超高温热解气化熔融还原炉介绍

1、1120t/d煤矸石综合利用项目建议书同煤朔州煤电宏力再生工业股份有限公司1120t/d煤矸石综合利用项目建议书北京东方投财务顾问有限公司2016年07月 P 0 1 项目概述与项目技术经济指标1.1 工程概述1.1.1 建设地点宏力再生工业股份有限公司现有建设地块。位于山西省怀仁县王坪电厂南侧。1.1.1 建设规模额定日处理能力：120t/d；生产线数量：1条，单线生产能力120t/d。主要设备及技术选择：本项目煤矸石处理技术设备采用日本已经运行近20年、占领市场近三分之一的迷你小高炉超高温热解气化熔融炉及其二次燃烧室技术。1.2 煤矸石原料煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种

2、在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。通常煤矸石的无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属（镓、钒、钛、钴）。煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。同煤集团宏力再生公司拟利用的当地丰富的煤矸石在怀仁县立项建设煤矸石加工综合利用项目，主要原料是煤矸石并配一部分焦炭，混合物料达到热值3000大卡/kg以上进行熔融炉处理。宏力公司提供的煤矸石分析报告如下：1.3 项目技术指标名称指标备注全厂技术经济指标矸石低热值煤混合处理量120t/d5t/h装置满负荷运行产气量7

3、750Nm3/h1100 Kcal/ Nm3产生蒸汽量13t/h8MPa饱和蒸汽5t/h0.4MPa饱和蒸汽飞灰掺烧量0.15t/h运行小时数7200h1.4 主项表项目包括的主体装置和应配套工程见下表。主项名称规模备注气化熔融装置120t/d熔融炉主体运行设备。控制中心应配套主体装置和公用及系统工程供配电200kW外部提供用电设备的配电消防包括水池、管网配套给排水补水20t/h配套循环水化学水站18t/h配套除盐水原料堆场800t含卸车产品堆场300t含装车2 工艺技术2.1 技术简介热解气化熔融技术属第三代固体废弃物处理技术 。 日本20世纪70年代开发，德国90年代开发，中国是本世纪初开

4、发。 固体废弃物在超高温热解气化熔融反应器中处于还原性气氛，有机成分转变成可燃的气体、无机成分转变成可回收的固体物质。 2009年日本经济产业省将其定位：创新的低碳技术。日本国经济产业省对该设备海外出口给予鼓励推荐，原文详见附件。高温熔融的液态渣经水淬冷却而形成玻璃体，其活性很高，可以直接回收并利用。2.2 熔融炉工艺说明超高温热解气化熔融反应器是一种常压下的固定床直立反应炉。按照移动床的原理工作，在气化熔融炉的内部自上而下依次呈层状分成干燥、氧化分解、还原熔融阶段。固体废弃物从炉上部加入并与从炉下部上升的气体一边进行热交换一边下降。从气化熔融炉上部排出的合成气体出装置。热分解段固废与焦炭、石

5、灰石一起下降进入还原熔融段，借助从进风口供给的富氧进行可控的熔融还原反应。在超高温条件下所有无机物成分完全熔融，并以液态聚集在反应器底部排出。窗体顶端常规固废焚烧炉型主要有机械炉排焚烧炉、回转窑式焚烧炉和流化床或循环流化床焚烧炉。这些炉的飞灰中含有大量的重金属（Pb、 Cd、 Hg等）和二恶英，目前国内报道的炉排炉飞灰中二噁英含量有的高达7530ng-TEQ/kg。国家危险废物名录已将垃圾焚烧飞灰定性为危险废物。气化熔融炉将固废的碳氢化合物在气化炉中气化，产生的合成气体在二燃室内燃烧达到1000-1300以上，使得飞灰中99.9%的二噁英被高温分解，而且熔融炉的注入富氧量严格控制，外界注入气体

6、量及流速很小，所以飞灰的产生量非常少。实测数据二噁英只有0.002ng-TEQ/kg. 出渣 玻璃化炉渣2.3 工作过程装置生产运行时，煤矸石与焦炭按照1:0.2的质量比投入熔融炉装入装置，同时根据熔融要求投入一定数量的石灰石作为助熔剂。煤矸石和焦炭分别通过计量漏斗计量，然后倒入一个翻斗,再通过绞盘输送到炉顶的装料漏斗，装料漏斗分别将煤矸石和焦炭送入到装料节气阀。装料节气阀位于炉体的上端,内部包括至少两级闸阀系统、一个物料支撑结构、一个防火和封闭机构；多级闸阀系统间充入氮气以保证炉内气体不会外泄。混合物料通过装料节气阀，依靠自身重力向下缓慢移动。在移动过程中，物料经过干燥、预热、气化、氧化、分

