本发明涉及钢铁冶金生产设备，具体涉及一种煤粉耦合热风直流供热的带式焙烧系统，属于钢铁冶金生产。
背景技术：
1、氧化球团是高炉冶炼用的一种重要炉料，目前，市面上生产氧化球团的工艺主要有带式焙烧机、链篦机-回转窑和竖炉球团工艺三大类。其中竖炉球团工艺已被逐渐淘汰，市场占比不到5%；而带式焙烧机工艺凭借其占地面积小、设备整体性好、能耗与排放指标先进等优势，在行业内备受青睐，国内外市场占比不断攀升，俨然已成为未来球团市场的主流。
2、在当下钢铁市场趋势中，大力发展低成本球团工艺是未来钢铁升级转型的关键，目前，带式焙烧机作为球团主流工艺，受装备技术限制，只能采用高热值煤气（天然气或焦炉煤气）作为燃料，无法选用我国资源最丰富、成本最低廉的煤粉，导致以下问题：1）工序成本高：由于带式焙烧机工艺目前必须采用高热值煤气，而这部分高热值煤气的价格是非常高昂的，所以导致整个带式焙烧机生产球团的工序成本居高不下；2）工艺适宜性有限：由于我国钢企分布较分散，很多偏远的钢企厂内没有高热值煤气资源，为了修建一条带式焙烧机球团生产线而特地去花高价引入一条煤气管路对很多钢企来说不经济也不现实，进而导致了很多钢企望而生叹、无法选用带式焙烧机工艺。
技术实现思路
1、针对现有技术中现有带式焙烧工艺采用高热值煤气作为燃料而存在生产成本高以及应用受到限制等问题，本发明提供了一种煤粉耦合热风直流供热的带式焙烧系统，该系统能够将廉价的煤粉作为供热燃料用于带式焙烧装置，具有生产成本低的优点，无需对现有带式焙烧装置的主体进行改动即可实现，大大扩大了现有带式焙烧装置的应用范围，为钢铁球团生产中的带式焙烧工艺提供了新的发展方向，社会经济效益显著且具备大规模推广实施应用的优良前景。
2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下所述：
3、一种煤粉耦合热风直流供热的带式焙烧系统，该系统包括带式焙烧机和风煤喷入机构。根据物料的走向，所述带式焙烧机包括依次串联的干燥段、预热段、焙烧段、冷却段以及罩设在各段上方的热风罩。所述风煤喷入机构包括热风主管、热风支管以及煤粉喷入管道。
4、热风主管的进风端与冷却段的顶部出风口相连接，其出风端延伸至焙烧段处热风罩的上方。所述热风支管整体呈竖直式设置，其上端与热风主管的排风端相连接，其下端向下延伸后与焙烧段上方热风罩的进风口相连接。煤粉喷入管道与热风支管的上部相连接，并且在热风支管的中部设置有加热点火装置。
5、作为优选，所述热风支管包括上部下行斜管、中部竖直管道以及下部上行斜管。上部下行斜管的顶端与热风主管相连通，其底端向下倾斜延伸后与中部竖直管道的顶端相连通。下部上行斜管的底端与中部竖直管道的底端相连通，其顶端向上倾斜延伸后与焙烧段上方热风罩的侧部进风口相连通。煤粉喷入管道与上部下行斜管相连通，加热点火装置设置在中部竖直管道上。
6、作为优选，该系统还包括有煤灰收集称重机构，所述煤灰收集称重机构包括集灰斗、承力板以及称重弹性件。所述集灰斗的上端通过承力板与称重弹性件的下端相连接，称重弹性件的上端连接在中部竖直管道与下部上行斜管交接处的下侧管壁上，并且在位于集灰斗开口上方的热风支管管壁上开设有落灰口。优选，集灰斗底部卸灰口下方还设置有输灰皮带。
7、作为优选，称重弹性件为具有弹性密封隔气帘的称重弹簧。弹性密封隔气帘的材质可以是任意的不通气的软质材料。
8、作为优选，所述煤粉喷入管道包括煤粉总管和煤粉支管。煤粉总管通过煤粉支管与上部下行斜管相连通，在煤粉支管上设置有煤粉喷入阀。优选，煤粉支管与上部下行斜管倾斜相交并且煤粉支管的倾斜方向与上部下行斜管的倾斜方向相反，即煤粉的喷入方向与热风气流方向相对。
9、作为优选，煤粉总管通过多根带有煤粉喷入阀的煤粉支管与上部下行斜管相连通。优选，多根带有煤粉喷入阀的煤粉支管沿上部下行斜管的周向以螺旋环绕的方式均匀分布设置。
10、作为优选，所述加热点火装置为电弧式加热电极，包括电弧正极棒和电弧负极棒，电弧正极棒和电弧负极棒相对设置在中部竖直管道的管壁上。
