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申请/专利权人：长沙矿冶研究院有限责任公司

摘要：本发明公开了一种分区控制多级湍动流态化反应炉，包括炉体和主燃烧炉，所述炉体包括反应区和至少一个预热区，所述预热区设于反应区的上部，所述反应区和预热区中均设有气体分布板，所述预热区和反应区通过一隔板分隔成相互独立的空腔，所述预热区与反应区通过一反应区密封阀连通；所述主燃烧炉排出的热烟气通过第一热烟管道与预热区的气体分布板的底部空腔相连，所述反应区的气体分布板的底部空腔连接有反应气进气管。本发明的分区控制多级湍动流态化反应炉，物料预热区与反应区在同一装置内完成，结构简单，设备配置紧凑，占地面积小，基建投资省。

主权项：1.一种分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，包括炉体（1）和主燃烧炉（2），所述炉体（1）包括反应区（101）和至少一个预热区（102），所述预热区（102）设于反应区（101）的上部，所述反应区（101）和预热区（102）中均设有带孔、倾斜布置的气体分布板（3），所述预热区（102）和反应区（101）通过一隔板（7）分隔成相互独立的空腔，所述预热区（102）与反应区（101）通过一反应区密封阀（4）连通；所述主燃烧炉（2）排出的热烟气通过第一热烟管道（5）与预热区（102）的气体分布板（3）的底部空腔相连，所述反应区（101）的气体分布板（3）的底部空腔连接有反应气进气管（6）；所述反应区密封阀（4）包括第一物料入口（403）与第一物料出口（404），所述预热区（102）最底部的气体分布板（3）的物料出口端设于所述第一物料入口（403）处，所述反应区（101）的气体分布板（3）的物料入口端设于所述第一物料出口（404）处；所述反应区密封阀（4）的底部设有第一进气口（401）和第一透气板（402），所述第一进气口（401）位于第一透气板（402）下部，所述第一进气口（401）与反应气进气管（6）连通，所述第一透气板（402）的位置低于第一物料出口（404）；所述第一物料入口（403）和第一物料出口（404）的位置与炉体（1）内壁平齐；所述预热区（102）设有多个，多个所述预热区（102）相互独立，相邻两个所述预热区（102）之间通过一预热区密封阀（10）连通；所述预热区密封阀（10）包括第二物料入口（1003）与第二物料出口（1004），所述第二物料入口（1003）与第二物料出口（1004）的位置与炉体（1）内壁平齐；所述气体分布板（3）的开孔率为3%-20%，孔径为0.5mm-3mm，所述气体分布板（3）与水平面的夹角为20°-60°。

全文数据：一种分区控制多级湍动流态化反应炉技术领域本发明属于冶金及选矿装备和技术领域，尤其涉及一种流态化反应炉。背景技术根据反应炉中物料与炉壁的相对运动情况，气固反应可分为堆积态反应与流态化反应两种反应形式。与堆积态反应形式相比，流态化反应工艺气固传热、传质和化学反应速度快，传热、传质效率高，从而使得相对于堆积态反应过程，流态化反应所需时间大大缩短、反应综合能耗大大降低、反应产品质量大幅度提高。随着操作气速的逐渐提高，气固流态化依次经历鼓泡流态化、湍动流态化和快速流态化几种流型的转变。快速流态化具有如下优点：1、高气速、高固体通量和高固体浓度操作，可提高反应器的效率和能力；2、低气体轴向返混，有利于提高化学反应的均一性；3、固体的快速混合，整个床层温度分布均匀，可实现化学反应的最佳化操作。基于快速流态化的这些优点，近几十年国内外研究者提出了多种不同结构的快速流态化反应装置。但快速流态化反应炉具有不能快速分离反应完全与未反应完全的物料，循环设备结构庞大，物料在焙烧炉中的停留反应时间短等缺陷。湍动流态化是介于鼓泡流化和快速流化之间的一种流化状态，与鼓泡流化相比，湍动流态化具有较小的气泡尺寸及相对应的较低的压力脉动幅值；与快速流化相比，湍动流态化所需气体流速较低，反应完成后气固分离难度较小，设备的磨损较小。因此，结合湍动流态化的优势，研发一种全新的湍动流态化反应炉，对流态化焙烧装备与技术的进步具有重要的现实意义。发明内容本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种分区控制多级湍动流态化反应炉，该湍动流态化反应炉具有基建投资省、节能环保效果好、预热和反应可分区分气氛独立控制、粗细粒级在反应炉内的停留时间可依据粒度合理调控、反应进程相对可控等优势。