7、解、熔融等过程，同时根据监测数据和反应状态适量向炉底注入富氧，产生的可燃气体和液态融渣排出炉外。出炉的可燃气体经旋风除尘器预除尘后，进入燃气余热锅炉，与空气混合后充分燃烧，排出的烟气经布袋除尘器处理和脱硫脱硝后以优于国家排放标准排入大气；液态炉渣直接送到临近的炉渣拉丝设施进行后续加工。熔融炉过程一般约需要2个小时完全反应，以下是自上向下各部参与反应的化学物理状态。预热阶段：100200：干燥；去除物理水。250：除氧；消除水成分；开始消除H2S 气化阶段（氧化反应）：340：CH4和脂肪族化合物开始裂变380：有机物碳化。400600：C-O和C-N化合物裂变；沥青质转换焦油。600：沥青质裂

8、变为热稳定的链状气态碳氢化合物；芳烃合成 8001200：气化；卤素完全处于蒸汽状态（如碱金属氯化物或HCI）。 熔融阶段（还原反应）：12002000：芳烃和有机化合物开始完全分解，矿物熔融。石灰石、焦炭煤矸石热解气化带3001,000摄氏度熔融带 1,7001,800摄氏度干燥、预热带约300富氧热解气化气体去燃气余热锅炉产生蒸汽液态熔渣2.4 技术特点1、有机成分转换为可燃气（碳转换率99%）；2、微负压运行（不会排出有毒有害的任何气态物质，对环境几乎没有影响）3、超高温导致所有矿物成分完全熔化，使炉渣玻璃化，便于综合利用。4、物料在炉内极其缓慢的移动，含尘量极低（含尘量小于60 mg/

9、 m3 ）。5、可间断/连续进料6、可定时/连续排渣7、无任何废水排放2.5 固废物料的适应性1、本技术对于矸石及低热值煤具有良好的可操作性，物料入炉粒径不超过40cm,在5-10cm为最佳。2、本装置还特别适用于：生活垃圾焚烧、其它工业废弃物的处理。3、入炉物料达不到熔融的热值要求或者水分高时需添加高热值物料，根据宏力公司现有的资源情况，建议每吨煤矸石配比添加200-300公斤的半焦或压型焦粉。 2.6 设备结构特点1、结构简单：还原熔融段为圆筒形、进料段为方形。2、可分段加工制造、安装。安装工作量少。 3、炉体向上、向下两个方向膨胀伸缩。 4、熔融炉属常压炉，不带压运行。非压力反应器。 5

10、、炉体采用立式结构，占地面积小，本装置本体占地面积3015M。 6、120t/d熔融炉装置总高度(含进料机构）34.8m。其中进料段17.5m、还原熔融段12.3m. 7、周期短：制造到安装试运行，610个月。8、运行维护工作量小。2.7 原料及产品2.7.1原料项目主要处理的原料为煤矸石，添加少量的焦炭作为调整热值的控制方法，焦炭的加入量主要通过对炉底的熔渣量进行动态调整。随主料还加入少量的石灰，用于调整熔渣的碱性和熔化温度，确保流动性并且对耐火材料无腐蚀性。投入的物料应控制粉体量不超过5%。1）煤矸石热值1500-3000大卡kcal/kg 粒度82%硫90%粒度100mm2.7.2产品项

11、目主产品为液态熔渣，熔渣作为后续的拉丝原料就地进入拉丝设施（其他项目另建）。生产过程产生的大量高热烟气和可燃气体，用于发生蒸汽，蒸汽为气流磨及拉丝设施的生产热源之一。1）熔融渣液态熔渣是一种广泛的原料，大多用于生产各种建筑材料。本项目根据当地市场情况，考虑生产保温材料。2）蒸汽蒸汽8MPa320（暂定，可根据拉丝和气流磨的需要进行调整）0.4MPa150 物料平衡序号项目数量kg/h备注1入方174951.1煤矸石41671.2焦炭8331.3石灰1041.4富氧6083kg/h4647m3/h熔融炉用1.5空气6308kg/h4872m3/h余热锅炉用2出方174952.1烟气14515kg

