碳素厂碳素煅烧炉更新改造项目可行性报告.docx
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碳素厂碳素煅烧炉更新改造项目可行性报告
中国铝业河南分公司
碳素厂6#煅烧炉更新改造项目
可行性研究报告
1.总论1
1.1.项目背景1
1.2.项目概况12
1.3.问题与建议16
2.市场预测及分析17
3.工艺改造方案18
3.1.6#煅烧炉现状18
3.2.碳素厂生产工艺流程简述20
3.3.碳素厂物料平衡核算21
3.4.6#煅烧炉工艺主要改造内容24
3.5.6#煅烧炉改造方案24
4.总图运输与公用辅助工程改造方案32
4.1.总图运输32
4.2.建筑结构32
4.3.电力34
4.4.计控35
4.5.给排水36
4.6.采暖通风37
5.节能措施及效益38
5.1.采用无外加燃料煅烧工艺充分利用了原料中的挥发份38
5.2.有效利用高温烟气余热减少排放38
5.3.采用节能灯具节约用电38
6.消防39
7.环境影响评价39
7.1.社会与自然环境概况39
7.2.编制依据及执行的标准40
7.3.主要污染源和主要污染物41
7.4.污染治理措施41
7.5.环境管理及监测环境管理及监测机构42
7.6.环境影响初步分析43
8.劳动安全卫生43
8.1.设计依据及采用标准43
8.2.劳动卫生措施44
8.3.工业安全措施45
8.4.劳动安全卫生机构设置46
8.5.安全卫生措施评价46
9.工程估算46
9.1.概述46
9.2.项目建设投资47
9.3.编制依据47
9.4.投资分析48
9.5.概算表49
10.技术经济评价57
10.1.生产组织及定员57
10.2.项目实施计划57
10.3.资金筹措57
10.4.成本与费用58
10.5.效益分析59
10.6.盈利能力分析59
10.7.综合评价60
11.主要设备及材料表60
附件：
中国铝业股份有限公司发展部委托编制“中国铝业河南分公司碳素厂6#煅烧炉更新改造项目可行性研究报告”的委托书。
附图：
1、区域平面图KY2007.37A-ZY-1
2、6#煅烧炉配置图
（一）KY2007.37A-GY-1
3、6#煅烧炉配置图
（二）KY2007.37A-GY-2
4、A-A、B-B立面配置图KY2007.37A-GY-3
1.总论
1.1.项目背景
1.1.1项目名称
项目名称：
中国铝业河南分公司碳素厂6#煅烧炉更新改造项目。
1.1.2编制依据
1、中国铝业股份有限公司委托中国长城铝业公司设计院编制本项目可行性研究报告的委托书。
2、中国铝业河南分公司计划经营部转河南分公司碳素厂关于本项目的项目建议书。
3、河南分公司碳素厂提供关于本项目的技术改造方案。
1.1.3编制原则
1、深入调研分析现状，详细论证实施更新改造的必要性，提出改造方案，并进行方案比较和论证，推荐最优方案。
2、严格控制投资，降低投资成本，提高投资回报率。
3、严格按照技术经济评价规范进行经济分析，采用有无项目对比法。
4、提出需拆除的资产及处理意见，以及安全、环保方面的投资情况。
1.1.4企业概况
1、中国铝业河南分公司概况
中国铝业股份有限公司河南分公司（以下简称河南分公司）位于中原腹地郑州市上街区。
陇海铁路贯穿东西，连霍高速公路紧邻而过，交通十分便利。
公司前身是始建于1958年的郑州铝厂，1992年6月，经国务院批准，原郑州铝厂、中州铝厂、郑州轻金属研究院和郑铝矿山公司合并组建为中国长城铝业公司。
2002年1月，根据中铝公司部署，中国长城铝业公司在上街地区的氧化铝、电解铝板块的优良资产，组成中国铝业河南分公司，作为中国铝业股份有限公司的骨干企业在纽约和香港上市。