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种分区控制多级湍动流态化反应炉，包括炉体和主燃烧炉，所述炉体包括反应区和至少一个预热区，所述预热区设于反应区的上部，所述反应区和预热区中均设有带孔、倾斜布置的气体分布板可以透过气体，并且可支撑物料，所述预热区和反应区通过一隔板分隔成相互独立的空腔，所述预热区与反应区通过一反应区密封阀连通；所述主燃烧炉排出的热烟气通过第一热烟管道与预热区的气体分布板的底部空腔相连，所述反应区的气体分布板的底部空腔连接有反应气进气管。主燃烧炉为预热区提供热烟气用于预热物料，主燃烧炉上连接有燃料管道和助燃气管道。隔板可为耐火材料或者耐高温钢板，隔板的存在，可以保证反应区产生的烟气不进入预热区，而全部通过排烟管进入烟气净化器。上述分区控制多级湍动流态化反应炉中，优选的，所述反应区密封阀包括第一物料入口与第一物料出口，所述预热区最底部的气体分布板的物料出口端设于所述第一物料入口处，所述反应区的气体分布板的物料入口端设于所述第一物料出口处。更优选的，所述第一物料入口和第一物料出口的位置与炉体内壁平齐。上述设置方式可以保证气体分布板上的物料直接滚入反应区密封阀，并从第一物料出口滚至反应区的气体分布板上，物料滚动更加流畅。同时，上述设置方式利于加工反应区密封阀，并可以减小物料在炉体内形成堆积死角。上述分区控制多级湍动流态化反应炉中，优选的，所述反应区密封阀的底部设有第一进气口和第一透气板，所述第一进气口位于第一透气板下部，所述第一进气口与反应气进气管连通，所述第一透气板的位置低于第一物料出口。反应气从第一进气口进入反应区密封阀后，在反应区密封阀的第一透气板上形成局部的流态化物料与反应气会发生反应，促使物料顺利流进反应区，避免了密封阀的堵塞。同时反应区密封阀顶部因料层的静压而将反应区与预热区隔离，避免了反应炉内各个区内烟气的短路。另外，通过控制第一进气口的进气流量，还可以减小物料波动对反应进程的影响，不会因为物料波动而影响整个反应过程。上述分区控制多级湍动流态化反应炉中，优选的，所述预热区设有多个，多个所述预热区相互独立，相邻两个所述预热区之间通过一预热区密封阀连通。上述分区控制多级湍动流态化反应炉中，优选的，所述预热区密封阀包括第二物料入口与第二物料出口，所述第二物料入口与第二物料出口的位置与炉体内壁平齐。上述分区控制多级湍动流态化反应炉中，优选的，所述反应炉还包括副燃烧炉，所述预热区密封阀的底部设有第二进气口和第二透气板，所述第二进气口位于第二透气板下部，所述第二透气板的位置低于第二物料出口；所述副燃烧炉排出的热烟气通过第二热烟管道与第二进气口相连通。副燃烧炉上连接有燃料管道和助燃气管道。预热区密封阀的结构与反应区密封阀的结构相似，气体分布板与预热区密封阀的连接方式也相同，但预热区密封阀的第二进气口连接副燃烧炉排出的热烟气。副燃烧炉的存在一方面为反应炉补加了充足的热量，另一方面为各预热区密封阀提供干净热烟气，避免了密封阀的堵塞和各个区内烟气短路。第二热烟管道还可根据实际需要选择性接入预热区以补充热量。上述分区控制多级湍动流态化反应炉中，优选的，所述气体分布板的开孔率为3％-20％，孔径为0.5mm-3mm，所述气体分布板与水平面的夹角为20°-60°。我们优选的气体分布板的开孔率、孔径和倾斜角度，可以保证物料在湍动流化气流作用下往下运动过程中，细颗粒物料基本得以流化且运动高度相对较高，停留时间相对较短；粗粒物料在重力与气体分布板支撑力的合力作用下紧贴分布板表面往下滚动，停留时间相对较长；在整个物料层处于高度湍动状态的同时降低了操作气速，实现了细粒级物料停留时间相对较短、粗粒级物料停留时间相对较长的科学设想，符合不同粒度物料反应动力学对反应所需时间的需求，反应获得产品质量好。上述分区控制多级湍动流态化反应炉中，优选的，所述反应区的气体分布板的上部空腔设有排烟管，所述排烟管与烟气净化器的入口相连，所述烟气净化器的出口与主燃烧炉相连；所述反应炉的顶部设有尾气排出口，所述尾气排出口连通有一尾气除尘器。烟气净化器可由一个或多个旋风分离器构成，烟气净化器的存在可以确保进入主燃烧炉中反应区产生的烟气较干净，不会引起主燃烧炉结圈。