【正文】 操作溫度低于 230℃時選用聚四氟乙烯填料；超過 230℃時選用柔性石墨填料 c 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 一般情況下選用氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，配電 /氣閥門定位器。 a 差壓式流量計 一般流體的流量測量，宜選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。 主要儀表選型原則如下： (1) 溫度儀表 現(xiàn)場溫度儀表刻度應(yīng)采用直讀式，正常使用溫度應(yīng) 為量程的 50％?70％，最高測量值不應(yīng)超過量程的 90％。 設(shè) 1 臺專用工程師站，用于 DCS 日常系統(tǒng)維護(hù)及組態(tài)、調(diào)試、修改。 (3) 信號報警 本設(shè)計裝置工藝參數(shù)越限報警由 DCS 實現(xiàn)。安全儀表系統(tǒng)用來在設(shè)備故障、電源故障、氣體泄露的情況下通過緊急停車開關(guān)，關(guān)停一些設(shè)備將工廠調(diào)整到一個事故安全狀態(tài)。 氣化、硫回收、豎爐和豎爐污水處理等現(xiàn)場機(jī)柜間的信息 通過冗余的通訊 方式將信號送到 中心控制室 。鐵浴爐系統(tǒng)包括鐵浴爐本體、礦槽、熱風(fēng)爐、出鐵場、煤粉噴吹、鼓風(fēng)系統(tǒng)。 風(fēng)機(jī)房把冷風(fēng)送入熱風(fēng)爐，冷風(fēng)被加熱到 1200℃，從爐頂吹入鐵 浴爐。 低壓閃蒸槽底部出來的富液自流進(jìn)入汽提塔，塔內(nèi)有 5 層碳鋼扁環(huán)散堆填料，溶液與汽提氮氣在填料塔內(nèi)逆流接觸，此時溶液中溶解的 CO2 被汽提出來，排入大氣。然后依次進(jìn)入廢熱鍋爐、鍋爐給水加熱器、脫鹽水預(yù)熱器、凈化還原氣預(yù)熱器進(jìn)行熱量回收。細(xì)灰在此被水完全浸濕，在洗滌塔中從粗煤氣中除去。 氣化 在本工段，煤漿與氧進(jìn)行部分氧化反應(yīng)制得粗還原氣。 停爐、開爐迅速，轉(zhuǎn)產(chǎn)靈活，可根據(jù)原料變化配粉狀含鐵原料。其操作的彈性，可以根據(jù)市場變化，迅速調(diào)整原料成本。熔劑主要是粉狀氧化鈣、氧化鎂等。 Midrex 法的一次能源是天然氣，通過天然氣蒸汽轉(zhuǎn) 化反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成 CO 和H2。另外，脫硫溶液無毒，對環(huán)境污染少；溶液配置簡單，原料價廉易得；溶液中付反應(yīng)生成物增長速度慢。經(jīng)改進(jìn)后該技術(shù)采用六塔流程 ，與林德工藝相似，設(shè)備投資比林德工藝低 ~10%。 大型氣化技術(shù)比較 見表 41。采用干粉氣化，氧耗量較德士古低（ ~15%）。 流化床氣化技術(shù)主要有灰熔聚流化床粉煤氣化和 恩德爐粉煤氣化技術(shù)。 黨的十六屆三中 全會《決定》提出， “ 抓住新一輪全球生產(chǎn)要素優(yōu)化重組和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的重大機(jī)遇 ”。主要鋼鐵原料鐵礦石對外依存度達(dá) 51%以上，進(jìn)口價從 2021年到 2021 年分別上漲了 %、 19%、 %、 65%，三年已經(jīng)翻了 一番， 2021年鐵礦石漲價 65%，唐山地區(qū)鐵精礦粉價格去年 12 月份已超過 1500 元 /t。 4 研究結(jié)論 “氣基直接還原鐵 +鐵浴爐”工藝技術(shù)先進(jìn)，設(shè)備運(yùn)行安全可靠，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。全縣總面積 3510 平方公里，總?cè)丝? 萬，有滿、漢、苗、回等 11個民族， XX 人口占 %。唐鋼氣體公司提供氧氣氮氣等工業(yè)氣體。 綜上所述，該項目工藝技術(shù)先進(jìn)成熟，市場前景良 好，建成后能帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，建議盡快建設(shè)。據(jù)測算， 2021 年社會廢鋼產(chǎn)生量 4200 萬噸，鋼鐵企業(yè)自產(chǎn)廢鋼 3000 萬噸左右，加上鑄造、設(shè)備制造小五金行業(yè)、小鋼廠用料，廢 鋼缺口 2500萬噸以上。 該項目原料和產(chǎn)品均在工業(yè)園區(qū)內(nèi)，可以減少原料和產(chǎn)品的庫存量，減少生產(chǎn)和管理成本，有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。