO2<\/sub>储气柜(20)中CO2<\/sub>气体(f)，工业纯氧中氧气浓度≥99.5vol％。
进一步地，所述环冷Ⅲ段使用常温空气作为成品球团矿的冷却气体，进一步强化成品球团矿的降温，满足成品球团矿储存及运输的要求。
本发明的有益效果包括：
(1)使用环冷机尾气或链篦机尾气经CO2<\/sub>提纯后的高浓度CO2<\/sub>气体与工业纯氧混合作为助燃剂，代替原有工艺使用空气作为助燃剂，最大程度地减少了球团生产系统中氮气的输入量，从源头上减少了氮氧化物的生成；
(2)将高温的尾气用于链篦机球团的干燥和预热，最大程度地利用了球团生产系统中的余热；
(3)链篦机-回转窑-环冷机球团生产系统中氮气量大量减少，相应减少了氮气升温所吸收的热量，又有效提高整个系统的热量利用效率；
(4)链篦机-回转窑-环冷机球团生产系统中最终生成含有较高浓度CO2<\/sub>气体的尾气，可经过简单的尾气处理和CO2<\/sub>提纯净化，低成本地生产出工业级\/食品级CO2<\/sub>气体，有利于CO2<\/sub>气体的回收利用与减排。
附图说明
图1为本发明一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团生产工艺及制备系统的系统示意图。
图中：链篦机干燥段(1-1)，链篦机预热段(1-2)，回转窑(2)，环冷机环冷Ⅰ段(3-1)，环冷机环冷Ⅱ段(3-2)，环冷机环冷Ⅲ段(3-3)，氧化剂配比系统(4)，煤粉浓相输送装置(5)，换向阀Ⅰ(6)，氧化剂喷嘴(7)，燃料喷嘴(8)，尾气内循环段除尘除水装置(9)，气体成分检测装置Ⅰ(10)，换向阀Ⅱ(11)，换向阀Ⅲ(12)，尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)，气体成分检测装置Ⅱ(14)，换向阀Ⅳ(15)，CO2<\/sub>粗提纯装置(16)，高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)，换向阀Ⅴ(18)，CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)，商品CO2<\/sub>储气柜 (20)，外购CO 2<\/sub>气源(21)，增压风机(22)，进料口气氛保护装置(23)，环冷机机身气氛保护装置(24)。
系统中各气体编号为：回转窑尾气(a)，环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)，链篦机干燥段(1-1)尾气(c)，高浓度CO2<\/sub>气体(d)，工业级\/食品级CO2<\/sub>气体(e)。
具体实施方式
在本实施例中，所述系统及方法应用于年产80万吨铁矿球团的链篦机-回转窑-环冷机生产装置中。
所述一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团制备系统包括：链篦机干燥段(1-1)，链篦机预热段(1-2)，回转窑(2)，环冷机环冷Ⅰ段(3-1)，环冷机环冷Ⅱ段(3-2)，环冷机环冷Ⅲ段(3-3)，氧化剂配比系统(4)，煤粉浓相输送装置(5)，换向阀Ⅰ(6)，氧化剂喷嘴 (7)，燃料喷嘴(8)，尾气内循环段除尘除水装置(9)，气体成分检测装置Ⅰ(10)，换向阀Ⅱ(11)，换向阀Ⅲ(12)，尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)，气体成分检测装置Ⅱ(14)，换向阀Ⅳ(15)，CO 2<\/sub>粗提纯装置(16)，高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)，换向阀Ⅴ(18)，CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)，商品CO2<\/sub>储气柜(20)，外购CO2<\/sub>气源(21)，增压风机(22)进料口气氛保护装置(23)，环冷机机身气氛保护装置(24)。
所述一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团制备系统，各设备间连接方式如下：工业氧气由管道P1接入氧化剂配比系统(4)，换向阀Ⅱ(12)气体出口通过管道P2与氧化剂配比系统(4)连接，氧化剂配比系统(4)气体出口通过管道P3与氧化剂喷嘴(7)连接，煤粉浓相输送装置(5)通过管道P4与换向阀Ⅰ(6)连接，气体燃料通过管道P5与换向阀Ⅰ(6)连接，换向阀Ⅰ(6)出口通过管道P6与燃料喷嘴(8)连接，链篦机预热段(1-2) 下部排风口通过管道P7与增压风机(22-1)连接，增压风机(22-1)通过管道P8与尾气内循环段除尘除水装置(9)连接，尾气内循环段除尘除水装置(9)通过管道P9与环冷机环冷Ⅰ段(3-1)、环冷机环冷Ⅱ段(3-2)下部排风口连接，环冷机环冷Ⅰ段(3-1)、环冷机环冷Ⅱ段(3-2)上部排风口通过管道P10与换向阀Ⅱ(11)入口连接，尾气成分检测装置Ⅰ (10)通过管道P11与管道P10连接，换向阀Ⅱ(11)一出口通过管道P12与增压风机(22-2) 入口连接，增压风机(22-2)出口通过管道P13与换向阀Ⅲ(12)一入口连接，换向阀Ⅱ(11) 