将反应区中产生的烟气送入主燃烧炉燃烧，在为反应炉提供热源的同时可消除反应气不完全燃烧产生的CO、NO等有害气体对环境的污染。尾气通过尾气除尘器后可以直接排放，尾气除尘器可以是旋风除尘器。上述分区控制多级湍动流态化反应炉中，优选的，所述反应炉的底部设有物料冷却器，所述反应区的物料出口与物料冷却器的物料入口相连，所述物料冷却器内设有一冷却水进口和一搅拌推送装置，冷却水进口连接有水槽。搅拌推送装置将完全反应后的物料推送至物料冷却器出口处，被急速喷入的冷却水冷却后进入后续处理，完成矿相转化过程。本发明中，反应区密封阀和预热区密封阀为单翻板阀、双翻板阀、V型阀或者L型阀。气体分布板上带有风帽或者直接开孔。炉体顶部直接通过给料装置连接原料仓。炉体的内壁设有高温耐火材料浇筑的内衬。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明的分区控制多级湍动流态化反应炉，物料预热区与反应区在同一装置内完成，结构简单，设备配置紧凑，占地面积小，基建投资省。2、本发明的分区控制多级湍动流态化反应炉，物料预热区与反应区为相互独立的空腔，反应区和预热区内的温度和气氛调节相互独立，使得本发明的反应炉可灵活控制反应热工环境，反应进程相对可控，生产指标稳定，生产能耗低，确保反应炉尾气中不含对环境有污染的CO、NO等有害气体，更加绿色环保。3、本发明的粗细粒级物料在反应炉内的停留时间可依据粒度合理调控，符合不同粒度物料反应动力学对反应所需时间的需求，反应获得产品质量好。4、本发明采用冷反应气冷却焙烧产品，在焙烧产品冷却的同时完成了反应气的预热，充分回收了焙烧产品携带的大量显热，焙烧操作综合能耗低。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明的分区控制多级湍动流态化反应炉的结构示意图。图2为本发明分区控制多级湍动流态化反应炉运行时气流和物料的运动轨迹示意图。图例说明：1、炉体；101、反应区；102、预热区；2、主燃烧炉；3、气体分布板；4、反应区密封阀；401、第一进气口；402、第一透气板；403、第一物料入口；404、第一物料出口；5、第一热烟管道；6、反应气进气管；7、隔板；8、排烟管；9、烟气净化器；10、预热区密封阀；1001、第二进气口；1002、第二透气板；1003、第二物料入口；1004、第二物料出口；11、副燃烧炉；12、第二热烟管道；13、物料冷却器；14、冷却水进口；15、搅拌推送装置；16、尾气排出口；17、尾气除尘器；18、燃料管道；19、助燃气管道；20、水槽；21、原料仓。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。实施例：如图1和图2所示，本实施例的分区控制多级湍动流态化反应炉，包括炉体1和主燃烧炉2。炉体1包括反应区101和至少一个预热区102图1、图2为示出4个预热区102，分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，四个预热区102相互独立，预热区102设于反应区101的上部，反应区101和预热区102中均设有带孔、倾斜布置的气体分布板3，预热区102和反应区101通过一隔板7分隔成相互独立的空腔，预热区102的物料出口与反应区101的物料入口通过一反应区密封阀4L型阀连通，相邻两个预热区102物料出口和物料入口通过一预热区密封阀10L型阀连通。主燃烧炉2排出的热烟气通过第一热烟管道5与预热区102的气体分布板3的底部空腔相连，反应区101的气体分布板3的底部空腔连接有反应气进气管6。主燃烧炉2上连接有燃料管道18和助燃气管道19。炉体1顶部直接通过给料装置连接原料仓21。本实施例中，反应区密封阀4包括第一物料入口403与第一物料出口404，预热区102最底部的气体分布板3的物料出口端设于第一物料入口403处，反应区101的气体分布板3的物料入口端设于第一物料出口404处。本实施例中，反应区密封阀4的底部设有第一进气口401和第一透气板402，第一进气口401位于第一透气板402下部，第一进气口401与反应气进气管6连通，第一透气板402的位置低于第一物料出口404。本实施例中，第一物料入口403和第一物料出口404的位置与炉体1内壁平齐。本实施例中，预热区密封阀10包括第二物料入口1003与第二物料出口1004，第二物料入口1003与第二物料出口1004的位置与炉体1内壁平齐。