碳素煅烧炉更新改造项目可行性研究报告.doc

中国铝业河南分公司中国铝业河南分公司 碳素厂碳素厂 6#6#煅烧炉更新改造项目煅烧炉更新改造项目 可行性研究报告可行性研究报告 目目 录录 1.1. 总论总论.1 1.1. 项目背景 1 1.2. 项目概况 12 1.3. 问题与建议 16 2.2. 市场预测及分析市场预测及分析.17 3.3. 工艺改造方案工艺改造方案.18 3.1. 6#煅烧炉现状 18 3.2. 碳素厂生产工艺流程简述 20 3.3. 碳素厂物料平衡核算 21 3.4. 6#煅烧炉工艺主要改造内容 24 3.5. 6#煅烧炉改造方案 24 4.4.总图运输与公用辅助工程改造方案总图运输与公用辅助工程改造方案.32 4.1.总图运输32 4.2. 建筑结构 32 4.3. 电力 34 4.4. 计控 35 4.5. 给排水 36 4.6. 采暖通风 37 5.5. 节能措施及效益节能措施及效益.38 5.1. 采用无外加燃料煅烧工艺 充分利用了原料中的挥发份.38 5.2. 有效利用高温烟气余热减少排放 38 5.3. 采用节能灯具节约用电 38 6.6. 消防消防.39 7.7. 环境影响评价环境影响评价.39 7.1. 社会与自然环境概况 39 7.2. 编制依据及执行的标准 40 7.3. 主要污染源和主要污染物 41 7.4. 污染治理措施 41 7.5. 环境管理及监测环境管理及监测机构 42 7.6. 环境影响初步分析 43 8.8. 劳动安全卫生劳动安全卫生.43 8.1. 设计依据及采用标准 43 8.2. 劳动卫生措施 44 8.3. 工业安全措施 45 8.4. 劳动安全卫生机构设置 46 8.5. 安全卫生措施评价 46 9.9. 工程估算工程估算.46 9.1. 概述 46 9.2. 项目建设投资 47 9.3. 编制依据 47 9.4. 投资分析 48 9.5. 概算表 49 10.10. 技术经济评价技术经济评价.57 10.1. 生产组织及定员 57 10.2. 项目实施计划 57 10.3. 资金筹措 57 10.4. 成本与费用 58 10.5.效益分析59 10.6. 盈利能力分析 59 10.7. 综合评价 60 11.11. 主要设备及材料表主要设备及材料表.60 附件：附件：中国铝业股份有限公司发展部委托编制“中国铝业河南分公司碳素厂 6#煅烧 炉更新改造项目可行性研究报告”的委托书。 附图：附图：1、区域平面图 ky2007.37a-zy-1 2、6#煅烧炉配置图（一） ky2007.37a-gy-1 3、6#煅烧炉配置图（二） ky2007.37a-gy-2 4、a-a、b-b 立面配置图 ky2007.37a-gy-3 - 1 - 1.1. 总论总论 1.1.1.1. 项目背景项目背景 1.1.1 项目名称 项目名称：中国铝业河南分公司碳素厂 6#煅烧炉更新改造项目。 1.1.2 编制依据 1、中国铝业股份有限公司委托中国长城铝业公司设计院编制本项目 可行性研究报告的委托书。 2、中国铝业河南分公司计划经营部转河南分公司碳素厂关于本项目 的项目建议书。 3、河南分公司碳素厂提供关于本项目的技术改造方案。 1.1.3 编制原则 1、深入调研分析现状，详细论证实施更新改造的必要性，提出改造 方案，并进行方案比较和论证，推荐最优方案。 2、严格控制投资，降低投资成本，提高投资回报率。 3、严格按照技术经济评价规范进行经济分析，采用有无项目对比法。 4、提出需拆除的资产及处理意见，以及安全、环保方面的投资情况。 1.1.4 企业概况 1、中国铝业河南分公司概况 中国铝业股份有限公司河南分公司（以下简称河南分公司）位于中 原腹地郑州市上街区。陇海铁路贯穿东西，连霍高速公路紧邻而过，交 通十分便利。公司前身是始建于 1958 年的郑州铝厂，1992 年 6 月，经 国务院批准，原郑州铝厂、中州铝厂、郑州轻金属研究院和郑铝矿山公 司合并组建为中国长城铝业公司。2002 年 1 月，根据中铝公司部署，中 - 2 - 国长城铝业公司在上街地区的氧化铝、电解铝板块的优良资产，组成中 国铝业河南分公司，作为中国铝业股份有限公司的骨干企业在纽约和香 港上市。 河南分公司集冶炼、发电、运输、建筑、机械制造、科研、设计于 一体。主要产品有“雪山”牌砂状氧化铝、氢氧化铝、化学品氧化铝、 铝锭及铝合金系列产品、碳阳极、金属镓及其深加工、机械制品等。公 司“雪山牌”铝锭在伦敦金属交易所注册，产品畅销全国。碳阳极远销 到欧、亚、美、澳四大洲的 18 个国家和地区，在国际上享有较高声誉。 经过近半个世纪的发展，河南分公司已经形成年产氧化铝 230 万 t 以上，铝锭 5.8 万 t，碳阳极 12 万 t，自发电 3 亿 kwh 规模。截至 2006 年底，河南分公司下属 14 个部室，14 个生产单位，在职员工达到 10023 名。拥有各类专业人员 4000 余人（其中中高级人员 1500 人） 。