本技术涉及冶金烧结技术，具体涉及一种环冷废气多元提质协同烧结的系统，属于冶金烧结。
背景技术：
1、烧结矿生产过程中，烧结饼从烧结机卸下后温度可达700～800℃，其携带的物理显热资源是烧结余热资源最重要的部分。在使用空气对烧结矿进行冷却过程中，烧结矿温度下降至150℃以下，同时产生大量热风。一般情况下，烧结环冷机不同部位的冷却废气温度的各不相同，由受料端到排料端温度逐渐降低，一般分为三段：温度高于250℃的高温区、温度为150℃～250℃的中温区以及温度低于150℃的低温区。
2、在实际生产中，许多企业配套建设了烧结余热回收系统将环冷机高温冷却废气以余热发电的形式利用，但中、低温段冷却废气由于其温度低，锅炉换热只能产生低参数蒸汽，余热利用效率低、利用成本高；部分企业甚至将中、低温废气直接通过烟囱排放，既浪费资源又污染环境。此外，部分企业采用将环冷机内的部分烟气返回烧结机上部密封罩中，以热风烧结的形式来提高环冷废气的热利用率，希望在减少环冷烟气排放的同时降低烧结燃料消耗、提高烧结矿质量。如专利文件cn108731486 a提出了一种将环冷机内的中低温废气循环利用系统及其循环方法，在烧结机上方设置烟罩并与将环冷机上方烟罩相连，将环冷机80℃～250℃的中、低温废气从原先直接排入大气转换为直接回用至烧结机的床层中，从而代替烧结机原来从周围大气环境中吸入的空气用于原辅燃料的烧结，以充分利用中、低温废气中的显热，消除含尘废气直接排放对大气环境的污染。专利文件cn 106931792 b提出了一种环冷机废气综合利用的方法和装置，将150～220℃的中温废气通过热交换用于orc低温发电，利用完后的废气用于返回烧结工序进行热风烧结，或者将其与＜150℃环冷低温冷却废气混合成100℃左右的废气，返回烧结机台车进行热风烧结。
3、在现有技术中，直接利用中、低温段冷却废气进行锅炉换热只能产生低参数蒸汽，余热预热利用效率低、利用成本高，而将中、低温废气返回烧结利用代替空气，从能量角度虽然可以一定程度利用废气余热，但由于冷却废气温度比空气高很多，气体体积膨胀导致氧气浓度低于常温空气(约310mg/l)，且温度越高氧浓度越低，导致抽入烧结料层的氧气量减少，对燃料燃烧不利、影响烧结矿产质量，因此一般废气返回烧结前必须进行降温至100℃左右后再导入烧结工序，导致烧结过程利用废气余热的效率较低。
技术实现思路
1、针对现有技术中，烧结环冷废气中的中、低温废气直接余热回收利用效率低、成本高，返回烧结必须降低温度而导致余热利用效率较低等问题，本实用新型提供了一种环冷废气多元提质协同烧结的方法及系统，根据实际烧结工况需要，将环冷废气按比例进行分流后分别进行补氧补热、富氧补热、补氧补热富气、梯级换热以及选择性补汽后转换为可直接用于烧结工序的补氧富汽(水蒸汽)热风、富氧热风和补氧富气(燃气)热风，并在转换过程中高效利用余热获得了高品质蒸汽用于发电和工业热水用于内用等。即低成本高效率的实现了对烧结环冷中、低温废气余热回收的同时，显著降低了废气的排放量，同时还大大强化了烧结工况，并明显改善了烧结矿产品的质量。
2、为实现上述技术目的，本实用新型所采用的技术方案如下所述：
3、一种环冷废气多元提质协同烧结的系统或用于如权利要求-中任一项所述方法的系统，该系统包括烧结机、环冷机以及一体式废气分流提质装置。所述一体式废气分流提质装置的内腔被隔墙分隔为三个互不相通的竖直腔室，分别记为富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔。在富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔各自底部的进风口均设置有独立的进气阀。富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔均自下而上包括依次串通的补热提质区、高温换热区以及低温换热区，在富汽提质腔的顶部还设置有水雾补汽区。富汽提质腔的顶部出风口通过补氧富汽热风输送管道与烧结机上方后段风罩的进风口相连通。富氧提质腔的顶部出风口通过富氧热风输送管道与烧结机上方中段风罩的进风口相连通。富气提质腔的顶部出风口通过补氧富气热风输送管道与烧结机上方前段风罩的进风口相连通。环冷机的废气出口通过废气输送管道与一体式废气分流提质装置的底部进风口相连通。
