超高溫熱解氣化熔融還原爐介紹

1、同煤朔州煤電宏力再生工業(yè)股份有限公司1X 120t/d煤矸石綜合利用項目建議書北京東方投財務顧問有限公司2016年 07月1項目概述與項目技術經(jīng)濟指標1.1工程概述建設地點宏力再生工業(yè)股份有限公司現(xiàn)有建設地塊。位于山西省懷仁縣王坪電廠南側。建設規(guī)模額定日處理能力：120t/d ;生產(chǎn)線數(shù)量：1條，單線生產(chǎn)能力 羽20t/d。主要設備及技術選擇：本項目煤矸石處理技術設備采用日本已經(jīng)運行近20年、占領市場近三分之一的迷你小高爐一一超高溫熱解氣化熔融爐及其二次燃燒 室技術。1.2煤矸石原料煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴 生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石

2、。通常煤矸石的無機成分主要是硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬（鎵、釩、鈦、鉆）。煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農(nóng) 田和水體。矸石山還會自燃發(fā)生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。同煤集團 宏力再生公司擬利用的當?shù)刎S富的煤矸石在懷仁縣立項建設煤矸石加工綜合利用項 目，主要原料是煤矸石并配一部分焦炭，混合物料達到熱值 3000大卡/kg以上進行熔 融爐處理。宏力公司提供的煤矸石分析報告如下：1.3項目技術指標名稱指標備注全廠技術經(jīng)濟指標矸石低熱值煤混合處理量120t/d5t/h裝置滿負荷運行產(chǎn)氣量7750Nm3/h31100 Kcal/ Nm產(chǎn)生蒸汽

3、量13t/h8MPa飽和蒸汽5t/h0.4MPa飽和蒸汽飛灰摻燒量0.15t/h運行小時數(shù)7200h1.4主項表項目包括的主體裝置和應配套工程見下表。主項名稱規(guī)模備注氣化熔融裝置120t/d熔融爐主體運行設備。控制中心應配套主體裝置和公用及系統(tǒng)工程供配電200kW夕卜部提供用電設備的配電消防包括水池、管網(wǎng)配套給排水補水20t/h配套循環(huán)水化學水站18t/h配套除鹽水原料堆場800t含卸車產(chǎn)品堆場300t含裝車2工藝技術2.1技術簡介熱解氣化熔融技術屬第三代固體廢棄物處理技術。日本20世紀70年代開發(fā)，德國90年代開發(fā)，中國是本世紀初開發(fā)。固體廢棄物在超高溫熱解氣化熔融反應器中處于還原性氣氛，有

4、機成分轉變成可燃的氣體、無機成分轉變成可回收的固體物質。2009年日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省將其定位：創(chuàng)新的低碳技術。日本國經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省對該設備海外出口給予鼓勵推薦，原文詳見附件。高溫熔融的液態(tài)渣經(jīng)水淬冷卻而形成玻璃體，其活性很高，可以直接回收并利用。2.2 熔融爐工藝說明超高溫熱解氣化熔融反應器是一種常壓下的固定床直立反應爐。按照移動床的原理工作，在氣化熔融爐的內(nèi)部自上而下依次呈層狀分成干燥、氧化分解、還原熔融階段。固體廢棄物從爐上部加入并與從爐下部上升的氣體一邊進行熱交換一邊下降。從氣化熔融爐上部排出的合成氣體出裝置。熱分解段固廢與焦炭、石灰石一起下降進入還原熔融 段，借助從進風口供給的富氧進行可控的熔

