【正文】 H2O FeO + CO Fe + CO2 FeO + H2 Fe + H2O 3Fe + 2CO Fe3C + CO2 3Fe + CO + H2 Fe3C + H2O 3Fe + CH4 Fe3C + 2H2 在氣基直接還原工藝中，豎爐法的 MIDREX 和 HYL 占有絕對優(yōu)勢，具有工 藝技術(shù)成熟可靠、投資少、生產(chǎn)率高（容積利用系數(shù)可達(dá) 8～ 12t/m3178。 綜合以上，本項目采用絡(luò)合鐵法脫硫?？藙谒狗磻?yīng)段由工 藝氣加熱器、催化反應(yīng)器和硫磺冷凝器組成。 NHD 凈化可將 CO2 脫至 %以下， 17 H2S 小于 1PPm。 從國內(nèi)外煤氣化裝置中所采用的脫除酸性氣體的工藝來看，低溫甲醇洗和NHD 較常見。 氣化爐的規(guī)格主要有 φ3200 和 φ2800 兩種，一般情況下，同一種爐型， 16 由于氣化壓力降低， 每增加 1 臺爐子，投資要增加 30%。采用激冷流程，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。主要設(shè)備需在國外制造，建設(shè)周期較長。該技術(shù)由于是水煤漿進(jìn)料，大量水份要進(jìn)行氣化，因而以單位體積的 (CO+H2)計的煤耗和氧耗均比 Shell 氣化高。但氣化壓 力低、單爐產(chǎn)氣量小，其次是 煤 氣中 粉塵 含量高，凈化 困難 ，目前尚 沒有穩(wěn)定運行的裝置 。此技術(shù)用于城市煤氣較好，不宜 作還原 氣。 對于現(xiàn)代化大工業(yè)生產(chǎn)，資源、技術(shù)、管理、資金、信 息都是非常重要的生產(chǎn)要素。由于廢鋼資源供應(yīng)不足，煉鋼生鐵采購過旺，漲勢自然強(qiáng)勁。 表 23 2021 年 112 月國內(nèi)主要地區(qū)鐵精粉價格 8 2021 年 112 月國內(nèi)主要地區(qū)鐵精粉價格 地區(qū) 遼寧朝陽 山西代縣 湖北大冶 河北唐山 山東淄博 安徽繁昌 TFe 66% 64% 63% 66% 64% 64% 單位 ： 元 /t 濕基不含稅 干基含稅 1 月 475 620 740 715 660 2 月 620 755 730 675 3 月 530 775 750 690 4 月 595 655 785 770 700 5 月 875 740 6 月 600 730 800 790 7 月 615 745 835 825 8 月 965 9 月 1190 1045 10 月 895 1275 11 月 960 960 1215 1345 1275 12 月 1015 廢鋼價格情況 我國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展是在近十年才興起的，社會廢鋼 的積蓄量還很低，約在 13~15 億噸，還未進(jìn)入廢鋼鐵高產(chǎn)期。表明了 2021~2021 年直接還原鐵需求的強(qiáng)勁增長，據(jù)預(yù)測， 2021年全球直接還原鐵的產(chǎn)量將達(dá)到 7500萬噸。 項目 投產(chǎn)后， 還 將會 促進(jìn) 地方相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn) XX縣 及周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)繁榮。 研究 結(jié)論 研究范圍 主要分為三部分：還原氣體制備系統(tǒng)、豎爐系統(tǒng)和鐵浴爐系統(tǒng)。 為實現(xiàn)縣域經(jīng)濟(jì)的跨越發(fā)展，不斷培育縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的后勁和支撐，XX 縣委、縣政府依托本縣豐富的鐵礦資源，與具有雄厚經(jīng)濟(jì)實力和技術(shù)優(yōu)勢的我國 最大的 鋼鐵企業(yè) 河北 鋼鐵集團(tuán)公司 （原唐山鋼鐵集團(tuán)） 、北京 XX熱能技術(shù)有限公司合作，建設(shè)山 XX 經(jīng)濟(jì)示范園區(qū) ， 實施工業(yè)入園 ， 園區(qū) 3 帶動的發(fā)展戰(zhàn)略，落實工業(yè)生產(chǎn)項目，促進(jìn)企業(yè)合作、規(guī)?