Система и способ прямого восстановления железорудного концентрата в псевдоожиженном слое - RU2016131344A

1. Система прямого восстановления железорудного концентрата в псевдоожиженном (кипящем) слое, включающая бункер (1) для порошкообразной руды, шнековый питатель (2), подогреватель (3) порошкообразной руды, питатель (4) секции предварительного восстановления, узел кипящего слоя (5) секции предварительного восстановления, питатель (6) секции окончательного восстановления, узел кипящего слоя (7) секции окончательного восстановления, разгрузочное устройство (8), приемник (9) готового продукта, нагреватель газа (10) секции предварительного восстановления и нагреватель газа (11) секции окончательного восстановления, где

подогреватель (3) порошкообразной руды включает первый циклон-сепаратор (3-1), второй циклон-сепаратор (3-2), центробежный пылеотделитель (3-3) и мешок-пылесборник (3-4);

узел кипящего слоя (5) секции предварительного восстановления включает камеру (5-1) первого пенного слоя, третий циклон-сепаратор (5-2), четвертый циклон-сепаратор (5-3), межслойный питатель (5-4) секции предварительного восстановления, стояк - riser (5-5) первого циркулирующего слоя, пятый циклон-сепаратор (5-6), шестой циклон-сепаратор (5-7) и первую циркуляционную опускную трубу - dipleg (5-8);

узел кипящего слоя (7) секции окончательного восстановления включает камеру (7-1) второго пенного слоя, седьмой циклон-сепаратор (7-2), восьмой циклон-сепаратор (7-3), межслойный питатель (7-4) секции окончательного восстановления, стояк - riser (7-5) второго циркулирующего слоя, девятый циклон-сепаратор (7-6), десятый циклон-сепаратор (7-7) и вторую циркуляционную опускную трубу - dipleg (7-8);

выход в днище бункера (1) для порошкообразной руды посредством трубопровода соединен с загрузочным входом шнекового питателя (2), а выход шнекового питателя (2) посредством трубопровода соединен с входом второго циклона-сепаратора (3-2); выход в днище второго циклона-сепаратора (3-2) посредством трубопровода соединен с входом первого циклона-сепаратора (3-1), а вход первого циклона-сепаратора (3-1) посредством трубопровода соединен с каждым отводом дымовых газов нагревателя газа (10) секции предварительного восстановления и отводом дымовых газов нагревателя газа (11) секции окончательного восстановления; газоотвод первого циклона-сепаратора (3-1) посредством трубопровода соединен с входом второго циклона-сепаратора (3-2); газоотвод второго циклона-сепаратора (3-2) посредством трубопровода соединен с входом центробежного пылеотделителя (3-3), газоотвод центробежного пылеотделителя (3-3) посредством трубопровода соединен с входом мешка-пылесборника (3-4), а газоотвод мешка-пылесборника (3-4) посредством трубопровода соединен с системой переработки дымовых газов; каждый выход в днище первого циклона-сепаратора (3-1), выход в днище центробежного пылеотделителя (3-3) и выход мешка-пылесборника (3-4) посредством трубопровода соединены с загрузочным входом питателя (4) секции предварительного восстановления;

разгрузочное отверстие питателя (4) секции предварительного восстановления посредством трубопровода соединено с загрузочным входом в нижней части камеры (5-1) первого пенного слоя узла кипящего слоя (5) секции предварительного восстановления, впуск газа в днище камеры (5-1) первого пенного слоя посредством трубопровода соединен с газоотводом шестого циклона-сепаратора (5-7), а газоотвод камеры (5-1) первого пенного слоя посредством трубопровода соединен с входом третьего циклона-сепаратора (5-2); газоотвод третьего циклона-сепаратора (5-2) посредством трубопровода соединен с входом четвертого циклона-сепаратора (5-3), газоотвод четвертого циклона-сепаратора (5-3) посредством трубопровода соединен с системой переработки отходящих газов; каждый выход в верхней части камеры (5-1) первого пенного слоя, выход в днище третьего циклона-сепаратора (5-2) и выход в днище четвертого циклона-сепаратора (5-3) посредством трубопровода соединены с загрузочным входом межслойного питателя (5-4) секции предварительного восстановления; разгрузочное отверстие межслойного питателя (5-4) секции предварительного восстановления посредством трубопровода соединено с загрузочным входом в нижней части стояка (5-5) первого циркулирующего слоя, впуск газа в днище стояка (5-5) первого циркулирующего слоя посредством трубопровода соединен с газоотводом нагревателя газа (10) секции предварительного восстановления, а выход вверху стояка (5-5) первого циркулирующего слоя посредством трубопровода соединен с входом пятого циклона-сепаратора (5-6); газоотвод вверху пятого циклона-сепаратора (5-6) посредством трубопровода соединен с входом шестого циклона-сепаратора (5-7), первая циркуляционная опускная труба (5-8) установлена в нижней части пятого циклона-сепаратора (5-6), а возвратное отверстие в нижней части первой циркуляционной опускной трубы (5-8) посредством трубопровода соединено с возвратным отверстием в нижней части стояка (5-5) первого циркулирующего слоя; каждое разгрузочное отверстие в нижней части первой циркуляционной опускной трубы (5-8) и выход в днище шестого циклона-сепаратора (5-7) посредством трубопровода соединены с загрузочным входом питателя (6) секции окончательного восстановления;

