一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑

技术领域

本发明涉及热反应技术领域，尤其是一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑。

背景技术

赤泥是铝业生产过程中产生的尾矿，其矿物组成比较复杂，主要含有Al

赤泥中富含铁、铝、钙、硅、钛、钠、镍、锰、铬、钒以及钪、钇和镧系稀土元素，通过综合开发利用，可以变废为宝，变害为利，尤其在矿产资源日益缺乏的条件下，赤泥中有价金属的回收显得日渐重要。如何把这些沉睡多年、数量惊人的赤泥进行开发利用，真正实现“无尾、无废、无二次污染”的现代化生产，达到推进矿山环境的综合治理，是我国及世界各国共同关心的重要课题，所以开发利用赤泥具有十分重要的现实意义。

现有技术主要是通过高温还原反应将赤泥中的氧化铁还原为具有磁性的四氧化三铁，再通过磁选机分离，得到磁性精铁粉。但是现有的处理工艺是将赤泥和反应药剂置于回转窑中，通过燃烧机生成的火焰进行内加热，虽然这种加热方式热能利用率高，但是现有燃烧机燃料通常为煤粉，燃烧机生成火焰的同时会产生含有二氧化硫、二氧化氮的烟气，该烟气和赤泥中的矿料接触后会产生含硫、含氮的化合物，增加了后续各类矿料的分离难度，降低了金属矿料的回收率。

因此需要提供一种可用于赤泥热反应，避免对赤泥矿料造成烟气污染，且热能利用率高的热反应装置。

发明内容

为解决上述现有技术问题，本发明提供一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑.

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑，其特征在于，包括：

具有进料口和出料口的内筒体；

外筒体；

具有出火端的燃烧机；

具有进风端与出风端的导热管；

所述外筒体设有排烟口和动力装置

所述内筒体内壁设置有扬料板；

所述动力装置可带动所述内筒体沿所述内筒体轴心转动；

所述内筒体位于外筒体内，且外筒体和内筒体之间具有环形空腔；

所述燃烧机的出火端和外筒体连接，并延伸至所述环形空腔内；

所述导热管设置于内筒体内，所述进风端与所述出风端贯穿内筒体内壁；

所述排烟口位于所述外筒体壁面，且与所述环形空腔连通。

优选的，所述排烟口设置于所述外筒体靠近进料口的一端；

所述导热管倾斜设置于所述内筒体内，且所述导热管的出风端倾斜朝向所述排烟口一端。

优选的，所述内筒体处于底部的侧壁沿垂直于内筒体长度方向到内筒体直径的n/3之间区域为装料层，其中n大于等于1且小于等于2；

所述装料层顶部与内筒体接触的两端分别为第一端部和第二端部；

所述燃烧机的出火端朝向所述装料层的第一端部或第二端部设置；

所述内筒体具有第一旋转方向，当所述内筒体以第一旋转方向旋转时，所述出火端朝向的第一端部或第二端部朝所述装料层底部靠近。

优选的，所述内筒体从进料口所在一端至出料口所在一端依次为预热段和高温段，所述高温段长度大于所述预热段长度；

所述预热段和所述高温段分别设置有导热管。

优选的，所述外筒体内壁设有耐火材料。

优选的，所述的一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑，其特征在于，

还包括：占位柱；

所述占位柱设置于所述导热管内，且占位柱外表面与所述导热管内壁之间形成空腔。

优选的，所述进风端与靠近进风端一侧的占位柱末端之间具有集风空间。

优选的，所述集风空间在所述占位柱长度方向的长度大于10cm。

优选的，所述导热管与所述占位柱之间设有导热体，所述导热体的一端与导热管连接，另一端与占位柱连接。

优选的，所述导热管外壁的横截面具有尖端，且所述横截面上与所述尖端相连的两个侧边之间的距离沿远离尖端的方向逐渐增大；

所述尖端朝向所述进料口所在的一端。

优选的，所述的一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑，其特征在于，还包括：

具有内凹壁面的兜风板；

所述兜风板与所述导热管进风端连接，且内凹壁面的朝向与所述内筒体旋转方向相同。

优选的，所述的任意一种卧式螺旋推进热反应装置，其特征在于，还包括：

集烟室；所述集烟室与所述排烟口连接。

本发明的有益效果体现在：

本发明提供的一种卧式螺旋推进热反应装置对物料进行隔焰式热处理，有效防止了对物料加热时，燃烧产生的含有硫、氮的烟气与物料接触，对物料造成污染，形成含硫、含氮的化合物杂质，使得后续赤泥矿料中各类金属更容易分离，提高矿料回收率，同时通过设置导热管以及对燃烧机出火端的位置设定，有效增加了烟气的热利用率，提高了加热效率，且通过设置导热管具有的尖端外壁，实现了对矿料的分散，且使矿料在导热管外壁流过的距离增加，使得矿料从导热管吸收的热量增加，提高了加热效率。