；a(chǎn)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)、良性互動。 1 250 萬噸 /年 直接還原鐵項目 可行性研究報告 XX 省冶金設(shè)計院 2021 年 4 月 2 1 總論 概述 項目名稱 250 萬噸 /年直接還原 鐵 項目 項目負(fù)責(zé)人 項目建設(shè)單位名稱 項目建設(shè)地點 項目建設(shè)單位基本情況 建設(shè) 指導(dǎo)思想 （ 1）以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念來指導(dǎo) 項目建設(shè) ，認(rèn)真貫徹國家和地方有關(guān)法規(guī)及行業(yè)政策。 唐鋼負(fù)責(zé)整合本縣主要鐵礦資源，并在園區(qū)建設(shè) 260 萬噸 /年規(guī)模的氧化球團(tuán)廠， XX 公司 以氧化球團(tuán)為原料，建設(shè)豎爐年產(chǎn) 250 萬噸直接還原鐵作為鐵浴爐的原料，鐵浴爐生產(chǎn) 88 萬 噸 融熔還原鐵水 。 還原氣體制備系統(tǒng)包括： 原煤貯運、氣化、變換、脫硫、脫碳、硫回收六 部分。 本項目的建設(shè)投資 197085 萬元，所得稅后內(nèi)部收益率 %，投資回收期為 （含建設(shè)期 ） ，項目的盈利 能力滿足行業(yè)要求。 世界各國直接還原鐵廠產(chǎn)量統(tǒng)計見表 22， 自 2021年以來，印度取代了委內(nèi)瑞拉成為全球最大的直接還原鐵生產(chǎn)國。廢鋼鐵的供應(yīng)量的增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上鋼鐵產(chǎn)量的增長幅度，從上世紀(jì)九十年代中期開始進(jìn)口廢鋼，整個廢鋼市場進(jìn)入了供不應(yīng)求的運行周期。 我國的直接還原鐵產(chǎn)量低，需求量高，其價格也自然隨著鐵礦石、廢鋼和生鐵的漲勢而上漲。 XX 山 XX 經(jīng)濟(jì)園區(qū)的“ 250 萬噸直接還原鐵 +鐵浴爐”項目，依托當(dāng)?shù)罔F礦資源優(yōu)勢，通過北京 XX公司 把 先進(jìn)的氣基直接還原技術(shù)引進(jìn)到本園區(qū)，填補(bǔ)了我國的技術(shù)空白和產(chǎn)品空白。 固定層間歇氣化技術(shù)是我國小氮肥、小甲醇廠普遍采用的氣化技術(shù)。 恩德粉煤氣化技術(shù)是由我國撫順恩德機(jī)械有限公司引進(jìn)國外專利技術(shù)，并進(jìn)行重大改進(jìn)完善開發(fā)成功的工藝，屬于沸騰床粉煤氣化技術(shù)。但其粗水煤氣中甲烷及其它 14 惰性氣體含量很少，對還原氣生產(chǎn)來說，不需脫甲 烷和氮。該技術(shù)目前國外只有一套大型裝置運行，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，國內(nèi)引進(jìn)了幾套裝置，但由于工業(yè)化的經(jīng)驗不多，均存在問題。相比 Texaco 和 Shell 有諸多優(yōu)點。根據(jù)還原氣用量及不同爐型的投資估算，同時考慮對凈化投資和運行費用的影響，確定本項目采用 φ2800、 氣化爐 4 臺，三開一備 。 低溫甲醇洗工藝是采用冷甲醇作為溶劑脫除酸性氣體的物理吸收方法，主要有德 國林德公司的低溫甲醇洗工藝脫硫脫碳工藝和魯奇公司的低溫甲醇洗脫硫脫碳工藝。 NHD 溶劑吸收能力比甲醇低，因而溶劑循環(huán)量大，且溶劑價格較高，因而操作費用較高。硫磺在克勞斯反應(yīng)器后冷凝分離 , 未反應(yīng)的氣體進(jìn)入下一個催化反應(yīng)段繼續(xù)反應(yīng)和生成硫 , 其反應(yīng)過程如下 : 2H2S + SO2 3S + 2H2O (c) 對于硫化氫含量高的富酸性氣 , 設(shè)有二個反應(yīng)段的克勞斯裝置理論上的回收率為 96%, 設(shè)有三個反應(yīng)段的克勞斯反應(yīng)段的克勞斯裝置理論的上的硫回收率為 98%, 但在實際上 , 由于受到各種條件的限制 , 硫的回收率只能達(dá)到 94~97%。 