11、作为优选，在中部竖直管道的管壁上自上而下设置有多对电弧正极棒和电弧负极棒。
12、作为优选，该系统还包括有隔断机构，所述隔断机构包括上隔挡板和下隔挡板。所述上隔挡板通过上板驱动电机呈竖状设置在下部上行斜管管腔的上侧内壁上，所述下隔挡板通过下板驱动电机呈竖状设置在下部上行斜管管腔的下侧内壁上。通过上板驱动电机和下板驱动电机分别驱动上隔挡板和下隔挡板的竖直高度。在下部上行斜管的轴向方向上，上隔挡板和下隔挡板依次交错间隔分布设置。
13、作为优选，在上部下行斜管上还连接有煤气喷入管道。
14、作为优选，在上部下行斜管上还连接有水蒸汽喷入管道。
15、作为优选，沿着物料流动的宽度方向，在焙烧段上方热风罩内设置有若干个测温元件。
16、作为优选，沿着物料流动的宽度方向，在焙烧段上方热风罩的两侧呈对称式设置有一对热风支管。优选，沿着物料流动的长度方向，在焙烧段上方热风罩的两侧设置有多对热风支管。
17、作为优选，所述干燥段包括鼓干段和抽干段。所述冷却段包括冷却一段和冷却二段。冷却一段和冷却二段的底部进风口均连接有冷却风机。冷却一段的顶部出风口与热风主管相连接。冷却二段的顶部出风口通过第一热风管道与鼓干段的底部进风口相连接。热风主管上还引出有第二热风管道与预热段的顶部进风口相连接。焙烧段的底部出风口通过第三热风管道与抽干段的顶部进风口相连接。鼓干段的顶部出风口、抽干段的底部出风口以及预热段的底部出风口均连接有外排风管。
18、作为优选，当采用该系统进行生产时，根据实际工况通过煤粉喷入管道控制喷入的煤粉量进而保证系统的稳定运行，具体为：设定单位时间内通过煤粉喷入管道喷入的煤粉量为wmf，kg：则有：
19、wmf=wqt×cqt×(t1-t0)÷qmf （1）
20、在式（1）中，wqt为单位时间内流经焙烧段的球团质量（即单位时间内焙烧段共计需要加热的球团总质量），kg。cqt为球团的比热容，kj/(kg·℃)。t1为焙烧段内球团需要被加热的温度，℃。t0为焙烧段内球团的初始温度，℃。qmf为煤粉的燃值，kj/kg。
21、作为优选，当单位时间内通过煤粉喷入管道喷入的煤粉量为wmf时：加热点火装置对热风支管进行加热的高度为l，m。煤灰的生成质量为wmh，kg。则有：
22、l=wmf×λ×v×d （2）
23、wmh=wmf×η （3）
24、在式（2）-（3）中，λ为高度修正系数，取值为8.2~14.9（优选为9.0~12.5）。v为进入焙烧段的热风流速，m/s。d为煤粉的粒径，m。η为煤灰生成系数，取值为0.005~0.05。
25、在本发明中，对焙烧物料进行冷却的冷却风是由风机鼓入，在冷却段与高温物料换热，换热后的热风通过设置在焙烧段上方的二次进风机构（热风主管和热风支管）进入到焙烧段为焙烧供热系统充当助燃风；在此过程中，根据实际工况的需要，向热风支管内喷入煤粉并通过加热点火装置点燃燃烧后对热风进行加热使得最终进入焙烧段的热风温度满足焙烧需求，即通过利用带式焙烧装置上方闲置空间，通过改变热风支管的竖直高度，为煤粉的喷入和燃烧提供场所，使得煤粉能够代替高质煤气作为焙烧供热燃料且也不用额外增设燃烧室，也不用额外占用场地，显著降低了生产成本，且相对于价格高昂且运输不便的高质煤气而言，煤粉具有分布更广，来源获取及运输简便等优点，实用性和经济性更强；也就是说，本发明能够在不降低焙烧产品质量的前提下，实现了以廉价煤粉代替高昂煤气作为焙烧供热燃料的突破，克服了现有带式焙烧装置工序成本高、工艺适宜性受限的不足，为钢铁球团生产中的带式焙烧工艺提供了新的发展途径。
26、在本发明中，利用带式焙烧装置上方闲置空间，将传统热风支管的高度提高，即热风支管包括与热风主管相连通的上部下行斜管、中部竖直管道以及与焙烧段内腔相连通的下部上行斜管，并在上部下行斜管上增设了煤粉喷入管道（由煤粉总管、煤粉支管和煤粉喷入阀等组成），其作用是向上部下行斜管的管段内喷入煤粉，使得煤粉与二次热风混在一起并匀速下行。需要说明的是，此处煤粉喷入管道的布置有一个优选方案，即多根煤粉支管围绕上部下行斜管的周向螺旋环绕的方式均匀分布设置，且且倾斜设置使得煤粉的喷入相对于气流为逆向喷入，采取这种环形螺旋逆向喷入的方式，可以有效强化煤粉与二次热风的混匀速率，防止出现煤粉浓度不均的情况发生，为后续煤粉的快速充分燃尽奠定基础。
