钢铁一期和二期烧结机机头烟气脱硫工程项目可行性研究报告.docx
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钢铁一期和二期烧结机机头烟气脱硫工程项目可行性研究报告
钢铁烧结机机头烟气脱硫工程项目
可行性研究报告
1总论
1.1项目名称
1.2项目建设单位及法人代表
承办单位：
有限公司。
法人代表：
1.3可研编制单位及法人代表
可研编制单位：
工程设计院（有限公司）
法人代表：
1.4主办单位基本情况
xx钢铁有限公司隶属于xx能源集团有限公司。
xx能源集团有限公司是中国最大的焦化企业之一，全国最大的商品焦炭生产销售企业，是以能源、城市基础设施、建材、冶金、电力综合利用为主的集团控股公司，公司始建于1982年，总部位于中国xx省太原市。
已经通过了ISO9001国际质量管理体系和ISO14001国际环境管理体系的双认证。
业务涉及原煤开采、洗精煤、焦炭、煤气、煤化工、热电联产、集中供热、进出口业务、铁路和公路运输等九个领域。
公司现有员工6200余名，其中具有中、高级专业技术职称的各类科技人才1260余人。
目前，公司拥有总资产85亿元。
集团公司产品都达到了国家标准要求。
公司的焦炭除供应首钢、唐钢、本钢等大中型国有企业外，还远销日本、韩国、美国等国家，公司分别在北京、上海、天津、唐山、东北及美国、加拿大等国家和地区设有办事处。
xx钢铁有限公司于2003年8月5日奠基，该项目使用具有21世纪领先水平的技术装备和生产工艺，现代企业管理制度框架下运行的新体制新机制将使公司的生产经营管理锦上添花，跻身于国内钢铁行业一流水平。
公司是xx能源集团有限公司推进战略性结构调整的头字号工程，也是xx实现经济大跨跃的重点工程。
公司采用先进的连铸连轧热送技术，注重环保和资源综合利用，多处选用电除尘和节能减排设施，生产工艺分设烧结、球团、炼铁、制氧、炼钢、轧钢等系统，主体工程包括2×132㎡烧结机，4×500㎡炼铁高炉，3×50t炼钢转炉及两条连铸系统，1万立方米+2万立方米/年制氧系统。
以及200万t/a棒线板材轧钢线等。
主要生产6大系列多品种特钢和普钢。
该项目于2006年8月起陆续投产运行。
与xx钢铁配套建设已投运的项目有：
年产180万吨亚太焦化工程和年产200万吨选煤工程，年产2万吨镁合金一期1万吨金属镁工程，700万立方米引汾水库和110kv自备电站，以及万米煤气外网工程等。
经过26年努力，公司已发展成国家级乡镇企业集团和全国最佳经济效益乡镇企业，在1995年全国私营企业500强排名第19位。
2002年全国民营企业排名中，xx能源集团有限列114位。
2003年全国民营企业排名92位。
而且公司获得“全国最佳经济效益乡镇企业”、“首批国家级乡镇企业集团”、“xx省十佳民营企业”、“太原市明星企业”“xx省企业100强第15名”、“太原市民营企业第一名”、“太原市制造业50强第三位”等数十种荣誉称号。
良好的信誉度赢得各金融机构相互合作，连续多年被多家银行授予“AAA级信用”等级。
在此基础上，集团董事会制定发展战略：
一手抓煤炭资源的开发利用，一手抓产业链的循环延伸，科学策划未来，有条不紊地延伸后续产业。
循着“煤—焦—气—化、煤-气-油、矸石—热电—冶金—建材”两个产业链，制定了又一个新的五年发展规划：
（1）为确保集团公司龙头产业——焦化制造业的长远利益和稳步发展，公司董事局高薪聘请煤炭开采管理精英人才，加大投资，全力开发，采取独资收购和合资参股等多种方式，新建、改建、扩建煤矿，到“十一五”期间将形成年产1500万吨的能力。
2）筹建2×30万千瓦的中煤矸石环保型发电厂，（3）建设18万吨合成氨、30万吨尿素、在机焦产业链的下游，建设30万吨/年焦油深加工的生产线及4万吨/年金属镁的生产线；（4）在发电厂下游，延续50万吨/年水泥生产线和5万吨/年硅铁的生产线；（5）在江苏太仓市建设起4х5万吨级泊位焦炭、煤炭的仓储物流中心。
（6）投资建设100万吨/年二甲醚项目。
使企业真正实现由初级粗放型向环保集约型，由数量速度型向质量效益型，由传统原始型向科技现代型的转变。
预计到2010年，集团公司将完成总投资约180亿元，实现销售收入超过200亿元/年，实现利税30亿元/年。
xx能源集团有限公司，在董事会领导下，以市场为导向，实现资产和资本运营互补发展。
与世界500强和中国国有大企业联合优势互补。
力争在五年内公司壮大成为以煤炭焦化联手、煤炭电力联手、资源综合利用，规模经营，管理规范的集团企业。
1.5项目提出的背景和必要性
随着国家“十一五”计划节能减排政策的出台，国家环保局对SO2排放要求越来越严格，倡导钢铁企业减排SO2。
因此，从2007年开始，xx钢铁有限公司开始着手准备一期132m2烧结机的烟气脱硫工作。
经过厂安环处的长期认真调研，最后决定委托xx省环境工程设计院进行本次烧结脱硫的初步设计。
截至2008年10月，xx省环境工程设计院已完成了一期132m2烧结机烟气脱硫的初步设计方案。
xx钢铁有限公司一期132m2烧结机已配置了静电除尘器，可满足烟尘的排放要求。
目前在国内，火电厂的二氧化硫控制技术已经非常成熟，并且大多数已经完成脱硫工程改造或正在改造中；而另一SO2重要产生源则为钢铁工业，而钢铁工业产生SO2的主要污染源为烧结工序，其排放的SO2（在不包括自备电厂排放的SO2的情况下）约占钢铁厂SO2排放总量的75%。