5、融還原反應。在超高溫條件下所有無機物成分完全熔融，并以液態(tài)聚集在反應器底部排出。常規(guī)固廢焚燒爐型主要有機械爐排焚燒爐、 回轉窯式焚燒爐和流化床或循環(huán)流化床 焚燒爐。這些爐的飛灰中含有大量的重金屬（ Pb、 Cd、 Hg 等）和二惡英，目前國內(nèi) 報道的爐排爐飛灰中二惡英含量有的高達7530ng-TEQ/kg。國家危險廢物名錄已將垃圾焚燒飛灰定性為危險廢物。 氣化熔融爐將固廢的碳氫化合物在氣化爐中氣化， 產(chǎn)生 的合成氣體在二燃室內(nèi)燃燒達到 1000-1300C以上，使得飛灰中99.9%的二惡英被高溫 分解，而且熔融爐的注入富氧量嚴格控制， 外界注入氣體量及流速很小， 所以飛灰的產(chǎn) 生量非常少。實測

6、數(shù)據(jù)二惡英只有 0.002ng-TEQ/kg.出渣玻璃化爐渣2.3 工作過程裝置生產(chǎn)運行時，煤矸石與焦炭按照 1:0.2 的質量比投入熔融爐裝入裝置，同時 根據(jù)熔融要求投入一定數(shù)量的石灰石作為助熔劑。煤矸石和焦炭分別通過計量漏斗計量，然后倒入一個翻斗 , 再通過絞盤輸送到爐頂 的裝料漏斗，裝料漏斗分別將煤矸石和焦炭送入到裝料節(jié)氣閥。裝料節(jié)氣閥位于爐體 的上端, 內(nèi)部包括至少兩級閘閥系統(tǒng)、一個物料支撐結構、一個防火和封閉機構；多級 閘閥系統(tǒng)間充入氮氣以保證爐內(nèi)氣體不會外泄?；旌衔锪贤ㄟ^裝料節(jié)氣閥，依靠自身 重力向下緩慢移動。在移動過程中，物料經(jīng)過干燥、預熱、氣化、氧化、分解、熔融 等過程，同時根

7、據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和反應狀態(tài)適量向爐底注入富氧，產(chǎn)生的可燃氣體和液態(tài) 融渣排出爐外。出爐的可燃氣體經(jīng)旋風除塵器預除塵后，進入燃氣余熱鍋爐，與空氣 混合后充分燃燒，排出的煙氣經(jīng)布袋除塵器處理和脫硫脫硝后以優(yōu)于國家排放標準排 入大氣；液態(tài)爐渣直接送到臨近的爐渣拉絲設施進行后續(xù)加工。熔融爐過程一般約需 要 2 個小時完全反應，以下是自上向下各部參與反應的化學物理狀態(tài)。預熱階段：100C 200C :干燥；去除物理水。250C :除氧；消除水成分；開始消除 HS氣化階段（氧化反應）:340C： CH和脂肪族化合物開始裂變380 r :有機物碳化。400r600r： c-o和c-n化合物裂變；瀝青質轉換焦油。&

8、gt;600C :瀝青質裂變?yōu)闊岱€(wěn)定的鏈狀氣態(tài)碳氫化合物；芳烴合成800 r1200 r:氣化；鹵素完全處于蒸汽狀態(tài)（如堿金屬氯化物或hci）。熔融階段（還原反應）：12002000C :芳烴和有機化合物開始完全分解，礦物熔融石灰石、焦炭富氧熱解氣化氣體去燃氣余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽2.4 技術特點1、有機成分轉換為可燃氣（碳轉換率99% ;2、微負壓運行（不會排出有毒有害的任何氣態(tài)物質，對環(huán)境幾乎沒有影響）3、超高溫導致所有礦物成分完全熔化，使爐渣玻璃化，便于綜合利用。4、 物料在爐內(nèi)極其緩慢的移動，含塵量極低（含塵量小于60 mg/ m3 ）5、可間斷/連續(xù)進料6、可定時/連續(xù)排渣7、無任何廢水排

9、放40cm,2.5 固廢物料的適應性1、本技術對于矸石及低熱值煤具有良好的可操作性，物料入爐粒徑不超過在5-10cm為最佳。2、本裝置還特別適用于：生活垃圾焚燒、其它工業(yè)廢棄物的處理。3、入爐物料達不到熔融的熱值要求或者水分高時需添加高熱值物料，根據(jù)宏力公司現(xiàn)有的資源情況，建議每噸煤矸石配比添加200-300公斤的半焦或壓型焦粉。1T匣瓜融以可燃汽體出口2.6 設備結構特點1結構簡單：還原熔融段為圓筒形、進料段為方形。2、可分段加工制造、安裝。安裝工作量少。3、爐體向上、向下兩個方向膨脹伸縮。4、熔融爐屬常壓爐，不帶壓運行。非壓力反應器。5、爐體采用立式結構，占地面積小，本裝置本體占地面積 3

