100万t赤泥转底炉无害化—资源化处理技术方案.docx

国家电投集团山西铝业有限公司100万t赤泥转底炉无害化一资源化处理技术方案技术方案工程号:总经理总工程师项目负责人河南兴洋环保科技有限公司2023-121 .概述1.1. 设计指导思想与采取的先进技术1）选取使用进口几内亚三水铝石低温拜耳法工艺生产氧化铝产生的赤泥，变废为宝，物尽其用：1.1） 该赤泥含铁高达40.8%,可以还原后进行磁选，年取得含金属铁94%以上的直接还原铁40万吨，可以作为炼钢炼铁的原料。1.2） 磁选后渣相AI2O3高达49%的氧化铝生产原料39万吨，可以作为生产氧化铝的原料。2）项目总体设计方案要求环保、低成本、产品符合市场要求，工厂节能环保、外观设计要求国内领先；3）采用“安全、经济、实用、节能、环保”的工艺和设备，设备选型符合业主总体要求，做到工艺先进、布局合理，使各系统的能耗和其它技术经济指标应保证为国内同类工厂的先进水平；4）选取含铁高的赤泥作为原料，使用山西省较为丰富的兰炭作为还原剂，生产直接还原铁和氧化铝原料；5）各系统的能力配置应与主体工艺相适应，能力适度又有弹性，做到既满足产量要求和原料条件变化，又节省工程投资；6）结合现有场地条件，做到总图布置紧凑，物流顺畅，力求减少工程量，降低工程投资；7）烟气余热余能利用和采用高温空气燃烧技术：7.1） 利用转底炉的余热预热转底炉助燃风，实现高温空气燃烧技术，剩余热量加热链篦机的湿球。7.2） 利用直接还原铁冷却炉产生的热烟气烘烤湿球团，减少乃至不用链篦机燃气消耗。7.3） 上述两项技术可以节省2300m3h的天然气，全年节约天然气18.22×106m3a»对应的因为天然气消耗减少助燃风带来的电力消耗节约1.27×106kWhao8）严格执行国家和企业所在地区有关环保、安全、工业卫生、消防、抗震、节约能源等有关规范和标准，对生产过程中产生的各种污染物采取有效的综合防治措施，使其满足国家和企业所在地区规定的相关排放标准。转底炉、深还原和链篦机的烟气炉均采用低硝氮燃烧技术，出口氮氧化物50mg?;1.2.建设主体单位基本情况国家电投集团山西铝业有限公司（以下简称山西铝业）是国家电投集团的氧化铝生产经营重要骨干企业，法人：赵忠斌。公司成立于2002年IO月，总投资124亿元，由国家电投集团铝电公司（占比96.54%）和山西省经济建设投资集团有限公司（占比3.46%）共同持股。现有6条拜耳法生产线，1条烧结法生产线，设计氧化铝产能290万吨/年；配套建有自备热电厂和铁路专用线，现有4座自备矿山。公司是有色金属行业中首先使用中水的企业，已经投用的坪上水工程使公司成为全国第一家关停使用地下水的企业，用水消耗显著优于行业标准，实现了废水的“零排放”，集节能、环保于一体的赤泥干法堆存等项目也取得了阶段性成果。公司总体发展思路是以晋北地区煤铝资源为依托，建设一个具有完整产业链的生态铝循环经济示范园区。1.3.工程概况9）工程名称：国家电投集团山西铝业有限公司年处理固废100万吨级转底炉一一深还原处理赤泥工程项目10）建设地点：山西省原平市山西铝业厂内11）建设内容：11.1） 本项目建设二条年处理能力50万吨级的转底炉一一深还原处理赤泥生产线及配套设施，处理山西铝业提取氧化铝时排出的含铁高的部分工业固体废弃物，年处理量100万吨。11.2） 项目配套的公辅设施包括：公共辅助设施、总图运输设施、土建建构筑物以及相关的能源、环保、消防、安全卫生有关内容。1.4.设计条件1.4.1.