河南分公司集冶炼、发电、运输、建筑、机械制造、科研、设计于一体。
主要产品有“雪山”牌砂状氧化铝、氢氧化铝、化学品氧化铝、铝锭及铝合金系列产品、碳阳极、金属镓及其深加工、机械制品等。
公司“雪山牌”铝锭在伦敦金属交易所注册，产品畅销全国。
碳阳极远销到欧、亚、美、澳四大洲的18个国家和地区，在国际上享有较高声誉。
经过近半个世纪的发展，河南分公司已经形成年产氧化铝230万t以上，铝锭5.8万t，碳阳极12万t，自发电3亿kW·，最大达200mm。
碳素厂的1#～6#共6台煅烧炉，炉体结构、操作方法基本都相同，除6#炉外，其他炉子的使用年限都已超过了8年，即使因长时间使用引起的烧穿也仅是个别料罐，像6#煅烧炉这样的情况还是第一次出现。
碳素厂建厂至今对煅烧炉十几台次的大修几乎都采用山东二耐砖（仅有一次采用洛耐砖），很少出现类似情况。
一般，煅烧炉运行10年左右出现非火道主体的少量缺损，不影响炉子正常运行。
而6#炉采用的是山东大桥耐火材料厂供货的硅砖，虽然硅砖指标合格，但从炉子运行仅4年多就出现料罐烧穿、火道堵塞现象来看，其实际使用效果很不理想。
2）炉子砌筑、烘炉
砌筑质量对煅烧炉的生产操作和炉体使用寿命有很大影响。
6#煅烧炉由中国长城铝业公司建设公司施工，该公司具有很强的施工能力和丰富的筑炉经验。
砌筑过程由建设单位、监理公司和碳素厂煅烧车间质量检查人员全程监督，并严格按照审查后的设计图纸和筑炉要求进行，应该说砌筑质量得到了有效控制。
烘炉过程对煅烧炉的正常运行及延长炉体使用寿命，同样起着关键作用。
根据以往对煅烧炉大修及建设的经验，6#煅烧炉烘炉过程充分考虑了各种因素如硅砖线性膨胀率、水分含量等的影响，并严格按照制定的烘炉方案及砌体加热升温曲线进行，最大程度的减轻了对炉体的损害。
3）工艺操作
严格控制好煅烧温度是获得质量合格的煅后焦的关键，同时还减轻了硅砖承受的高温压力；合理的清理制度以及加排料制度，也有利于延长炉体寿命。
6#煅烧炉建设时，要求硅砖的耐火度应不低于1690℃，荷重软化点应不低于1650℃，而其工艺操作温度，实际运行时首、二层火道控制在1250～1380℃，最高1400℃。
从现在及过去其它炉室的运行情况看，即使长时间高温，也没有出现过硅砖大面积粉化脱落的情况。
而且六、七、八层火道处于煅烧炉低温区（温度控制在1000～1100℃），也同样有料罐烧穿现象出现。
显然，正常运行的工艺条件、工艺温度不该导致此类事情发生。
根据以上分析、判断，最大的可能性就是硅砖实际指标未达到质量要求，导致6#煅烧炉目前状况的原因是硅砖的质量太差。
1.1.6项目提出的理由及必要性
6#炉的状况在继续恶化，尤其是七、八层火道耐火砖的粉化脱落情况发展下去，将存在可能导致炉整体塌陷的危险，同时煅烧炉出现的严重破损问题也必然影响煅后焦的质量和产量，因此基于以下几方面，提出6#煅烧炉更新改造项目。
1、6#煅烧炉的停产将直接影响碳素厂碳阳极出口任务的完成。
目前碳素厂阳极出口订单达11万t以上，保证煅后焦产能是完成全年出口任务的先决条件。
6#煅烧炉不能正常排料，给碳素厂生产组织带来较大困难，并且成为生产流程中新的瓶颈。
6#煅烧炉40个料罐已有14个停排，等于只有26个在运转，再加上采取保护性生产措施被迫控制煅烧炉产量，每年将减少煅后焦产量1.2万t。
如果不尽快对该炉进行更新改造，煅后焦的减产将制约碳阳极成品产量，影响碳素厂出口任务的完成，无法满足目前已签订的出口订单的要求。
（1）碳素厂物料平衡计算
按照碳素厂年产12万t碳阳极成品，进行物料平衡计算，见表1-3。
物料平衡计算表表1-3
序号
工序
加工物料
配比
成品率
实收率
加工前
加工后
1
成品
120000
2
焙烧
