神雾转底炉处理钢铁厂粉尘与有色冶金渣研发与应用实践.ppt

二 一四年十一月六日 神雾转底炉处理钢铁厂粉尘与有色冶金渣研发与应用实践 主要内容 技术背景 2013年我国进口铁矿石达8 2亿吨 铁矿石对外依存度高达60 2013年我国粗钢产量达7 79亿吨 占世界粗钢总产量的48 5 对进口铁矿石的过度依赖 导致炼铁成本居高不下 钢企全线亏损 严重影响钢铁工业原料安全和健康发展 含Fe Ni Zn V Ti等元素 红土镍矿 钒钛磁铁矿 高磷矿 低品位赤铁矿 铁矿资源的特点 低 贫 细 杂 我国铁矿石资源利用现状 技术背景 冶金粉尘年产量8000万吨 尚无高效利用方式 高炉渣利用率70 钢渣利用率25 有色金属冶炼渣利用率低于10 冶金工业亟需实现 减量化 再利用 再循环 转变 传统冶金流程产生大量废渣 利用率低 冶金废渣 5 技术背景 钢铁工业产生的烟尘 粉尘 二氧化硫和氮氧化物排放量占工业排放的45 8 因此 钢铁工业面临转型发展 发展绿色节能的炼铁工艺迫在眉睫 针对绿色过程工艺及资源综合利用 国家给予了政策鼓励 技术背景 1 绿色制造科技发展 十二五 专项规划中 明确指出 明确突破绿色设计 节能减排工艺 绿色回收资源化与再制造 绿色制造技术标准等关键共性技术 2 十二五规划纲要 冶金行业要 支持非高炉炼铁 鼓励再生资源循环利用和低品位矿 共伴生矿 难选冶矿 尾矿和废渣资源综合利用 3 钢铁工业 十二五 发展规划 把转底炉处理含铁粉尘技术 冶金渣综合利用技术列为 十二五 期间节能技术推广应用重点项目 4 十二五 节能减排综合性工作方案 大力推进节能减排 推进资源综合利用 加强共伴生矿产资源 特别是冶炼废渣的综合利用 7 技术背景 神雾转底炉直接还原流程 国际第一代燃烧技术 国际第二代燃烧技术 国际第三代燃烧技术 蓄热式高温空气燃烧技术 炉膛热利用率 55 炉膛热利用率 65 系统热利用率 93 炉膛热利用率 86 系统热利用率 94 第三代技术的优势 能提高各种反应器的热利用率 能提高各种反应器的反应温度 能降低燃料的品质和等级 有利于实现低氧低氮燃烧 同时减少大气雾霾生成 8 全球燃烧技术的变革 9 神雾蓄热式高温空气燃烧技术 投资5亿元 占地面积96亩 拥有17个大型中试平台及配套设施 已获批 北京市劣质铁矿石综合利用工程技术研究中心 和设立 博士后科研工作站 节能与低碳技术联合实验室 10 1 神雾科研基地转底炉简介 基础实验室 11 基础实验室简介 12 基础试验设备介绍 造球还原 强力混合机 圆盘造球机 烘干箱 模拟转底炉基础试验还原炉 13 基础试验设备介绍 磨选熔分 棒磨机 磁选管 过滤机 高温熔分炉 14 基础试验设备介绍 制样化验 制样机 钻孔取样机 显微镜分析设备 化学分析实验室 转底炉尺寸表 以神雾转底炉为核心 可处理高磷鲕状赤铁矿 难选赤铁矿等低品位难选矿 钒钛磁铁矿 铬铁矿 锰铁矿 硼铁矿等复合共伴生矿 红土镍矿 含锌尘泥 氧化铁皮 铜渣 镍渣 硫酸渣等冶金行业粉尘与固废 神雾科研基地转底炉 神雾2 4万吨 年转底炉 15 混合机 压球机 干燥机 转底炉 给料装置 卸料装置 神雾科研基地转底炉工序过程 17 烘干机 自动化智能控制中心 中试设备介绍 18 中试设备介绍 混料机 圆盘造球机 19 转底炉还原产品 出料现场 磨矿磁选流程 熔分流程 粒铁流程 低阶煤炭生物质城市或工业垃圾废旧有机物 蓄热式转底炉还原 电炉熔分 磨矿磁选 非电炉熔分 铁块 铁水 铁水 铁粒 低品位贫矿 难选矿复合共伴生矿红土镍矿冶金 有色行业固体废物 神雾蓄热式转底炉直接冶炼工艺研究路线 蓄热式旋转床中低温热解 20 转底炉工艺过程描述 转底炉工艺流程为 原料和添加剂混合制球后 经干燥直接装入转底炉 随着炉底的旋转 炉料依次经过预热 还原区 约有85 以上的铁氧化物被还原成金属化球团 转底炉炉体结构示意图 炉顶和炉墙固定不动 炉底带动球团进行还原 炉膛与转动的炉底之间有水封防止烟气和粉尘逸出 转底炉工艺过程描述 23 2 神雾转底炉处理钢铁厂粉尘 外排 2008北京神雾热能技术有限公司 转底炉直接还原设备形象联系图 25 案例1 转底炉处理固废 转炉污泥 铁皮 原料 铁皮 煤粉 粘结剂转底炉中试结果金属化球团成分磁选后产品质量 