南非saldanha污水处理厂midrex直接还原生产工艺

南非saldanha污水处理厂midrex直接还原生产工艺

0产水水质与水量世界上第一个大型露天开采设备是13日开始的。1999年6月，它在南非的saldanha钢中投入生产。另一方面，立管直接还原设备采用midrex立管。设计年产能80万t、金属化率大于93%的DRI与COREX铁水一起供该厂炼钢使用。该厂COREX生产的煤气94%用于生产DRI,其余用于钢铁厂生产用热源。本项目的投产证明直接还原竖炉并不完全依赖天燃气,可以使用含CO高于70%的煤制气生产海绵铁。本文系统介绍了SALDANHA钢厂的DR工艺消耗,分析了2004~2005年直接还原竖炉的生产指标,并对其还原竖炉的技术经济指标进行分析。1设计新型零排放水系统南非SALDANHA钢厂是ISCOR股份有限公司的全资子公司,位于非洲大陆南端好望角开普敦以北200公里处,紧邻旅游区。其结合了COREX和DR技术以及现代化的短流程炼钢技术,设计真正的零排放水系统、固体废物全面管理系统。由1座COREX-2000、1座MIDREX-800、120tCONARC转电炉、ISP薄板连铸机和热轧等工序,以及制氧机、原料系统及港口码头、水处理系统、水渣磨粉车间储藏等组成。设计年产能为80万tDRI、65万t铁水和125万t热轧板,产品15%内销,85%出口东非、亚洲和欧洲。COREX-2000设备于1998年12月31日投产运行,MIDREX直接还原设备于1999年6月13日投产运行。2saldanha监狱的研究在COREX生产过程中,可产生大量的还原煤气(称为输出煤气)。这种输出煤气的一个合理的应用是用于邻近的DRI装置上,而且生产的铁水和DRI可直接装入电炉进行冶炼。这种合理的组合,即将COREX-DRI和电炉联合在一起,可以经济地生产出优质钢水,实现节能降本和改善环保。南非SALDANHA钢厂采用的COREX-DR工艺流程如图1所示。2004~2005年COREX-2000年产铁水96万t,具体指标如表1所示,其单耗及工序能耗如表2所示。COREX煤气除尘后进入CO2脱除装置,然后经热交换装置和加热炉将气体加热后进入MIDREX竖炉作为还原气体。SALDANHA钢厂的CO2脱除技术采用真空变压吸附技术VPSA。典型的进入VPSA煤气和VPSA吸附后的煤气成分如表3所示。VPSA脱CO2脱硫后的还原煤气经H1和H2两级加热后供MIDREX竖炉使用。H1为一次加热,将还原煤气由40℃加热至约420℃,其主要燃料由VPSA的尾气、MIDREX竖炉炉顶煤气、压缩空气和做备用燃料的LPG组成。H2为二次加热,将还原煤气由420℃加热至约820℃,其主要燃料由还原煤气、LPG(液化石油气)和氧气组成。LPG在H1内仅是备用,当H1的温度低于最低值时,关闭VPSA的尾气和MIDREX竖炉炉顶煤气,仅采用LPG和压缩空气燃烧,快速升温,以避免析碳反应。MIDREX竖炉DRI冷却段的冷却气由冷还原煤气和LPG组成,其在还原竖炉下段对还原产品进行循环冷却至室温。冷却煤气在冷却带的顶部收集,并在煤气洗涤器中冷却和净化后,再通过压缩机在竖炉内循环。铁水-DRI-电炉炼钢具有经济上的优势。在废钢缺乏或质量差的情况下,只有转电炉可以加入铁水和DRI。南非SALDANHA钢厂的CONARC转电炉采用的是德国西马克-德马克公司德新技术,它把传统的转炉工艺与电炉炼钢法汇集在同一个炉体,配有顶吹氧枪和与变压器连接的石墨电极,顶吹氧枪和电极均可在两个工位轮换工作。典型的原料配比是铁水50%、DRI34%、废钢10%以及生铁5%,并且有能力装入不同比例和质量的废钢,也可以为出售部分DRI成品提供库存。南非SALDANHA钢厂采用的配比是铁水46%,DRI54%。这种联合技术的灵活性使入炉混合料的配置能满足最有利的条件,可以充分利用废钢价格的波动。COREX-DR-电炉炼钢的优点是:·技术上可行;·DRI热装及使用一部分铁水顶吹氧加热使炼钢能耗较低;·原料使用灵活;·DRI的利用率高和价格受市场影响小。3midrex与co2004~2005年,MIDREX竖炉年均使用64.3%的南非Sishen块矿和35.7%的巴西CVRD球团矿(图2)。当竖炉清空后,使用100%的球团恢复生产。南非Sishen块矿是ISCOR公司专用铁矿生产线采用COREX工艺、MIDREX工艺生产的,粒度为8~20mm,表面粉粒经水洗干净后,其典型特征是矿石在炉内400~650℃温度范围内会发生低温粉化,使透气性变坏,因此需要配加球团改善炉内的气流分布。南非SALDANHA钢厂MIDREX使用的两种矿石的典型成分如表4所示。由于MIDREX使用的COREX煤气经VPSA脱除CO2后作为还原气体,南非SALDANHA钢厂MIDREX在2004年和2005年的平均还原煤气还原势为91.8%,其中H2与CO的比例为0.32,CO2体积分数为6.45%,CH4体积分数为0.76%,煤气进入竖炉平均温度为820℃。