直接還原鐵方案 直接還原工藝用于將球團(tuán)礦或塊礦形式的鐵氧化物轉(zhuǎn)換成適于煉鋼的高度還原 產(chǎn)品。 d1）、單爐產(chǎn)量大（最高達(dá) 180 萬 t/年）等優(yōu)點。 Midrex 豎爐法是 1968 年由美國提出， 1969 年第一次建廠，而后迅速發(fā)展起來。綜合考慮設(shè)備費、專利費、運行費、工藝成熟性和技術(shù)易得性，該項目擬 采 改進(jìn)的 Midrex 法 。鐵熔池上面，分散著隨煤加入的碳素發(fā)生氧化反應(yīng)，與含鐵原料發(fā)生氧化反 應(yīng)，生成一氧化碳，煤炭里面的揮發(fā)份分解產(chǎn)生氫氣。如果下道工序要精煉，則必須脫硫脫磷。 鐵浴爐工藝設(shè)備 鐵浴爐兩臺爐缸為水冷綜合爐底，爐底水冷管上砌兩層半石墨高導(dǎo)熱碳磚，兩層微孔熱壓焙燒碳磚和兩層剛玉磚 。 設(shè)熱風(fēng)爐及管線使鼓入鐵浴爐內(nèi)的風(fēng)溫加熱到 1200℃，同時利用鐵浴 22 爐產(chǎn)生的煤氣加熱爐體耐火磚。 定員 287 人 (包括焦?fàn)t、燒結(jié) ) 242 人 占地 大 少 (省去了焦化、燒結(jié)占地 ) 固廢處理 產(chǎn)生瓦斯灰、除塵污泥， 要另設(shè)處理裝置 可消化含鐵粉塵，循環(huán)使用。為了控制煤漿粘度及保持煤漿的穩(wěn)定性加入添加劑，為了調(diào)整煤漿的 pH 值，加入堿液或氨水，共同 磨制漿達(dá)到要求的粒度分布，制得料漿濃度約為 60％ 左右 。 煤漿經(jīng)高壓料漿泵從煤漿槽送入工藝燒嘴。這些物質(zhì)出氣化爐燃燒室，沿下降管進(jìn)入激冷室水浴。粗煤氣夾帶的水滴在塔板上方的除沫器中分離下來。澄清槽底部的細(xì)渣漿經(jīng)泵抽出送往過濾機(jī)給料槽，經(jīng)由過濾機(jī)給料泵加壓后送至真空過濾機(jī)脫水，渣餅由汽車?yán)鰪S外。 脫硫塔底排出的富液，進(jìn)入脫硫水力透平回收能量減壓后，進(jìn)入高壓閃蒸槽閃蒸，該閃蒸氣與脫碳工段的高壓閃蒸氣合并一起進(jìn)入脫碳閃壓機(jī)，升壓后同 變換 氣一起進(jìn)脫硫系統(tǒng)以回收高壓閃蒸氣中的 H2。 脫碳： 來自脫硫工段的脫硫氣和來自爐頂氣壓縮機(jī)壓縮的爐頂氣混合后進(jìn)入脫碳塔，氣體自下而上與從塔頂來的 NHD 溶劑逆流接觸，塔內(nèi)有 5 層碳鋼扁環(huán)散堆填料，氣體中的 CO2 被溶劑吸收，部分 H2S、 COS 被吸收。 硫回收 酸性氣體經(jīng)氣液分離后，被絡(luò)合鐵脫硫液自吸進(jìn)入吸收塔上部，在噴射器內(nèi)氣液兩相混合，并不斷的更新接觸面積，氣液兩相進(jìn)入下部分離段，氣相分離液滴后，進(jìn)入填料吸 收塔，經(jīng)噴淋段、填料段吸收硫化氫后，尾氣集中排放。 Midrex 豎爐直接還原工藝，球團(tuán)流進(jìn)豎爐的速度由豎爐底部的排料速度進(jìn)行控制。富氧為了增加鐵浴爐內(nèi)燃燒溫度，其次能減少煤氣中氮氣的含量。 除塵系統(tǒng)包括鐵浴爐頂氣熱旋風(fēng)除塵、爐頂煤氣噴淋塔、出鐵場除塵。 設(shè)計范圍 北京 XX 公司作為本項目的總體設(shè)計院。 隨設(shè)備或裝置成 套提供的控制系統(tǒng)（ PLC）和儀表，應(yīng)具有與控制室DCS 通訊的能力。 備煤系統(tǒng)、爐頂氣壓縮等隨機(jī)成套供應(yīng)的控制盤安裝在現(xiàn)場操作 間，脫硫、脫碳、 NHD 儲罐的信號控制、操作也設(shè)置在現(xiàn)場操作間。工程師站配置接口與工廠信息管理網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 SIS應(yīng)按照 IEC61508 和 IEC61511 的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。 主要控制方案 本 裝置 生產(chǎn)過程對自動化控制要求高，主要工藝過程為連續(xù)生產(chǎn)，豎 33 爐等部分工序為批量生產(chǎn)，在自動化控制方面可分為兩部分，即順序控制和連續(xù)控制。 (4) 通訊網(wǎng)絡(luò) 本設(shè)計范圍內(nèi)的生產(chǎn)裝置采用的 DCS 具有與上位機(jī)通訊的能力。 備煤、氣化系統(tǒng)及還原氣升溫及爐頂氣壓縮部分 DCS 操作站分組見表45 表 45 DCS 操作站分組表 序號 裝置名稱 操作站數(shù)量 操作站組編號 備注 34 1 煤漿制備、氣化、灰水處理 3 1 2 硫回收 1 2 3 變換、脫硫、脫碳 2 3 4 *加熱爐 1 4 *部分的機(jī)柜間與豎爐單元共用。因此從控制管理來說，控制室是全廠實時信息、歷史信息、相關(guān)信息高度密集的中心。設(shè)置空 氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，對室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。 集中檢測溫度儀表， 200℃～ 600℃和無振動場合采用 Pt250 鉑熱電阻，精度 ，熱電阻特性應(yīng)符合 IEC607511983。除有特殊說明外，壓力表受壓檢測部件均選用不銹鋼材質(zhì)，精度 級，表盤直徑選用 250 毫米。此外，根據(jù)使用條件和測量要求可采用其它取壓方式。水罐液位測量一般選用單法蘭液位變送器。 在普通調(diào)節(jié)閥進(jìn)行二位式控制的場合，可采用二位三通電磁閥，對雙作用的氣缸調(diào)節(jié)閥可采用二位四通電磁閥。 (6) 分析儀表 該項目的分析儀表采用 H2S 分析儀、 CH4 分析儀、 H2分析儀， CO 分析 39 儀， CO2分析儀等在線分析儀表。 在要求泄漏量小、閥前后壓差較小的場合選用單座調(diào)節(jié)閥； 在泄漏量要求不嚴(yán)、閥前后壓差大的場合選用雙 座調(diào)節(jié)閥； 在閥前后壓差較大、介質(zhì)不含固體顆粒的場合選用套筒調(diào)節(jié)閥； 就地調(diào)節(jié)，不需要遠(yuǎn)傳且調(diào)節(jié)精度不高的場合選用自力式調(diào)節(jié)閥。 b 金屬轉(zhuǎn)子流量計 在小流量、微小流量的場合，不粘附且透明的流體流量測量，當(dāng)量程比不大于 10∶ 1，需要就地或遠(yuǎn)處指示時，采用金屬轉(zhuǎn)子流量計。 (3) 流量儀表 刻 度范圍： 最大流量的刻度讀數(shù)不應(yīng)超過 90％。 所有溫度元件均有保護(hù)套管。 儀表選型原則 儀表選用技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、價格適中的產(chǎn)品，同等條件一般選用國產(chǎn)設(shè)備，國產(chǎn)設(shè)備不能滿足要求時選用進(jìn)口設(shè)備。室內(nèi)以人工照明為主，機(jī)柜室與操作室用鋁合金玻璃隔斷隔開，以保證室內(nèi)安靜且防塵。公用工程控制室分別設(shè)置一套 DCS 系統(tǒng)。設(shè)操作室、機(jī)柜室、工程師站室、 UPS 室等。為保證裝置安全，本裝置設(shè)有多處安全聯(lián)鎖保護(hù)控制。配高分辨率直角平面彩色 CRT 或 LCD，帶球標(biāo)和操作員鍵盤。 通訊系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和控制器均為 1： 1 冗余配置；控制回路的 I/O卡件均采用 1： 1 冗余配置。 控制系統(tǒng)細(xì)則 DCS 系統(tǒng) 本項目的 DCS 系統(tǒng)應(yīng)具有開放性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有數(shù)據(jù)采集、集中操作、監(jiān)控、計算、簡單控制、復(fù)雜控制、趨勢記錄、流程畫面顯示、報警、控制回路參數(shù)整定、系統(tǒng)診斷和報表打印等功能。 可燃 /有毒氣體檢測報警系統(tǒng)為獨立的系統(tǒng)，用于裝置內(nèi)的可燃 /有毒氣體的檢測和報警，該系統(tǒng)具有與 DCS 通訊的能力。 XX 冶金設(shè)計院負(fù)責(zé)直接還原鐵系統(tǒng)中的豎爐、鐵浴爐、爐頂氣除塵降溫及污水處理部分的設(shè)計。 表 43 融熔還原鐵消耗定額表 序號 名稱 規(guī)格 單位