10、0X15M。6、 120t/d熔融爐裝置總高度（含進料機構）34.8m。其中進 料段17.5m、還原熔融段12.3m.7、周期短：制造到安裝試運行，610個月。&運行維護工作量小。2.7 原料及產(chǎn)品項目主要處理的原料為煤矸石，添加少量的焦炭作為調整熱值的控制方法，焦炭 的加入量主要通過對爐底的熔渣量進行動態(tài)調整。隨主料還加入少量的石灰，用于調 整熔渣的堿性和熔化溫度，確保流動性并且對耐火材料無腐蝕性。投入的物料應控制粉體量不超過5%。1）煤矸石熱值 1500-3000大卡kcal/kg粒度 <100mm2）焦炭或半焦碳>82%硫 <0.5%粒度 60mm80mm3）石

11、灰CaO含量 >90%粒度<100mm項目主產(chǎn)品為液態(tài)熔渣，熔渣作為后續(xù)的拉絲原料就地進入拉絲設施（其他項目另建）。生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量高熱煙氣和可燃氣體，用于發(fā)生蒸汽，蒸汽為氣流磨及拉絲 設施的生產(chǎn)熱源之一。1）熔融渣液態(tài)熔渣是一種廣泛的原料，大多用于生產(chǎn)各種建筑材料。本項目根據(jù)當?shù)厥袌?情況，考慮生產(chǎn)保溫材料。2）蒸汽蒸汽8MPa 320°C （暫定，可根據(jù)拉絲和氣流磨的需要進行調整）0.4MPa 150C物料平衡序號項目數(shù)量kg/h備注1入方174951.1：煤矸石41671.2焦炭8331.3石灰1041.4富氧6083kg/h4647m3/h熔融爐用1.5空氣63

12、08kg/h34872m /h余熱鍋爐用2:岀方174952.1煙氣14515kg/h310060m /h2.2:熔渣2980kg/h3）氣化合成氣體延伸應用熔融氣化爐所產(chǎn)生的合成氣體主要組分是 CO H2、C02其中以CO H2為原料可 以進行化工合成多種下游產(chǎn)品。轉化合成的工藝技術我國已經(jīng)非常成熟， 并且在煤化工 領域得到了廣泛的工業(yè)化應用。C0ICNG 甲醇H2 乙二醇烯烴2.9消耗指標以下僅列出氣化熔融裝置的需要外部提供的消耗品，不包含其中的煙氣脫硫部 分。1）電連續(xù)負荷400V80kW未計脫硫400/220V 50kW間斷負荷5）活性炭活性炭用于煙氣脫硝510kg/h2) 水循環(huán)冷卻

13、水補水6.75t/h化學水處理用水3）空氣凈化空氣20t/h350m /h工廠風150m3/次 間斷氮氣4）石灰每噸煤矸石約消耗30m3/h25kg石灰，5t/h的熔融爐約消耗104kg石灰，石灰中氧化鈣含量不低于90%，當含量變化時，消耗量相應調整。3公用工程3.1電氣廠用電系統(tǒng)采用照明和動力共用的 380/220V三相四線制中性點直接接地系統(tǒng)。鑒 于負荷的重要性，建議宏力公司配套采用雙電源變配電后接入本裝置，兩路電源互為 備用。氣化系統(tǒng)動力用電需外部提供約130KVA容量。3.2給水根據(jù)估算，水源按0.2MPa壓力1.5米每秒的流速，4寸管127.3立方/小時。每小 時補水量見下表。循環(huán)水