4、作为优选，前段风罩的前、后两端分别位于烧结机点火炉后的第1/25段料面前端和第5/25段料面后端。中段风罩的前、后两端分别位于烧结机点火炉后的第6/25段料面前端和第15/25段料面后端，后段风罩的前、后两端分别位于烧结机点火炉后的第16/25段料面前端和第23/25段料面。
5、作为优选，在富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔各自的补热提质区内均设置有独立的燃烧器，并且三个燃烧器的进气端均独立连接有燃气输送管路和氧气输送管路。
6、作为优选，燃气输送管路均与厂区煤气管网相连通，氧气输送管路均与厂区氧气管网相连通。优选，在富气提质腔的补热提质区内还独立设置有天然气补充管路。
7、作为优选，在富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔各自的高温换热区内均自下而上依次独立设置有高参数蒸汽过热器、高参数蒸汽蒸发器、高参数省煤器、除氧蒸发器以及低参数省煤器。在高温换热区的外侧还设置有汽包、除氧器、除盐水管网以及蒸汽发电机构。所要高参数蒸汽过热器的一端均通过管阀组与蒸汽发电机构相连接，它们的另一端均通过管道与汽包相连接。所有高参数蒸汽蒸发器的两端均通过管道与汽包相连接。所有高参数省煤器的一端均通过管道与除氧器相连接，它们的另一端均通过管道与汽包相连接。所有除氧蒸发器的两端均通过管道与除氧器相连接。所有低参数省煤器的一端均通过管道与除盐水管网相连接，它们的另一端均通过管道与除氧器相连接。
8、作为优选，在富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔各自的低温换热区内均独立设置有工业水加热器，在低温换热区的外侧设置有工业水管网和热水利用管道。所有工业水加热器的进水端均与工业水管网相连接，它们的出水端均与热水利用管道相连接。
9、作为优选，在富汽提质腔的水雾补汽区内设置有水雾喷管，水雾喷管的进水端与低参数省煤器靠近除氧器的一端相连接。
10、作为优选，环冷机低温段的低温废气出口和其中温段的中温废气出口均通过废气输送管道与一体式废气分流提质装置的底部进风口相连通。或者，环冷机低温段的低温废气出口先通过循环风管与其中温段的冷却风入口相连通，然后环冷机中温段的中温废气出口再通过废气输送管道与一体式废气分流提质装置的底部进风口相连通。
11、在本实用新型中，所述富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔各自的容积为0.1-800m3，优选为1-500m3，更优选为3-300m3。所述一体式废气分流提质装置的高度为1-500m，优选为2-300m，更优选为3-100m。在所有的气体输送或液体输送的管道上均独立设置有流量控制调节阀门。所述富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔的水平宽度或水平内径相同或不同。
12、在本实用新型中，通过将环冷废气(主要是环冷中温废气和环冷低温废气)根据工况需求进行分流后(例如分配比例为25～50％:20～50％:10～30％)分别进行补氧补热、富氧补热、补氧补热富气、梯级换热以及选择性补汽(主要是对进行了补氧补热和梯级换热后的这部分废气进行水雾喷洒补充水蒸汽)后，将多股环冷废气分别转换为补氧富汽热风、富氧热风、补氧富气热风等不同组成的热废气，并分别返回烧结后、中、前段料面风罩内，进而同时实现热风烧结、富氧烧结、富汽烧结等各种先进技术耦合的烧结生产，进而显著提升烧结产质量和污染物过程控制水平。
13、在本实用新型中，还可先通过循环风管将环冷低温段的低温废气作为环冷中温段的冷却介质，向上对物料进行冷却换热后获得环冷中温废气，再将环冷中温废气送入热风选择性发生装置进行提质转换处理；即通过低温废气的循环回用，一方面可完全避免低温废气的直接排放，并将原温度介于150℃～250℃的环冷中温废气的温度提高至200℃～300℃，实现物料显热的富集，有利于后续热量的高效回收；另一方面，通过全部替换或部分替换进入环冷中温段的冷空气，使得环冷机用于冷却的冷空气总量显著降低，进而热废气产量明显降低，最终随废气排放的热量也显著降低。
