南非saldanha污水處理廠midrex直接還原生產(chǎn)工藝

南非saldanha污水處理廠midrex直接還原生產(chǎn)工藝

0產(chǎn)水水質(zhì)與水量世界上第一個大型露天開采設(shè)備是13日開始的。1999年6月，它在南非的saldanha鋼中投入生產(chǎn)。另一方面，立管直接還原設(shè)備采用midrex立管。設(shè)計年產(chǎn)能80萬t、金屬化率大于93%的DRI與COREX鐵水一起供該廠煉鋼使用。該廠COREX生產(chǎn)的煤氣94%用于生產(chǎn)DRI,其余用于鋼鐵廠生產(chǎn)用熱源。本項目的投產(chǎn)證明直接還原豎爐并不完全依賴天燃?xì)?可以使用含CO高于70%的煤制氣生產(chǎn)海綿鐵。本文系統(tǒng)介紹了SALDANHA鋼廠的DR工藝消耗,分析了2004~2005年直接還原豎爐的生產(chǎn)指標(biāo),并對其還原豎爐的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行分析。1設(shè)計新型零排放水系統(tǒng)南非SALDANHA鋼廠是ISCOR股份有限公司的全資子公司,位于非洲大陸南端好望角開普敦以北200公里處,緊鄰旅游區(qū)。其結(jié)合了COREX和DR技術(shù)以及現(xiàn)代化的短流程煉鋼技術(shù),設(shè)計真正的零排放水系統(tǒng)、固體廢物全面管理系統(tǒng)。由1座COREX-2000、1座MIDREX-800、120tCONARC轉(zhuǎn)電爐、ISP薄板連鑄機和熱軋等工序,以及制氧機、原料系統(tǒng)及港口碼頭、水處理系統(tǒng)、水渣磨粉車間儲藏等組成。設(shè)計年產(chǎn)能為80萬tDRI、65萬t鐵水和125萬t熱軋板,產(chǎn)品15%內(nèi)銷,85%出口東非、亞洲和歐洲。COREX-2000設(shè)備于1998年12月31日投產(chǎn)運行,MIDREX直接還原設(shè)備于1999年6月13日投產(chǎn)運行。2saldanha監(jiān)獄的研究在COREX生產(chǎn)過程中,可產(chǎn)生大量的還原煤氣(稱為輸出煤氣)。這種輸出煤氣的一個合理的應(yīng)用是用于鄰近的DRI裝置上,而且生產(chǎn)的鐵水和DRI可直接裝入電爐進(jìn)行冶煉。這種合理的組合,即將COREX-DRI和電爐聯(lián)合在一起,可以經(jīng)濟地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋼水,實現(xiàn)節(jié)能降本和改善環(huán)保。南非SALDANHA鋼廠采用的COREX-DR工藝流程如圖1所示。2004~2005年COREX-2000年產(chǎn)鐵水96萬t,具體指標(biāo)如表1所示,其單耗及工序能耗如表2所示。COREX煤氣除塵后進(jìn)入CO2脫除裝置,然后經(jīng)熱交換裝置和加熱爐將氣體加熱后進(jìn)入MIDREX豎爐作為還原氣體。SALDANHA鋼廠的CO2脫除技術(shù)采用真空變壓吸附技術(shù)VPSA。典型的進(jìn)入VPSA煤氣和VPSA吸附后的煤氣成分如表3所示。VPSA脫CO2脫硫后的還原煤氣經(jīng)H1和H2兩級加熱后供MIDREX豎爐使用。H1為一次加熱,將還原煤氣由40℃加熱至約420℃,其主要燃料由VPSA的尾氣、MIDREX豎爐爐頂煤氣、壓縮空氣和做備用燃料的LPG組成。H2為二次加熱,將還原煤氣由420℃加熱至約820℃,其主要燃料由還原煤氣、LPG(液化石油氣)和氧氣組成。LPG在H1內(nèi)僅是備用,當(dāng)H1的溫度低于最低值時,關(guān)閉VPSA的尾氣和MIDREX豎爐爐頂煤氣,僅采用LPG和壓縮空氣燃燒,快速升溫,以避免析碳反應(yīng)。MIDREX豎爐DRI冷卻段的冷卻氣由冷還原煤氣和LPG組成,其在還原豎爐下段對還原產(chǎn)品進(jìn)行循環(huán)冷卻至室溫。冷卻煤氣在冷卻帶的頂部收集,并在煤氣洗滌器中冷卻和凈化后,再通過壓縮機在豎爐內(nèi)循環(huán)。鐵水-DRI-電爐煉鋼具有經(jīng)濟上的優(yōu)勢。