预热区的气体分布板3与第二物料入口1003、第二物料出口1004的连接方式与上述反应区密封阀4的情况相同，具体可参照图1。本实施例中，反应炉还包括副燃烧炉11，预热区密封阀10的底部设有第二进气口1001和第二透气板1002，第二进气口1001位于第二透气板1002下部，第二透气板1002的位置低于第二物料出口1004；副燃烧炉11排出的热烟气通过第二热烟管道12与第二进气口1001相连通。副燃烧炉11上连接有燃料管道18和助燃气管道19。本实施例中，气体分布板3由耐高温的钢板加工而成，气体分布板3的开孔率为3％-20％上述范围均可，孔径为0.5mm-3mm上述范围均可，气体分布板3与水平面的夹角为20°-60°上述范围均可。本实施例中，反应区101的气体分布板3的上部空腔设有排烟管8，排烟管8与烟气净化器9的入口相连，烟气净化器9的出口与主燃烧炉2相连；反应炉的顶部设有尾气排出口16，尾气排出口16连通有一尾气除尘器17如旋风除尘器。本实施例中，烟气净化器9为2组旋风分离器构成。本实施例中，反应炉的底部设有物料冷却器13，反应区101的物料出口与物料冷却器13的物料入口相连，物料冷却器13内设有一冷却水进口14和一搅拌推送装置15，冷却水进口14连接有水槽20。本实施例中，反应炉炉体1进料口通过计量装置和管道与原料仓21的出料口相连。应用实施例1：一种利用上述实施例所述的分区控制多级湍动流态化反应炉进行菱铁矿流态化磁化焙烧的试验，试验所用原料粒度组成、矿样的主要化学成分分析结果分别见表1、表2。表1：入烧矿石粒度筛析结果％表2：入烧矿石的化学多元素分析结果％组分TFeFeOFe2O3SiO2TiO2Al2O3CaOMgO含量34.1238.416.0915.010.172.111.103.72组分MnONa2OK2OPS烧失TFeFeO碱性系数含量1.920.210.720.020.0329.240.890.28本实施例所用矿石的组成矿物种类较为简单，铁矿物主要是菱铁矿和少量褐铁矿，脉石矿物以石英和白云母为主；菱铁矿多呈致密状集合体产出，粒间常分布少量细粒石英、白云母等杂质矿物，部分菱铁矿因氧化作用的影响而发生不同程度的褐铁矿化。本实施例中所用反应炉预热区为3层，气体分布板3的开孔率为8％，孔径为1mm，气体分布板3与水平面的夹角为30°。反应气为CO与N2按5：95的体积比混合而成的混合气，通过调节反应气的流量控制反应区温度为650℃、反应炉顶部烟气出口处温度为180℃。上述气体分布板3的相关限定和对反应气的流量的限定可以保证粗细粒级物料在反应炉内的停留时间依据粒度合理调控，符合不同粒度物料反应动力学对反应所需时间的需求。本实施例中，磁化焙烧后的焙烧矿经阶段磨矿-阶段弱磁选后最终能获得铁精矿产率47.64％、品位TFe64.21％、铁回收率89.70％的选别指标。应用实施例2：一种利用上述实施例所述的分区控制多级湍动流态化反应炉进行褐铁矿流态化磁化焙烧的试验，试验所用原料的主要化学成分分析结果见表3。表3：入烧矿石的化学多元素分析结果％本实施例所用入烧矿石的化学成分较为简单，铁是可供选矿回收的主要有用元素，有害元素磷的含量较低，但硫的含量略为偏高。为达到富集铁矿物的目的，需要选矿排除或降低的脉石组分主要是SiO2，其次为Al2O3。本实施例中所用反应炉预热区为3层，气体分布板3的开孔率为8％，孔径为1mm，气体分布板3与水平面的夹角为30°。反应气为CO与N2按1：4的体积比混合而成的混合气，通过调节反应气的流量控制反应区温度为700℃、反应炉顶部烟气出口处温度为200℃，磁化焙烧后的焙烧矿经阶段磨矿-阶段弱磁选后最终能获得铁精矿产率49.42％、品位TFe65.23％、铁回收率91.15％的选别指标。应用实施例3：一种利用上述实施例所述的分区控制多级湍动流态化反应炉进行钛铁矿流态化磁化焙烧提钛降铬的试验，试验所用原料的主要化学成分分析结果见表4。表4：入烧矿石的化学多元素分析结果％组分TiO2TFeFeOFe2O3V2O5Cr2O3ZrO2CoSiO2Al2O3含量38.9135.8825.5222.930.183.890.180.00833.822.31组分CaOMgOMnONa2OK2OPSCIg含量0.0620.481.050.0230.0400.0220.00800.0570.42本实施例中所用反应炉预热区为4层，气体分布板3的开孔率为10％，孔径为1mm，气体分布板3与水平面的夹角为35°。反应气为O2与空气按1：9的体积比混合而成的混合气，通过调节反应气的流量控制反应区温度为800℃、反应炉顶部烟气出口处温度为220℃，磁化焙烧后的焙烧矿经干式磁选后最终能获得钛精矿产率73.29％、品位TiO247.23％、TiO2回收率87.67％、Cr2O3去除率为95.56％的选别指标。