14、在本实用新型中，尽管可通过将环冷低温废气循环作为环冷中温段的冷却风使得环冷中温废气的温度相对于传统工艺的废气温度有所提高，但是将其直接进行利用还是存在风温相对较低而使得余热利用效率相对较低的不足(即难以与工业热水换热获得高参数蒸汽且也不能够直接用于烧结)，因此本实用新型将该中温废气(或环冷中、低温废气的混合废气)先根据烧结工况同时进行富气烧结、富氧烧结、富汽烧结的风量需求进行分流，然后对分流后的环冷废气分别输送进入富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔内进行补氧补热、富氧补热、补氧补热富气等处理，其中补热过程为输送燃气和氧气进行燃烧，燃气一般采用低值可燃气(如高炉煤气、转炉煤气等钢铁厂区易获得低值燃气，可实现自给自足，同时也使得该部分低值燃气也得到充分的回收利用；必要时也可采用高值燃料或燃气，只是相对成本会更高)，通过补氧或富氧燃烧，一方面有利于促进低值可燃气的充分燃烧，进而提高烟气温度，另一方面可使得烟气中氧浓度得到提升，即在实现对环冷废气进行补热的同时同步实现氧浓度的提高。一般经过补氧补热后的这部分环冷废气转变为温度为400℃以上、氧气浓度为145mg/l以上的补氧高温废气，经过富氧补热后的这部分环冷废气转变为温度为400℃以上、氧气浓度为160mg/l以上的富氧高温废气，经过补氧补热富气后的这部分环冷废气转变为温度为400℃以上、氧气浓度为145mg/l以上、燃气含量为0.5％以上的补氧富气高温废气。也就是说，通过补氧补热、富氧补热、补氧补热富气等处理，使得难直接利用的环冷中、低温废气转变为容易直接利用的高温废气(补氧高温废气、富氧高温废气以及补氧富气高温废气)，同时也实现了对厂区低值可燃气的高效回收利用。
15、在本实用新型中，采用梯级换热的方式实现对高温废气(补氧高温废气、富氧高温废气以及补氧富气高温废气)的高效回收利用，即将高温废气依次经过高温换热区和低温换热区先后进行两次次间接换热后再进入雾化加汽室选择性地进行或不进行进行雾化补汽，分别产生出高品质蒸汽、工业热水以及可直接进行烧结回用的补氧富汽热风、富氧热风和补氧富气热风。具体为：先将高温废气在高温换热区内与工业热水进行换热产出压力≥1.5mpa、温度≥390℃的高参数蒸汽用于发电，高温换热区出口废气温度降低至160℃～200℃(中温废气，包括补氧中温废气、富氧中温废气以及补氧富气中温废气)；然后再将中温废气在低温换热区与常温水(工业水)通过换热产出温度≥90℃的工业热水，工业热水可回用至高温换热区与高温废气进行换热产生高参数蒸汽或用于烧结矿生产工序，低温换热区出口废气温度降低至130～160℃(低温废气，包括补氧低温废气、富氧热风以及补氧富气热风)；最后将补氧低温废气在水雾补汽区进行雾化水喷加换热冷却，进一步使废气温度降低，同时雾化水吸热汽化为水蒸气，最终产生可直接进行烧结回用的温度为120℃～140℃、氧气浓度为310mg/l～330mg/l、水蒸气浓度约为2.5％～4.8％的补氧富汽热风。也就是说，本实用新型通过梯级换热的方式实现对高温废气的逐级高效利用，并获得了多级可直接内部循环使用的产品，实现了对高温废气的完全消纳利用，无废气排放。
16、在本实用新型中，将补氧富气热风、富氧热风和补氧富汽热风分别通过循环输气管送至烧结机的烧结前段料面、中段料面以及后段料面代替常温空气进入烧结料层促进烧结反应进行。其中，烧结前段指的是烧结点火点至烧结终点间的第1/25至第5/25段料面所处区段；烧结中段指的是烧结点火点至烧结终点间的第6/25至第15/25段料面所处区段；烧结后段指的是烧结点火点至烧结终点间的第16/25至第23/25段料面所处区段。将补氧富气热风直接返回烧结前段料面进行燃气喷吹烧结，提高烧结温度同时促进均热烧结，将富氧热风直接返回烧结中段料面进行富氧热风烧结，提升热风允许温度上限并实现富氧烧结，进一步优化烧结中端烧结反应过程，改善烧结矿产质量指标；而将补氧富汽热风直接返回烧结后段面料面进行蒸汽喷吹烧结，优化烧结中后端烧结反应过程，改善烧结矿产质量。
17、在本实用新型中，在富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔各自底部的补热提质区中均设置有燃烧器，用于提高环冷中、低温废气的温度和氧气浓度以及燃气浓度。需要说明的是，向富汽提质腔内的环冷废气进行补热燃烧时，补充的氧气量为使得最终进入烧结的热风的氧含量不低于常温空气中的氧气浓度。而对富氧提质腔内的环冷废气进行补热燃烧时，补充的氧气量为使得最终进入烧结的热风的氧含量原高于常温空气中的氧气浓度。向富气提质腔内的环冷废气进行补热燃烧时，补充的氧气量为使得最终进入烧结的热风的氧含量不低于常温空气中的氧气浓度的同时燃气的补充量为使得最终进入烧结的热风的燃气含量过量约0.5～0.6wt％。需要说明的是，各个补热提质区中的燃烧器是分别独立的补热烧嘴和补氧喷头，并且分别独立进行调控。
