恒瑞褐铁矿脱砷技术方案.docx
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恒瑞褐铁矿脱砷技术方案
个旧恒瑞工贸有限公司回转窑脱砷二期工程
技术方案
曲靖重型机械制造有限公司
2009年12月7日
一、概述……………………………………………………….1～3
二、原始数据………………………………………………….3～4
三、混合料计算……………………………………………….４～5
四、物料平衡计算…………………………………………….5～6
五、烟气量计算……………………………………………….6～9
六、煅烧过程中主要理化反应……………………………….9～10
七、主要设备选型…………………………………………….10～12
八、工艺过程简述……………………………………………12～12
九、参考书目…………………………………………………13～13
一十、附图、表…………………………………………………13～18
个旧恒瑞工贸有限公司回转窑脱砷提纯低品位褐铁矿技术方案
（二期工程）
一、概述
我国铁矿储量位于俄罗斯、澳大利亚、巴西和加拿大之后，居世界第五。
已经探明的铁矿储量中97.5%为贫矿，必须经过选矿才能入炉冶炼，而可以直接入炉炼铁、炼钢的富铁矿资源仅占总储量的1.8%，且多数是零星分散在贫铁矿中的混合矿，可单独开采的很少。
同时我国又是目前国际上最大的铁矿石需求国，我国巨大的铁矿石需求刺激了国际供应商持续上调价格的冲动，也同样刺激了国际铁矿石勘探和开发的大幅提速。
我国铁矿石进口量大、对外依存度较高。
2007、2008年中国铁矿石对外依存度分别为48%与45%左右。
中国是国际铁矿石的最大买主。
2008年中国共进口4.4366亿吨铁矿石，占全球海运铁矿石比重约为52％。
2009年下半年各国政府的刺激措施已开始对钢铁市场产生积极的影响，促使全球钢铁产量恢复。
据统计，2009年9月全球铁矿石需求1.27亿吨，仅比2008年5月历史最高水平低5.3%。
国际钢协WSA公布数据显示，9月欧盟27国粗钢产量达到1317万吨，创下2009年以来最高，高炉开工率已由2009年年初的54%，提高到目前的75%；独联体6国9月钢产量已恢复到2008年经济危机前最高水平的73%，比2009年1月增长23%；日本9月粗钢产量827万吨，比2009年年初增长30%，连续7个月呈现增长趋势，高炉开工率已由年初的58%提高到76%；北美2009年9月粗钢产量同样较1月大幅增长29%。
中国的需求也在增加。
最新统计显示，2009年第三季度中国粗钢产量1.53亿吨，创造历史最高，同比和环比分别增长20%和10%，以此生产水平中国钢产量年产将达到6.1亿吨。
国泰证券分析师认为，如果中国钢铁产能保持这个水平，加上世界其他地区经济复苏，将引起钢铁产能继续保持反弹趋势，照此推算，全球铁矿石需求可能在2009年底或2010年初创造历史最高纪录。
需求猛增加的同时，包括中国在内主要铁矿石生产国矿石产量正在不断恢复。
统计数据显示，2009年第三季度包括必和必拓、力拓和淡水河谷在内的三大矿山公司铁矿石产量合计14194万吨（不包括球团），比第二季度增长9.2%。
中国2009年9月原矿产量8542万吨，创造历史最高的同时也首次突破8000万吨，同比和环比分别增长31%和11%。
尽管如此，后期矿石供应仍然比较紧张。
一位资深矿山人士表示，相比全球铁矿石需求恢复速度，世界矿石供应仍略显滞后，2009年四季度及2010年铁矿石供求并不非常乐观。
据测算，2009年第三季度全球铁矿石需求比第一季度增加6516万吨，但三大矿山公司与中国铁矿石产量增长6040万吨，供求仍有500万吨缺口。
“南非、印度及澳洲FMG等矿山产量增长可弥补这一缺口，基本维持了供求平衡，但也绝非十分宽裕。
”
在个旧一带高砷低品位褐铁矿储量丰富，容易获得，所以脱砷提纯低品位褐铁矿具有常广阔的市场前景。
加之有一期工程近一年的生产实践，对二期工程的建设和生产更是事半功倍。
二、原始数据
1.原染料特征数据
i.褐铁矿
Fe
S
AS