разгрузочное отверстие питателя (6) секции окончательного восстановления посредством трубопровода соединено с загрузочным входом в нижней части камеры (7-1) второго пенного слоя узла кипящего слоя (7) секции окончательного восстановления, впуск газа в днище камеры (7-1) второго пенного слоя посредством трубопровода соединен с газоотводом десятого циклона-сепаратора (7-7), газоотвод камеры (7-1) второго пенного слоя посредством трубопровода соединен с входом седьмого циклона-сепаратора (7-2), а газоотвод седьмого циклона-сепаратора (7-2) посредством трубопровода соединен с входом восьмого циклона-сепаратора (7-3); газоотвод восьмого циклона-сепаратора (7-3) посредством трубопровода соединен с системой переработки отходящих газов; каждый выход в верхней части камеры (7-1) второго пенного слоя, выход в днище седьмого циклона-сепаратора (7-2) и выход в днище восьмого циклона-сепаратора (7-3) посредством трубопровода соединены с загрузочным входом межслойного питателя (7-4) секции окончательного восстановления; разгрузочное отверстие межслойного питателя (7-4) секции окончательного восстановления посредством трубопровода соединено с загрузочным входом в нижней части стояка (7-5) второго циркулирующего слоя, впуск газа в днище стояка (7-5) второго циркулирующего слоя посредством трубопровода соединен с газоотводом нагревателя газа (11) секции окончательного восстановления, а выход вверху стояка (7-5) второго циркулирующего слоя посредством трубопровода соединен с входом девятого циклона-сепаратора (7-6); газоотвод вверху девятого циклона-сепаратора (7-6) посредством трубопровода соединен с входом десятого циклона-сепаратора (7-7), вторая циркуляционная опускная труба (7-8) установлена в нижней части девятого циклона-сепаратора (7-6). возвратное отверстие в нижней части второй циркуляционной опускной трубы (7-8) посредством трубопровода соединено с возвратным отверстием в нижней части стояка (7-5) второго циркулирующего слоя, а каждое разгрузочное отверстие в нижней части второй циркуляционной опускной трубы (7-8) и выход в днище десятого циклона-сепаратора (7-7) посредством трубопровода соединены с загрузочным входом разгрузочного устройства (8); разгрузочное отверстие разгрузочного устройства (8) посредством трубопровода соединено с загрузочным входом приемника (9) готового продукта.

2. Система по п. 1, в которой каждый впуск газа в днище питателя (4) секции предварительного восстановления, впуск газа в днище межслойного питателя (5-4) секции предварительного восстановления, впуск газа в днище первой циркуляционной опускной трубы (5-8), впуск газа в днище питателя (6) секции окончательного восстановления, впуск газа в днище межслойного питателя (7-4) секции окончательного восстановления, впуск газа в днище второй циркуляционной опускной трубы (7-8) и впуск газа в днище разгрузочного устройства (8) посредством трубопроводов соединены с основной трубой подачи азота, причем каждый трубопровод оснащен регулировочным клапаном;

каждый впуск газа нагревателя газа (10) секции предварительного восстановления, впуск топливного газа нагревателя газа (10) секции предварительного восстановления, впуск газа нагревателя газа (11) секции окончательного восстановления, впуск топливного газа нагревателя газа (11) секции окончательного восстановления посредством трубопроводов соединены с основной трубой подачи восстановительного газа, причем каждый трубопровод оснащен регулировочным клапаном; каждый впуск воздуха для поддержания горения в нагревателе газа (10) секции предварительного восстановления и впуск воздуха для поддержания горения в нагревателе газа (11) секции окончательного восстановления посредством трубопроводов соединены с основной трубой подачи воздуха, причем каждый трубопровод оснащен регулировочным клапаном.

