COSRED提锌提铁技术处理钢铁厂含锌粉尘的应用前景

2021-09-15 09:57:12 作者:huangj 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

文中指出了现有含锌粉尘处理工艺存在的不足,重点描述了COSRED提锌提铁工艺的基本流程和技术优势
 付邦豪,周强,李建涛,唐恩,汪朋,陈泉锋
武汉科思瑞迪科技有限公司

1 前言

钢铁企业生产过程中会产生大量的各类粉尘、污泥,如:烧结除尘灰、高炉瓦斯灰或泥、转炉除尘灰或泥、电炉除尘灰、氧化铁皮等,这些除尘灰中通常还有大量的有价元素,如Fe、Zn等。一直以来,这些含铁粉尘大部分直接返回烧结加以利用,然而随着锌元素在炉料中不断循环富集,对高炉的生产顺行和长寿会带来严重的不利影响,因此,通常需要先将

这些粉尘中的锌提取出来。目前,用于处理钢铁厂含锌粉尘的工艺主要为转底炉工艺和回转窑工艺,但是这两种工艺均存在明显的不足。

转底炉工艺处理含锌粉尘,可以获得较高脱锌率的金属化球团,而且收集到的粗锌粉中的ZnO含量也较高(≥50%)。但是,转底炉工艺存在以下比较突出的不足之处:i)单条生产线的年处理量不高,目前单台套设备的最大年处理量通常不超过20万吨;ii)由于其工艺特点,产品的金属化率不高(70-75%),且品位和强度均较低,不宜直接作为炼铁和炼钢的炉料使用;iii)转底炉工艺由于工艺本身固有的缺点,生产过程中容易出现炉底板结,耐火砖脱落等生产事故;iv)产品的冷却方式给环境带来污染。

与转底炉工艺相比,回转窑工艺不需要造球,脱锌后的产品作为烧结原料再利用,并综合回收了有价元素锌。但是,该工艺存在以下主要不足:i)单条生产线的年处理量较低,目前单台套设备的最大年处理量通常不超过20万吨;ii)生产过程中窑内极易“结圈”,“结圈”后的处理难度很大、劳动强度很高,不仅降低了设备作业率,而且推高了生产成本;iii)由于采用煤粉作为燃料和还原剂,烟气中的粉尘含量较高,从烟尘中收集的粗锌粉的品位较低,产品附加值不高;iv)由于产品的金属化率不高且不稳定,并且脱锌后的产品由于粉末太多,只能作为烧结原料返回烧结工序;v)产品的冷却方式给环境带来污染。

针对转底炉工艺和回转窑工艺存在的上述不足之处,COSRED提锌提铁工艺给出了一种新的解决方案,可以在处理好含锌粉尘固废的同时,实现锌元素和铁元素的高效回收,最大程度的使粉尘固废中的有价成分得到经济合理的回收利用,这对于减少钢铁企业污染物的排放和促进我国钢铁工业的可持续发展都具有十分重要的意义。

2 COSRED提锌提铁工艺技术

2.1  COSRED提锌提铁工艺基本流程

COSRED提锌提铁工艺是武汉科思瑞迪科技有限公司开发的、已经获得了国家授权的发明专利,该工艺在COREX工艺和FINEX工艺的基础上实现了三大技术创新:1)用移动床提锌炉替代气基还原炉和气基流化床;2)生产中可以不需要富氧;3)提铁炉煤气自产自用。由于这三大技术创新,使得该工艺不仅具有流程短、环保好的突出优势,而且具有成本低、投资省和质量优等综合优势。

COSRED提锌提铁工艺基本流程,见图1所示。

COSRED提锌提铁工艺主要包括以下基本环节:

1)含锌含铁固废原料和粘结剂经过混匀、压块和烘干后,与还原剂及脱硫剂混合形成混合料,混合料通过运输装置运至提锌炉的顶部;

2)在提锌炉的顶部通过布料装置将混合料装入提锌炉中的脱锌室,混合料在脱锌室的下行过程中,经过预热段、脱锌段后完成脱锌任务;

3)提锌炉产生的高温烟气通过余热锅炉和布袋除尘器等设施,不仅将高温烟气的热量回收,产生蒸汽,同时也回收得到了粗锌粉;

4)脱锌完成后,将混合料冷却至650-700℃,通过提锌炉的排料装置排出炉外,经过热筛得到脱锌率达到90%以上的脱锌球团;

5)提锌工序排出的650~700℃的高温脱锌球团在热态下装入提铁炉,同时配入还原剂煤块和造渣剂石灰石,并向提铁炉内鼓入1000~1150℃的热风;

 ​


6)物料在提铁炉内进行高温熔炼,最终实现渣铁分离,获得1400~1500℃的铁水和熔融炉渣;

7)在提铁炉中提炼获得的铁水排出提铁炉后,利用现有铸铁设备进一步铸成生铁块,作为转炉或电炉炼钢的优质炉料;熔渣排出提铁炉后,先经过水淬处理,然后再利用现有矿渣磨粉设施进一步磨细成粉,外销作为水泥厂的原料;