经 过公司广大科技工作者的不断探索和改进，创造出了适合我国铝土矿资 源特点、在世界上独树一帜的拜耳烧结混联法生产氧化铝新工艺， 率先研发成功具有自主知识产权并达到国际领先水平的一水硬铝石管道 化溶出、选矿拜耳法生产氧化铝新工艺、间接加热连续脱硅、高分 子絮凝剂沉降分离、烧结法生料浆自动配制、树脂法提取金属镓等新工 艺、技术和装备；开发的常压脱硅、高效沉降槽等技术和装备在国内同 行业推广应用；采用的降膜蒸发、气态悬浮焙烧等装备和技术达到世界 先进水平；首创的电解铝预焙槽改造技术为国内自焙槽的升级换代提供 了典范。 2002 年以来，河南分公司落实科学发展观，推进内涵挖潜和超常规 发展相结合的可持续发展战略，资产总值和销售收入历史性地突破“双 百亿” ，氧化铝产量跃居亚洲第一。公司经济总量、氧化铝产量、利润总 额、碳阳极创汇总额、镓系列产品产能连续多年居全国同行业第一，经 - 3 - 济效益和纳税总额连续四年蝉联全国有色企业首位，名列河南纳税百强 企业第二名（所得税总额名列第一位） 、郑州市利税百强第一名，形成了 低投入、低消耗、低排放和高速度、高效益的节约型增长方式。 河南分公司坚持科学发展，深化自主创新，五年内有 64 项科技成果 通过省部级鉴定，7 项达到国际领先水平，22 项达到国际先进水平，56 项成果获得市厅级以上科技进步奖。申请专利 35 项。92%的科技成果实 现了产业化，科技项目回报率达 30%以上，年创经济效益 7200 万元以上。 集国际领先技术和先进装备于一体的河南分公司扩建 70 万 t 氧化铝项目 于 2006 年 3 月份提前达产，全年产量达到 72 万 t，被评为有色金属工 业部级优质工程，创造了建设最快、达产最快、效益最好、质量一流等 新记录。 五年来，河南分公司走出了一条资源节约和自主创新相结合的科学 发展道路，实现了企业、社会和员工和谐发展，培育了在国内外具有较 强竞争力和影响力的中部铝工业产业集群，增强了铝工业在中部崛起中 的凝聚力和带动力，树立了国际上市公司的新形象。河南分公司被认证 为高新技术企业，荣获全国自主创新十强企业、河南省工业创新特等奖 等荣誉称号。 2、河南分公司碳素厂概况 中国铝业河南分公司碳素厂（以下简称碳素厂）是生产电解铝用碳 素制品的专业厂。 碳素厂筹建于 1958 年，固定资产 2.3 亿元，现有职工 894 人，其中 教授级高级技术人员 3 人、高级技术人员 15 人、中级技术人员 29 人、 中专以上文化程度 264 人，占员工总数的 29.7%。近几年来，碳素厂经 过多次的技术改造和科技攻关后，使原本六十年代为基础建设的技术落 后、效率低、质量差、生产成本高的设备与工艺有了很大改进和创新， - 4 - 产品质量有很大提高，且产量也有所增加。同时，强化管理，建立了完 善的质量保证体系，1999 年通过 iso9002:1994 质量体系认证，2002 年 通过 iso9001:2000 版质量管理体系认证，2004 年通过健康安全环境管 理体系认证。 为适应国内外铝用碳素工业发展的需要，满足市场需求，1998 年碳 素厂进行了扩建 10 万 t 碳阳极的技术改造，包括：新建 5#煅烧炉、新 建 3#生阳极生产线及新建 4# 54 室环式焙烧炉。1999 年碳素厂开辟了俄 罗斯、美国等国家的阳极市场，开拓了我国阳极出口途径。 随着出口阳极市场的扩大，2002 年 6 月碳素厂进行了扩产 2 万 t 的 技术改造，新建 6#煅烧炉及配套设备改扩建。 碳素厂现有生产能力 12 万 t/a，产品主要是出口预焙阳极。生产流 程中包括 1#6#共 6 台罐式煅烧炉，3 条阳极生坯生产线（自动配料、 单体混捏锅、单工位振动成型） ，1#3#共 3 台焙烧炉。 为满足外商对出口预焙阳极各项理化指标及外观的严格要求，特别 是优质阳极质量稳定性的要求，碳素厂作了大量技术研究、管理创新、 设备改造工作。20002005 年连续六年碳阳极出口量占国内出口欧美市 场量的 80%以上，相继有多种规格的预焙碳阳极进入美国、澳大利亚、 俄罗斯、印度、加拿大等国际市场，涉及美铝、法铝等国际知名公司， 2006 年产品出口量占总产量的 84.65%。由于碳素厂碳阳极质量及各项指 标全面符合国际标准，完全满足使用方的要求，并建立了良好的市场信 誉及客户关系，现已发展成为我国最大的碳阳极出口企业及全国有色金 属行业碳素制品出口创汇基地。 19992006 年铝用预焙阳极出口情况见表 1-1。 河南分公司铝用预焙阳极出口情况表河南分公司铝用预焙阳极出口情况表 表 1-1 年年 份份 1999199920002000200120012002200220032003200420042005200520062006 总产(t) 6005882410100560108500110000800007116249385 - 5 - 出口(t) 1505311212279615341070000543844874341804 出口量占 总产量的% 25.0613.6127.8149.2363.6467.9868.5084.65 通过几年的出口阳极生产实践及对外技术交流，碳素厂已积累了丰 富的碳阳极生产经验，并研究和掌握了影响阳极质量的各种技术难题以 及控制阳极质量的关键技术。 如：出口阳极微量元素的控制技术、阳极空气渗透率的控制技术、 阳极 co2反应性的生产控制技术、阳极空气反应性的生产控制技术等。 目前，其碳阳极质量指标中的空气反应性、假比重、真比重、视密度、 真密度、抗压强度、电阻率、微量元素等指标处于国际领先地位；co2反 应性、空气渗透率、热导率、热膨胀系数等指标达到国际先进水平。