94%
127660
120000
3
压型
90%
141844
127660
4
混捏
99%
143277
141844
5
配料
143277
生碎熟碎返回
15%
21492
煅后焦
85%
103517
沥青
15%
18268
6
粉碎
40%
41407
7
粘结剂制备
18268
沥青溶化
92%
19856
沥青贮存
99%
20057
8
中碎筛分细碎
98%
105630
103517
9
煅烧
75%
140840
105630
10
初碎
99%
142263
140840
（2）煅烧工序能力核算
碳素厂现有5台（1#～5#炉）24罐八层火道顺流式罐式煅烧炉，1台（6#炉）40罐八层火道顺流式罐式煅烧炉。
按90kg，西距洛阳市114km，南22km有小关铝矿区，北傍黄河7km。
上街区周边均系荥阳市地域，其地理座标为东经113°20′，北纬34°50′。
（2）交通运输条件
横贯我国东西的连霍高速公路（郑汴洛高速）和陇海铁路由上街区北部通过；310国道（郑洛公路）由东向西，于该区折向南。
陇海线上街站位于工业区北侧，工业区铁路专用线由上街站西咽喉接轨，工业站位于上街站西南；小关铝矿铁路专用线在工业站西部咽喉接轨。
河南分公司生产所需大宗原材料及产品均可通过陇海线及铁路专用线送达厂区和各地，便利的交通运输条件为河南分公司的生产和发展提供了有利条件。
2、自然条件
（1）地形、地貌
场地地形较平坦，地势总体上东南高西北低，地面标高介于148.55～151.60m之间。
地貌单元属黄河中游右岸冲积平原。
地层由人工填土、第四系上更新统冲积黄土状土、粉质粘土、圆砾及中更新统冲积粉质粘土等组成。
（2）水文条件
本区属黄河流域，区内地表水有黄河（工业区西北7km），临近工业区有汜水河和河南分公司纳污河（枯河）。
地下水稳定水位深11.30～15.0m，标高134.8～137.8m，属潜水类。
（3）气象条件
本区属大陆性季风气候区，夏季受海洋季风气候影响，炎热多雨；冬季受西伯利亚寒潮侵袭而寒冷干燥。
全年降水分布极为不均，降水多集中在7、8两个月，占全年降雨量的45.4%。
历年平均气温：
14.3℃；
平均月最高气温：
22.2℃；
平均月最低气温：
9.0℃；
绝对最高气温：
42.9℃；
绝对最低气温：
-16.5℃；
历年平均降水量：
635.8mm；
最大年降水量：
1084.5mm；
最少年降水量：
400.6mm；
年蒸发量平均：
2095mm；
常年主导风向为：
西南风，风频13.5%，平均风速4.6ms；
常年次主导风向为：
东风，风频11%，平均风速3.0ms；
全年平均风速：
2.0ms。
（4）地震
所在地区地震基本烈度为7度。
3、供电、供水、排水、燃料供应
现有6#煅烧炉供电、供水、排水等设施齐全，能够满足6#煅烧炉改造的要求。
本项目仅对6#煅烧炉本体进行更新，没有新增用电负荷、用水量、排水量，无需增加供电、供水、排水等设施。
由于采用无外加燃料煅烧工艺，生产中不增加燃料用量，仅在烘炉时需要约100t冶金焦（块状）和约250t烟煤（大同块煤）等原材料，来源有保证。
4、施工条件
（1）本项目在现有厂区现有厂房内对原有系统进行改造，前期已作了大量的调查研究和精心安排，准备较充分，施工场地较宽敞。
（2）本项目在实施过程中，分公司内部协调便捷，只要生产组织和施工交叉配合得力，不会对生产造成大的影响。
（3）采用成熟工艺技术、成熟产品，定货、安装、调试有保证。
（4）施工队伍力量雄厚、经验丰富。
1.2.5项目投资及资金筹措
本项目建设投资783.38万元。
其中：
建筑工程费487.47万元；设备购置费71.5万元；安装工程费72.86万元；工器具费0.43万元；其它费99.88万元；预备费51.25万元。
