年產250萬噸直接還原鐵項目可行性研究報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 達到 94~97%。而硫化氫含量低于 25%V 左右的酸性氣，硫回率將更低。 對于硫化氫含量低的富 酸性氣 ,可采用絡合鐵法。其溶液的活性及穩定性好，正常情況下無 Fe(OH)3 沉淀，沒有堵塔危險。溶液極易再生，生成硫的顆粒大，易于分離。另外，脫硫溶液無毒，對環境污染少；溶液配置簡單，原料價廉易得；溶液中付反應生成物增長速度慢。 由于絡合鐵法流程簡單、設備少、占地少、投資省，該法也是較普遍采用的氧化脫硫方法，國外應用較普遍，我國蘭州化肥廠、騰縣化肥廠等用此法脫硫，并進行硫回收。 綜合以上，本項目采用絡合鐵法脫硫。 直接還原鐵方案 直接還原工藝用于將球團礦或塊礦形式的鐵氧化物轉換成適于煉鋼的高度還原 產品。為實現這種轉換，還原工藝利用連續流動的還原氣體用化學方法從鐵氧化物中提取氧。還原過程在低于給料熔融溫度的條件下進行。將還原氣（氫、一氧化碳和其它成分的混合物）以可控的成分和溫度引入到還原反應器內。還原氣沿反應器向上流動，將下降的鐵氧化物加熱到還原溫度。氫氣及一氧化碳從鐵氧化物中提取出氧，得到高純度還原產品。 19 直接還原溫度控制在 850950℃。 還原區發生的基本反應如下： 3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2 3 Fe2O3 + H2 2 Fe3O4 + H2O Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2 Fe3O4 + H2 3 FeO + H2O FeO + CO Fe + CO2 FeO + H2 Fe + H2O 3Fe + 2CO Fe3C + CO2 3Fe + CO + H2 Fe3C + H2O 3Fe + CH4 Fe3C + 2H2 在氣基直接還原工藝中，豎爐法的 MIDREX 和 HYL 占有絕對優勢，具有工 藝技術成熟可靠、投資少、生產率高（容積利用系數可達 8～ 12t/m3178。 d1）、單爐產量大（最高達 180 萬 t/年）等優點。目前， MIDREX 和 HYL豎爐生產技術經過不斷完善，已實現規模化生產。 Midrex 法 Midrex 法為美國米德萊克斯 (Midrex)公司所發明 ， 是目前普遍使用的生產方法。據統計，其生產量 2021 年為 2684 萬 t，占直接還原法產量的 66％以上。氣基 Midrex 法是具有 代表性的氣基豎爐法，它由供料系統、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。 Midrex 法的一次能源是天然氣，通過天然氣蒸汽轉 化反應將其轉化成 CO 和H2。爐料從爐頂通過布料器 (或多個加料管 )合理地布入爐中，在還原區與 CO 和H2進行還原反應， 最后產品由爐底排出。 直接還原后的廢氣中仍含有大量的 CO和 H2(約 70％ )， 通過洗滌器重新返回到重整爐， 重整后 進入豎爐循環使用。 Midrex 豎爐法是 1968 年由美國提出， 1969 年第一次建廠，而后迅速發展起來。 