出 口优质阳极的研制成功，为全面提高阳极质量水平，降低消耗提供了技 术示范；同时为中铝公司在全世界相关铝行业起到了桥梁作用，树立了 品牌形象，并为中铝公司创造了显著的经济效益。 1.1.5 碳素厂 6#煅烧炉存在问题及原因分析 碳素厂 6#煅烧炉为八层火道顺流式罐式煅烧炉，由东西两台组成， 每台 20 个料罐，采用硅砖砌筑主体火道及料罐。该煅烧炉于 2002 年 6 月建成，10 月 10 日点火烘炉，同年 12 月初烘炉结束，正式带料运行， 到现在已运行近 5 年的时间。从 2005 年 10 月起发现 6#煅烧炉料罐烧穿 现象。 正常情况下，6#煅烧炉在运行 810 年后，由于冷却水套部位的破 损而停运大修，而主体火道及料罐不会出现料罐与火道烧穿现象。罐式 煅烧炉的使用期限，多数是依据炉体的技术状况及操作维护决定的。国 内罐式煅烧炉的使用期限一般为 68 年，有的使用寿命长达十几年。但 是，硅砖理化指标不合格，砌筑质量差，使用维护不当，寿命短的只有 34 年就将被迫停炉大修，使投资效益降低，成本增高。 - 6 - 1、6#煅烧炉存在问题： 从 2005 年 10 月起陆续发现 6#煅烧炉料罐烧穿现象，到目前为止料 罐及火道出现问题情况统计见表 1-2。 6#6#煅烧炉现状统计表煅烧炉现状统计表 表 1-2 罐号罐号料罐现状料罐现状火道现状火道现状排料情况排料情况备注备注 1 局部烧流或烧穿较暗在排 2 局部烧流或烧穿基本正常在排 3 局部烧流或烧穿下火严重在排 4 烧穿较暗在排 5 烧穿与料罐穿通停排 6 烧穿与料罐穿通停排 7 烧穿与料罐穿通停排 8 烧穿与料罐穿通停排 9 烧穿与料罐穿通停排 10 烧穿与料罐穿通停排 11 烧穿与料罐穿通停排 12 烧穿与料罐穿通停排 13 局部烧流或烧穿较暗在排 14 局部烧流或烧穿基本正常在排 15 局部烧流或烧穿基本正常在排 16 局部烧流或烧穿较暗在排 17 烧穿与料罐穿通停排 18 烧穿与料罐穿通停排 19 烧穿与料罐穿通停排 20 烧穿与料罐穿通停排 21 正常基本正常在排 22 烧穿与料罐穿通在排 23 烧穿与料罐穿通在排 24 正常基本正常在排 25 烧穿与料罐穿通停排 26 烧穿与料罐穿通在排 27 烧穿与料罐穿通在排 28 烧穿与料罐穿通在排 29 烧穿与料罐穿通在排 30 烧穿与料罐穿通停排 31 烧穿与料罐穿通在排 32 烧穿与料罐穿通在排 33 正常基本正常在排 34 烧穿与料罐穿通在排 - 7 - 35 烧穿与料罐穿通在排 36 烧穿与料罐穿通在排 37 烧穿基本正常在排 38 局部烧流或烧穿与料罐穿通在排 39 烧穿与料罐穿通在排 40 烧穿基本正常在排 从表 1-2 中看出，已经确定煅烧炉的 40 罐 40 条火道中烧穿的料罐 和火道达到 30 多条，且有的料罐（火道）不止一处的烧穿点。八层火道 罐式煅烧炉结构比较复杂，从观火孔可以观察到的视野有限，所以可以 肯定实际情况比观察到的更加严重。2006 年 8 月技术人员对煅烧炉个别 料罐排空观察，发现料罐内壁烧穿非常厉害，烧穿面积最大的地方达 0.5m2，且整个料罐内壁斑驳。 火道和料罐之间的硅砖墙被击穿，火道的负压制度被破坏，多条火 道出现窜火、下火，烟道温度过高，煅烧炉后大墙被烧穿。因为火道烧 穿严重，已经不能进行生产和排料的料罐累计已经达到 14 个；其它虽然 烧穿但是仍在生产的料罐，其情况还在进一步恶化。令人担忧的是，如 果烧穿的面积过大，整个煅烧炉砌体的安全性将会受到严重的威胁。 碳素厂于 2005 年 10 月对 6#煅烧炉炉体采取保护性的生产措施，如 降低最高温度，降低炉产量，减少清炉次数，加强炉体的巡视和密封工 作等。碳素厂也曾尝试采用热补法对破损处进行修补，但由于硅砖呈现 大面积粉化脱落，且漏洞大，无法实施。碳素厂聘请有关耐火材料专家 进行诊断，经研究讨论也确认无法采取可行的补救办法。实际上，煅烧 炉中心耐高温部分由硅砖砌筑，一旦出现烧穿，不停炉时在 1300以上 的高温情况下根本不可能修补。 如果不从根本上消除材质的缺陷，采取的措施即便再好，也不能彻 底解决问题。 目前料罐烧穿现象仍在进一步加剧，只能勉强维持生产。 - 8 - 2、原因分析 在发现煅烧炉烧穿的情况后，碳素厂针对出现的问题认真分析了原 因，从耐火材料、炉子砌筑、烘炉、操作等各个环节进行了调查和研究。 1）耐火材料 硅砖部分的耐腐蚀性从理化指标上很难作出鉴定。当初 6#煅烧炉砌 筑时，采用的硅砖质量指标均合格，不应该出现如此大面积的烧损情况。 从现场情况看，硅砖的烧穿是脱落性质，而非熔化性质。从西台 6#料罐 看，面积 5m2范围内硅砖有不同程度的脱落，脱落深度最小有 15mm，最 大达 200mm。碳素厂的 1#6#共 6 台煅烧炉，炉体结构、操作方法基本 都相同，除 6#炉外，其他炉子的使用年限都已超过了 8 年，即使因长时 间使用引起的烧穿也仅是个别料罐，像 6#煅烧炉这样的情况还是第一次 出现。 碳素厂建厂至今对煅烧炉十几台次的大修几乎都采用山东二耐砖 （仅有一次采用洛耐砖） ，很少出现类似情况。一般，煅烧炉运行 10 年 左右出现非火道主体的少量缺损，不影响炉子正常运行。