Zn
Pb
H2O
（%）
48～50
1.5
1.5
0.1
0.7～0.8
17
其17%的含水量中7%（结晶水），10%（附着水）。
ii.无烟煤
（FC）ad
Vad
Aad
S
Mad
（%）
～65
8~10
～20
≤1
8
热值：
23MJ/kg=23000KJ/kg
iii.煤气
热值：
5020～5443KJ/Nm3=5020KJ/Nm3
2.系统操作数据
i.系统目标能力：
1000t混合料/d
ii.窑的单为容积能力：
2～3t混合料/m3.d
iii.混合料配合比：
95%（96%～95%）褐铁矿：
5%（4%～5%）煤
iv.窑內温度：
预热带：
～700℃
煅烧带：
～1450℃
冷却带：
～1000℃
v.离窑尾烟气温度：
～500℃
vi.入袋除尘烟气温度：
120～150℃
vii.系统热耗：
714285kJ/t混合料
三、混合料计算
1.原料原始数据平均换算
Fe
S
AS
Zn
Pb
H2O
其它
（%）
49
1.5
1.5
0.1
0.75
17
30.15
2.燃料原始数据平均换算
（FC）ad
Vad
Aad
S
Mad
（%）
65
9
20
1
8
3.混合料操作数据
i.混合料配合比：
褐铁矿/煤=95%/5%
ii.则1单位混合料中含：
褐铁矿：
0.95单位
煤：
0.05单位
Fe
S
AS
Zn
Pb
C
Vf
A
H2O
其它
（%）
46.55
1.48
1.43
0.10
0.71
3.25
0.45
1.00
16.55
28.49
4.混合料高温煅烧后产物
假定煅烧过程中：
褐铁矿的还原磁化率：
80%
褐铁矿失氧率：
2÷21×80%×100=7.62%与其它列如下表
挥发物为：
As
97%
挥发
挥发物为：
Zn
90%
挥发
挥发物为：
Pb
90%
挥发
挥发物为：
Vf
100%
挥发
蒸发物为：
H2O
100%
蒸发
燃尽物为：
C
100%
燃尽
燃尽物为：
S
98%
燃尽
褐铁矿失氧率：
7．62%
C+6Fe2O3→4Fe3O4+CO2↑
其总和为：
26.90%
损失：
4%
考滤扬尘及撒料
i.煅烧后产物为：
（1－26.90÷100）×（1－4÷100）=0.70单位
ii.矿物回收率为：
0.70÷0.95×100=73.87%
iii.煅烧后产物主要成份：
Fe
AS
Zn
Pb
其它
（%）
63.68
0.04
0.04
0.00
0.02
四、物料平衡计算
设备年运转率：
80%
窑能力为：
1000t混合料/d
序号
物料名称
单为物耗
时耗
日耗
年耗
（t）
1
褐铁矿
0.950
39.58
950
277400
2
还原煤
0.050
2.08
50
14600
3
混合料
1.000
41.67
1000
292000
4
发生炉用煤
0.039
1.62
39
11322
5
成品
0.702
29.24
702
204911
处理1吨矿石的煤耗：
（0.039+0.050）÷0.950×1000=93.45kg/t褐铁矿
其中52.40kg为还原用煤，直接与褐铁矿混合入窑；41.05kg供煤气发生炉生产煤气（假定其能量转换率为%），供窑燃烧维持窑温。
五、烟气量计算
用V表示烟气量，Q表示空气消耗量
1.分项计算
i.煤气燃烧
V1=（1+0.725×A热值÷4.1868÷1000）×W气耗=11082.32Nm3/h。
其中：
A热值=5020~5443KJ/Nm3=5020KJ/Nm3。
W气耗=714285÷5020×41.67=5929.13Nm3/h。
Q1=（0.875×A热值÷4.1868÷1000）×W气耗=6219.94Nm3/h。
ii.还原煤燃烧
V2=（1.65+0.89×A热值÷4.1868÷1000）×W煤耗=13623.28Nm3/h。
其中：
A热值=23000KJ/kg。
W煤耗=41.67×5%×1000=2083.33kg/h。
Q2=（0.5+1.01×A热值÷4.1868÷1000）×W煤耗=12600.82Nm3/h。
iii.硫燃烧