14、為部分機械設備的冷卻水和熔融爐部分的冷卻水，總量約350m3/h。補充水量表單位：m3/h序號項目補給水量（m3/h）1循環(huán)冷卻水補水102鍋爐補給水20合計30需外部提供的循環(huán)冷卻水補水、鍋爐補給水及其它水質指標要求見下表。城市污水再生利用工業(yè)用水水質標準 GB/T19923-2005序 號控制項目（mg/L）冷卻用水洗滌 用水鍋爐 補給水工藝、產(chǎn)品用水直流 冷卻水循環(huán) 冷卻水1pH值6.596.58.56.596.58.56.58.52懸浮物（SS） <30一30一一3濁度（NTU ） <一5一554色度（度）<30303030305生化需氧量BOD5W301030101

15、06化學需氧量COD <Cr一60一60607鐵w一0.30.30.30.38錳w一0.10.10.10.19氯離子w25025025025025010二氧化硅SiO w25050一303011總硬度（以CaCO3計）w45045045045045012總堿度（以CaCO計）w335035035035035013硫酸鹽w60025025025025014氨氮（以N計）w一10一101015總磷（以P計）w一1一1116溶解性總固體w20020020020020017石油類w一1一1118陰離子表面活性劑w一0.5一0.50.519 余氯0.050.050.050.050.0520糞大腸菌

16、群（個/L） w20002000200020002000注：當敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)換熱器為銅質時，循環(huán)冷卻系統(tǒng)中循環(huán)水的氨氮指標應小于1mg/L。加氯消毒時管末梢值。4. 自動化系統(tǒng)本項目自動化水平是通過控制方式、控制室布置、控制系統(tǒng)的功能及配置、運行 監(jiān)控模式以及主輔機可控性等多方面綜合體現(xiàn)。本項目超高溫熱解氣化熔融爐為一套單獨控制系統(tǒng)，通過通訊方式與裝置內(nèi)其余系統(tǒng)在一套DCS系統(tǒng)內(nèi)控制，公共工程的其他小型控制系統(tǒng)一并匯入總DSC進行控制。通過這套系統(tǒng)的分散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各設備功能控制。其自動化水平達到運行人 員在集中控制室內(nèi)能夠完成機組正常運行的全部監(jiān)控功能，并在少量現(xiàn)場人員的配合 下。實

17、現(xiàn)機組的啟停操作和事故狀態(tài)下的有關處理。通過上述功能，煤矸石處理基本達到較高的自動化水平，能在少量就地操作和巡 回檢查配合下，在中央控制室由分散控制系統(tǒng)實現(xiàn)對焚燒線、熱能利用及輔助系統(tǒng)的 集中監(jiān)視、分散控制。并在焚燒的自動化控制系統(tǒng)中，設置獨立于分散控制系統(tǒng)的緊 急停車系統(tǒng)，確保各類工藝的安全運行。5、技術參數(shù)匯總技術參數(shù)匯總表。序號指標單位數(shù)值備注1 :規(guī)模（原料處理量）t/d1202主要產(chǎn)品規(guī)格液態(tài)熔渣t/d71.521800 C蒸汽t/d4328MPa/0.4MPa3主要消耗電kW130水M3/h30補充水量4排放廢氣t/d348.410060m3/h5 1運輸量運入t/d120.1煤矸石混合料運出t/d71.52熔融液態(tài)玻璃質渣6 1本裝置定員人167裝置本體占地面積m245030X15M8裝置本體設備費萬元6. 投資估算6.1投資估算費用的范圍針對本項目的設計標準、規(guī)模和范圍，按照國家對建設項目的有關規(guī)定和現(xiàn)行政策文件的要求，結合宏力公司的實際情況和特點，僅對超高溫熱解氣化熔融爐本體裝置編制了投資估算投資估算費用：投資估算費用僅包括超高溫熱解氣化熔融爐單體裝置設備安裝工程 費用。未包括全部建構筑物及地基處理、道路、廠區(qū)平整、臨時設施費用等單項工程費 用、公用系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)工程費用。6.2 投資