而 6#炉采用的 是山东大桥耐火材料厂供货的硅砖，虽然硅砖指标合格，但从炉子运行 仅 4 年多就出现料罐烧穿、火道堵塞现象来看，其实际使用效果很不理 想。 2）炉子砌筑、烘炉 砌筑质量对煅烧炉的生产操作和炉体使用寿命有很大影响。 6#煅烧炉由中国长城铝业公司建设公司施工，该公司具有很强的施 工能力和丰富的筑炉经验。砌筑过程由建设单位、监理公司和碳素厂煅 烧车间质量检查人员全程监督，并严格按照审查后的设计图纸和筑炉要 - 9 - 求进行，应该说砌筑质量得到了有效控制。 烘炉过程对煅烧炉的正常运行及延长炉体使用寿命，同样起着关键 作用。根据以往对煅烧炉大修及建设的经验，6#煅烧炉烘炉过程充分考 虑了各种因素如硅砖线性膨胀率、水分含量等的影响，并严格按照制定 的烘炉方案及砌体加热升温曲线进行，最大程度的减轻了对炉体的损害。 3）工艺操作 严格控制好煅烧温度是获得质量合格的煅后焦的关键，同时还减轻 了硅砖承受的高温压力；合理的清理制度以及加排料制度，也有利于延 长炉体寿命。 6#煅烧炉建设时，要求硅砖的耐火度应不低于 1690，荷重软化点 应不低于 1650，而其工艺操作温度，实际运行时首、二层火道控制在 12501380，最高 1400。从现在及过去其它炉室的运行情况看，即 使长时间高温，也没有出现过硅砖大面积粉化脱落的情况。而且六、七、 八层火道处于煅烧炉低温区（温度控制在 10001100） ，也同样有料 罐烧穿现象出现。 显然，正常运行的工艺条件、工艺温度不该导致此类事情发生。 根据以上分析、判断，最大的可能性就是硅砖实际指标未达到质量 要求，导致 6#煅烧炉目前状况的原因是硅砖的质量太差。 1.1.6 项目提出的理由及必要性 6#炉的状况在继续恶化，尤其是七、八层火道耐火砖的粉化脱落情 况发展下去，将存在可能导致炉整体塌陷的危险，同时煅烧炉出现的严 重破损问题也必然影响煅后焦的质量和产量，因此基于以下几方面，提 出 6#煅烧炉更新改造项目。 1、6#煅烧炉的停产将直接影响碳素厂碳阳极出口任务的完成。 - 10 - 目前碳素厂阳极出口订单达 11 万 t 以上，保证煅后焦产能是完成全 年出口任务的先决条件。6#煅烧炉不能正常排料，给碳素厂生产组织带 来较大困难，并且成为生产流程中新的瓶颈。6#煅烧炉 40 个料罐已有 14 个停排，等于只有 26 个在运转，再加上采取保护性生产措施被迫控 制煅烧炉产量，每年将减少煅后焦产量 1.2 万 t。如果不尽快对该炉进 行更新改造，煅后焦的减产将制约碳阳极成品产量，影响碳素厂出口任 务的完成，无法满足目前已签订的出口订单的要求。 （1）碳素厂物料平衡计算 按照碳素厂年产 12 万 t 碳阳极成品，进行物料平衡计算，见表 1- 3。 物料平衡计算表物料平衡计算表 表 1-3 序序 号号 工序工序加工物料加工物料 配配 比比 成品成品 率率 实收实收 率率 加工前加工前加工后加工后 1 成品 120000 2 焙烧 94%127660 120000 3 压型 90%141844 127660 4 混捏 99%143277 141844 5 配料 143277 生碎熟碎返回 15%21492 煅后焦 85%103517 沥青 15%18268 6 粉碎 40%41407 7 粘结剂制备 18268 沥青溶化 92%19856 沥青贮存 99%20057 8 中碎筛分细碎 98%105630 103517 9 煅烧 75%140840 105630 10 初碎 99%142263 140840 （2）煅烧工序能力核算 - 11 - 碳素厂现有 5 台（1#5#炉）24 罐八层火道顺流式罐式煅烧炉，1 台（6#炉）40 罐八层火道顺流式罐式煅烧炉。 按 90kg/h罐，年工作日 365 天，日工作三班，班工作 8 小时，设 备运转率按 95计算，则 1）每台 24 罐煅烧炉年产量：0.09242436595=1.7975 万 t； 2）6# 40 罐煅烧炉年产量：0.09402436595%=2.9959 万 t。 3）6 台煅烧炉年产量合计：8.9875+2.9959=11.9834 万 t。 4）5 台 24 罐煅烧炉运行时，年产煅后焦：1.79755=8.9875 万 t。 4 台 24 罐煅烧炉与 6#煅烧炉运行时，年产煅后焦： 1.79754+2.9959=10.1859 万 t。 从物料平衡表中可知，要确保碳素厂年产 12 万 t 预焙阳极，煅后焦 年需求量为 10.5630 万 t。显然，6#煅烧炉退出后，5 台 24 罐煅烧炉运 行，煅后焦年产量将减少 2.9959 万吨，将出现 10.5630-8.9875=1.5755 万 t 的缺口。另外，煅烧炉寿命为 810 年，考虑其大修改造期为 1 年 左右，实际生产中只有 5 台煅烧炉运行，即便 6#煅烧炉仍能正常运行和 排料，加上 4 台 24 罐煅烧炉的产量，也还缺 10.5630- 10.1859=0.3771t。因此任何一台煅烧炉非正常改造时停产，对碳素厂的 产量完成造成很大影响。 2、6#煅烧炉的破损将影响碳素厂出口碳阳极质量。 （1）在煅烧炉生产过程中，温度控制是获得煅烧质量合格材料的关 键，各层火道温度必须控制在一定范围内，而由于 6#煅烧炉部分料罐停 排或火道堵塞，直接影响煅烧炉火道温度； - 12 - （2）煅烧炉采用负压操作，6#煅烧炉炉体漏风严重，破坏了煅烧炉 的负压控制系统。