本发明属于氧化球团焙烧竖炉，具体为一种基于绿电加热的零碳球团焙烧竖炉和焙烧方法。
背景技术：
1、炼铁工艺主要的原料为烧结矿和球团矿，而相较于烧结矿，球团矿无论是生产能耗还是污染物排放量都要小得多，实践表明，球团工序能耗仅为烧结工序能耗的40％～50％，每吨球团矿co2排放量约为烧结矿的40％左右，说明球团矿生产在能源消耗上比烧结矿具有很大优势。以球团矿为主的高炉炼铁入炉矿品位高、渣铁比低，燃料比低。根据实际数据统计得出，提高球团矿入炉比率1％，折算吨钢可以降低co2排放0.25％～0.3％。但目前高炉中球团入炉比例仍然处于较低的水平，平均入炉比例仅为15～20％。因此，高炉提高入炉球团矿比例是低碳炼铁的有效技术和发展方向之一，故球团生产的低碳化对于低碳炼铁至关重要。此外，对于非高炉炼铁，尤其是氢基直接还原竖炉作为低碳炼铁的重要发展方向之一，其主要原料仍然为球团矿。因此，无论是对于高炉炼铁还是非高炉炼铁，实现球团的低碳生产势在必行。
2、对于传统的球团生产工艺，如竖炉、链篦机-回转窑、带式焙烧机，近年来炼铁工作者开展了大量低碳技术的研究，但相关技术的局限性在于使用碳素(如煤气、煤等)作为主要的热源，使得球团低碳化生产陷入了边际效益递减的困局。打破这一发展瓶颈的关键在于使用零碳的能源，在国家对清洁能源的大力扶持发展背景下，绿电有潜力成为球团焙烧的关键热源。
技术实现思路
1、申请人研究发现，采用电加热成为球团焙烧的关键热源，一方面，由于电加热空气系统在炼铁工业应用较少，加热(如加热元件和数量等)方式不确定，存在是否能将空气加热到目标高温(例如1200℃以上)，另一方面，加热后的空气温度分布是否均匀，空气加热不均匀会导致烘干球团时容易导致生球焙烧不充分，质量无法保证。
2、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于绿电加热的零碳球团焙烧竖炉和焙烧方法，用于解决现有球团生产工艺高排放、高能耗和产品单一以及常规电加热存在的上述不足等问题。
3、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
4、一种基于绿电加热的零碳球团焙烧竖炉，包括竖炉本体、烘干床、排料装置，烘干床、排料装置分别设置在竖炉本体内的上部和底部，竖炉本体顶部具有物料进口和循环气流出口，还包括导流锥和绿电加热机构，导流锥位于竖炉本体内的中下部且位于烘干床与排料装置之间并靠近排料装置设置，导流锥的下部尺寸由上而下逐渐降低；竖炉本体中部侧面开设热风入口，竖炉本体下部侧面开设冷却风入口，冷却风入口所在圆周直径小于热风入口所在圆周直径，且冷却风入口朝向导流锥的下部；所述绿电加热机构包括具有空气入口和热气出口的加热室、设置在加热室内的若干电加热元件、两个加压装置，两个加压装置均设置在加热室内且分别靠近空气入口和热气出口，若干电加热元件交叉设置并形成s形加热通道，相邻的电加热元件间有孔隙通道供空气流动进行加热，空气入口与所述竖炉本体的循环气流出口连通并与空气源连通，所述加热室由上而下分为至少三个加热腔，且至少三个加热腔呈s型通道连通，最上方的加热腔的右侧设置加压装置、热气出口，最下方的加热腔的左侧设置加压装置、空气入口，至少三个加热腔内均设置交叉设置的若干电加热元件。
5、冷却风入口所在圆周直径小于热风入口所在圆周直径，能利于保证冷风和热风的分布均匀，从而利于提高焙烧球团的质量和效率。
6、其中优选地，所述电加热元件为加热棒或加热板，例如可以为硅钼棒，可以为圆柱形。
7、本发明导流锥可以通过横梁固定在竖炉本体上，一方面，其对下部进入的冷却气体进行均匀导流分布，从而利于成品球团的冷却，使竖炉本体底部中心和边缘球团温度差异减小，避免了局部球团温度过高而导致的破裂现象发生；另一方面，能对球团进行均匀分散，防止球团粘连而冷却不均、影响质量，从而在利于下料的同时提高冷却质量。
8、其中优选地，所述导流锥的下部边缘线与竖直中轴线之间的夹角为30°-60°、优选40°-60°。采用适宜夹角的导流锥，能够改变冷却气体的流动方向，同时延长冷却气体通过的路径，更利于对成品球团的温度控制。
9、其中优选地，所述导流锥的下部至底部之间的竖直距离为冷却风入口与热风入口之间的竖直距离的30％-60％、优选50％-60％。采用适宜距离的导流锥、冷却风入口与热风入口，能够提高竖炉本体内热风和冷却风的匹配，更利于维持球团竖炉焙烧和冷却过程的稳定性和均匀性，从而提高球团焙烧质量。