Midrex 豎爐法特點是設備緊湊，充分利用余熱，生產率高，但對礦石和 還原 氣的含硫量要求嚴格。 20 HYL 法 希爾法 (HYL 法 )為墨西哥鍍錫板和薄板公司的發明， HYL 是這家公司英文縮寫。 20 世紀 70 年代墨西哥在固定床 HYLI 法基礎上發展為 HYLⅢ式豎爐，應用相當廣泛，約占世界直接還原鐵產量的 17％。 HYL 法 工藝 爐料（鐵礦石球團）自反應器頂部加入，還原氣由中部還原區進入。從上至下，還原分四個階段進行：第一為加熱和初還原階段；第二為主還原階段；第三為冷卻和滲碳階段；第四為卸料階段。其特點是對 CO 和 H2 比例要求不嚴格。 從發展的角度 來看， Midrex 技術工藝 的市場占有率在相當長的一段時間內仍將占據統治地位。綜合考慮設備費、專利費、運行費、工藝成熟性和技術易得性，該項目擬 采 改進的 Midrex 法 。 鐵浴爐鐵水方案 鐵浴爐工藝方案 鐵浴爐生產工藝是一個正壓操作的直立的縮口的熔煉容器，由耐火材料爐襯砌筑而成的爐膛和水冷爐頂結構構成。耐火材料爐膛包括鐵水熔池，熔渣浮于鐵水之上。入爐原料 (煤，焦粉，礦粉，熔劑 )用氮氣從安裝在側面的盆腔同時吹入熔池。原料主要是從爐身上部加入的直接還原鐵，含鐵污泥干燥后從爐身側部的槍噴入爐內。熔劑主要是粉狀氧化鈣、氧化鎂等。氧化鈣調節堿度和脫硫效果，氧化鎂調節渣的流動性。煤和焦為發熱劑和還原劑。鐵熔池上面，分散著隨煤加入的碳素發生氧化反應，與含鐵原料發生氧化反 應，生成一氧化碳，煤炭里面的揮發份分解產生氫氣。隨著一氧化碳、氫氣、氮氣載體從熔池快速逸出，金屬和爐渣射流從頂部噴入，從熱風爐送過來的 1200℃的熱空氣通過水冷噴槍從頂部鼓入，一氧化碳和氫氣在熱空氣中快速燃燒，高溫金屬和熔渣落回到熔池。 金屬和熔渣射流覆蓋在水冷壁表面，減少能量損失，保護水冷壁，有點類似于轉爐的濺渣護爐。過程產生的煤氣從爐頂先經過熱旋風粗除塵，粗除塵顆粒返回鐵浴爐作原料，半凈熱煤氣由一座水冷洗滌裝置冷卻和凈化，一部份用于熱風爐燒爐用，一部份用于豎爐還原氣加熱爐作燃料，一部份供球團、鍋爐使用， 富余的煤氣降溫進煤氣管網。渣鐵產品連續地通過直立縮口的熔煉容器的避渣器，進入渣腔分離。 21 焦碳在冶煉的過程主要是還原劑和發熱劑，因而對強度要求不高，三級冶金焦可滿足工藝的要求，同時因焦比低大大降低了冶煉成本。但對焦碳和煤的入硫總量要控制，否則下道工序難以控制質量，本方案焦碳為外購或唐鋼供應。鐵浴爐可冶煉高磷礦。如果下道工序要精煉，則必須脫硫脫磷。 生產過程產生的爐渣可以作為原料供水泥或建筑材料。 鐵浴爐的原料為直接還原鐵，也可以是扎鋼皮或含鐵污泥。大大地擴展原料的來源，能利用大多數的鋼鐵產品廢棄物，促成鋼鐵生 產的零污染。 短流程和快速恢復的鐵浴爐流程，可以迅速簡單地改變原料類型或產品。其操作的彈性，可以根據市場變化，迅速調整原料成本。 鐵浴爐停產時，豎爐的產品做成熱壓塊 HBI 轉入料倉儲運。料倉中的HBI 也可在生產時少量配比加入鐵浴爐，但配比不能超過 4%，料倉中的HBI 因密度較大，不能浮在渣液表面直接吸收爐膛燃燒熱，同時因料倉 HBI為致密冷料，反應速度慢，降低了生產效率，增加了能耗。 