在廢鋼缺乏或質(zhì)量差的情況下,只有轉(zhuǎn)電爐可以加入鐵水和DRI。南非SALDANHA鋼廠的CONARC轉(zhuǎn)電爐采用的是德國西馬克-德馬克公司德新技術(shù),它把傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐工藝與電爐煉鋼法匯集在同一個爐體,配有頂吹氧槍和與變壓器連接的石墨電極,頂吹氧槍和電極均可在兩個工位輪換工作。典型的原料配比是鐵水50%、DRI34%、廢鋼10%以及生鐵5%,并且有能力裝入不同比例和質(zhì)量的廢鋼,也可以為出售部分DRI成品提供庫存。南非SALDANHA鋼廠采用的配比是鐵水46%,DRI54%。這種聯(lián)合技術(shù)的靈活性使入爐混合料的配置能滿足最有利的條件,可以充分利用廢鋼價格的波動。COREX-DR-電爐煉鋼的優(yōu)點是:·技術(shù)上可行;·DRI熱裝及使用一部分鐵水頂吹氧加熱使煉鋼能耗較低;·原料使用靈活;·DRI的利用率高和價格受市場影響小。3midrex與co2004~2005年,MIDREX豎爐年均使用64.3%的南非Sishen塊礦和35.7%的巴西CVRD球團礦(圖2)。當(dāng)豎爐清空后,使用100%的球團恢復(fù)生產(chǎn)。南非Sishen塊礦是ISCOR公司專用鐵礦生產(chǎn)線采用COREX工藝、MIDREX工藝生產(chǎn)的,粒度為8~20mm,表面粉粒經(jīng)水洗干凈后,其典型特征是礦石在爐內(nèi)400~650℃溫度范圍內(nèi)會發(fā)生低溫粉化,使透氣性變壞,因此需要配加球團改善爐內(nèi)的氣流分布。南非SALDANHA鋼廠MIDREX使用的兩種礦石的典型成分如表4所示。由于MIDREX使用的COREX煤氣經(jīng)VPSA脫除CO2后作為還原氣體,南非SALDANHA鋼廠MIDREX在2004年和2005年的平均還原煤氣還原勢為91.8%,其中H2與CO的比例為0.32,CO2體積分?jǐn)?shù)為6.45%,CH4體積分?jǐn)?shù)為0.76%,煤氣進(jìn)入豎爐平均溫度為820℃。4由dri和碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化圖雖然設(shè)計作業(yè)率為91%,但由于工廠內(nèi)、外部的停機原因,2004年和2005年MIDREX豎爐的年平均作業(yè)率為84.3%,平均年產(chǎn)DRI64萬t。圖3為2004~2005年DRI金屬化率和碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)推移圖。由圖可知,DRI產(chǎn)品的金屬化率在91.3%~92.8%的范圍內(nèi)波動,年平均金屬化率為91.87%。DRI的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.27%~1.68%的范圍內(nèi)波動,DRI的年平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.50%。MIDREX一年內(nèi)曾多次停機,當(dāng)MIDREX豎爐每次停機前后可能產(chǎn)出一定量的不合格(低金屬化率)DRI。5污染物排放5.1現(xiàn)實的排放來源COREX-DR聯(lián)合工藝采用塊礦和球團,避免了高爐流程中粉礦燒結(jié)過程產(chǎn)生的粉塵和SO2排放。COREX熔化氣化爐內(nèi)的硫大部分直接進(jìn)入渣中,而隨著氣體進(jìn)入預(yù)還原豎爐內(nèi)的硫被煅燒熔劑吸收后又帶回熔化氣化爐,因此COREX工藝由煤氣和水帶出的硫僅占總?cè)肓康?%~3%,遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)高爐(20%~30%)。COREX-DR聯(lián)合工藝中采用VPSA脫除COREX輸出煤氣中的CO2的同時也脫除了煤氣中含量已很低的H2S,富集硫的VPSA尾氣作為氣體換熱裝置的燃料,用于加熱還原煤氣,因此煤氣加熱爐尾氣中產(chǎn)生了大量SO2排放。