27、在本发明中，本发明将传统热风支管的高度提高主要体现在提高中部竖直管道的高度，并中部竖直管道上增设了加热点火装置，即通过加热点火装置对混合均匀的煤风混合流体进行加热点火，使得煤粉在中部竖直管道内即可快速燃尽，进而显著提高二次热风的风温，保证焙烧段温度的均匀性，有助于提高和保障焙烧产品质量。在一个优选的实施方案中，加热点火装置具体包括在中部竖直管道上自上而下呈对称式设置的若干对交流电弧电极，每对电极均由电弧正极棒与电弧负极棒组成，其作用是在正、负电极棒之间形成击穿电弧，形成局部高温，以此引燃在电极棒中间行走的煤粉流束，使得煤粉可以一边在竖直管段内自上而下流动，一边快速燃烧。
28、在本发明中，通过在热风支管底部（具体为在中部竖直管道底端与下部上行斜管底端的交接处）增设了煤灰收集称重机构（防止煤粉进入焙烧料层中，由于煤灰硅含量较高，容易导致球团矿粘结），该煤灰收集称重机构由集灰斗、承力板以及称重弹性件等组成，其中称重弹性件上端被固定在热风支管底部上，其下端与承力板一端相连，且承力板的另一端与称重斗相连，其目的是将中部竖直管道燃尽的煤灰在重力作用下在此处堆积并称重，以此判断是否有煤灰进入焙烧段的热风罩内或是有煤粉未燃尽的异常工况发生。需要说明的是，称重弹性件为具有弹性密封隔气帘的称重弹簧，弹性密封隔气帘的材质可以是任意的不通气的软质材料且不影响弹簧的伸缩，其主要作用是保证气密性，防止漏风。
29、在本发明中，中部竖直管道的底端是低于焙烧段热风罩进风口高度的设计，其通过下部上行斜管与焙烧段热风罩进风口相连通；在倾斜向上设置的下部上行斜管内还增设了迷宫式隔断机构，其由上隔挡板、上板驱动电机、下隔挡板和下板驱动电机等组成，其中下、上隔挡板分别设置于煤粉迎流方向的前后（任何设置角度均应列入本发明的保护范围内），其目的是将到达底部并继续经由下部上行斜管向焙烧段流动的二次热风中夹带的煤粉和煤灰在隔挡板的作用下被挡下，并使得被挡下的煤粉和煤灰在自然重力作用下沉降至其下部的煤灰称重斗内。
30、在本发明中，还通过在焙烧段上方热风罩内设置有若干个测温元件，其目的是通过元件测温，推断出焙烧室内的温度是否均匀，进而推断出是否有未燃尽的煤粉进入了焙烧室内继续燃烧。
31、在本发明中，当采用本发明所述系统进行生产时，根据实际工况通过煤粉喷入管道控制喷入的煤粉量进而保证系统的稳定运行，具体为：系统将首先检测当前工况中的多项工况条件（包括球团质量、所需焙烧温度、煤粉燃值等），推算出煤粉应喷入值，如设定单位时间内通过煤粉喷入管道喷入的煤粉量为wmf，kg：则有：
32、wmf=wqt×cqt×(t1-t0)÷qmf （1）
33、在式（1）中，wqt为单位时间内流经焙烧段的球团质量（即单位时间内焙烧段共计需要加热的球团总质量），kg。cqt为球团的比热容，kj/(kg·℃)。t1为焙烧段内球团需要被加热的温度，℃。t0为焙烧段内球团的初始温度，℃。qmf为煤粉的燃值，kj/kg。
34、进一步地，当单位时间内通过煤粉喷入管道喷入的煤粉量为wmf时：系统自动根据该计算值控制煤粉喷入阀门的开度，同时，根据煤粉喷入值推算中部竖直管道需引燃电弧区的竖直高度范围，以及煤灰生成值等，如设定加热点火装置对热风支管进行加热的高度为l，m。煤灰的生成质量为wmh，kg。则有：
35、l=wmf×λ×v×d （2）
36、wmh=wmf×η （3）
37、在式（2）-（3）中，λ为高度修正系数，取值为8.2~14.9（优选为9~12.5）。v为进入焙烧段的热风流速，m/s。d为煤粉的粒径，m。η为煤灰生成系数，取值为0.005~0.05。