18、在本实用新型中，在富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔各自的高温换热区内自下而上依次设置有高参数蒸汽过热器、高参数蒸汽蒸发器、高参数省煤器、除氧蒸发器以及低参数省煤器，在其外侧设置有汽包、除氧器、除盐水管网以及蒸汽发电机构，来自补补热提质区的高温废气与送入高温换热区内的工业热水进行间接换热，工业热水吸收高温废气携带的热量后转换为高参数蒸汽以进行发电；高温废气则转变为中温废气向上进入低温换热区。
19、在本实用新型中，在富汽提质腔、富氧提质腔以及富气提质腔各自的低温换热区内设置有工业水加热器，工业水加热器与设置在外部的工业水管网相连通。工业水管网将工业冷水(环境温度)送入工业水加热器内与来自高温换热区的中温废气进行间接换热，工业冷水吸热后产生工业热水并供给高温换热区内和烧结生产工序；中温废气换热冷却后转变为补氧低温废气、富氧热风以及补氧富气热风等，其中补氧低温废气向上进入水雾补汽区。
20、在本实用新型中，在水雾补汽区内设置有水雾喷管。来自低温换热区的补氧低温废气在通过水雾喷管进行喷加水雾，在降低废气温度的同时提高废气中水蒸汽的浓度，进而获得可直接进行烧结回用的补氧富汽热风(富氧热风以及补氧富气热风不进行水雾补汽过程直接排出进入烧结)。
21、在本实用新型中，本实用新型的方法和系统采取综合烧结环冷低温废气串级利用、废气同步补热补氧提质、梯级换热、选择性补蒸汽等技术手段，消除低温废气直接排放，并采用钢铁厂区低价值煤气燃烧补热协同补氧或富氧燃烧，将中、低温废气温度提升至满足生产高参数蒸汽要求的同时显著提升废气中的氧气含量，经过换热产出高品质蒸汽、工业热水后，采取选择性喷水雾的形式进一步控制烟气温度，同时达到使废气中含定量水蒸汽的目的。通过采取上述技术措施，第一，实现了烧结环冷中、低温废气余热的回收由直接排放或回收低参数蒸汽转变为回收高参数蒸汽，余热回收品质和效率提高；第二，在补热的同时向中、低温废气中补氧、补燃气、选择性补水蒸汽，提高最终返回烧结的废气中氧浓度(≥常温空气中氧气浓度310mg/l)，使得进入烧结的废气温度＞120℃时其氧含量仍可满足烧结反应需要，消除高温下氧气稀薄对烧结过程的负面影响，提高烧结过程对废气余热的利用率；第三，将补氧富汽热风输送至烧结后段料面进行富汽烧结，将富氧热风输送至烧结中段料面进行富氧烧结，将补氧富气热风输送至烧结前段料面进行富气烧结，相比普通空气既含有燃气和富余氧气又含有部分蒸汽，将现有“燃气喷吹烧结技术”、“富氧烧结技术”和“料面喷吹水蒸汽技术”等耦合在一起对烧结的改善作用叠加，采用该废气替代空气进行烧结时可显著改善烧结矿产质量指标、降低污染物排放。
22、与现有技术相比较，本实用新型的有益技术效果如下所述：
23、1：本实用新型供的系统实现了烧结环冷中、低温废气余热的回收由直接排放或回收低参数蒸汽转变为回收高参数蒸汽，废气零排放，实现余热回收品质和效率的显著提高；同时在补热的同时向中低温废气中补氧和补气，提高最终返回烧结的废气中氧浓度和燃气含量，在废气温度＞120℃时进入烧结料层的废气氧含量仍可满足反应需要，消除高温下氧气稀薄对烧结过程的负面影响，提高烧结过程对废气余热的利用率。
24、2：本实用新型供的系统将补热、补氧、富氧、补气、补汽等单元整合为一体，可调节性强，综合烧结环冷低温废气串级利用、中温废气同步补热提质、梯级换热富氧、富燃气和富蒸汽等技术手段的积极作用，大幅提高环冷机中低温废气的余热利用效率，降低废气排放量。
25、3：本实用新型的系统形成的补氧富气热风、富氧热风、补氧富汽热风分别返回烧结的不同料面分别进行补氧燃气喷吹烧结、富氧热风烧结和补氧蒸汽喷吹烧结，相比现有单独的燃气喷吹烧结、热风烧结和蒸汽喷吹烧结具有更佳的烧结产质量提升和污染物控制效果。