26 1 原料与还原产品重要元素分析 2 还原前后K Na Pb Zn的分布率 案例2 某钢铁厂粉尘还原前后对比 2013年我国的钢产量已达7 79亿吨 约占世界总产量的48 5 钢铁企业固废粉尘总量一般为钢产量的8 12 以此计算 全国钢铁行业每年产生的固废粉尘约有7790万吨 其中含锌较高的粉尘占粉尘总量的 20 即每年产生的含锌粉尘达1500万吨以上 目前这些含锌固废粉尘大部分采取返回烧结 丢弃或填埋方式处理 案例3 沙钢转底炉技术介绍 背景 1 返回烧结流程 冶炼粉尘中锌等有害元素含量较高 循环使用后有害元素大量富集将严重影响到高炉的正常生产 随着高炉大型化 这种影响更大 尤其Zn元素影响后果严重 案例3 沙钢转底炉技术介绍 背景 高炉结瘤 固废具有一定的体积 丢弃或填埋需占有土地 此外冶金固废粉尘中通常含有有毒有害物质 长期堆存 其中可溶成分会随着雨水渗入地下 向土壤转移 使土壤富集有害物质 导致土质酸化或碱化 甚至发生重金属污染 2 堆放或填埋 案例3 沙钢转底炉技术介绍 背景 土壤酸化 占用土地 冶金固废粉尘含铁 锌 碳等多种元素 在资源日趋紧张的今天 具有极高的回收价值传统方式没有有效回收 特别是锌元素成了高炉生产中的危害 堆放或填埋占有土地并会造成环境污染必须寻找合适的冶金固废粉尘处理技术以适应国民经济及其钢铁行业不断发展的需求 案例3 沙钢转底炉技术介绍 背景 目前沙钢每年产生的固废粉尘包括有高炉布袋灰 烧结灰 出铁场灰 矿槽灰 电炉灰 高炉污泥等 下图为沙钢部分粉尘 电炉灰 电炉污泥 高炉重力灰 高炉槽下灰 沙钢在采用转底炉处理技术前 部分粉尘返回烧结工序 造成了高炉锌负荷增加 影响高炉生产 其他粉尘采取堆放或低价外卖的方式 资源极大浪费 案例3 沙钢转底炉技术介绍 背景 以上处理方法带来如下问题 A 配入烧结原料中 影响烧结料层的透气性 也影响烧结矿强度 进而影响到沙钢2500m3和5800m3高炉的生产指标 B 由于锌 铅 碱金属无法去除而造成在高炉内循环富集 导致高炉上部结瘤 煤气管道堵塞 锌 铅浸入炉口耐火材料 造成耐材膨胀开裂 影响高炉顺行 高产 低耗和长寿 C 由于锌无法去除而造成循环富集 也使得炼钢固废料中锌含量的提高 进而影响产品质量和生产顺行 D 受环保要求及市场因素 委外加工处理的成本也越来越高 委外处理量受限 E 浪费了宝贵的含铁 含碳 有色金属原料 案例3 沙钢转底炉技术介绍 背景 较高的生产效率较低的环境代价 含锌粉尘处理方法 案例3 沙钢转底炉技术介绍 背景 处理含锌粉尘的最佳方法 火法处理含锌粉尘对比表 案例3 沙钢转底炉技术介绍 背景 转底炉冶炼粉尘处理技术与其他处理技术相比具有如下优势 1 料碳结合紧密 还原温度高 可达1350 还原速度快 10 30min 生产周期短 生产效率高 2 物料与炉底无相对运动 对生球或压块的强度要求低 可使用冷固结含碳球团 取消了高温氧化球团生产环节 3 可完全利用粉尘内配碳 不配煤 成本低 案例3 沙钢转底炉技术介绍 优势 4 炉内为微负压系统 无扬尘 从烟气系统回收氧化锌效果好 5 与其它铁锌粉尘处理方法相比 投资运行费用低 脱锌率高 除尘效果好 综合效益高 沙钢30万吨 年含铁粉尘综合利用转底炉 炉体直径45米 炉宽5米 于2010年投产 平均作业率达90 金属化率 85 脱锌率 85 平均Zn品位 62 不计内含碳时 单位产品能耗208 3kgce t 折6 10GJ t金属化球团 36 案例3 沙钢转底炉技术介绍 案例3 沙钢转底炉技术介绍 案例3 沙钢转底炉技术介绍 1 项目主要建设指标 案例3 沙钢转底炉技术介绍 3 工艺流程 2 原则沙钢电炉 高炉 烧结 原料场的粉尘种类多 产生量大 沙钢项目处理原则如下 为获得氧化锌回收收益 尽可能多处理高锌粉尘 根据配碳量要求 控制含碳粉尘比例 综合考虑厂内粉尘产生量及特性 进混料设备含水量低于10 采用制球设备 球径10 20mm 烘干机采用链篦机形式 300 低温烘干 料层最大220mm 风速1 2m s 3 工艺流程 案例3 沙钢转底炉技术介绍 沙钢转底炉目前采用全固废生产连续生产 金属化率达85 以上 布袋收集的ZnO除尘灰含锌量在65 以上 均达到先进水平 