附图说明

图1为一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑立体结构；

图2为一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑的内筒体剖视图；

图3为一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑的侧视图；

图4为一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑装料后的侧视图；

图5为一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑的局部剖视图；

图6为导热管的剖视图；

图7为连接兜风板的导热管结构示意图；

图8为导热管连接与内筒体后的剖视图；

图9为导热管俯视图。

附图说明：内筒体1、进料口101、出料口102、外筒体2、排烟口201、动力装置202、燃烧机3、出火端301、导热管4、进风端401、出风端402、扬料板103、环形空腔104；装料层105、第一端部1051、第二端部1052；占位柱403；集风空间404；导热体405；尖端406；兜风板407。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8所示，本发明提供的具体实施例如下：

实施例1

一种用于赤泥料热反应的余热循环利用回转窑，其特征在于，包括：

具有进料口101和出料口102的内筒体1；

外筒体2；

具有出火端301的燃烧机3；

具有进风端401与出风端402的导热管4；

所述外筒体2设有排烟口201和动力装置202

所述内筒体1内壁设置有扬料板103；

所述动力装置202可带动所述内筒体1沿所述内筒体1轴心转动；

所述内筒体1位于外筒体2内，且外筒体2和内筒体1之间具有环形空腔104；

所述燃烧机3的出火端301和外筒体2连接，并延伸至所述环形空腔104内；

所述导热管4设置于内筒体1内，所述进风端401与所述出风端402贯穿内筒体1内壁；

所述排烟口201位于所述外筒体2壁面，且与所述环形空腔104连通。

目前的回转窑的加热方式通常为窑内加热，燃烧机3产生的火焰直接喷入窑内对反应物进行加热，这会导致燃料燃烧后产生的二氧化硫、二氧化氮等气体与反应物接触，对反应物造成污染，导致最终反应结果达不到预期，要避免种情况出现，需要窑外加热使反应物达到目的温度，但是窑外加热，热能转换效率不高，使反应物达到目的温度需要消耗更多的燃料，且加热时间更长。

本实施例提供的一种回转窑，由内筒体1和外筒体2构成，内筒体1和外筒体2可通过轴承活动连接，且内外筒体2之间形成环形空腔104，并设置燃烧机3的出火端301从外筒体2延伸入环形空腔104内，在需要对筒体内反应物加热时，燃烧机3产生的火焰会喷入环形空腔104内对内筒体1加热，内筒体1通过热传递的方式使反应物达到所需的温度，同时，内筒体1会被动力装置202带动沿着其轴心旋转，筒体内部的扬料板103会带动反应物旋转，该装置安装使用时，使进料口101所在的一端位置高于该装置出料口102所在的一端，使得反应物受到重力影响，逐步向出料口102移动，而燃料燃烧产生的烟气则沿着环形空腔104流动，并进入导热管4，将热能传递至导热管4壁面，而导热管4与内筒体1中的反应物接触后，将热能传递给反应物，进一步吸收了烟气中的热量，热能利用率高，且有效避免了烟气对反应物造成污染。在回转窑实际制造时，可在内筒体1上开始连接孔，导热管4两端与连接孔可通过焊接方式连接，使导热管4两端与连接孔之间形成密封，阻挡烟气进入。

还有一种情况是，赤泥为了实现无害化(无有害物质排放)处理的目的，需要经历多次物质提取，工艺流程较长。在较长的工艺流程中，各工艺环节均需要面对人工接入及全天候运行交接班等工艺不确定因素，即不同班组、不同物料批次等经过同一工艺处理后，其产出的出料一致性并不高。这为工艺的量产标准化带来挑战。本申请的实施例采用火焰外筒加热的方式一方面避免了火焰燃烧烟气参与反应，提高热反应温度环节和热量供应，另一方面还提供了相对于预加热介质加热方式更高效且有效的可调节性。该调节行为将发生在不同的物料批次进入以及交接班等干预情况下，为该工艺环节有效生产提供保障。比如，入口物料的含水量并不相同，且在一天内就可能呈现多次变化，如果以相同的温度加热进行热反应，则可能导致物料板结现象，严重影响热反应效果。