3. Способ прямого восстановления железорудного концентрата в кипящем слое в системе по п. 1, заключающийся в разрешении одновременного впуска и прохождения порошка и газа внутри системы в соответствии со следующей последовательностью действий: железорудный концентрат из бункера (1) для порошкообразной руды посредством шнекового питателя (2) подают во второй циклон-сепаратор (3-2) для теплообмена с дымовыми газами из первого циклона-сепаратора (3-1), затем подают в первый циклон-сепаратор (3-1) для дальнейшего теплообмена с горячими дымовыми газами из нагревателя газа (10) секции предварительного восстановления и нагревателя газа (11) секции окончательного восстановления, а затем вместе с порошком, собранным центробежным пылеотделителем (3-3), посредством питателя (4) секции предварительного восстановления подают в камеру (5-1) первого пенного слоя; порошок, сброшенный через выход в верхней части камеры (5-1) первого пенного слоя, а также порошок, собранный третьим циклоном-сепаратором (5-2) и четвертым циклоном-сепаратором (5-3), посредством межслойного питателя (5-4) секции предварительного восстановления подают в стояк (5-5) первого циркулирующего слоя, а часть порошка, сброшенного через выход вверху стояка (5-5) первого циркулирующего слоя, выводят через разгрузочные отверстия в нижней части пятого циклона-сепаратора (5-6) и первой циркуляционной опускной трубы (5-8) и вместе с порошком, собранном шестым циклоном-сепаратором (5-7), посредством питателя (6) секции окончательного восстановления подают в камеру (7-1) второго пенного слоя; порошок, сброшенный через выход в верхней части камеры (7-1) второго пенного слоя, а также порошок, собранный седьмым циклоном-сепаратором (7-2) и восьмым циклоном-сепаратором (7-3), посредством межслойного питателя (7-4) секции окончательного восстановления подают в стояк (7-5) второго циркулирующего слоя, а часть порошка, сброшенного через выход в верхней части стояка (7-5) второго циркулирующего слоя, выводят через разгрузочные отверстия в нижней части девятого циклона-сепаратора (7-6) и второй циркуляционной опускной трубы (7-8) и вместе с порошком, собранном десятым циклоном-сепаратором (7-7), посредством разгрузочного устройства (8) подают в приемник (9) готового продукта; восстановительный газ предварительно подогревают в нагревателе газа (10) секции предварительного восстановления, затем его подают в стояк (5-5) первого циркулирующего слоя, где он вступает в контакт с порошкообразной рудой, восстанавливая ее, после чего посредством пятого циклона-сепаратора (5-6) и шестого циклона-сепаратора (5-7) подают в камеру (5-1) первого пенного слоя для вступления в дальнейшую реакцию с порошкообразной рудой, затем в третьем циклоне-сепараторе (5-2) и четвертом циклоне-сепараторе (5-3) подвергают отделению от порошка, после чего посредством трубопровода подают в систему переработки отходящих газов; восстановительный газ предварительно подогревают в нагревателе газа (11) секции окончательного восстановления, затем его подают в стояк (7-5) второго циркулирующего слоя, где он вступает в контакт с порошкообразной рудой, восстанавливая ее, после чего посредством девятого циклона-сепаратора (7-6) и десятого циклона-сепаратора (7-7) подают в камеру (7-1) второго пенного слоя для вступления в дальнейшую реакцию с порошкообразной рудой, затем в седьмом циклоне-сепараторе (7-2) и восьмом циклоне-сепараторе (7-3) его подвергают отделению от порошка, после чего посредством трубопровода подают в систему переработки отходящих газов; тем временем, в систему восстановления через впуск газа в днище питателя (4) секции предварительного восстановления, впуск газа в днище межслойного питателя (5-4) секции предварительного восстановления, впуск газа в днище первой циркуляционной опускной трубы (5-8), впуск газа в днище питателя (6) секции окончательного восстановления, впуск газа в днище межслойного питателя (7-4) секции окончательного восстановления, впуск газа в днище второй циркуляционной опускной трубы (7-8) и впуск газа в днище разгрузочного устройства (8) подают азот; воздух и восстановительный газ через сопло подают в нагреватель газа (10) секции предварительного восстановления и нагреватель газа (11) секции окончательного восстановления, где их сжигают, чтобы получить тепло для предподогрева восстановительного газа, после чего эту смесь последовательно подают в первый циклон-сепаратор (3-1) и второй циклон-сепаратор (3-2), где она вступают в контакт с железорудным концентратом, осуществляя теплообмен, затем в центробежном пылеотделителе (3-3) и мешок-пылесборник (3-4) ее подвергают очищению от твердых примесей, после чего посредством трубопровода подают в систему переработки дымовых газов, окись железа в руде восстанавливают до металлического железа, после того как железорудный концентрат подвергают предподогреву и двум этапам восстановления, а продукт восстановления разгружают в приемник (9) готового продукта.

4. Способ по п. 3, в котором в качестве железорудного концентрата используют железосодержащий порошок с общим содержанием железа массовой долей 50-70%, полученный посредством обработки и обогащения природных руд или твердых промышленных отходов, причем размер частиц железорудного концентрата составляет 0,01-0,5 мм.

5. Способ по п. 3, в котором стояк первого циркулирующего слоя и стояк второго циркулирующего слоя обеспечивают движение газа со скоростью 5-10 м/с.

6. Способ по п. 3, в котором температура дымовых газов на входе первого циклона-сепаратора подогревателя порошкообразной руды составляет 500-700°C, температура восстановления в кипящем слое секции предварительного восстановления составляет 650-850°C, а температура восстановления в кипящем слое секции окончательного восстановления составляет 850-950°C.

7. Способ по п. 3, в котором в качестве восстановительного газа используют коксовый (каменноугольный) газ или реформированный газ, где роль активных компонентов играют Н₂ и СО, а теплота сгорания составляет 10-20 МДж/Н*м³.