V3=2×W硫耗÷2.511+Q3－W氧耗÷1.429=7986.39Nm3/h。
其中：
W硫耗=41.67×1.48%×1000=602.29kg/h。
Q3=W空耗÷1.294=2216.43Nm3/h。
其中：
W空耗=W氧耗÷21%=2868.06kg/h。
（W氧耗=W硫耗）
iv.水蒸发
V4=W水量÷0.805=8566.25Nm3/h。
其中：
W水量=41.67×16.55%×1000=6895.83kg/h。
v.砷、锌、铅
忽略砷、锌、铅挥发物，空气耗量通过富裕系数修正。
2.理论总烟气量：
褐铁矿的失氧量：
O-=1000×41.67×46.55%×7．62%=1477.78kg/h
还原煤燃烧需氧量：
O+=1000×2083.33×65%×8÷3=3611.11kg/h
褐铁矿的供氧率K=O-÷O+×100=40.92%
V总=V1+（V2－Q2×K）+V3+V4
=11082.32+（13623.28－12600.82×40.92%）+8353.8+8566.25
=36101.61Nm3/h。
Q总=Q1+Q2×（1－K）+Q3
=6219.94+12600.82×（1-40.92%）+2261.66
=15880.54Nm3/h。
3.实际烟气量：
i.考虑过剩空气（过剩系数：
K1=5%）
V烟=V总+K1×Q总=36101.61+5%×15880.54=36895.63Nm3/h。
ii.考虑系统漏风（取储备系数：
K2=1.2）
V=K2×V烟=1.2×36895.63=44274.76Nm3/h。
iii.烟气量换算为各温度状态的量
假定当地大气压为100Pa。
项目
标态
500℃
480℃
150℃
120℃
80℃
（Nm3/h）
（m3/h）
V实
36895.63
105723.69
102988.28
57853.97
53750.86
48280.03
V选
44274.76
126868.43
123585.94
69424.77
64501.03
57936.04
SO2浓度
（mg/Nm3）
（mg/m3）
33349
11638
11947
21268
22891
25485
其中SO2量为混合料和煤气发生炉用煤中大部份硫的燃烧产物。
混合料硫燃烧：
2×602.29=1204.58kg/h
发生炉用煤燃烧：
2×1000×1.62×1×80%=25.85kg/h
（煤中80%的硫以H2S及SO2形式进入煤气）
烟气中SO2总量=1204.58+25.85=1230.43kg/h
4.烟气成份表
由手册查的各种烟气的主要成份，经计算整理如下：
项目
烟气量
混合比
成份（%）
（Nm3/h）
（%）
CO2
H2O
SO2
N2
其它
煤气烟气
11082.32
30.04
20.10
1.30
0.00
78.40
煤烟气
8466.64
22.95
2.50
1.30
0.00
78.10
18.00
硫烟气
7986.39
21.65
0.01
5.91
21.67
0.26
水蒸气
8566.25
23.22
100.00
过剩空气
794.03
2.15
0.031
78.08
21.89
烟气
36895.63
100
6.61
23.91
1.28
46.16
4.19
注：
1.煤烟气中SO2并入燃硫烟气计算
2.计算成份为标态下容积白分比
砷、锌、铅的氧化物、挥发物和粉尘在窑尾烟气冷却器和布袋除尘器中随温度不断降低凝固而逐步被收集，只有SO2需通过除尘器后的脱硫塔洗涤，石灰水吸收。
六、煅烧过程中主要理化反应
1.褐铁矿
i.Fe2O3·nH2O（H2O）+热→Fe2O3·nH2O+H2O↑
ii.Fe2O3·nH2O+热→Fe2O3+nH2O↑
iii.C+6Fe2O3→←4Fe3O4+CO2↑+热
其中Fe2O3→标4Fe3O4的反应是可逆的，还原气分浓时正向反应，反之则逆向反应。
2.硫
S+O2→SO2↑+热
在脱硫塔内洗涤后用石灰水吸收。
3.砷
4As+3O2→2As2O3↑
在烟气冷却器和除尘器内被收集。
4.锌、铅
在料层内：
ZnO+CO→Zn↑+CO2↑