资金来源为中国铝业股份有限公司拨款，无需借入资金。
资金构成较为简单，建设期利息为零。
本项目为改造项目，考虑不增加流动资金。
1.2.6技术经济评价
河南分公司6#煅烧炉改造完成后不但能提高碳素厂的产能，保证出口任务的顺利进行，提高经济效益，而且也可避免因大修而造成的停产，同时也为其它煅烧炉的改造积累了宝贵的技术经验，可最大限度的发挥投资效益和经营效益。
按照中国铝业股份有限公司发展部的委托要求，本报告效益分析采用“有无项目对比法”。
根据本工程项目实际情况及特点，有无项目对比主要界定在6#煅烧炉的投入产出，项目投产后能为企业带来每年19.86%的收益率，投资利润率19.12%，利税率23.24%，投资回收期4.8年。
1.2.7拆除资产及处理意见
本项目对碳素厂6#煅烧炉进行更新改造，将其东、西两台煅烧炉炉体上部全部拆除，炉体重新砌筑，并更换支撑底板，更换或加固部分立柱，更换首层部分看火孔及炉前后测压、测温孔的铁具，更换部分砂封，更换冷却水上水套及部分下水套，更换烟道闸板，更换炉体上安装的全部热电偶、补偿导线、微差压变送器、负压管、电缆桥架等。
6#煅烧炉拆除部分等固定资产通过折旧后，仅剩有部分残值。
拆除后，将严格按照中铝总部的要求进行资产报废、回收和处理。
1.3.问题与建议
碳素厂6#煅烧炉采用的是山东大桥耐火材料厂供货的硅砖，从2005年10月起发现料罐烧穿现象，目前已经确定煅烧炉的40个料罐40条火道中烧穿的料罐和火道达到30多条，且有的料罐（火道）可以看到不止一处的烧穿点。
从出现的问题进行仔细诊断和分析，导致6#煅烧炉目前状况的原因是硅砖的质量太差。
碳素厂建厂至今先后对十几台次的煅烧炉大修，采用的几乎都是山东第二耐火材料厂硅砖（仅一次采用洛阳耐火材料厂硅砖），很少出现类似情况；即使炉子运行10年左右出现非火道主体的少量缺损，也不会影响炉子正常运行。
建议本次改造仍采用山东第二耐火材料厂生产的硅砖。
2.市场预测及分析
2006年，我国原铝产量达到了938万t，刨除少量自焙产能外，约需预焙阳极500万t左右。
预计随着国内电解铝新建、扩建产能的不断释放，碳阳极需求量还将不断增长。
有关资料显示，到2007年底，全国电解铝产能将达到约1460万t，实际产量将达到约1260万t。
随着世界铝工业的发展，国际碳阳极市场非常广阔，需求前景看好。
美国部分大型碳素厂已经关停，并且国外碳阳极厂每隔3～5年需要进行大修，带来周期性需求增长，由于近期国家取消了对碳阳极主要原材料石油焦和沥青的出口退税，造成国外碳阳极厂成本上升，外商改进口石油焦和沥青为从中国进口碳阳极。
由于国际市场对环保的严格要求，国外许多新建电解铝厂都没有设计配套的碳素厂，而直接从发展中国家进口碳阳极。
国际市场的巨大需求，引发国内民营碳阳极厂扩建浪潮，大量专业碳阳极厂迅速扩张，仅济宁碳素厂产量就已经达到20万t，产量10万t以上的专业厂还不断涌现。
规模效应使民营碳素厂通过增产摊薄人工费用和折旧费用。
河南分公司碳素厂出口碳阳极产品在国际市场上极具竞争力，是公司的出口创汇拳头产品。
碳素厂1999年开始研制出口碳阳极，并开辟了俄罗斯、美国等国家的阳极市场，出口品种达20几种，一直以来占碳阳极出口市场份额的90%以上。
2000年以来，碳素厂不断提升碳阳极产品的研发能力，为不同客户提供不同规格、不同质量的个性化产品。
目前已开发出20种出口阳极和9种国内阳极，单块最重达到1.28t，最轻仅有0.35t。
2001年针对出口阳极严格的质量要求，碳素厂做了大量的技术研究和管理创新工作，使碳阳极质量与国际接轨。