目前，6#煅烧炉料罐烧穿，工艺参数难以控制，煅烧 料的温度达不到工艺要求，煅后焦质量经常出现波动，造成煅后焦真密 度合格率降低，不能保证煅后焦质量合格。 （3）外商对出口预焙阳极各项理化指标如阳极的抗氧化性、电阻率、 微量元素等要求十分苛刻。煅后焦质量对阳极质量影响很大，因此保证 煅后焦质量是生产合格阳极的前提。 石油焦经煅烧后，须达到如下目的： a、排除原料中的挥发物； b、提高原料的密度和强度； c、提高原料的导电性能； d、驱除原料中的水份； e、提高原料的抗氧化性能。 要达到上述质量要求，必须确保煅烧炉正常运行。 3、煅烧炉稳定运行有利于碳素厂实现节能减排和清洁生产。 罐式煅烧炉采用无外加燃料的煅烧方式，其主要热源是石油焦本身 的挥发份，在负压作用下引入火道燃烧对原料进行间接加热。 由于煅烧炉原料在料罐内进行间接加热，因此烧损小、实收率高。 但是，6#煅烧炉部分火道和料罐烧穿，炉体漏风严重，而且料罐内物料 与火焰直接接触，不仅增加了物料的烧损，而且浪费了本可以利用的能 源。 煅烧炉排出的高温烟气温度达 1000左右，每台炉每小时排出的高 温烟气热量约为 2.33107kj。对高温烟气进行回收利用，对碳素厂节能 减排具有重要意义。按回收后烟气的温度为 300计，每台炉每小时排 出的高温烟气可回收热量约为 1.04107kj，折标煤 0.355t，年可节约 - 13 - 标煤 3110t。碳素厂 1#5# 5 台煅烧炉正常运行，烟气余热均得到了有 效利用，而且经测定该工艺最终产生的烟气清澈透明，基本不含有明显 污染物，不用烟气净化，对碳素厂实现清洁生产十分有利。 因此，鉴于上述理由，有必要、必须对 6#煅烧炉进行更新改造。 1.2.1.2. 项目概况项目概况 1.2.1 拟建地点 本项目为中国铝业河南分公司碳素厂 6#煅烧炉更新改造项目，对 6# 东西两台罐式煅烧炉大修，仍在原位置进行。 6#煅烧炉位于碳素厂东南位置。 1.2.2 建设规模与目标 1、建设规模为年产煅后石油焦 2 万 t 以上。 2、建设目标：更新改造 6#煅烧炉，稳定碳素厂煅后焦的产量，严 格控制煅后焦的质量指标，确保碳阳极出口任务的完成。 1.2.3 主要改造内容 本项目主要对碳素厂现有 6#煅烧炉进行更新改造。 主要改造内容： 1、6#煅烧炉东、西两台煅烧炉炉体上部全部拆除，更换支撑底板； 更换或加固部分立柱；更换首层部分看火孔及炉前后测压、测温孔的铁 具；更换部分砂封；更换冷却水上水套，下水套进行维修；更换烟道闸 板。 2、恢复厂房内照明设施。 3、更换炉体上安装的全部热电偶、补偿导线、微差压变送器、负压 管、电缆桥架等。 1.2.4 主要建设条件 1、区域概况 - 14 - （1）地理位置 中国铝业河南分公司碳素厂 6#煅烧炉更新改造项目位于河南分公司 厂内西部。 河南分公司位于郑州市西部的上街区，东距郑州市区 38km，西距洛 阳市 114km，南 22 km 有小关铝矿区，北傍黄河 7 km。上街区周边均系 荥阳市地域，其地理座标为东经 11320，北纬 3450。 （2）交通运输条件 横贯我国东西的连霍高速公路(郑汴洛高速)和陇海铁路由上街区北 部通过；310 国道(郑洛公路)由东向西，于该区折向南。陇海线上街站 位于工业区北侧，工业区铁路专用线由上街站西咽喉接 轨，工业站位 于上街站西南；小关 铝矿铁路专用线在工业站西部咽喉接轨。 河南分 公司生产所需大宗原材料及产品均可通过陇海线及铁路专用线送达厂 区和各地，便利的交通运输条件为河南分公司的生产和 发展提供了有 利条件。 2、自然条件 （1）地形、地貌 场地地形较平坦，地势总体上东南高西北低，地面标高介于 148.55151.60m 之间。 地貌单元属黄河中游右岸冲积平原。 地层由人工填土、第四系上更新统冲积黄土状土、粉质粘土、圆砾 及中更新统冲积粉质粘土等组成。 （2）水文条件 本区属黄河流域，区内地表水有黄河(工业区西北 7km)，临近工业 区有汜水河和河南分公司纳污河(枯河)。 地下水稳定水位深 11.3015.0m，标高 134.8137.8m，属潜水类。 - 15 - （3）气象条件 本区属大陆性季风气候区，夏季受海洋季风气候影响，炎热多雨； 冬季受西伯利亚寒潮侵袭而寒冷干燥。全年降水分布极为不均，降水多 集中在 7、8 两个月，占全年降雨量的 45.4% 。 历年平均气温： 14.3； 平均月最高气温： 22.2； 平均月最低气温： 9.0； 绝对最高气温： 42.9； 绝对最低气温： -16.5； 历年平均降水量： 635.8mm； 最大年降水量： 1084.5mm； 最少年降水量： 400.6mm； 年蒸发量平均：2095mm； 常年主导风向为：西南风，风频 13.5%，平均风速 4.6m/s； 常年次主导风向为：东风，风频 11%，平均风速 3.0m/s； 全年平均风速： 2.0m/s。 （4）地震 所在地区地震基本烈度为 7 度。 3、供电、供水、排水、燃料供应 现有 6#煅烧炉供电、供水、排水等设施齐全，能够满足 6#煅烧炉改 造的要求。 本项目仅对 6#煅烧炉本体进行更新，没有新增用电负荷、用水量、 排水量，无需增加供电、供水、排水等设施。 