10、其中优选地，冷却风入口处与竖炉本体竖直中轴线之间的水平距离为热风入口与竖炉本体竖直中轴线之间的水平距离的30％-60％、优选40％-60％，能够实现冷却气体和加热气体的均衡供给，实现竖炉本体内中心和边缘气体温度的均匀分布，降低相互干扰，从而更利于球团竖炉的燃烧效率和产量提升。
11、其中优选地，冷却风入口的水平延伸线与所述导流锥下部的交点处，距离所述导流锥下部的最大直径端、最小直径端的竖直距离分别为d1和d2，d1/d2为1.5-2.5、优选2-2.5。其能够优化冷却风的引导和混合，有利于竖炉内温度控制和球团品质的提升。
12、其中优选地，所述热风入口和冷却风入口均沿竖炉本体的圆周方向分布。
13、其中优选地，所述的竖炉本体的内部从上向下依次为干燥带、预热带、焙烧带、均热带和冷却带。
14、本发明采用如下基于绿电加热的零碳球团焙烧方法：
15、s1、装料：将生球引入前面所述的零碳氧化球团焙烧竖炉中落入烘干床上；
16、s2、送风：将空气引入以绿电为热源的绿电加热机构进行均匀加热，加热后的空气温度通过热风入口进入竖炉本体内，对球团进行焙烧；并根据需求通过冷却风入口引入冷风进而通过导流锥导流，对球团进行均匀冷却，将竖炉本体顶部的尾气循环引入绿电加热机构；
17、s3、排料：将s2所得成品通过排料装置排出炉外。
18、优选地，s1中生球的温度为30-40℃，生球尺寸为10-15mm。
19、优选地，s1中烘干床的角度可以在30°-60°内调节。
20、优选地，s2中绿电加热后的空气温度不低于1200℃。
21、优选地，s2中绿电加热后的空气压力不低于22kpa。
22、优选地，s2中冷风的温度为25℃-40℃。
23、优选地，s3中成品球团分为冷球团和热球团，冷球团温度控制在150℃以下，热球团温度控制在500-800℃。
24、优选地，s3中成品球团的抗压强度不低于2500n/个。
25、本发明应用时，生球通过物料进口进入竖炉本体内的烘干床上，可以按照设定好的比例从空气入口向绿电加热机构中喷入空气，同时通过绿电进行加热；加热气体通过电加热元件达到设定好的温度，加热均匀，后通过周向热风入口进入竖炉本体内对烘干床上的球团进行氧化焙烧；冷却气体从竖炉本体下部周向冷却风入口通入竖炉本体内对焙烧后的球团进行冷却；加热气体、冷却气体在炉内混合后通过竖炉本体顶部的循环气流出口排出循环进入绿电加热机构进行加热；竖炉本体上部存在烘干床，生球经过烘干床进行烘干，继续向下经预热带进行预热，继续向下和逆流的通过绿电加热机构引入的均匀热空气气体焙烧反应后，继续向下经过热风入口对应区域的均热带，后经冷却带到达竖炉本体下部的排料装置，进而排出。
26、本发明烘干床的结构参照本领域现有技术的烘干床结构即可，例如可以包括呈四个方向的出料溜槽，方向分别为±x和±y，出料溜槽上有适当的孔隙以允许干燥空气通过；混合后的热风和冷风上升到烘干床，对生球进行干燥，出料溜槽底部有可供打开的挡板以在适当时机出料、控制烘干时间，出料溜槽中部设置调节装置，可以进行纵向和横向的角度调节。
27、本发明排料装置可以参照本领域现有技术的排料装置结构即可，例如可以主要为齿辊及其连接的液压传动装置，通过转动齿辊降成品球团排入下部，结块的球团则通过剪切挤压破碎后排出，其为现有技术，在此不再赘述。
28、较现有技术相比，本发明具有以下优点：
29、1.零碳排放，采用可再生能源发电，通过特定结构的绿电加热机构进行加热，加热室共有至少三层，电加热元件交叉分布形成s形气流通道，保证对空气充分进行加热，由于加热元件的交叉层状紧密分布，能够保证将气体加热至目标高温；同时在空气入口和热气出口处分别安装有加压装置，可对气体的压力进行调控，该调控能够实现气体在炉内均匀分布的精准调控，利于提高生产过程中气体均匀分布的精确控制；从而实现了以电加热为全部热源兼顾很好的加热均匀性、焙烧充分、氧化球团焙烧质量好，从根本避免了含碳燃料燃烧过程中的碳排放，实现了球团生产零碳排放。并配合特定结构的导流锥来实现冷却气体的分布调控，能够实现竖炉内气体的均匀分布，利于成品球团的温度控制，同时利于协同提高球团的生产效率和质量；且配合热风入口、冷却风入口的特定位置分布，能够实现加热气体和冷却气体的合理匹配，利于球团竖炉生产焙烧和冷却的均匀性和稳定性。总之，本发明能在电加热条件下，提高球团的生产效率和质量。