鐵浴爐工藝設備 鐵浴爐兩臺爐缸為水冷綜合爐底，爐底水冷管上砌兩層半石墨高導熱碳磚，兩層微孔熱壓焙燒碳磚和兩層剛玉磚 。爐缸側壁為冷卻壁加半石墨磚綜合結構，爐腹為氮化硅結合碳化硅磚砌筑外加冷卻壁結構，錐臺部份磷酸浸漬粘土磚加水冷壁，熱風從頂部水冷槍噴入，熱煤氣通過上升管進入熱旋風粗除塵。 礦槽為混凝土結構，所裝物料為熱壓塊、球團礦、小塊焦、塊礦。 煤粉制備系統包括中速磨、煙氣爐、布袋粉塵收集器、收粉罐、噴吹罐、氮氣罐、壓縮空氣站、噴吹管線、噴槍。噴槍為特殊雙腔結構，材質為耐熱不銹鋼 0Cr18Ni9，內腔通煤粉，外腔通氧。 熱旋風外部為鋼殼，材質 Q235A，內襯鋼玉磚耐高溫荒煤氣沖刷，殼體內噴 FN130 涂料，砌 50mm 厚硅酸 鋁纖維磚，殼體溫度在工作在 80℃以下。能長期穩定工作。 鐵浴爐設鼓風機及風機房。 設熱風爐及管線使鼓入鐵浴爐內的風溫加熱到 1200℃，同時利用鐵浴 22 爐產生的煤氣加熱爐體耐火磚。 設出鐵場除塵、出鐵場及爐前開口機、液壓炮。 年產 88 萬噸鐵水，鐵浴爐與高爐對比分析 項目 高爐 鐵浴爐 備注 成本 (元 /噸 ) 3640 3185 隨著目前焦碳價格上揚，兩者的差價會進一步擴大 投資總額 (億 ) 12 (包括焦爐、燒結 ) 建設周期 2 年 年 SO2 年排放量 413 噸 120 噸 CO2 年排放量 138 萬噸 41 萬噸 粉塵年排放量 64 噸 18 噸 生產組織 高爐停爐、開爐周期長，長期休風后 的 復 風 生 產 困難。 高爐不能配吃粉狀含鐵原料，焦碳質量低于二級冶金焦影響高爐順行，導致成本大幅度上升。 焦化、燒結、煉鐵之間的生產調度復雜，難度大。 停爐、開爐迅速，轉產靈活，可根據原料變化配粉狀含鐵原料。生產調度靈活。對焦碳強度要求不高。 定員 287 人 (包括焦爐、燒結 ) 242 人 占地 大 少 (省去了焦化、燒結占地 ) 固廢處理 產生瓦斯灰、除塵污泥， 要另設處理裝置 可消化含鐵粉塵，循環使用。 產業政策 限制類 鼓勵類 技術來源 直接還原鐵 豎爐及熱壓塊機 ，采用國外先進技術。其他均采用成熟的國內技術。 23 工藝流程及消耗定額 備煤 原料煤 經汽 車 運輸 進廠，貯煤場由橋式抓斗起重機和推土機承擔原料煤的倒運。原料煤 被送 入受料槽中，由受料槽下地皮帶運走，通過膠帶輸送機轉運 、 計量 、除鐵、 破碎 、 篩分 ， 送至磨機前貯煤倉待用。 石灰石粉由 汽 車運來，直接送至磨機前貯倉待用。 磨機前貯倉中原料煤和石灰石粉（低灰熔點煤不加），按配比經計量后送入磨機 。 氣化 煤漿制備工藝流程 由煤 貯 運系統送來的原料煤（干）送至煤貯斗，經稱重給料機控制輸送量送入棒磨機，加入一定量的水，物料在棒磨機中進行濕法磨煤。為了控制煤漿粘度及保持煤漿的穩定性加入添加劑，為了調整煤漿的 pH 值，加入堿液或氨水，共同 磨制漿達到要求的粒度分布，制得料漿濃度約為 60％ 左右 。磨機溢流出的料漿經圓筒篩除去料漿中的大顆粒后，依靠重力流入磨機出料槽，磨機出料槽攪拌器使料漿均化并保持懸浮狀態。料漿再通過磨煤機出料槽泵送入氣化系統的煤漿槽供氣化用。 制漿用水由制漿水泵將水由制 漿水槽經計量后送入磨機。制漿用水為來自灰水處理單元，其余部分根據需要，用原水補充。 氣化 在本工段，煤漿與氧進行部分氧化反應制得粗還原氣。 