NOx主要由燃燒過程產(chǎn)生,與燃燒室的設(shè)計有關(guān)。COREX輸出煤氣的燃燒發(fā)生在濕煤的干燥、DR廠氣體換熱和出鐵場等工序中,DR廠采用COREX-DR聯(lián)合工藝的NOx排放量很少。COREX-DR聯(lián)合工藝中COREX裝置和MIDREX豎爐主要污染物排放量如表5所示。粉塵的排放與除塵裝置有關(guān)。除塵主要用于原料的處理和存儲單元,目前先進(jìn)的除塵裝置能達(dá)到規(guī)定的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)。5.2有機物質(zhì)的傳統(tǒng)排放傳統(tǒng)煉鐵流程中主要的液體排放是由煉焦產(chǎn)生的。在COREX工藝中,煤被迅速加熱至1000℃以上裂解,因此煤氣洗滌水產(chǎn)生的有機物質(zhì)很少,典型排放量如表6所示。5.3煤渣煤線直接阻燃雙酰胺煤粉技術(shù)由于COREX工藝分成豎爐和熔化氣化爐兩個裝置,因此對循環(huán)物料的控制比高爐易于實現(xiàn)。COREX塊煤篩下粉煤可采用壓塊技術(shù),作為熔化氣化爐的塊狀燃料。SALDANHA鋼廠應(yīng)用由VAI開發(fā)的煙塵、泥渣粒化技術(shù)來?；疌OREX、DR豎爐和轉(zhuǎn)電爐煙塵以及粉礦的部分煤粉,然后通過煤線加入熔化氣化爐。曾進(jìn)行過利用無機粘結(jié)劑將回收和廢棄材料(BF或BOF泥渣和軋鋼屑等)壓塊后加入還原豎爐的試驗。一臺COREX-2000裝置一般能循環(huán)利用掉年產(chǎn)100~200萬t鋼產(chǎn)生的含鐵固體廢棄物。6saldanha公司的midrex設(shè)備由于MIDREX豎爐的還原煤氣采用COREX煤氣,而且MIDREX豎爐與COREX之間未設(shè)大型緩沖煤氣柜,因此MIDREX豎爐的運行受COREX作業(yè)率的影響,COREX停機時,MIDREX豎爐就不能生產(chǎn)。雖然SALDANHA鋼廠采用的COREX裝置、CO2洗滌設(shè)備、MIDREX還原豎爐三大技術(shù)都得到公認(rèn),但這三大工藝組合起來連續(xù)生產(chǎn)還是世界首例。成功投產(chǎn)后不久就達(dá)到了100t/h的額定能力,但設(shè)備故障(循環(huán)煤氣壓縮機損壞;金屬粉塵腐蝕損壞了直接還原裝置前的煤氣加熱器;由于輸出煤氣中含水量很高,VPSA壓縮機出現(xiàn)問題等)妨礙了直接還原裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)。因此其作業(yè)率低于傳統(tǒng)的天然氣MIDREX豎爐,年平均設(shè)備利用率僅為84.3%,如圖4所示。7案例2:美國實行cox-dr聯(lián)合工藝midrex2004~2005年MIDREX豎爐生產(chǎn)DRI的原料能源消耗的年平均值如表7所示?？梢?該工藝并非只采用COREX輸出煤氣,生產(chǎn)1噸DRI液化石油氣的消耗量為15.1kg,具體的COREX入爐煤氣量、液化石油氣、氧氣等各原料的單耗量在2004年和2005年全年的推移情況如圖5~圖10所示。2004~2005年采用COREX-DR聯(lián)合工藝MIDREX的年均工序能耗如表8所示。由表可知,采用COREX-DR聯(lián)合工藝,MIDREX的年均工序能耗很高,為每噸DRI消耗648.46kg標(biāo)煤。造成工序能耗高的主要原因是入爐的COREX煤氣量和電耗都很高,其根本原因是采用VPSA技術(shù)有效氣體的收得率較低,VPSA尾氣中含有約23.64%的有效氣體,該尾氣的熱值僅約500kCal/m3,有一部分在煤氣加熱爐H1中用作燃料,其次是豎爐每次關(guān)機檢修前后的煤氣由于混入空氣,只能放散燒掉(損耗)。圖11為SALDANHA鋼廠2005年11月17日采用COREX-DR聯(lián)合工藝生產(chǎn)的煤氣流平衡圖,圖中煤氣成分分析并未計入含H2O量。由圖可知,采用VPSA技術(shù)CO的收得率較低,VPSA尾氣中的CO含量高達(dá)21.55%,VPSA產(chǎn)生的尾氣率為41.6%。8saladaha企業(yè)采用midrex,通過火炬生成生