38、需要说明的是，系统根据式（2）-（3）的推算结果开启相对应的电弧元件，例如推算出来的高度l是需要开启6对交流电弧电极，则开启6对交流电弧电极，之后，系统将检测卸灰斗内称得的煤灰重量是否与推算出来的煤灰生成值wmh相等，如果相等，则本次调节结束，如果不相等，则进入反馈调节环节。在反馈调节环节中，系统将通过设置在焙烧段上方热风罩内的若干个测温元件检测焙烧段热风罩内不同位置的温度值是否均温：如果是，则表明煤粉已在中部竖直管道内燃尽，但煤灰进入了焙烧段内，此时系统将向迷宫式隔断机构发出信号，加大隔断板（上隔挡板和下隔挡板）的插入深度，减少煤粉被二次热风带入焙烧段的可能性；如果不是均温，则表明煤粉在中部竖直管道内未燃尽且进入焙烧段后还存在二次燃烧，此时系统将向加热点火装置发出信号，延长中部竖直管道上引燃电弧区的距离范围（即增加交流电弧电极的开启对数）。由此操作后，系统将继续检测卸灰斗内灰粉的重量并将之与推算得到的煤灰生成值比对，如果依然不相等，则重复本环节步骤直至相等为止，如果相等，则系统默认本次调节结束。
39、需要说明的是，本发明中所有的公式均为发明人根据实验和工程应用后拟合所得，所有的计算均为按照规定的单位换算后的数值，将换算单位后的数值代入公式计算获得（换算单位后，仅将数值代入公式计算，不代入单位，单位仅用于调整数值的大小）。
40、在本发明中，本发明还通过在热风支管的上部下行斜管上增设了煤气喷入装置（带有控制调节阀的煤气喷入管道），其作用是当煤粉喷入量无法提升时，可辅以煤气助燃，为焙烧段提供合格的高温二次热风。
41、在本发明中，本发明还通过在热风支管的上部下行斜管上增设了水蒸汽喷入装置（带有控制调节阀的水蒸汽喷入管道），其作用是当煤粉喷入量和煤气喷入量均无法提升、且煤粉难燃尽时，可辅以水蒸汽喷入使其与煤粉发生水煤气反应，强化煤粉燃尽率，为焙烧段提供合格的高温二次热风。
42、在本发明中，本发明的系统具有与外部自动控制和调节机构相关联的功能，通过自动控制和调节机构实现本系统的自动化和精确化控制与调节，进而保障系统运行的稳定性和安全性。
43、在本发明中，在优选的实施方案中，热风主管的管径为5~300cm，优选为8~200cm，更优选为10~100cm。热风支管的管径为1~200cm，优选为3~150cm，更优选为5~80cm。煤粉喷入管道的管径为5~100cm，优选为8~80cm，更优选为10~50cm。热风支管竖直段的高度为0.3~10m，优选为0.8~8m，更优选为1~5m。热风罩的厚度为0.1~80cm，优选为0.5~50cm，更优选为1~30cm。
44、与现有技术相比较，本发明的有益技术效果如下所述：
45、1：本发明的带式焙烧系统能够采用廉价煤粉实施供热焙烧，契合我国富煤的特点，即通过将廉价资源煤炭予以应用并使得整个带式焙烧机生产球团的工序成本得到了有效降低；此外由于煤粉分布广且运输存储便利，使得焙烧工艺的适宜性和适应性得到大幅提高，有助于带式焙烧机工艺在国内的推广和普及。
46、2：本发明的带式焙烧系统无需占用额外场地即可实施，且投资和运行成本低廉，整体结构简单，运行稳定可靠，在未来市场具有优良的实践应用价值。
1.一种煤粉耦合热风直流供热的带式焙烧系统，其特征在于：该系统包括带式焙烧机和风煤喷入机构；根据物料的走向，所述带式焙烧机包括依次串联的干燥段（1）、预热段（2）、焙烧段（3）、冷却段（4）以及罩设在各段上方的热风罩（5）；所述风煤喷入机构包括热风主管（6）、热风支管（7）以及煤粉喷入管道（8）；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述热风支管（7）包括上部下行斜管（701）、中部竖直管道（702）以及下部上行斜管（703）；上部下行斜管（701）的顶端与热风主管（6）相连通，其底端向下倾斜延伸后与中部竖直管道（702）的顶端相连通；下部上行斜管（703）的底端与中部竖直管道（702）的底端相连通，其顶端向上倾斜延伸后与焙烧段（3）上方热风罩（5）的侧部进风口相连通；煤粉喷入管道（8）与上部下行斜管（701）相连通，加热点火装置（9）设置在中部竖直管道（702）上。