煤漿由煤漿槽經煤漿加壓泵加壓后連同空分送來的高壓氧通過燒咀進入氣化爐，在氣化爐中煤漿與氧發生如下主要反應： CmHnSr+m/2 O2—→mCO+ （ n/2r） H2+rH2S CmHnSr—→ （ n /4 r/2） CH4+（ m n/4+ r/2） C+ r H2S C+O2—→CO 2 C+CO2—→2CO C+H2O—→CO+ H 2 24 CO+H2O—→H 2+CO2 反應在 （ G）、 1350～ 1400℃ 下進行。 氣化反應在氣化爐反應段瞬間完成，生成 CO、 H CO H2O 和少量CH H2S 等氣體。 煤漿經高壓料漿泵從煤漿槽送入工藝燒嘴。料漿和氧氣經工藝燒嘴噴入氣化爐內，進行氣化反應，生成粗煤氣。氣化原料中的少量未轉化組份和由部分灰形成的液態熔渣與生成的粗煤氣一起并流進入氣化爐下部的激冷室。 進入氣化爐激冷室的激冷水來自于洗滌塔旁的激冷水泵，激冷水進入位于激冷室下降管頂端的激冷環，并沿下降管內壁向下流入激冷室。激冷水與出氣化爐渣口的高溫氣流接 觸，部分激冷水汽化對粗煤氣和夾帶的固體及熔渣進行淬冷、降溫。激冷水中較大固體顆粒經黑水過濾器除去。 氣化爐激冷室中的黑水通過液位調節系統連續排出，并送往氣化高溫熱水器，回收灰水返回氣化系統使用。 氣化反應生成粗煤氣及少量的其它物質（包括氯化物、硫化物、氮氣、氬氣及甲烷等）、液態熔渣及細灰顆粒。這些物質出氣化爐燃燒室，沿下降管進入激冷室水浴。熔渣在水中淬冷固化，并沉入氣化爐底部水浴。粗煤氣與水直接接觸進行冷卻，大部分細灰留在水中。粗煤氣沿下降管與導氣管之間的環隙上升，經激冷室上部折流板折流分離出部分粗煤氣中夾 帶的水分，從氣化爐旁側的出氣口引出，送往文丘里管和洗滌塔。 粗煤氣與來自激冷水泵的水經文丘里管混合。細灰在此被水完全浸濕，在洗滌塔中從粗煤氣中除去。濕粗煤氣進入洗滌塔沿下降管進入洗滌塔底部水浴，粗煤氣中夾帶的大部分細灰在此從粗煤氣中除去。粗煤氣經下降管和導氣管間的環隙上升，進入洗滌塔頂部的塔板，來自高壓冷凝液罐的工藝熱冷凝液將粗煤氣中殘留的細灰洗滌下來。粗煤氣夾帶的水滴在塔板上方的除沫器中分離下來。基本上不含細灰的粗煤氣出洗滌塔送到凈化系統。 沉積在氣化爐激冷室底部的粗渣及其它固體顆粒，通過循環水流的循環作 用帶入鎖斗。大的渣塊經破渣機進行破碎。從氣化爐排出的大部分灰渣沉降在鎖斗底部，定時排入渣池，由扒渣機撈出后裝車外運。從鎖斗頂部抽出較清的水，經鎖斗循環泵循環進入氣化爐激冷室水浴。 灰水處理 25 本工段將氣化來的黑水進行渣水分離，處理后的水循環使用。 從氣化爐和碳洗塔排出的高溫黑水分別進入高壓閃蒸器，經高壓閃蒸濃縮后的黑水再經真空閃蒸濃縮后由渣池泵送入澄清槽，水中加入絮凝劑使其加速沉淀。澄清槽底部的細渣漿經泵抽出送往過濾機給料槽，經由過濾機給料泵加壓后送至真空過濾機脫水，渣餅由汽車拉出廠外。 閃 蒸出的高壓氣體經過灰水加熱器回收熱量之后，通過氣液分離器分離掉酸性氣體，冷凝液作為洗滌用水。 閃蒸出的低壓氣體直接送至洗滌塔給料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分別送至洗滌塔給料槽、氣化鎖斗、磨煤水槽，少量灰水作為廢水排往廢水處理。 變換 來自氣化工段被蒸汽充分飽和