4由dri和碳质量分数变化图虽然设计作业率为91%,但由于工厂内、外部的停机原因,2004年和2005年MIDREX竖炉的年平均作业率为84.3%,平均年产DRI64万t。图3为2004~2005年DRI金属化率和碳质量分数推移图。由图可知,DRI产品的金属化率在91.3%~92.8%的范围内波动,年平均金属化率为91.87%。DRI的碳质量分数在1.27%~1.68%的范围内波动,DRI的年平均碳质量分数为1.50%。MIDREX一年内曾多次停机,当MIDREX竖炉每次停机前后可能产出一定量的不合格(低金属化率)DRI。5污染物排放5.1现实的排放来源COREX-DR联合工艺采用块矿和球团,避免了高炉流程中粉矿烧结过程产生的粉尘和SO2排放。COREX熔化气化炉内的硫大部分直接进入渣中,而随着气体进入预还原竖炉内的硫被煅烧熔剂吸收后又带回熔化气化炉,因此COREX工艺由煤气和水带出的硫仅占总入量的2%~3%,远低于传统高炉(20%~30%)。COREX-DR联合工艺中采用VPSA脱除COREX输出煤气中的CO2的同时也脱除了煤气中含量已很低的H2S,富集硫的VPSA尾气作为气体换热装置的燃料,用于加热还原煤气,因此煤气加热炉尾气中产生了大量SO2排放。NOx主要由燃烧过程产生,与燃烧室的设计有关。COREX输出煤气的燃烧发生在湿煤的干燥、DR厂气体换热和出铁场等工序中,DR厂采用COREX-DR联合工艺的NOx排放量很少。COREX-DR联合工艺中COREX装置和MIDREX竖炉主要污染物排放量如表5所示。粉尘的排放与除尘装置有关。除尘主要用于原料的处理和存储单元,目前先进的除尘装置能达到规定的粉尘排放标准。5.2有机物质的传统排放传统炼铁流程中主要的液体排放是由炼焦产生的。在COREX工艺中,煤被迅速加热至1000℃以上裂解,因此煤气洗涤水产生的有机物质很少,典型排放量如表6所示。5.3煤渣煤线直接阻燃双酰胺煤粉技术由于COREX工艺分成竖炉和熔化气化炉两个装置,因此对循环物料的控制比高炉易于实现。COREX块煤筛下粉煤可采用压块技术,作为熔化气化炉的块状燃料。SALDANHA钢厂应用由VAI开发的烟尘、泥渣粒化技术来粒化COREX、DR竖炉和转电炉烟尘以及粉矿的部分煤粉,然后通过煤线加入熔化气化炉。曾进行过利用无机粘结剂将回收和废弃材料(BF或BOF泥渣和轧钢屑等)压块后加入还原竖炉的试验。一台COREX-2000装置一般能循环利用掉年产100~200万t钢产生的含铁固体废弃物。6saldanha公司的midrex设备由于MIDREX竖炉的还原煤气采用COREX煤气,而且MIDREX竖炉与COREX之间未设大型缓冲煤气柜,因此MIDREX竖炉的运行受COREX作业率的影响,COREX停机时,MIDREX竖炉就不能生产。虽然SALDANHA钢厂采用的COREX装置、CO2洗涤设备、MIDREX还原竖炉三大技术都得到公认,但这三大工艺组合起来连续生产还是世界首例。成功投产后不久就达到了100t/h的额定能力,但设备故障(循环煤气压缩机损坏;金属粉尘腐蚀损坏了直接还原装置前的煤气加热器;由于输出煤气中含水量很高,VPSA压缩机出现问题等)妨碍了直接还原装置的稳定生产。因此其作业率低于传统的天然气MIDREX竖炉,年平均设备利用率仅为84.3%,如图4所示。7案例2:美国实行cox-dr联合工艺midrex2004~2005年MIDREX竖炉生产DRI的原料能源消耗的年平均值如表7所示。可见,该工艺并非只采用COREX输出煤气,生产1吨DRI液化石油气的消耗量为15.1kg,具体的COREX入炉煤气量、液化石油气、氧气等各原料的单耗量在2004年和2005年全年的推移情况如图5~图10所示。2004~2005年采用COREX-DR联合工艺MIDREX的年均工序能耗如表8所示。由表可知,采用COREX-DR联合工艺,MIDREX的年均工序能耗很高,为每吨DRI消耗648.46kg标煤。造成工序能耗高的主要原因是入炉的COREX煤气量和电耗都很高,其根本原因是采用VPSA技术有效气体的收得率较低,VPSA尾气中含有约23.64%的有效气体,该尾气的热值仅约500kCal/m3,有一部分在煤气加热炉H1中用作燃料,其次是竖炉每次关机检修前后的煤气由于混入空气,只能放散烧掉(损耗)。图11为SALDANHA钢厂2005年11月17日采用COREX-DR联合工艺生产的煤气流平衡图,图中煤气成分分析并未计入含H2O量。由图可知,采用VPSA技术CO的收得率较低,VPSA尾气中的CO含量高达21.55%,VPSA产生的尾气率为41.6%。8saladaha企业采用midrex,通过火炬生成生