由于采用无外加燃料煅烧工艺，生产中不增加燃料用量，仅在烘炉 时需要约 100t 冶金焦（块状）和约 250t 烟煤（大同块煤）等原材料， - 16 - 来源有保证。 4、施工条件 （1）本项目在现有厂区现有厂房内对原有系统进行改造，前期已作 了大量的调查研究和精心安排，准备较充分，施工场地较宽敞。 （2）本项目在实施过程中，分公司内部协调便捷，只要生产组织和 施工交叉配合得力，不会对生产造成大的影响。 （3）采用成熟工艺技术、成熟产品，定货、安装、调试有保证。 （4）施工队伍力量雄厚、经验丰富。 1.2.5 项目投资及资金筹措 本项目建设投资 783.38 万元。其中：建筑工程费 487.47 万元；设 备购置费 71.5 万元；安装工程费 72.86 万元；工器具费 0.43 万元；其 它费 99.88 万元；预备费 51.25 万元。 资金来源为中国铝业股份有限公司拨款，无需借入资金。资金构成 较为简单，建设期利息为零。 本项目为改造项目，考虑不增加流动资金。 1.2.6 技术经济评价 河南分公司 6#煅烧炉改造完成后不但能提高碳素厂的产能，保证出 口任务的顺利进行，提高经济效益，而且也可避免因大修而造成的停产， 同时也为其它煅烧炉的改造积累了宝贵的技术经验，可最大限度的发挥 投资效益和经营效益。 按照中国铝业股份有限公司发展部的委托要求，本报告效益分析采 用“有无项目对比法” 。根据本工程项目实际情况及特点，有无项目对比 主要界定在 6#煅烧炉的投入产出，项目投产后能为企业带来每年 19.86% 的收益率，投资利润率 19.12%，利税率 23.24%，投资回收期 4.8 年。 1.2.7 拆除资产及处理意见 - 17 - 本项目对碳素厂 6#煅烧炉进行更新改造，将其东、西两台煅烧炉炉 体上部全部拆除，炉体重新砌筑，并更换支撑底板，更换或加固部分立 柱，更换首层部分看火孔及炉前后测压、测温孔的铁具，更换部分砂封， 更换冷却水上水套及部分下水套，更换烟道闸板，更换炉体上安装的全 部热电偶、补偿导线、微差压变送器、负压管、电缆桥架等。 6#煅烧炉拆除部分等固定资产通过折旧后，仅剩有部分残值。拆除 后，将严格按照中铝总部的要求进行资产报废、回收和处理。 1.3.1.3. 问题与建议问题与建议 碳素厂 6#煅烧炉采用的是山东大桥耐火材料厂供货的硅砖，从 2005 年 10 月起发现料罐烧穿现象，目前已经确定煅烧炉的 40 个料罐 40 条火 道中烧穿的料罐和火道达到 30 多条，且有的料罐（火道）可以看到不止 一处的烧穿点。从出现的问题进行仔细诊断和分析，导致 6#煅烧炉目前 状况的原因是硅砖的质量太差。 碳素厂建厂至今先后对十几台次的煅烧炉大修，采用的几乎都是山 东第二耐火材料厂硅砖（仅一次采用洛阳耐火材料厂硅砖） ，很少出现类 似情况；即使炉子运行 10 年左右出现非火道主体的少量缺损，也不会影 响炉子正常运行。 建议本次改造仍采用山东第二耐火材料厂生产的硅砖。 2.2. 市场预测及分析市场预测及分析 2006 年，我国原铝产量达到了 938 万 t，刨除少量自焙产能外，约 需预焙阳极 500 万 t 左右。预计随着国内电解铝新建、扩建产能的不断 释放，碳阳极需求量还将不断增长。有关资料显示，到 2007 年底，全国 电解铝产能将达到约 1460 万 t，实际产量将达到约 1260 万 t。 随着世界铝工业的发展，国际碳阳极市场非常广阔，需求前景看好。 美国部分大型碳素厂已经关停，并且国外碳阳极厂每隔 35 年需要进行 - 18 - 大修，带来周期性需求增长，由于近期国家取消了对碳阳极主要原材料 石油焦和沥青的出口退税，造成国外碳阳极厂成本上升，外商改进口石 油焦和沥青为从中国进口碳阳极。由于国际市场对环保的严格要求，国 外许多新建电解铝厂都没有设计配套的碳素厂，而直接从发展中国家进 口碳阳极。国际市场的巨大需求，引发国内民营碳阳极厂扩建浪潮，大 量专业碳阳极厂迅速扩张，仅济宁碳素厂产量就已经达到 20 万 t，产量 10 万 t 以上的专业厂还不断涌现。规模效应使民营碳素厂通过增产摊薄 人工费用和折旧费用。 河南分公司碳素厂出口碳阳极产品在国际市场上极具竞争力，是公 司的出口创汇拳头产品。碳素厂 1999 年开始研制出口碳阳极，并开辟了 俄罗斯、美国等国家的阳极市场，出口品种达 20 几种，一直以来占碳阳 极出口市场份额的 90%以上。2000 年以来，碳素厂不断提升碳阳极产品 的研发能力，为不同客户提供不同规格、不同质量的个性化产品。目前 已开发出 20 种出口阳极和 9 种国内阳极，单块最重达到 1.28t，最轻仅 有 0.35t。2001 年针对出口阳极严格的质量要求，碳素厂做了大量的技 术研究和管理创新工作，使碳阳极质量与国际接轨。自开展碳阳极出口 业务以来，产品出口俄罗斯、印度、伊朗、美国、澳大利亚、加拿大、 德国等国家，成为国际采购商到中国采购碳阳极的首选品牌，订单不断， 供不应求。6 年中共计出口碳阳极 40 万 t 以上。 碳素厂出口碳阳极产品之所以受到外商广泛青睐，主要体现在：河 南分公司碳阳极成品质量已全面达到了国际标准的要求，其中假比重、 强度、电阻率、空气反应性等八项指标处于国际领先水平，其它指标处 于国际先进水平。 