自开展碳阳极出口业务以来，产品出口俄罗斯、印度、伊朗、美国、澳大利亚、加拿大、德国等国家，成为国际采购商到中国采购碳阳极的首选品牌，订单不断，供不应求。
6年中共计出口碳阳极40万t以上。
碳素厂出口碳阳极产品之所以受到外商广泛青睐，主要体现在：
河南分公司碳阳极成品质量已全面达到了国际标准的要求，其中假比重、强度、电阻率、空气反应性等八项指标处于国际领先水平，其它指标处于国际先进水平。
几年来，通过与美国艾明可、韩国正彩、瑞士RD公司的合作，以及出口欧美市场优质阳极的研制与生产，已打开市场，并赢得了良好的信誉。
同时与德国金马特、美国的奥尔马特、俄罗斯铝业等用户建立了良好的伙伴关系。
目前的战略伙伴有：
美国艾明克公司、韩国正彩公司、瑞士RD公司、德国金马特公司等，2007年意向合同20万t，已签订合同16万t。
其中，德国2.8万t（要求追加2.1万t），迪拜4.8万t（要求追加2万t），澳大利亚3.5万t，美国奥尔马特4万t，俄罗斯铝业1.2万t。
与德国、迪拜、美国奥尔马特、俄罗斯铝业签订的均为长期合同。
另外吉尔吉斯坦5万t，冰岛3万t的长期合同正在洽谈中。
河南分公司碳阳极的市场前景非常好。
而作为阳极的出口基地，目前碳素厂的12万t产能远不能满足出口的要求。
由于产量不能满足国际市场订单需求，2006年河南分公司碳阳极出口份额下降为25%。
碳素厂只有不断挖潜，并更新现有设备，提高设备产能和产品品质，维持现有生产系统稳定运行，或通过技术改造项目，扩大生产能力和碳阳极产量，才能保持现有市场，并在民营企业占领市场之前，抢占国际市场，并占有大量份额。
3.工艺改造方案
3.1.6#煅烧炉现状
罐式煅烧炉的使用期限，多数是依据炉体的技术状况及操作维护决定的，在国内罐式煅烧炉的使用期限一般为6～8年，有的使用寿命长达十几年。
但是，国内各地耐火材料理化指标差异较大，如果选用的耐火砖质量差，加上砌筑质量达不到标准要求，操作维护不当，寿命短的只有3～4年就迫停炉大修，使投资效益降低，成本增高。
河南分公司碳素厂6#煅烧炉于2002年6月建成，10月10日点火烘炉。
同年12月初烘炉结束正式带料运行，目前已运行4年半的时间。
从2005年10月起6#煅烧炉运行不足2年时间，就陆续发现开始出现料罐烧穿现象，到目前为止，40个料罐40条火道中已经确定烧穿的料罐和火道达到30多条，且有的料罐（火道）不止一处的烧穿点。
八层火道罐式煅烧炉结构比较复杂，从观火孔可以看到的视野有限，所以实际情况肯定比可以看到的更加严重。
料罐及火道出现问题情况详见表1-2。
2006年8月技术人员对煅烧炉个别料罐排空观察，发现料罐内壁烧穿非常严重，最大的地方烧穿面积达0.5m2，且整个料罐内壁斑驳。
火道和料罐之间的硅砖墙被击穿，火道的负压条件被破坏，多条火道出现窜火、下火，烟道温度过高，煅烧炉后大墙被烧穿等问题层出不穷，当前因为火道烧穿严重已经不能进行生产的料罐累计已经达到14个罐，其它虽然烧穿但是仍在生产的料罐还在进一步恶化。
如果烧穿的面积过大，整个煅烧炉砌体的安全性就会受到严重的威胁。
碳素厂针对煅烧炉出现的烧穿问题和现象，从耐火材料、砌筑、烘炉、操作等各个环节进行认真分析。
由于硅砖部分的耐腐蚀性从理化指标上很难判断，出现如此大面积的烧损最大的可能性就是硅砖的耐腐蚀性太差。
碳素厂现有6台煅烧炉，结构、操作方法基本都相同，其余煅烧炉使用年限都已超过8年，即使因长时间使用引起的烧穿也仅是个别料罐，像6#煅烧炉这样的情况还是第一次出现。
碳素厂也采取了一些补救措施，如控制产量、控制温度，加强炉体的巡视和密封工作，但材质的缺陷毕竟存在，采取的措施不能从根本上解决炉体所存在的问题。
煅烧炉中心耐高温部分材料由硅砖砌筑，一旦出现烧穿，在不停炉时1300℃左右的高温情况下无法实施修补。