工艺方案的选择中国钢铁行业目前直接还原比较成熟的技术还是转底炉：1）国外有气基直接还原生产线，但该技术用于处理含铁只有40%的赤泥没有案例。2）红土银矿处理，国内有烧结机+深还原的案例，也有回转窑+深还原的案例：2.1） 烧结机处理红土矿，仅仅能够将Fe2O3还原到FeO,仅仅起到结块的作用，不能起到与还原的作用。而转底炉就是起到预还原+造块作用的，金属化率可以高达80%以上。因此转底炉预还原还原作用大大高于烧结机。2.2） 回转窑处理红土矿，众多的同行实践经验证明，上海其昌不锈钢就是反面的典型：锲元素金属化谈不上，也谈不上铁元素的金属化；回转窑熔分还原，则结圈严重。2.3） 钢铁行业固废处理，使用转底炉处理：国内成功的有：江苏沙钢，江苏淮钢；反面典型有：日照钢铁把转底炉改为回转窑处理固废，结果是搞不先去了。3）因此针对含铁高的赤泥，本可研选取以下方案作比较。表1-1赤泥处理工艺比较N2处理工艺转底炉+深还原A转底炉+深还原+磁选B比较1工艺流程配料+压球+烘干+转底炉预还原+深还原熔分+铁块预处理和水冲渣配料+压球+烘干+转底炉预还原+竖炉深还原+氮气冷却+湿球磨机和磁选A2工艺系统组成配料系统，压球系统，烘干系统，转底炉预还原系统，深还原熔分系统，铁块脱硫系统，水冲渣系统，烟气余热回收系统配料系统，压球系统，烘干系统，转底炉预还原系统，竖炉深还原+氮气冷却+湿球磨机和磁选系统，烟气余热回收系统A3主产品铸造生铁块+炉渣铸造生铁+氧化铝原料A4铁元素收得率98.5%95%A5问题渣相陪。3高达51.13%,熔分需要1800C高温，能耗高，深还原造价贵。矿热炉容量高达60MW,耐火材料需要采用高档耐火材料。铁元素回收率低于A,只有94.5%A通过以上比较，本设计认为，转底炉+竖炉深还原+磁选，其工艺是成熟的：1）转底炉直接还原，在钢铁行业固废处理、钿钛磁铁矿还原都取得成功，由工业成功实例；2）竖炉深还原是转底炉还原的延伸，用于克服转底炉存在“阴阳球”缺陷；3）冷矿炉是模仿焦化厂干熄焦做的设计，用氮气循环冷却DRL然后用换热器加热烟气，用于链篦机烘干湿球，以及压块铁的烘干。1.4.2.原材料条件与配料方案表12转底炉处理各种物料基本条件品种AI2O3SiO2TiO2K2ONa2OCaOMgO灼减TFeF三23A21.4420.864.850.910.097.490.866.4615.3221.89B4.5919.983.870.21.3739.291.553.6514.9021.28C15.375.486.030.222.020.920.02110.1340.8058.29注1：A国产一水硬铝石矿拜耳F法工艺生产氧化铝产C二的赤泥；B使用国产一水硬铝石矿拜耳法生产氧化铝产生的赤泥作主要原料，采用烧结法工艺生产氧化铝产生的赤泥；C使用进口几内亚三水铝石低温拜耳法工艺生产氧化铝产生的赤泥根据表1-2,选取C一一使用进口几内亚三水铝石低温拜耳法工艺生产氧化铝产生的赤泥作为直接还原的原料，A和B两种赤泥铁元素低，不宜用于直接还原，可以他用，如用于脱硫等。将物料作配料计算，结果如表1-3：表1-3转底炉配料计算物料名称数量t/a配比/%化学分析TFeF23CSiO2AI2O31赤泥100000082.9040.8058.295.4815.372山西兰炭20627317.10800表1-3转底炉配料计算（续）N。物料名称化学分析TiO2K2ONa2OCaOMgOS灼减1赤泥6.030.222.020.920.02110.132山西兰炭0.72注2：煤粉或兰炭一栏：烧损为挥发分Vad。