金属化球团 布袋回收ZnO粉 余热锅炉回收ZnO粉 案例3 沙钢转底炉技术介绍 1 沙钢转底炉生产的金属化球团成分 案例3 沙钢转底炉技术介绍 2 沙钢项目ZnO除尘灰成分 43 原料条件 沙钢现场高炉含锌瓦斯灰污泥 现场混合料和DRI成分分析表 DRI金属化率为 85 93 布袋收尘含ZnO品位为 72 78 案例3 沙钢转底炉现场生产数据 金属化球团 氧化锌粉 注 能耗指标中转炉煤气按热值折算 沙钢转炉煤气热值为6MJ Nm3 氮气及压缩空气 水等折算系数按GB T2589 2008取值 内含碳为粉尘自带 同类企业计算能耗一般不统计内含碳 若不统计内含碳部分 单位产品能耗为208 3kgce 折6 10GJ t金属化球团 案例3 沙钢转底炉技术介绍 能耗 注 金属化球团900元 吨成本已将蒸汽及ZnO收益扣减 故年收益额由金属化球团年销售额减去年总成本 案例3 沙钢转底炉技术介绍 技术经济 国家政策导向 1 中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要 冶金行业要 支持非高炉炼铁 鼓励再生资源循环利用和低品位矿 共伴生矿 难选冶矿 尾矿和废渣资源综合利用 2 国家 有色金属 十二五 发展规划 的要求 鼓励低品位矿 共伴生矿 难选冶矿 尾矿和熔炼渣等资源开发利用 促进铜 铅 锌等冶炼企业原料中各种有价元素的回收 冶炼渣综合利用 以及冶炼余热利用 3 国家中长期科学和技术发展规划纲要 2006 2020年 发展低品位与复杂难处理资源高效利用技术 矿产资源综合利用技术 4 产业结构调整指导目录 将 冶金固体废弃物 含冶金矿山废石 尾矿 钢铁厂产生的各类尘 泥 渣 铁皮等 综合利用先进工艺技术 列入鼓励类 46 3 神雾转底炉处理有色冶金渣 一 主要矿物组成铜冶炼炉渣属于FeO Fe2O3 SiO2三元渣系 其主要的矿物组成是硅酸铁 2FeO SiO2 二 常规方法的可行性分析冶炼炉渣虽含有 40 的铁 但以硅酸铁 固溶体 的形式存在 选矿方法无法回收采用熔融炼铁方式 存在问题是 熔剂 燃料的消耗量大 操作困难在直接还原方面 隧道窑直接还原技术能耗太高 现场污染严重 产能每年不足5万吨 无法大规模处理铜渣 回转窑直接还原产能较低 且在还原过程中 物料与窑壁产生摩擦 不可避免地产生粉末熔化 最终导致结圈现象 被迫停产 三 神雾研发的转底炉直接还原技术获得成功神雾煤基转底炉直接还原技术非常适合铜渣处理 该项技术先后通过中国金属学会科技成果鉴定 中国机械工程学会鉴定 鉴定结果达到国际领先水平 神雾自主设计EPC总包建设的沙钢30万吨 年含锌粉尘转底炉生产线已经成功运行2年多 该示范工程处理原料与铜渣类似 可以作为工程参考 3 神雾转底炉处理有色冶金渣 48 转底炉 金属化球团 转底炉处理冶金渣工艺流程 转底炉处理镍渣 镍渣成分分析 产品成分分析 熔分流程产品铁品位更高 均高于91 磨选流程产品硫含量较低 转底炉处理铜渣 应用案例1 铜渣成分分析 产品成分分析 可进行回收 熔分流程产品铁品位更高 同时硫含量也略高 转底炉处理铜渣 应用案例2 铜渣成分分析 产品成分分析 可进行回收 两种铜渣均得到了铁品位高的产品 同时得到附加产品氧化锌粉 52 磨矿磁选铁粉与尾矿成分 金属铁粉化学多元素分析 最终尾矿化学成分分析表 53 熔分铁块及尾渣成分 熔分铁块化学多元素分析 熔分渣样化学成分分析 54 炼钢用直接还原铁标准 含铜钢的牌号及其成分 56 含铜钢的用途 根据部分耐候钢的成分要求可以看出 通过合理配料 有色冶金渣提铁产品可以用于耐候钢生产 目前深冲用奥氏体不锈钢主要有普通304 304DDQ 304Cu 其中304深冲性能最差 304DDQ深冲性好 而304Cu深冲性能良好 使用时要根据市场需求而决定 国外深冲用钢一般有专用钢种 主要是钢中添加Cu 因为Cu提高奥氏体层错能的效果是Ni的3倍 并且可以有效地抑制形变马氏体的产生 另外加入Cu可以减少贵重合金Cr和Ni 节约成本 如果能有效控制冶金渣铁产品的硫 磷含量 有色冶金渣提铁产品适合生产耐侯钢和含铜不锈钢产品 也可以代替废钢 作为钢厂优质铁原料 57 由于铜渣中含有Pb Zn等元素 在还原过程中以氧化物形式挥发进入烟气 