在料层上空：
2Zn+O2→2ZnO↑
铅与锌通常是半生矿，其反应过程与锌相似，反应在～1050℃进行，在烟气冷却器和除尘器内被收集。
七、主要设备选型
1.煤气发生炉
鉴于一期工程的经验选用二段式煤气发生炉。
产气量：
714285÷5020×41.67=5929Nm3/h
选型时取6000Nm3/h
2.回转窑
规格：
Φ3.3×60m
有效容积：
380m3（窑衬厚：
230mm）
窑日处理能力：
760～1140t混合料/d（容积强度：
2～3t/m3.d）
安装斜度：
5%
窑体转速：
2～3r/min
3.烟气冷却器
i.条件
入口烟气：
气量：
110000m3/h
温度：
480℃
出口烟气：
气量：
60000m3/h
温度：
145℃
内部风速：
8m/s
漏风率：
5%
当地气压：
100Pa
夏季平均气温：
27℃
ii.结果
按以上条件计算得：
所需冷却面积：
3187m2
冷却管：
规格：
Φ920×6
并联数：
6
串联数：
8
器阻力：
505Pa
烟气处理量：
117184m3/h
4.布袋除尘器
净过滤面积：
1133m2
净过滤风速：
0.8～1m/min
处理烟气量：
54384～67980m3/h
压缩空气耗量：
7Nm3/nin
滤带材料：
氟美斯针刺滤料
5.尾排风机
抽烟气量：
55000～65000m3/h
烟气温度：
120℃
全压：
6000～7000Pa
八、工艺过程简述
将破碎后褐铁矿（粒度小于10mm）95%，配煤粉（粒度小于5mm）5%入窑高温煅烧，烧出料经预冷却后水淬，便完成褐铁矿脱砷、脱硫及提纯过程，见如下流程框图。
九、参考书目
i.《立窑水泥厂工艺设计手册》中国建筑工业出版社。
ii.《重有色金属冶炼设计手册》冶金工业出版社。
iii.《石灰窑》中国建筑工业出版社。
一十、附图、表
1.
工艺流程图
2.工艺设备表
位号
设备名称
规格型号
功率
数量
单重
价格
备注
（kw）
（台）
（kg）
（万元RMB）
01
原料仓及配料
0101
储料仓
V=10～15m3
3
砖混
0102
双层棒条闸
400×400
2
0103
双层棒条闸
300×300
1
0104
定量带给料机
DEL0620
1.5
2
给矿
0105
调速定量给料秤
TDG-5QZ0517
1.1
1
给煤
0106
带式输送机（槽型）
B650,L≈15m
7.5
1
0107
带式输送机（槽型）
B650,L≈60m,β≈15°
30
1
02
烧成系统
0201
窑尾烟室
1
50000
0202
回转窑
Φ3.3×60m
200
1
变频调速
0203
风机
C4-72No4.5A
7.5
1
0204
煤气烧嘴
1
0205
风机（带进风阀）
9-19No6.3A
30
1
0206
二段式煤气发生炉（LCG3Q）
Φ3.2m
11.5
1
0207
冷却机
Φ2.4×18m
45
1
0208
水淬池
1
混泥土
0209
板链捞渣机
15
1
0210
带式输送机（槽型）
B650,L≈18m,β≈15°
15
1
位号
设备名称
规格型号
功率
数量
单重
价格
备注
（kw）
（台）
（kg）
（万元RMB）
03
废气净化系统
0301
烟气冷却器
S=3187m2
1
220000
0302
配盘路阀（气/手动）
DN1000
1
0303
脉喷气箱脉冲袋除尘
HPC64-2×6,S净=1133m2
15
1
0303a
配进风阀（气动）
DN1000
2
0303b
冷风阀（气动）
DN600
1
0303c
储气管
C-0.5
1
0304
螺杆式空气压缩机
BFD37
37
1
0305
风机（带进风阀）
GY6-48No13.5D
250
1
0306
沉淀池
1
混泥土
0307
脱流塔
1
砖混
0308
烟囱
1
砖混
合计
665
系统理论电耗：
665÷（0.950×41.67）=16.8kwh/t褐铁矿
3.总平面图
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