优选的，所述排烟口201设置于所述外筒体2靠近进料口101的一端；

所述导热管4倾斜设置于所述内筒体1内，且所述导热管4的出风端402倾斜朝向所述排烟口201一端。

本实施例设置所述导热管4倾斜设置于所述内筒体1内，导热管4的出风端402倾斜朝向所述排烟口201一端，进一步增加了导热管4在内筒体1中的长度，提高了单根导热管4在内筒体1中的壁面面积，因为回转窑进料端高于出料端，燃烧产生的烟气会向进料端汇聚，实现了烟气产生后，通过导热管4传递热量至反应物，热量二次利用后再排出回转窑，有效提高了单根导热管4在单位时间内的热传递量。

实施例2

本实施例中，作为实施例1技术方案的进一步改进，其特征在于，

所述内筒体1处于底部的侧壁沿垂直于内筒体1长度方向到内筒体直径的n/3之间区域为装料层105，其中n大于等于1且小于等于2；

所述装料层105顶部与内筒体1接触的两端分别为第一端部1051和第二端部1052；

所述燃烧机3的出火端301朝向所述装料层105的第一端部1051或第二端部1052设置；

所述内筒体1具有第一旋转方向，当所述内筒体1以第一旋转方向旋转时，所述出火端301朝向的第一端部1051或第二端部1052朝所述装料层105底部靠近。

发明人发现，在对回转窑的实际加热过程中，燃烧机3喷出的火焰先对回转窑内筒体1与火焰的接触部位加热，该部位温度升高后，逐步旋转与内筒体1内物料接触后，才会以接触方式进行热传导，若回转窑内筒体1与火焰的接触部位距离物料所在位置太远，则接触部位被加热后还需要转动一段距离才能与物料接触，在该转动时间段内，接触部位的热量会逐步流失，造成热能浪费；若回转窑内筒体1与火焰的接触部位物料所在区域内，则会导致内筒体1与火焰的接触部位被火焰加热旋转后只与部分物料所在区域接触后即脱离物料所在区域，也会造成热能浪费。

本实施例中，所述内筒体1底部沿竖直方向到内筒体1直径1/3至2/3之间任意高度的区域为装料层105，即回转窑内筒体1装填物料后，物料所在区域的高度为内筒体1直径1/3至2/3的高度，同时燃烧机3的出火端301朝向所述装料层105的第一端部1051或第二端部1052设置，第一端部1051和第二端部1052位于装料层105顶部与内筒体1接触的两端，当内筒体1以第一旋转方向旋转时，燃烧机3出火端301朝向的第一端部1051或第二端部1052朝所述装料层105底部靠近，以此实现了内筒体1与火焰的接触部位被燃烧机3喷出的火焰加热后即与物料所在区域接触，并完整的围绕物料所在区域转动后才脱离物料所在区域，极大的提高了回转窑的热能利用率。

实施例3

本实施例中，作为实施例1技术方案的进一步改进，其特征在于，

所述内筒体1从进料口101所在一端至出料口102所在一端依次为预热段和高温段，所述高温段长度大于所述预热段长度；

所述预热段和所述高温段分别设置有导热管4。

考虑到赤泥的热处理包括预热阶段和高温还原阶段，本实施例将内筒体1分为预热段和高温段，使预热段筒体内温度能达到600-1000摄氏度，使高温段筒体内温度能达到1200-1400摄氏度，保证赤泥矿料温度能在预热阶段能达到600摄氏度以上，在高温还原阶段能达到1200摄氏度以上。

通过设置预热段和高温段，预热段温度可调范围设置较大(高低温跨度400摄氏度)，可以对不同批次不同参数的物料进行适应性调整，避免物料在同一温度参数下板结或加热不充分的问题，以确保物料均匀升温、水汽快速均匀蒸发，为后续高温段的热反应提供受热均匀、充分，颗粒分散易于混料翻转的物料。

同时在预热段和所述高温段分别设置了导热管4，使得预热段内筒体1外的烟气进入高温段的导热管4，实现热能二次利用后，再进入预热段内筒体1外，避免较高温度的烟气进入预热段内筒体1处导热管4内，造成预热段加热温度过高的情况出现。

优选的，所述外筒体2内壁设有耐火材料。

考虑到反应装置筒体通常为金属材质，其导热率较高，当燃烧机3产生的火焰进入环形空腔104后，外筒体2也会吸收热量，而反应装置仅需要内筒体1吸收热量并传递给反应物即可，外筒体2直接和火焰接触会导致能量浪费，且外筒体2温度过高也会产生安全隐患。因此，本实施例在外筒体2内侧设置一层耐火材料，有效减少了热量向外筒体2的传递，降低了反应装置加热过程中的能源损耗，提高了反应装置的安全性。在一些实施例中设置了耐火材料为纤维模块，选择纤维模块作为耐火材料，其导热率和热容量低，绝热和节能效果显著，且具有低容重的优势，在实际安装时大大减轻了装置的钢结构负荷，减少了钢结构的耗量，从一定程度上降低了工程费用。