权利要求：1.一种分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，包括炉体1和主燃烧炉2，所述炉体1包括反应区101和至少一个预热区102，所述预热区102设于反应区101的上部，所述反应区101和预热区102中均设有带孔、倾斜布置的气体分布板3，所述预热区102和反应区101通过一隔板7分隔成相互独立的空腔，所述预热区102与反应区101通过一反应区密封阀4连通；所述主燃烧炉2排出的热烟气通过第一热烟管道5与预热区102的气体分布板3的底部空腔相连，所述反应区101的气体分布板3的底部空腔连接有反应气进气管6。2.根据权利要求1所述的分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，所述反应区密封阀4包括第一物料入口403与第一物料出口404，所述预热区102最底部的气体分布板3的物料出口端设于所述第一物料入口403处，所述反应区101的气体分布板3的物料入口端设于所述第一物料出口404处。3.根据权利要求2所述的分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，所述反应区密封阀4的底部设有第一进气口401和第一透气板402，所述第一进气口401位于第一透气板402下部，所述第一进气口401与反应气进气管6连通，所述第一透气板402的位置低于第一物料出口404。4.根据权利要求2所述的分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，所述第一物料入口403和第一物料出口404的位置与炉体1内壁平齐。5.根据权利要求1所述的分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，所述预热区102设有多个，多个所述预热区102相互独立，相邻两个所述预热区102之间通过一预热区密封阀10连通。6.根据权利要求5所述的分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，所述预热区密封阀10包括第二物料入口1003与第二物料出口1004，所述第二物料入口1003与第二物料出口1004的位置与炉体1内壁平齐。7.根据权利要求6所述的分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，所述反应炉还包括副燃烧炉11，所述预热区密封阀10的底部设有第二进气口1001和第二透气板1002，所述第二进气口1001位于第二透气板1002下部，所述第二透气板1002的位置低于第二物料出口1004；所述副燃烧炉11排出的热烟气通过第二热烟管道12与第二进气口1001相连通。8.根据权利要求1-7中任一项所述的分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，所述气体分布板3的开孔率为3％-20％，孔径为0.5mm-3mm，所述气体分布板3与水平面的夹角为20°-60°。9.根据权利要求1-7中任一项所述的分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，所述反应区101的气体分布板3的上部空腔设有排烟管8，所述排烟管8与烟气净化器9的入口相连，所述烟气净化器9的出口与主燃烧炉2相连；所述反应炉的顶部设有尾气排出口16，所述尾气排出口16连通有一尾气除尘器17。10.根据权利要求1-7中任一项所述的分区控制多级湍动流态化反应炉，其特征在于，所述反应炉的底部设有物料冷却器13，所述反应区101的物料出口与物料冷却器13的物料入口相连，所述物料冷却器13内设有一冷却水进口14和一搅拌推送装置15。

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