可进行回收 左图为从水冷壁上收集到的氧化锌粉 氧化锌粉成分分析 转底炉处理铜渣 58 根据转底炉试验结果 对镍渣和铜渣进行经济技术分析 由于配料条件 还原条件均有所不同 因此不同种类的冶金渣采用不同工艺处理时 年处理量也有所差别 考虑产品元素问题 磨选所得金属铁粉销售价格为2100元 吨 铁水销售价格为2432元 吨 经济技术分析 镍渣技术经济分析 从投资回收期看 燃气炉熔分流程更有经济性 铜渣技术经济分析 从投资回收期看 磨矿磁选流程经济性更好 可得到Zn品位58 的附加产品 销售利润增加 61 为了充分论证转底炉直接还原 熔分镍渣的经济性 针对不同铁回收率情况下做出吨铁成本和回收期效益对比表 技术经济分析 不同铁回收率对经济指标的影响 镍渣 数据表明 采用转底炉处理镍渣具有良好的经济效益 62 为了充分论证转底炉直接还原 熔分铜渣的经济性 针对不同铁回收率情况下做出吨铁成本和回收期效益对比表 技术经济分析 不同铁回收率对经济指标的影响 铜渣 数据表明 采用转底炉处理铜渣 其经济效益更优 神雾共申报专利150余项 其中已授权发明专利60余项 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 蓄热式转底炉被列为科技北京百名领军人才重点项目 绿色制造人才基地与联盟建设 入选科技北京百名领军人才培养工程 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 荣获2013年度机械工业科学技术一等奖 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 获批北京市工程技术研究中心 中关村开放实验室 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 软件著作权1项 研制转底炉能耗标准1项 发表论文30余篇 我国第一个转底炉工艺能耗指标标准 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 项目获得工信部拨款600万元 68 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 通过中国机械工业联合会的科技成果鉴定 可处理低品位难选矿 共伴生矿 冶金粉尘等劣质含铁资源 为市场开拓与推广起到示范作用 该成果综合水平达到国际领先水平 节约资源 环境友好 69 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 70 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 通过中国金属学会的科技成果鉴定 设备作业率达到82 5 解决了含锌尘泥资源综合利用问题 主要设备实现国产化 投资省 达到国际领先水平 创新点为转底炉设备大型化 蓄热式燃烧技术 71 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 72 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 蓄热式转底炉获得 中关村国家自主创新示范区新技术新产品 国家重点新产品 获评中国环保产业可持续发展重点推广项目 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 蓄热式转底炉直接还原技术 入选首都科技百项成果汇编 4 神雾转底炉获得专利 资质与荣誉 转底炉项目进展情况 75 5 工程化案例 沙钢30万吨 年含铁粉尘综合利用转底炉 炉体直径45米 炉宽5米 于2010年投产 平均作业率达90 金属化率 85 脱锌率 85 平均Zn品位 62 不计内含碳时 单位产品能耗208 3kgce t 折6 10GJ t金属化球团 已工程化案例 76 沙钢30万吨 年含锌 含铁粉尘处理生产线签约仪式 77 应用单位 江苏沙钢集团有限公司 设计并建设了世界上规模最大的处理含锌冶金粉尘转底炉 并成功实现工业化连续生产 关键设备均实现了国产化 取得了完全自主知识产权 转底炉作业率