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：该系统还包括有煤灰收集称重机构（10），所述煤灰收集称重机构（10）包括集灰斗（1001）、承力板（1002）以及称重弹性件（1003）；所述集灰斗（1001）的上端通过承力板（1002）与称重弹性件（1003）的下端相连接，称重弹性件（1003）的上端连接在中部竖直管道（702）与下部上行斜管（703）交接处的下侧管壁上，并且在位于集灰斗（1001）开口上方的热风支管（7）管壁上开设有落灰口；优选，集灰斗（1001）底部卸灰口下方还设置有输灰皮带（1004）；
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于：所述煤粉喷入管道（8）包括煤粉总管（801）和煤粉支管（802）；煤粉总管（801）通过煤粉支管（802）与上部下行斜管（701）相连通，在煤粉支管（802）上设置有煤粉喷入阀（803）；优选，煤粉支管（802）与上部下行斜管（701）倾斜相交并且煤粉支管（802）的倾斜方向与上部下行斜管（701）的倾斜方向相反，即煤粉的喷入方向与热风气流方向相对；
5.根据权利要求2-4中任一项所述的系统，其特征在于：所述加热点火装置（9）为电弧式加热电极，包括电弧正极棒（901）和电弧负极棒（902），电弧正极棒（901）和电弧负极棒（902）相对设置在中部竖直管道（702）的管壁上；
6.根据权利要求2-5中任一项所述的系统，其特征在于：该系统还包括有隔断机构（11），所述隔断机构（11）包括上隔挡板（1101）和下隔挡板（1102）；所述上隔挡板（1101）通过上板驱动电机（1103）呈竖状设置在下部上行斜管（703）管腔的上侧内壁上，所述下隔挡板（1102）通过下板驱动电机（1104）呈竖状设置在下部上行斜管（703）管腔的下侧内壁上；通过上板驱动电机（1103）和下板驱动电机（1104）分别驱动上隔挡板（1101）和下隔挡板（1102）的竖直高度；在下部上行斜管（703）的轴向方向上，上隔挡板（1101）和下隔挡板（1102）依次交错间隔分布设置。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的系统，其特征在于：在上部下行斜管（701）上还连接有煤气喷入管道（12）；和/或
8.根据权利要求2-7中任一项所述的系统，其特征在于：沿着物料流动的宽度方向，在焙烧段（3）上方热风罩（5）内设置有若干个测温元件（14）；
9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于：所述干燥段（1）包括鼓干段（101）和抽干段（102）；所述冷却段（4）包括冷却一段（401）和冷却二段（402）；冷却一段（401）和冷却二段（402）的底部进风口均连接有冷却风机；冷却一段（401）的顶部出风口与热风主管（6）相连接；冷却二段（402）的顶部出风口通过第一热风管道（l1）与鼓干段（101）的底部进风口相连接；热风主管（6）上还引出有第二热风管道（l2）与预热段（2）的顶部进风口相连接；焙烧段（3）的底部出风口通过第三热风管道（l3）与抽干段（102）的顶部进风口相连接；鼓干段（101）的顶部出风口、抽干段（102）的底部出风口以及预热段（2）的底部出风口均连接有外排风管。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其特征在于：当采用该系统进行生产时，根据实际工况通过煤粉喷入管道（8）控制喷入的煤粉量进而保证系统的稳定运行，具体为：设定单位时间内通过煤粉喷入管道（8）喷入的煤粉量为wmf，kg：则有：