实施例4

本实施例中，作为实施例1技术方案的进一步改进，其特征在于，

还包括：占位柱403；

所述占位柱403设置于所述导热管4内，且占位柱403外表面与所述导热管4内壁之间形成空腔。

发明人发现，烟气进入导热管4后，仅靠近导热管4内壁的部分烟气和导热管4接触，其将热量传递给导热管4的速度较快，但是位于导热管4中间部位的烟气仅能通过气体之间传递热量至外围烟气，气体之间的热传导效率较低，即中间部位的烟气热量利用效率较低。

以此，本实施例在导热管4中设置了占位柱403，占位柱403外表面与所述导热管4内壁之间形成空腔，烟气进入导热管4后，会聚集在占位柱403与导热管4之间的空腔内，使得烟气不会处于热管中心部位，而是和导热管4接触，将热量快速传递至导热管4，有效提高了烟气热量的利用率。

实施例5

本实施例中，作为实施例4技术方案的进一步改进，其特征在于，

所述进风端401与靠近进风端401一侧的占位柱403末端之间具有集风空间404；

优选的，所述集风空间404在所述占位柱403长度方向的长度大于10cm。

发明人发现，在不改变导热管4长度的情况下，通过增加导热管4口径大小，可增加单位时间内内进入导热管4的烟气量，但是导热管4内的占位柱403会阻碍烟气的进入，因此本实施例设置所述导热管4进风端401与靠近进风端401一侧的占位柱403末端之间具有集风空间404，集风空间404使得占位柱403不影响烟气的进入，使烟气进入集风空间404后再朝导热管4内壁汇聚。

实施例6

本实施例中，作为实施例5技术方案的进一步改进，其特征在于，

所述导热管4与所述占位柱403之间设有导热体405，所述导热体405的一端与导热管4连接，另一端与占位柱403连接。

发明人发现，在导热管4中设置占位柱403后，占位柱403也会吸收烟气的热量，而占位柱403的热量较难传递至导热管4，因此本实施例在导热管4与所述占位柱403之间设置了导热体405(导热体405可为导热片、导热柱、导热块中的任意一种)，导热管4通过导热体405快速吸收占位柱403的热量，使得占位柱403温度下降后，再次吸收烟气中的热量，进一步提高了热能利用效率。

实施例7

本实施例中，作为实施例1技术方案的进一步改进，其特征在于，

所述导热管4外壁的横截面具有尖端406，且所述横截面上与所述尖端406相连的两个侧边之间的距离沿远离尖端406的方向逐渐增大；

所述尖端406朝向所述进料口101所在的一端。

本实施例设置导热管4外壁的横截面具有尖端406，且所述横截面上与所述尖端406相连的两个侧边之间的距离随着远离尖端406逐渐增大，且使尖端406朝向所述进料口101所在的一端，在实际生产过程中，物料从进料口101进入回转窑内筒体1后，可掉落至所述尖端406，因为尖端406相连的两个侧边之间的距离随着远离尖端406逐渐增大，所以降落至尖端406处的反应物会滑过两个侧边后才脱离导热管4，使得反应物在导热管4外壁停留时间延长，增加了反应物通过导热管4吸收烟气的热量。

实施例8

本实施例中，作为实施例5技术方案的进一步改进，其特征在于，

还包括：

具有内凹壁面的兜风板407；

所述兜风板407与所述导热管4进风端401连接，且内凹壁面的朝向与所述内筒体1旋转方向相同。

在回转窑实际安装时需要进料口101所在的一端高度高于出料口102所在端的高度，而燃烧机3产生的烟气会从出料口102所在的一端向进料口101所在的一端流动，因此导热管4的进风端401靠近出料口102所在的一端，为了使导热管4的进风端401进入的烟气流动速度加快，本实施例在导热管4的进风端401处设置了兜风板407，兜风板407具有内凹壁面，随着内筒体1的旋转，内凹壁面会推动烟气进入导热管4，增加烟气在导热管4中的流动速度，即增加了单位时间内进入导热管4的烟气量，进一步提高了烟气的热能利用率。

实施例9

本实施例中，作为实施例1-8技术方案的进一步改进，其特征在于，还包括：

集烟室，所述集烟室与所述排烟口201连通。

本实施例配置了烟室与所述环形空腔104连通，可用于容纳燃烧物产生的烟气，后续可对烟气作净化处理再排放，减少污染。

在一些实施方式中，烟室的一端设置有抽风机，抽风机用于将燃烧产生的水蒸气与烟气抽离，防止水蒸气在环形空腔104中使反应温度降低。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如：“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。