另一出口通过管道P14与增压风机(22-3)入口连接，增压风机(22-3)出口通过管道P15 与链篦机干燥段(1-1)上部进风口连接，链篦机干燥段(1-1)下部排风口通过管道P16与增压风机(22-4)进风口连接，增压风机(22-4)排风口通过管道P17与尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)进风口连接，尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)排风口通过管道P18与换向阀Ⅳ(15)一入口连接，尾气成分检测装置Ⅱ(14)通过管道P19与管道P18连接，换向阀Ⅳ(15)一出口通过管道P20与放散口连接，换向阀Ⅳ(15)另一出口通过管道P21与CO 2<\/sub>粗提纯装置(16)入口连接，CO2<\/sub>粗提纯装置(16)出口通过管道 P22与高浓度CO 2<\/sub>气体储气柜(17)连接，高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)出口通过P23与换向阀Ⅴ(18)一入口连接，换向阀Ⅴ(18)一出口通过管道P24与增压风机(22-5)入口连接，增压风机(22-5)出口通过管道P25与换向阀Ⅲ(12)一入口连接，换向阀Ⅴ(18) 一出口通过管道P26与CO 2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)入口连接，CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19) 出口通过管道P27与商品CO 2<\/sub>储气柜(20)入口连接，外购CO2<\/sub>气源(21)通过管道P28 与商品CO 2<\/sub>储气柜(20)另一入口连接，商品CO2<\/sub>储气柜(20)一出口通过管道P29与换向阀Ⅲ(12)一入口连接，商品CO2<\/sub>储气柜(20)一出口通过管道P30与煤粉浓相输送装置(5)载气入口连接，商品CO2<\/sub>储气柜(20)一出口通过管道P31与输送出口连接。
所述一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团制备系统包括进料口气氛保护装置(23)和环冷机机身气氛保护装置(24)，所述进料口气氛保护装置(23)安装于所述链篦机机头位置，所述环冷机机身气氛保护装置(24)安装于环冷机环冷Ⅱ段(3-2)和环冷Ⅲ段(3-3) 之间，将环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)尾气(b)导入至所述环冷机机身气氛保护装置(24)，根据气氛保护装置所处环境压力调整气体喷吹流量，保证该位置气体压力高于环境压力，防止空气进入链篦机(1)-回转窑(2)-环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段 (3-2)。
所述一种基于尾气循环O2<\/sub>-CO2<\/sub>助燃的球团生产工艺包括以下步骤：
系统运行第0min，进入回转窑点火升温模式：外购部分工业级CO2<\/sub>气体储存于商品CO2<\/sub>储气柜(20)，并输送至氧化剂配比系统(4)，与工业纯氧进行配比，混合比例(体积比)为CO2<\/sub>:O2<\/sub>＝4:1，CO2<\/sub>流量为24800Nm3<\/sup>\/h，O2<\/sub>流量为6200Nm3<\/sup>\/h，回转窑燃料为天然气，流量为2000Nm3<\/sup>\/h，燃烧后回转窑尾气(a)成分：86.45vol％CO2<\/sub>，12.90vol％H2<\/sub>O，0.6452vol％O2<\/sub>，流量为31000Nm3<\/sup>\/h，温度为600℃，引至链篦机预热段(1-2)，用于预热链篦机中的球团矿；
换热后的回转窑尾气(a)温度为100℃，经增压风机(22-1)引至尾气内循环段除尘除水装置(9)，经处理后气体成分为：99.26％CO2<\/sub>，0.7407％O2<\/sub>，并将其导入至环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)，用于强制冷却成品球团矿，经换热后环冷机环冷Ⅰ段(3-1) 和环冷Ⅱ段(3-2)尾气(b)温度为400℃；
将部分环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)导入至氧化剂配比系统(4)，流量为24800Nm3<\/sup>\/h，与工业纯氧按一定比例进行混合作为回转窑燃料燃烧的助燃剂；剩余的环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)经增压风机(22-3)加压后导入链篦机干燥段(1-1)，用于干燥球团矿；换热后链篦机干燥段(1-1)尾气(c)温度为40℃，经增压风机(22-4)加压后导入尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)，后将其引入到CO2<\/sub>粗提纯装置(16)，得到CO2<\/sub>气体浓度大于98％的高浓度CO2<\/sub>气体(d)，并储存至高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)，根据生产计划要求将部分高浓度CO2<\/sub>气体送入CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)，用于生产工业级\/食品级CO2<\/sub>气体(e)；