1.一种环冷废气多元提质协同烧结的系统，其特征在于：该系统包括烧结机(1)、环冷机(2)以及一体式废气分流提质装置(3)；所述一体式废气分流提质装置(3)的内腔被隔墙(301)分隔为三个互不相通的竖直腔室，分别记为富汽提质腔(31)、富氧提质腔(32)以及富气提质腔(33)；在富汽提质腔(31)、富氧提质腔(32)以及富气提质腔(33)各自底部的进风口均设置有独立的进气阀(302)；富汽提质腔(31)、富氧提质腔(32)以及富气提质腔(33)均自下而上包括依次串通的补热提质区(4)、高温换热区(5)以及低温换热区(6)，在富汽提质腔(31)的顶部还设置有水雾补汽区(7)；富汽提质腔(31)的顶部出风口通过补氧富汽热风输送管道(303)与烧结机(1)上方后段风罩(103)的进风口相连通；富氧提质腔(32)的顶部出风口通过富氧热风输送管道(304)与烧结机(1)上方中段风罩(102)的进风口相连通；富气提质腔(33)的顶部出风口通过补氧富气热风输送管道(305)与烧结机(1)上方前段风罩(101)的进风口相连通；环冷机(2)的废气出口通过废气输送管道(201)与一体式废气分流提质装置(3)的底部进风口相连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：前段风罩(101)的前、后两端分别位于烧结机点火炉后的第1/25段料面前端和第5/25段料面后端；中段风罩(102)的前、后两端分别位于烧结机点火炉后的第6/25段料面前端和第15/25段料面后端，后段风罩(103)的前、后两端分别位于烧结机点火炉后的第16/25段料面前端和第23/25段料面。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：在富汽提质腔(31)、富氧提质腔(32)以及富气提质腔(33)各自的补热提质区(4)内均设置有独立的燃烧器(401)，并且三个燃烧器(401)的进气端均独立连接有燃气输送管路(402)和氧气输送管路(403)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：燃气输送管路(402)均与厂区煤气管网相连通，氧气输送管路(403)均与厂区氧气管网相连通。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：在富气提质腔(33)的补热提质区(4)内还独立设置有天然气补充管路(404)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于：在富汽提质腔(31)、富氧提质腔(32)以及富气提质腔(33)各自的高温换热区(5)内均自下而上依次独立设置有高参数蒸汽过热器(501)、高参数蒸汽蒸发器(502)、高参数省煤器(503)、除氧蒸发器(504)以及低参数省煤器(505)；在高温换热区(5)的外侧还设置有汽包(506)、除氧器(507)、除盐水管网(508)以及蒸汽发电机构(509)；所要高参数蒸汽过热器(501)的一端均通过管阀组与蒸汽发电机构(509)相连接，它们的另一端均通过管道与汽包(506)相连接；所有高参数蒸汽蒸发器(502)的两端均通过管道与汽包(506)相连接；所有高参数省煤器(503)的一端均通过管道与除氧器(507)相连接，它们的另一端均通过管道与汽包(506)相连接；所有除氧蒸发器(504)的两端均通过管道与除氧器(507)相连接；所有低参数省煤器(505)的一端均通过管道与除盐水管网(508)相连接，它们的另一端均通过管道与除氧器(507)相连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于：在富汽提质腔(31)、富氧提质腔(32)以及富气提质腔(33)各自的低温换热区(6)内均独立设置有工业水加热器(601)，在低温换热区(6)的外侧设置有工业水管网(602)和热水利用管道(603)；所有工业水加热器(601)的进水端均与工业水管网(602)相连接，它们的出水端均与热水利用管道(603)相连接。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于：在富汽提质腔(31)的水雾补汽区(7)内设置有水雾喷管(701)，水雾喷管(701)的进水端与低参数省煤器(505)靠近除氧器(507)的一端相连接。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于：环冷机(2)低温段的低温废气出口和其中温段的中温废气出口均通过废气输送管道(201)与一体式废气分流提质装置(3)的底部进风口相连通。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于：环冷机(2)低温段的低温废气出口先通过循环风管与其中温段的冷却风入口相连通，然后环冷机(2)中温段的中温废气出口再通过废气输送管道(201)与一体式废气分流提质装置(3)的底部进风口相连通。