6#煅烧炉40个罐停排了14个等于只有26个在运转，再加上为保护炉体采取了控制煅烧炉产量的措施，每年将减少煅后焦产量1.2万吨；炉体漏风严重，严重破坏了煅烧炉的负压控制系统，煅后焦质量经常出现波动，导致其真密度合格率降低。
所以应尽快对6#煅烧炉进行更新改造。
3.2.碳素厂生产工艺流程简述
碳素生产是以少灰碳素材料——石油焦和煤沥青为原料，生产铝电解用预焙阳极（简称碳阳极）。
原料石油焦和煤沥青进厂后，分别贮存在原料仓库内。
不同产地石油焦及返回焦，按照规定的配比，用抓斗天车在配料仓库内进行混合配料，经破碎机破碎后入罐式煅烧炉进行高温煅烧。
煅后焦进行两次破碎及筛分，分得三种合格粒料，分别存放于配料小仓内。
同时部分煅后焦还与生产平衡中多出粒料一并入磨粉料仓，供磨粉机磨粉（Ⅰ、Ⅱ系统采用球磨机，Ⅲ系统采用摆式磨粉机）。
磨好的细粉存放于细粉配料小仓内。
焙烧好的碳阳极废品经粗碎、中碎和筛分，分出粒子骨料和细料，分别存放于配料小仓内。
振动成型后的生块废品经粗碎、中碎后贮存在配料小仓内。
上述不同物料的合格粒料与粉料按照产品的工艺配方进行干料配料。
固体煤沥青进厂后加入沥青熔化槽内，在一定的温度下进行熔化，熔化好的液体沥青送至高位槽计量贮存。
配好的干料与一定比例沥青依次加入混捏锅混捏。
混捏好的糊料，按照不同产品进入不同工序，经振动成型机成型，制成碳阳极生坯，将碳阳极生坯装入敞开式焙烧炉内，用合格的冶金焦作填充料，按照指定的升温曲线进行高温焙烧。
焙烧好的碳阳极经清除填充料即成碳阳极成品。
碳素生产工艺流程简图见图3-1。
图3-1碳素生产工艺流程简图
3.3.碳素厂物料平衡核算
碳素厂目前已形成12万吨的生产能力，主要生产系统包括：
6台罐式煅烧炉、3条生坯生产线（自动配料、单体混捏锅、单工位振动成型）、3台焙烧炉。
按照生产12万t成品碳阳极，物料平衡计算表见表3-1。
物料平衡计算表表3-1
序号
工序
加工物料
配比
成品率
实收率
加工前
加工后
1
成品
120000
2
焙烧
94%
127660
120000
3
压型
90%
141844
127660
4
混捏
99%
143277
141844
5
配料
143277
生碎熟碎返回
15%
21492
煅后焦
85%
103517
沥青
15%
18268
6
粉碎
40%
41407
7
粘结剂制备
18268
沥青溶化
92%
19856
沥青贮存
99%
20057
8
中碎筛分细碎
98%
105630
103517
9
煅烧
75%
140840
105630
10
初碎
99%
142263
140840
3.3.1煅烧工序能力验算
碳素厂现有6组24罐八层火道顺流式罐式煅烧炉5台（1#～5#煅烧炉），10组40罐八层火道顺流式罐式煅烧炉1台（6#煅烧炉）。
煅烧炉每小时每罐产量按90kg，年工作日365天，日工作三班，每班工作8小时，设备运转率95％，经计算：
每台24罐煅烧炉年产量：
0.09×24×24×365×0.95＝17975t。
6#炉40罐煅烧炉年产量：
0.09×40×24×365×0.95=29959t。
当6台炉子都正常工作时，年产煅后焦：
17975×5+29959=119834t。
当5台24罐煅烧炉运行时，年产煅后焦：
17975×5=89875t。
当4台24罐煅烧炉与6#煅烧炉运行时，年产煅后焦：
17975×4+29959=101859t。
从物料平衡表中可知：
年需煅后焦料量为105630t。
一般情况下，煅烧炉寿命为8～10年，大修改造期为1
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