12、/h10060m3/h2.2熔渣2980kg/h3）气化合成气体延伸应用熔融气化炉所产生的合成气体主要组分是CO、H2、CO2，其中以CO、H2为原料可以进行化工合成多种下游产品。转化合成的工艺技术我国已经非常成熟，并且在煤化工领域得到了广泛的工业化应用。COCNG甲醇乙二醇H2烯烃2.9 消耗指标以下仅列出气化熔融装置的需要外部提供的消耗品，不包含其中的烟气脱硫部分。1）电连续负荷400V 80kW 未计脱硫间断负荷400/220V50kW2）水循环冷却水补水6.75t/h化学水处理用水20t/h3）空气净化空气50m3/h工厂风150m3/次 间断氮气30m3/h4）石灰每吨煤矸石约消耗2

13、5kg石灰，5t/h的熔融炉约消耗104kg石灰，石灰中氧化钙含量不低于90%，当含量变化时，消耗量相应调整。5）活性炭活性炭用于烟气脱硝510kg/h3.公用工程3.1 电气厂用电系统采用照明和动力共用的380/220V三相四线制中性点直接接地系统。鉴于负荷的重要性，建议宏力公司配套采用双电源变配电后接入本装置，两路电源互为备用。气化系统动力用电需外部提供约130KVA容量。3.2 给水3.2.1水量根据估算，水源按0.2MPa压力1.5米每秒的流速，4吋管127.3立方/小时。每小时补水量见下表。循环水为部分机械设备的冷却水和熔融炉部分的冷却水，总量约50m3/h。 补充水量表 单位：m3

14、/h序号项 目补给水量（m3/h）1循环冷却水补水102锅炉补给水20合计30 3.2.2水质需外部提供的循环冷却水补水、锅炉补给水及其它水质指标要求见下表。城市污水再生利用 工业用水水质标准 GB/T19923-2005序号控制项目（mg/L）冷却用水洗涤用水锅 炉补给水工艺、产品用水直流冷却水循环冷却水1pH值6.596.58.56.596.58.56.58.52悬浮物（SS）30303浊度（NTU）5554色度（度）30303030305生化需氧量BOD530103010106化学需氧量COD Cr6060607铁0.30.30.30.38锰0.10.10.10.19氯离子2502502

15、5025025010二氧化硅SiO25050303011总硬度（以CaCO3计）45045045045045012总碱度（以CaCO3计）35035035035035013硫酸盐60025025025025014氨氮（以N计）10101015总磷（以P计）11116溶解性总固体20020020020020017石油类11118阴离子表面活性剂0.50.50.519余氯0.050.050.050.050.0520粪大肠菌群（个/L）20002000200020002000注：当敞开式循环冷却水系统换热器为铜质时，循环冷却系统中循环水的氨氮指标应小于1 mg/L。加氯消毒时管末梢值。4. 自动化系

16、统本项目自动化水平是通过控制方式、控制室布置、控制系统的功能及配置、运行监控模式以及主辅机可控性等多方面综合体现。本项目超高温热解气化熔融炉为一套单独控制系统，通过通讯方式与装置内其余系统在一套DCS系统内控制，公共工程的其他小型控制系统一并汇入总DSC进行控制。通过这套系统的分散控制系统，实现各设备功能控制。其自动化水平达到运行人员在集中控制室内能够完成机组正常运行的全部监控功能，并在少量现场人员的配合下。实现机组的启停操作和事故状态下的有关处理。通过上述功能，煤矸石处理基本达到较高的自动化水平，能在少量就地操作和巡回检查配合下，在中央控制室由分散控制系统实现对焚烧线、热能利用及辅助系统的集

17、中监视、分散控制。并在焚烧的自动化控制系统中，设置独立于分散控制系统的紧急停车系统，确保各类工艺的安全运行。5、技术参数汇总技术参数汇总表。序号 指标单位 数值备注1规模(原料处理量)t/d1202主要产品规格 液态熔渣t/d71.521800 蒸汽t/d4328MPa/0.4MPa3主要消耗 电kW130 水M3/h30补充水量4排放 废气t/d348.410060m3/h5运输量 运入t/d120.1煤矸石混合料 运出t/d71.52熔融液态玻璃质渣6本装置定员人167装置本体占地面积m24503015M8装置本体设备费万元6. 投资估算6.1 投资估算费用的范围针对本项目的设计标准、规模和范围，按照国家对建设项目的有关规定和现行政策文件的要求，结合宏力公司的实际情况和特点，仅对超高温热解气化熔融炉本体装置编制了投资估算。投资估算费用：投资估算费用仅包括超高温热解气化熔融炉单体装置设备安装工程费用。未包括全部建构筑物及地基处理、道路、厂区平整、临时设施费用等单项工程费用、公用系统、辅助系统工程费用。6.2 投资估算年水平及费用附件：日本经济产业省