8)提铁炉熔炼过程中产生的高温煤气经过余热回收和净化处理后,作为提锌炉和热风炉的燃料,向提锌炉和热风炉提供热量;

9)提锌炉烟气和提铁炉煤气的余热回收所获得的蒸汽,送往蒸汽轮机进行发电。

2.2 COSRED提锌提铁工艺技术特点

COSRED粉尘固废提锌提铁工艺具有以下主要的技术特点:

1)物流运输顺畅短捷:本方案工艺流程短,物料运输顺畅便捷;

2)产能规模灵活:通过提锌炉脱锌室的模块化设计和模块数量组合,实现不同的生产规模,单条生产线最大年处理规模可达100-120万吨固废;

3)原燃料适应范围广:可以处理各类含铁原料,还原剂可以采用煤炭、兰炭、焦炭、石油焦或木炭中的任何一种或几种;

4)煤气利用效率高:提锌炉使用的燃气采用提铁炉自产的煤气,提铁工序中热风炉的燃烧煤气也是提铁炉自产的煤气,煤气利用效率高;

5)产品质量好:提锌炉的脱锌时间和脱锌温度灵活可控,产品脱锌率和脱氧率能够得到充分保证,最终再通过提铁炉的处理,可提炼制得优质的铸铁块;

6)产品形式多:提锌炉得到的脱锌球团可以采用冷排料或热排料工艺,可与提铁炉直接衔接进行提铁作业;也还可以采用冷压块或热压块工艺,以便于脱锌球团产品的储存和运输;

7)生产稳定顺行:提锌炉物料运行顺畅,脱锌率和脱氧率高,生产稳定顺行;提铁炉能够稳定的实现脱锌球团的提铁、熔分和造气三大功能;

8)操作简单便捷:工艺控制简单、自动化程度高、生产操作简便可靠;

9)节能降耗效果好:高温煤气和烟气余热充分回收利用,提铁炉产生的煤气自产自用,提锌炉生产的高温脱锌球团热态装入提铁炉,生产过程节能降耗效果好;

10)环境友好:原燃料不需要烧结工序和焦化工序,不仅氮氧化物、二氧化硫及粉尘均达标排放,而且二氧化碳和污染物排放总量比高炉工艺均实现大幅度降低;环境除尘灰作为原料返回配料系统再次利用,工艺过程无工业废水和二次固体废弃物产生;

11)降低CO2的排放:本工艺可采用富氢气体作为还原气和燃料气,从而进一步降低CO2的排放量;

12)综合优势明显:技术先进、装备可靠、环保效果好、生产成本低、投资回收期短。

2.3 COSRED提锌提铁工艺的主要技术经济指标

某项目年处理38万吨粉尘固废的主要技术经济指标,如表1所示。

 

1 年处理38万吨粉尘固废主要技术经济指标

序号

项目

单位

指标

备注

提锌工序

 

 

 

1

固废年处理量

t/a

38.5

TFe~55%,干基

2

脱锌球团年产量

t/a

29.25

脱锌率:≥90%,金属化率:≥70%

3

粗锌粉年产量

t/a

4.37

ZnO≥50%

4

含铁含锌原料单耗

kg/t-P

1316

 

5

还原剂单耗

kg/t-P

233

 

6

粘结剂单耗

kg/t-P

25

 

7

脱硫剂单耗

kg/t-P

40

 

8

电耗

kW·h/t-P

65

 

9

氮气消耗量

Nm3/t-P

~212

 

10

新水消耗

t/t-P

0.8

 

11

煤气单耗

Nm3/t-P

990

提铁炉煤气,热值≥1200kcal/Nm3

12

还原温度

1050~1150

 

13

脱锌率

%

≥90

 

14

金属化率

%

70~95

 

15

热排料温度

650~700

 

提铁工序

 

 

 

1

脱锌球团年处理量

t/a

29.25

TFE≥77.5%

2

铸铁块年产量

t/a

22.4

TFE≥94%

3

铸铁块日产量

t/d

640

 

4

脱锌球团单耗

kg/t

1306

 

5

无烟煤煤块单耗

kg/t

617.6

提铁炉还原剂、造气剂

 

提锌工序回收煤

kg/t

450.4

与脱锌球团一起热装入炉

 

额外配煤

kg/t

167.2

常温入炉

6

石灰石

kg/t

108.7

造渣剂,常温入炉

7

炉顶压力

MPa

0.04

设备能力:0.05

8

热风温度

1100

能力:1150

9

富氧率

%

0~3

设计能力:3

10

渣比

kg/t

396

干渣

11

顶煤气温度

1050

热值:≥1200kcal/Nm3

12

电耗

kW·h/t

110

 

13

新水

t/t-

2.4

 

14

年工作日

d/a

350

 


2.4 COSRED提锌提铁工艺的能源消耗
……

 

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