几年来，通过与美国艾明可、韩国正彩、瑞士 rd 公司的合作，以及 出口欧美市场优质阳极的研制与生产，已打开市场，并赢得了良好的信 - 19 - 誉。同时与德国金马特、美国的奥尔马特、俄罗斯铝业等用户建立了良 好的伙伴关系。 目前的战略伙伴有：美国艾明克公司、韩国正彩公司、瑞士 rd 公司、 德国金马特公司等，2007 年意向合同 20 万 t，已签订合同 16 万 t。其 中，德国 2.8 万 t（要求追加 2.1 万 t） ，迪拜 4.8 万 t（要求追加 2 万 t） ，澳大利亚 3.5 万 t，美国奥尔马特 4 万 t，俄罗斯铝业 1.2 万 t。与 德国、迪拜、美国奥尔马特、俄罗斯铝业签订的均为长期合同。另外吉 尔吉斯坦 5 万 t，冰岛 3 万 t 的长期合同正在洽谈中。 河南分公司碳阳极的市场前景非常好。而作为阳极的出口基地，目 前碳素厂的 12 万 t 产能远不能满足出口的要求。由于产量不能满足国际 市场订单需求，2006 年河南分公司碳阳极出口份额下降为 25%。 碳素厂只有不断挖潜，并更新现有设备，提高设备产能和产品品质， 维持现有生产系统稳定运行，或通过技术改造项目，扩大生产能力和碳 阳极产量，才能保持现有市场，并在民营企业占领市场之前，抢占国际 市场，并占有大量份额。 3.3. 工艺改造方案工艺改造方案 3.1.3.1. 6#6#煅烧炉现状煅烧炉现状 罐式煅烧炉的使用期限，多数是依据炉体的技术状况及操作维护决 定的，在国内罐式煅烧炉的使用期限一般为 68 年，有的使用寿命长达 十几年。但是，国内各地耐火材料理化指标差异较大，如果选用的耐火 砖质量差，加上砌筑质量达不到标准要求，操作维护不当，寿命短的只 有 34 年就迫停炉大修，使投资效益降低，成本增高。 河南分公司碳素厂 6#煅烧炉于 2002 年 6 月建成，10 月 10 日点火烘 炉。同年 12 月初烘炉结束正式带料运行，目前已运行 4 年半的时间。 从 2005 年 10 月起 6#煅烧炉运行不足 2 年时间，就陆续发现开始出 - 20 - 现料罐烧穿现象，到目前为止，40 个料罐 40 条火道中已经确定烧穿的 料罐和火道达到 30 多条，且有的料罐（火道）不止一处的烧穿点。八层 火道罐式煅烧炉结构比较复杂，从观火孔可以看到的视野有限，所以实 际情况肯定比可以看到的更加严重。料罐及火道出现问题情况详见表 1- 2。 2006 年 8 月技术人员对煅烧炉个别料罐排空观察，发现料罐内壁烧 穿非常严重，最大的地方烧穿面积达 0.5m2，且整个料罐内壁斑驳。火道 和料罐之间的硅砖墙被击穿，火道的负压条件被破坏，多条火道出现窜 火、下火，烟道温度过高，煅烧炉后大墙被烧穿等问题层出不穷，当前 因为火道烧穿严重已经不能进行生产的料罐累计已经达到 14 个罐，其它 虽然烧穿但是仍在生产的料罐还在进一步恶化。如果烧穿的面积过大， 整个煅烧炉砌体的安全性就会受到严重的威胁。 碳素厂针对煅烧炉出现的烧穿问题和现象，从耐火材料、砌筑、烘 炉、操作等各个环节进行认真分析。由于硅砖部分的耐腐蚀性从理化指 标上很难判断，出现如此大面积的烧损最大的可能性就是硅砖的耐腐蚀 性太差。碳素厂现有 6 台煅烧炉，结构、操作方法基本都相同，其余煅 烧炉使用年限都已超过 8 年，即使因长时间使用引起的烧穿也仅是个别 料罐，像 6#煅烧炉这样的情况还是第一次出现。 碳素厂也采取了一些补救措施，如控制产量、控制温度，加强炉体 的巡视和密封工作，但材质的缺陷毕竟存在，采取的措施不能从根本上 解决炉体所存在的问题。煅烧炉中心耐高温部分材料由硅砖砌筑，一旦 出现烧穿，在不停炉时 1300左右的高温情况下无法实施修补。 6#煅烧炉 40 个罐停排了 14 个等于只有 26 个在运转，再加上为保护 炉体采取了控制煅烧炉产量的措施，每年将减少煅后焦产量 1.2 万吨； 炉体漏风严重，严重破坏了煅烧炉的负压控制系统，煅后焦质量经常出 - 21 - 现波动，导致其真密度合格率降低。 所以应尽快对 6#煅烧炉进行更新改造。 3.2.3.2. 碳素厂生产工艺流程简述碳素厂生产工艺流程简述 碳素生产是以少灰碳素材料石油焦和煤沥青为原料，生产铝电 解用预焙阳极（简称碳阳极） 。 原料石油焦和煤沥青进厂后，分别贮存在原料仓库内。不同产地石 油焦及返回焦，按照规定的配比，用抓斗天车在配料仓库内进行混合配 料，经破碎机破碎后入罐式煅烧炉进行高温煅烧。 煅后焦进行两次破碎及筛分，分得三种合格粒料，分别存放于配料 小仓内。同时部分煅后焦还与生产平衡中多出粒料一并入磨粉料仓，供 磨粉机磨粉（、系统采用球磨机，系统采用摆式磨粉机） 。磨好的 细粉存放于细粉配料小仓内。焙烧好的碳阳极废品经粗碎、中碎和筛分， 分出粒子骨料和细料，分别存放于配料小仓内。振动成型后的生块废品 经粗碎、中碎后贮存在配料小仓内。上述不同物料的合格粒料与粉料按 照产品的工艺配方进行干料配料。 固体煤沥青进厂后加入沥青熔化槽内，在一定的温度下进行熔化， 熔化好的液体沥青送至高位槽计量贮存。配好的干料与一定比例沥青依 次加入混捏锅混捏。 混捏好的糊料，按照不同产品进入不同工序，经振动成型机成型， 制成碳阳极生坯，将碳阳极生坯装入敞开式焙烧炉内，用合格的冶金焦 作填充料，按照指定的升温曲线进行高温焙烧。