另外，粗煤氣中含灰量較大，造成廢鍋及洗滌塔等處易堵塞，需經(jīng)常停爐除渣、除焦，給操作和日常維護(hù)帶來巨大困難。 GSP 粉煤氣化技術(shù)，是德國未來能源公司開發(fā)的工藝技術(shù)，既有德士古氣化爐的工藝特點，又有 Shell 氣化工藝的特點。 CO 變換有耐硫變換和非耐硫變換之分，非耐硫變換氣體要先脫硫，由于脫硫工藝要求在常溫下進(jìn)行，故流程會出現(xiàn)“冷熱病”，進(jìn)入變換需補(bǔ)加蒸汽，增加消耗。 兩種工藝的比較見表 4－ 2。還原過程在低于給料熔融溫度的條件下進(jìn)行。 20 HYL 法 希爾法 (HYL 法 )為墨西哥鍍錫板和薄板公司的發(fā)明， HYL 是這家公司英文縮寫。 金屬和熔渣射流覆蓋在水冷壁表面，減少能量損失，保護(hù)水冷壁，有點類似于轉(zhuǎn)爐的濺渣護(hù)爐。 礦槽為混凝土結(jié)構(gòu)，所裝物料為熱壓塊、球團(tuán)礦、小塊焦、塊礦。其他均采用成熟的國內(nèi)技術(shù)。氣化原料中的少量未轉(zhuǎn)化組份和由部分灰形成的液態(tài)熔渣與生成的粗煤氣一起并流進(jìn)入氣化爐下部的激冷室。 沉積在氣化爐激冷室底部的粗渣及其它固體顆粒，通過循環(huán)水流的循環(huán)作 用帶入鎖斗。 從濃縮塔底出來的富含 H2S、 CO2 的溶液與 NHD 貧液在貧富液換熱器I 換熱升溫，進(jìn)入脫硫中間閃蒸槽進(jìn)一步降壓閃蒸，閃蒸出一定量含有大量 CO2 和少量 H2 的閃蒸氣，閃蒸氣經(jīng)冷卻去閃蒸氣分離器，閃蒸液又與NHD 貧液在貧富液換熱器 II 中換熱后，進(jìn)入脫硫低壓閃蒸槽，富液中大量的 CO2 閃蒸出來，經(jīng)閃蒸氣水冷器冷卻到 40℃ ，也進(jìn)入閃蒸氣分離器分離出水分及夾帶的 NHD 溶液，最后進(jìn)入脫硫閃壓機(jī)增壓后，進(jìn)入濃縮塔。 再生塔內(nèi)析出的元素硫懸浮于再生塔頂部的環(huán)形 槽 內(nèi)，并溢流進(jìn)入泡沫槽，再由硫泡沫泵送入硫泡沫槽，經(jīng)過濾，進(jìn)熔硫釜回收硫磺。外層走氧氣，在槍的前端形成旋流，快速燃燒煤粉，同時氧氣還可以冷卻噴槍的外表溫度。 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。 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。配高分辨率直角平面彩色 CRT 或 LCD，帶球標(biāo)和操作員鍵盤。設(shè)操作室、機(jī)柜室、工程師站室、 UPS 室等。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。 所有溫度元件均有保護(hù)套管。 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。 (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。水罐液位測量一般選用單法蘭液位變送器。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。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。 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。 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。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。 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。 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。 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。 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。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。這些物質(zhì)出氣化爐燃燒室，沿下降管進(jìn)入激冷室水浴。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 。 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。如果下道工序要精煉，則必須脫硫脫磷。