30、2.本发明的零碳球团焙烧方法，原料适应性强，由于使用具有空气入口的绿电加热机构，能引入空气配合绿电加热作为热能输入，并能进行足量高温加热，使得能控制在空气气氛下竖炉本体内氧含量达到20％以上，不同于传统氧化焙烧球团竖炉中氧化量(传统方案中，以碳为热源，碳燃烧时会消耗氧气，导致竖炉本体内氧气含量低，而冷风携带上去提供的氧气无法及时足量的进入焙烧带，焙烧质量差)，因此可以焙烧不同原料(磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿及其混合矿)的生球，且焙烧后球团质量好。且以绿电为热源，降碳。
31、3.产品应用广，取消了传统氧化焙烧球团竖炉内的导风墙，设置特定结构的导流锥，通过热风入口、冷却风入口分别引入热风和冷风的匹配，可根据后续不同炼铁工艺需求生产冷态(温度低于150℃)或热态球团(温度达到500～800℃)，可用于高炉冷装和气基直接还原竖炉热装。
32、4.将竖炉本体顶部的尾气循环引入绿电加热机构，能耗低，尾气循环利用，提高了节能效果，特别是生产气基直接还原竖炉所用热球团(500～800℃)，一方面，降低了冷却风的输入量，另外一方面，循环热风经过绿电加热机构时温度较高，因此降低了绿电的输入，进一步降低了生产能耗。
33、本发明是一种具有突破意义的创新技术，有望实现球团的零碳生产，同时提高球团的生产效率和质量，为钢铁行业的可持续发展做出重要的贡献。
1.一种基于绿电加热的零碳球团焙烧竖炉，包括竖炉本体、烘干床、排料装置，烘干床、排料装置分别设置在竖炉本体内的上部和底部，竖炉本体顶部具有物料进口和循环气流出口，其特征在于，还包括导流锥和绿电加热机构，导流锥位于竖炉本体内的中下部且位于烘干床与排料装置之间并靠近排料装置设置，导流锥的下部尺寸由上而下逐渐降低；竖炉本体中部侧面开设热风入口，竖炉本体下部侧面开设冷却风入口，冷却风入口所在圆周直径小于热风入口所在圆周直径，且冷却风入口朝向导流锥的下部；所述绿电加热机构包括具有空气入口和热气出口的加热室、设置在加热室内的若干电加热元件、两个加压装置，两个加压装置均设置在加热室内且分别靠近空气入口和热气出口，若干电加热元件交叉设置并形成s形加热通道，相邻的电加热元件间有孔隙通道供空气流动进行加热，空气入口与所述竖炉本体的循环气流出口连通并与空气源连通；所述加热室由上而下分为至少三个加热腔，且至少三个加热腔呈s型通道连通，最上方的加热腔的右侧设置加压装置、热气出口，最下方的加热腔的左侧设置加压装置、空气入口，至少三个加热腔内均设置交叉设置的若干电加热元件。
2.根据权利要求1所述的一种基于绿电加热的零碳球团焙烧竖炉，其特征在于，所述热风入口和冷却风入口均沿竖炉本体的圆周方向分布。
3.根据权利要求1所述的一种基于绿电加热的零碳球团焙烧竖炉，其特征在于，所述导流锥的下部边缘线与竖直中轴线之间的夹角为30°-60°。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于绿电加热的零碳球团焙烧竖炉，其特征在于，所述导流锥的下部至底部之间的竖直距离为冷却风入口与热风入口之间的竖直距离的30％-60％，冷却风入口处与竖炉本体竖直中轴线之间的水平距离为热风入口与竖炉本体竖直中轴线之间的水平距离的30％-60％。
5.根据权利要求4所述的一种基于绿电加热的零碳球团焙烧竖炉，其特征在于，冷却风入口的水平延伸线与所述导流锥下部的交点处，距离所述导流锥下部的最大直径端、最小直径端的竖直距离分别为d1和d2，d1/d2为1.5-2.5。
6.根据权利要求1所述的一种基于绿电加热的零碳球团焙烧方法，其特征在于，所述导流锥的上部的尺寸由上而下逐渐增加。
7.根据权利要求1所述的一种基于绿电加热的零碳球团焙烧方法，其特征在于，所述的竖炉本体的内部从上向下依次为干燥带、预热带、焙烧带、均热带和冷却带，其中，烘干床和热风入口之间由上而下依次分为预热带、焙烧带，均热带位于热风入口的对应区域。
8.一种基于绿电加热的零碳球团焙烧方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种基于绿电加热的零碳球团焙烧方法，其特征在于，s1中生球的温度为30-40℃，生球尺寸为10-15mm；
10.根据权利要求8或9所述的一种基于绿电加热的零碳球团焙烧方法，其特征在于，s2中绿电加热后的空气温度不低于1200℃，压力不低于22kpa，s2中冷风的温度为25℃-40℃；