焙烧好的碳阳极经清除 填充料即成碳阳极成品。 - 22 - 碳素生产工艺流程简图见图 3-1。 图图 3-13-1 碳素生产工艺流程简图碳素生产工艺流程简图 3.3.3.3. 碳素厂物料平衡核算碳素厂物料平衡核算 碳素厂目前已形成 12 万吨的生产能力，主要生产系统包括：6 台罐 式煅烧炉、3 条生坯生产线（自动配料、单体混捏锅、单工位振动成型） 、 3 台焙烧炉。 按照生产 12 万 t 成品碳阳极，物料平衡计算表见表 3-1。 - 23 - 物料平衡计算表物料平衡计算表 表表 3-13-1 序序 号号 工序工序加工物料加工物料配比配比成品率成品率实收率实收率加工前加工前加工后加工后 1 成品 120000 2 焙烧 94%127660120000 3 压型 90%141844127660 4 混捏 99%143277141844 5 配料 143277 生碎熟碎返回 15%21492 煅后焦 85%103517 沥青 15%18268 6 粉碎 40%41407 7 粘结剂制备 18268 沥青溶化 92%19856 沥青贮存 99%20057 8 中碎筛分细碎 98%105630103517 9 煅烧 75%140840105630 10 初碎 99%142263140840 3.3.1 煅烧工序能力验算 碳素厂现有 6 组 24 罐八层火道顺流式罐式煅烧炉 5 台（1#5#煅烧 炉） ，10 组 40 罐八层火道顺流式罐式煅烧炉 1 台（6#煅烧炉） 。 煅烧炉每小时每罐产量按 90kg，年工作日 365 天，日工作三班，每 班工作 8 小时，设备运转率 95，经计算： 每台 24 罐煅烧炉年产量：0.0924243650.9517975t。 6#炉 40 罐煅烧炉年产量：0.0940243650.95=29959t。 当 6 台炉子都正常工作时，年产煅后焦： 179755+29959=119834t。 当 5 台 24 罐煅烧炉运行时，年产煅后焦：179755=89875t。 当 4 台 24 罐煅烧炉与 6#煅烧炉运行时，年产煅后焦： 179754+29959=101859t。 从物料平衡表中可知：年需煅后焦料量为 105630t。 - 24 - 一般情况下，煅烧炉寿命为 810 年，大修改造期为 1 年左右，就 是说实际生产中只有 5 台炉子运行。因此任何一台煅烧炉，尤其是 6#煅 烧炉非正常改造，都将对碳素厂的产量完成产生很大影响。6#炉煅烧能 力不足，造成整个煅烧系统能力不足，无法保证生产 12 万 t 碳阳极所需 的煅后焦，碳素厂产量目标将难以实现。 3.3.2 混捏工序能力验算 碳素厂成型车间现有三个生产系统，每个系统安装有 2000 立升混捏 锅 6 台。 按照现有作业情况，每系统、每班生产 32 锅，每锅 1.8t，设备运 转率 0.85。三个生产系统每年可生产糊料为： 1.83233650.853160833t。 从物料平衡表中知技改后需糊量为 141844t。 混捏的生产能力完全可以满足年产 12 万吨阳极之要求。 3.3.3 成型工序能力验算 目前碳素厂有三台单工位振动成型机，按照单台成型机年实际生产 能力 6 万 t 计算，可生产预焙阳极生制品 18 万 t。 从物料平衡计算中知：碳阳极年产 12 万吨时，生块需要量 127660t，成型工序可满足生产要求。 3.3.4 焙烧工序能力核算 碳素厂共有三台焙烧炉。现有焙烧实际能力如表 3-2。 碳素厂现有焙烧能力表碳素厂现有焙烧能力表 表表 3-23-2 炉别炉别炉燃烧系统类别炉燃烧系统类别实际生产能力实际生产能力备备 注注 2#炉二火焰系统 三箱/炉1.5 万 t/a使用自动燃烧装置 4#炉二火焰系统 七箱/炉5.5 万 t/a使用自动燃烧装置 3#炉二火焰系统 八箱/炉6 万 t/a使用自动燃烧装置 合计13 万 t/a 目前 4#焙烧炉节能改造项目正在实施，改造后其焙烧设计年产能可 - 25 - 达到 6 万 t。 3.4.3.4. 6#6#煅烧炉工艺主要改造内容煅烧炉工艺主要改造内容 1、6#煅烧炉体砖体部分全部重新砌筑； 2、更换或加固部分立柱； 3、更换全部沙封盖和部分沙封底座； 4、更换全部上水套和部分下水套； 5、更换烟道闸板。 3.5.3.5. 6#6#煅烧炉改造方案煅烧炉改造方案 3.5.1 工艺改造方案 1、炉体砖体部分全部重新砌筑，并根据运行经验进行相应改进。 （1）在总烟道上预留烟气余热利用口。 （2）更换首层火道部分 10 个看火孔。 （3）更换炉前后 50 个测温测压孔的铁具。 （4）煅烧炉料罐罐头膨胀缝填充高铝干毡改为锆质干毡。 根据以往经验，多台煅烧炉罐头严重烧穿问题，主要与罐头密封不 严有关。罐头膨胀缝为 5mm，过去使用高铝干毡，其耐火度为 1200， 2006 年测定的罐内料温已经超过 1300，高铝干毡不能承受如此高的温 度，在运转中逐渐被消耗，易导致罐缝漏风，使料罐局部温度过高，最 后烧穿料罐。 （5）下火口尺寸修改为 150150mm。 煅烧炉下火口尺寸过小易导致下火口、挥发分大道堵塞；尺寸过大 挥发分在火道内燃烧不充分，火道易挂灰。经过多次尝试，下火口尺寸 改为 150150mm，既解决了下火口易堵塞的问题，也解决了挥发分在火 道内燃烧不充分的问题，