綜合考慮設(shè)備費(fèi)、專利費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、工藝成熟性和技術(shù)易得性，該項目擬 采 改進(jìn)的 Midrex 法 。 d1）、單爐產(chǎn)量大（最高達(dá) 180 萬 t/年）等優(yōu)點。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%。 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。相比 Texaco 和 Shell 有諸多優(yōu)點。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。 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)。 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。 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。 還原氣體制備系統(tǒng)包括： 原煤貯運(yùn)、氣化、變換、脫硫、脫碳、硫回收六 部分。 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。 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)。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。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。此技術(shù)用于城市煤氣較好，不宜 作還原 氣。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。采用激冷流程，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。 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。克勞斯反應(yīng)段由工 藝氣加熱器、催化反應(yīng)器和硫磺冷凝器組成。 還原區(qū)發(fā)生的基本反應(yīng)如下： 3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2 3 Fe2O3 + H2 2 Fe3O4 + H2O Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2 Fe3O4 + H2 3 FeO + 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。 從發(fā)展的角度 來看， Midrex 技術(shù)工藝 的市場占有率在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)仍將占據(jù)統(tǒng)治地位。鐵浴爐可冶煉高磷礦。 鐵浴爐設(shè)鼓風(fēng)機(jī)及風(fēng)機(jī)房。 氣化 煤漿制備工藝流程 由煤 貯 運(yùn)系統(tǒng)送來的原料煤（干）送至煤貯斗，經(jīng)稱重給料機(jī)控制輸送量送入棒磨機(jī)，加入一定量的水，物料在棒磨機(jī)中進(jìn)行濕法磨煤。 氣化反應(yīng)生成粗煤氣及少量的其它物質(zhì)（包括氯化物、硫化物、氮氣、氬氣及甲烷等）、液態(tài)熔渣及細(xì)灰顆粒。 從氣化爐和碳洗塔排出的高溫黑水分別進(jìn)入高壓閃蒸器，經(jīng)高壓閃蒸濃縮后的黑水再經(jīng)真空閃蒸濃縮后由渣池泵送入澄清槽，水中加入絮凝劑使其加速沉淀。后兩級閃蒸氣中含有 H2S、 CO2 等，經(jīng)脫硫閃壓機(jī)壓縮后去濃縮塔，被 NHD 溶液吸收H2S 后放空。脫碳壓力～ ,脫碳后還原氣含 CO2 ～ 2％經(jīng)變換煤氣預(yù)熱并減壓后去還原氣加熱爐升溫。渣通過爐前水淬，送入指定的渣場。 SIS 系統(tǒng)至 DCS 系統(tǒng)之間采用通訊傳輸。 工程師站用于 DCS 日常系統(tǒng)維護(hù)及組態(tài)、調(diào)試、修改。配高分辨率直角平面彩色 CRT 或 LCD，帶球標(biāo)和操作員鍵盤。 DCS系統(tǒng)配置 4 臺打印機(jī)負(fù)責(zé)各類報表和日志的輸出。 空調(diào)系統(tǒng) 操作室內(nèi)空氣基本恒溫、恒濕；對空氣進(jìn)行過濾、除塵及凈化，保持較高的新風(fēng)置換率。氨氣和液氨均選用氨專用壓力表。 c 儲罐液位測量一般選用雷達(dá)或伺服液位計。 (7) 環(huán)境安全儀表 為確保裝置安全生產(chǎn)和人身安全，在裝置區(qū)易發(fā)生可燃?xì)怏w泄露和積聚的場所，設(shè)置可燃?xì)?