系统运行第30min，回转窑炉膛温度升高至1250℃，切换至正常生产模式，回转窑燃料为煤粉，碳含量为80.3wt％，氢含量为3.5wt％，喷吹流量为3.2t\/h，使用商品CO2<\/sub>储气柜 (20)中工业级\/食品级CO 2<\/sub>气体(e)作为煤粉载气，载气流量为200Nm3<\/sup>\/h；将部分环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)导入至氧化剂配比系统(4)，流量为25000Nm3<\/sup>\/h，工业氧气流量为6500Nm3<\/sup>\/h，燃烧后回转窑尾气(a)成分：94.39vol％CO2<\/sub>，4.01vol％H2<\/sub>O，1.6vol％N2<\/sub>，流量为31251Nm3<\/sup>\/h，温度为750℃，引至链篦机预热段(1-2)，用于预热链篦机中的球团矿；
换热后的回转窑尾气(a)温度为120℃，经增压风机(22-1)引至尾气内循环段除尘除水装置(9)，经处理后气体成分为：98.33％CO2<\/sub>，1.67％N2<\/sub>，并将其导入至环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)，用于强制冷却成品球团矿，经换热后环冷机环冷Ⅰ段(3-1)和环冷Ⅱ段(3-2)尾气(b)温度为400℃；
将部分环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)导入至氧化剂配比系统(4)，与工业纯氧按一定比例进行混合作为回转窑燃料燃烧的助燃剂；剩余的环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气 (b)经增压风机(22-3)加压后导入链篦机干燥段(1-1)，用于干燥球团矿；换热后链篦机干燥段(1-1)尾气(c)温度为40℃，经增压风机(22-4)加压后导入尾气外循环段除尘除水脱硫脱硝装置(13)，后将其引入到CO 2<\/sub>粗提纯装置(16)，得到CO2<\/sub>气体浓度大于98％的高浓度CO2<\/sub>气体(d)，并储存至高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)，根据生产计划要求将部分高浓度CO2<\/sub>气体送入CO2<\/sub>深冷液化提纯装置(19)，用于生产工业级\/食品级CO2<\/sub>气体(e)；
系统运行第50min，环冷机环冷Ⅰ段(3-1)环冷机环冷Ⅱ段(3-2)尾气中氮气含量为5.13％，换向阀Ⅲ(12)动作，使用高浓度CO2<\/sub>气体储气柜(17)中高浓度CO2<\/sub>气体作为助燃剂，导入至氧化剂配比系统(4)，流量为25000Nm3<\/sup>\/h，换向阀Ⅱ(11)动作，全部环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)经增压风机(22-3)加压后导入链篦机干燥段(1-1)，用于干燥球团矿。
系统运行第53min，环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)中N2<\/sub>浓度为1.5vol％，换向阀Ⅱ(11)动作，将部分环冷机环冷Ⅰ段和环冷Ⅱ段尾气(b)导入至氧化剂配比系统(4)，流量为24800Nm3<\/sup>\/h，其他系统运行参数不变。
系统总体NOx<\/sub>排放浓度小于10mg\/Nm3<\/sup>，年可减排约8000吨CO2<\/sub>。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910009499.5
申请日:2019-01-04
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN109813129B
授权时间:20191112
主分类号:F27D 17/00
专利分类号:F27D17/00;F27B7/20;F27D13/00;F27D15/02;F23L7/00;C22B1/24;C01B32/50
范畴分类:35E;
申请人:北京科技大学;山东泰山钢铁集团有限公司
第一申请人:北京科技大学
申请人地址:100083 北京市海淀区学院路30号
发明人:朱荣;武文合;王永胜;陈培敦;刘福海;韩宝臣;冯超;姜娟娟
第一发明人:朱荣
当前权利人:北京科技大学;山东泰山钢铁集团有限公司
代理人:张仲波
代理机构:11237
代理机构编号:北京市广友专利事务所有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计