[發(fā)明專利]一種球團(tuán)礦高溫冷卻還原系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210141964.2
• 申請(qǐng)日: 2022-02-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114561535A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂煒;儲(chǔ)滿生;陳芙蓉;周罡微;劉倬良;柳政根;唐玨;應(yīng)自偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): C22B1/24
• 分類號(hào): C22B1/24;C22B1/26;C22B1/02
• 代理公司: 北京易捷勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國(guó)勝

1.一種球團(tuán)礦高溫冷卻還原系統(tǒng)，其特征在于，包括在豎直方向上依次連通設(shè)置的控制組件(1)、冷卻還原段(2)和收縮段(3)；

所述控制組件(1)用于向進(jìn)入所述高溫冷卻還原系統(tǒng)的高溫球團(tuán)礦提供保護(hù)氣體，以排除所述高溫球團(tuán)礦之間的空氣；

所述冷卻還原段(2)用于向來(lái)自所述控制組件(1)的高溫球團(tuán)礦提供低溫還原氣以冷卻和還原高溫球團(tuán)礦，并獲得預(yù)還原球團(tuán)礦；

所述收縮段(3)用于向來(lái)自所述冷卻還原段(2)的預(yù)還原球團(tuán)礦補(bǔ)充低溫還原氣以繼續(xù)冷卻所述預(yù)還原球團(tuán)礦。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球團(tuán)礦高溫冷卻還原系統(tǒng)，其特征在于，所述控制組件(1)包括入料倉(cāng)(11)、保護(hù)氣體供給裝置(12)、分料倉(cāng)(13)以及若干下料口(14)，所述入料倉(cāng)(11)與所述分料倉(cāng)(13)連通處設(shè)置有所述保護(hù)氣體供給裝置(12)，所述下料口(14)均勻分布在所述分料倉(cāng)(13)底部并伸入到所述冷卻還原段(2)中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球團(tuán)礦高溫冷卻還原系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻還原段(2)包括冷卻還原腔(22)、還原氣供給裝置(23)和尾氣輸出裝置(21)；所述還原氣供給裝置(23)向所述冷卻還原腔(22)通入所述還原氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球團(tuán)礦高溫冷卻還原系統(tǒng)，其特征在于，所述收縮段(3)包括收集腔(31)、還原氣補(bǔ)給裝置(32)和出料口(33)；所述還原氣補(bǔ)給裝置(32)向所述收集腔(31)通入所述還原氣，所述收縮段(3)設(shè)置成收口狀，收口處為所述出料口(33)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球團(tuán)礦高溫冷卻還原系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)氣體為非氧化性氣體，包括純氮?dú)狻鍤狻⒍趸肌⒍栊詺怏w其中的一種或幾種；所述保護(hù)氣體通入的速率不低于20L/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球團(tuán)礦高溫冷卻還原系統(tǒng)，其特征在于，所述還原氣體為含氫且還原球團(tuán)過(guò)程吸熱氣體，包括純H₂、H₂與惰性氣體混合氣、天然氣、頁(yè)巖氣、煤氣、甲烷、沼氣其中的一種或幾種高比熱容氣體；所述還原氣體通入的速率不低于5L/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球團(tuán)礦高溫冷卻還原系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻還原段(2)和所述收縮段(3)內(nèi)壁沿裝置軸向均勻分布有測(cè)溫裝置。

8.一種球團(tuán)礦高溫冷卻還原方法，其特征在于：實(shí)時(shí)檢測(cè)尾氣中H₂和H₂O的相對(duì)含量，計(jì)算冷卻還原過(guò)程對(duì)H₂的利用率，用以確定后續(xù)尾氣利用工藝，當(dāng)H₂利用率大于70％時(shí)，選擇用以余熱蒸氣發(fā)電使用，并回收H₂；當(dāng)H₂利用率低于30％時(shí)，用以燃燒產(chǎn)生熱量焙燒球團(tuán)使用；當(dāng)H₂利用率30-70％之間時(shí)，用以預(yù)熱生球團(tuán)并回收H₂使用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的球團(tuán)礦高溫冷卻還原方法，其特征在于，所述利用率的計(jì)算公式為：

其中，為尾氣中實(shí)時(shí)H₂O含量，單位g/s；為輸入混合氣體中實(shí)時(shí)H₂含量，單位g/s。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的球團(tuán)礦高溫冷卻還原方法，其特征在于，向所述球團(tuán)礦高溫冷卻還原系統(tǒng)內(nèi)通入冷卻氣為所述還原性氣體以冷卻所述高溫球團(tuán)礦并利用球團(tuán)余熱還原高溫球團(tuán)礦生產(chǎn)所述預(yù)還原球團(tuán)礦，具體為以下幾個(gè)步驟：

S1：所述高溫球團(tuán)礦經(jīng)過(guò)所述控制組件(1)，具體為高溫球團(tuán)礦從入料倉(cāng)(11)進(jìn)入分料倉(cāng)(13)，并在該過(guò)程中，保護(hù)氣體供給裝置(12)向高溫球團(tuán)礦吹掃保護(hù)氣體，以排除高溫球團(tuán)礦之間的空氣，進(jìn)入分料倉(cāng)(13)的高溫球團(tuán)礦從下料口(14)落入冷卻還原段(2)；

S2：還原氣供給裝置(23)向冷卻還原腔(22)通入低溫還原氣，所述還原氣與下降的所述高溫球團(tuán)礦形成逆流熱交換，同時(shí)還原氣與球團(tuán)中的鐵氧化物發(fā)生強(qiáng)吸熱的還原反應(yīng)吸收化學(xué)熱，產(chǎn)生的預(yù)還原球團(tuán)礦進(jìn)入收縮段(3)；

S3：收縮段(3)根據(jù)來(lái)自冷卻還原段(2)的預(yù)還原球團(tuán)礦的溫度，利用還原氣補(bǔ)給裝置(32)向收集腔(31)適當(dāng)補(bǔ)充還原氣以增強(qiáng)冷卻效果；此時(shí)，只有物理?yè)Q熱冷卻，不發(fā)生還原反應(yīng)，當(dāng)收縮段(3)球團(tuán)溫度大于250℃時(shí)，自動(dòng)噴吹，收縮段(3)球團(tuán)溫度低于250℃時(shí)停止噴吹，補(bǔ)充噴吹流量根據(jù)收縮段(3)球團(tuán)溫度高低確定；

S4：經(jīng)過(guò)冷卻、還原后的氣體產(chǎn)物經(jīng)所述尾氣輸出裝置(21)排出，用以后續(xù)再利用；同時(shí)，出料口(33)排出冷卻后同時(shí)生產(chǎn)出的預(yù)還原球團(tuán)礦。