表1-4渣相成分FeOSiO2AI2O3TiO2K2ONa2OCaOMgO0.264.1712.745.000.181.670.760.0223.971.0917.3853.1620.860.766.993.180.07100L4.3.燃气和其他气体、电力、水等能源介质燃气、压缩空气等外部能源介质接点位置在本工程红线外1m。能源介质基本条件：1）天然气节点压力04MPa2）电力：低压电380V；高压电IokV；频率50HZ转底炉工程拟设置1座IOkV配变电室，IOkV电源（2路独立）由业主负责从厂区变电站引至项目总进线柜下端。本工程所需的工业新水、生活水、锅炉除盐水等由业主接至本工程红线外1m,接点所需阀门、计量仪表及接点施工由业主负责。外送雨水、生产污水、生活污水按照雨污分流、有组织排放，送至业主提供的排放井，交接点在工程用地红线外1米。1. 5.项目范围本项目主体为2条年处理能力50万吨转底炉及配套设施，处置山西铝业生产过程中产生的含铁高的赤泥；具体建设内容如下：1）转底炉工艺建设1套配料混合系统+2条年处理能力为50万吨赤泥的转底炉+1套磁选生产线及配套设施，辅助系统包括烟气系统余热利用、给排水设施等。2）热力设施1.1） 转底炉烟气预热回收系统，主要内容有：3座热风炉用于加热助燃风以及配套的阀门，剩余烟气余热送链篦机；1.2） 回收直接还原铁的余热，用于链篦机烘烤湿球团。1.3） 转底炉烧嘴助燃空气预热系统；1.4） 为工艺气力输送方案配置的压缩空气系统，仪表压缩空气系统；1.5） 室外热力管网；3）给排水设施3.1） 水系统按照生产净化水、生活用水、消防给水系统、安全供水系统、排水系统。3.2） 主要内容包括：转底炉等工艺区域综合循环水泵站、车间给排水管道、车间外部循环水管网、生产补充管网（净环）、消防给水管道及生产、雨排水管道。3.3） 本区域排放的生产、生活排水与雨水排水为分流制。4）燃气设施：燃气设施主要内容为转底炉、烟气炉、链篦机能源供应系统，包括天然气供应及消防（消防栓、柜，手提式灭火器）；5）通风除尘设施：通风除尘设施包括烘干系统除尘，厂区内循环水泵站、电气开关站的通风、空调。6）供配电及电气传动：包括为本工程各环节的高低压动力负荷、检修、照明及防雷接地等配套设施的供配电。7）自动化仪表自动化仪表专业包括以下工艺子项内容：7.1） 配料、压球、烘干系统；7.2） 转底炉还原及空气预热系统；7.3） 成品冷却系统；7.4） 直接还原铁磁选系统；7.5） 循环水泵站系统；7.6） 能源总计量系统等；基础自动化控制系统包括主工艺线和非主工艺线的电气控制、自动化控制系统；各系统的自动化控制系统设计、软件编程和调试。8）电讯设施包括本工程所需的通讯系统、工业电视系统及火灾自动报警系统、燃气报警系统。9）总图运输包括红线范围内总图布置，道路布置，各种管线布置。10）土建包括以下单项工程：配料室、压球室（含混合）、烘干室、转底炉、转运站、磁选系统、转底炉回热风机房、热风炉、链篦机主烟气除尘、主控楼、原料处理变电所、循环水泵房、环境除尘站、皮带通廊及备件库等单项工程。1.6. 生产规模及产品1.6.1. 生产规模1）设计两套转底炉，处理赤泥能力设计为2×50万吨/年。2）设计一套磁选系统，处理直接还原铁能力设计为70万吨/年。3）系统作业制度按年实际工作时间330天，作业率90.4%,每天24h设计。1. 6.2.产品方案1）直接还原铁块，TFe>90%,MFe>85%2）高铝渣（品位48%）,用途：返回作为铝业原