因此，加快实施烧结烟气脱硫，是钢铁工业环境治理急需解决的重要问题，也是整个社会迫切需要解决的环境问题。
1.6编制依据
（1）《xx钢铁有限公司132m2和180m2烧结机头烟气脱硫工程可行性研究报告委托书》
（2）《xx钢铁有限公司132m2和180m2烧结机头烟气脱硫工程初步设计方案》，编制单位：
xx省环境工程设计院）
（3）《xx钢铁有限公司建设年产200万吨优质特种钢工程环境影响报告书》
（4）《环保专项资金项目可行性研究报告基本内容》（xx省环保局，2008年）
（5）《排污费征收标准管理办法》
（6）《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）
（7）《钢铁工业水污染物排放标准》（GB13456-92）
（8）《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）
（9）《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-1990）
（10）《建筑物抗震设计规范》（GB50191-93）
（11）《砌体结构设计规范》GB50003-2001
（12）《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
（13）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
（14）《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
（15）《钢结构设计规范》GB50017-2003
（16）《xx省建设工程计算依据—建筑工程消耗量定额》（2005）
（17）《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）
（18）《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）
（19）《继电保护和安全自动装置技术规程》（DL400-91）
（20）《3～110KV高压配电装置设计规范》GB50060-92
（21）《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997；
（22）《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T5137-2001
（23）《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》HGJ229-91
（24）《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-97；
（25）《工业金属管道设计设计规范》GB50136-2000
（26）《工业管路的基本识别色和识别符号》GB7231-87
（27）《橡胶衬里化工设备》HG/T20677-90
（28）《衬里钢壳设计技术规定》HG/T20678—2000
（29）《钢制焊接常压容器》JB/T4735-1997
（30）《室外硬聚氯乙烯给水管道工程设计规范》CECS17:
2000
（31）《建筑排水硬聚氯乙烯管道工程设计规范》CJJ/T29-98
（32）《建筑设计防火规范》GBJ16－2001
（33）《建筑灭火器配置设计规范》GBJ140－97
1.7厂址位置及自然条件
（1）厂址位置
厂址：
xx省太原市xx县工业园区；
海拔：
800m；
地震烈度：
8度。
（2）气象条件
最高气温：
35.2℃；
最低气温：
-5.7℃；
年平均气压：
695.54mmHg；
年平均相对湿度：
61％。
1.8研究范围和内容
本工程分两期进行，本可研只涉及一期工程，不涉及二期工程。
一期工程包括：
（1）132m2烧结机头脱硫吸收系统；
（2）132m2和180m2公用部分。
按照两机合一考虑。
二期工程包括：
增加180m2烧结机头脱硫吸收系统；
一期脱硫工程具体实施内容包括：
（1）可行性研究报告、工程勘察和工程设计；
（2）从电除尘引风机出口至烟囱进口的烟道系统改造；
（3）烟气增压系统；
（4）从原料石灰卸料开始的脱硫剂制备系统；
（5）从脱硫剂浆液罐至脱硫塔废液出口的脱硫工艺系统；
（6）从脱硫塔废液出口经废液旋流器至真空皮带脱水机的脱硫副产品脱水系统；
（7）脱硫装置的供配电及照明系统；
（8）脱硫装置的仪表和控制系统；
（9）工业补水、用汽和压缩空气系统；
（10）配套的全部土建工程（包括采暖、通风等）建设；
（11）工程安装、调试和性能测试。
1.9设计原则
一期烧结脱硫装置所有需要的系统和设备满足以下总的要求：
（1）采用先进、成熟、可靠的技术，造价要经济、合理，便于运行维护；
（2）所有的设备和材料是新的；
（3）高的可利用率；
（4）运行费用少；
（5）观察、监视、维护简单；
（6）运行人员数量少；
（7）确保人员和设备安全；
（8）节省能源、水和原材料；
（9）装置的服务寿命为30年；
（10）脱硫装置的调试对烧结机运行的影响降至最低；
（11）脱硫装置能快速启动投入，在负荷调整时有良好的适应性，在运行条件下能可靠和稳定地连续运行；
（12）脱硫装置和所有辅助设备能投入运行而对烧结机负荷和烧结机运行方式不能有任何干扰；
（13）脱硫装置能在最大和最小污染物浓度之间的任何值下运行；
（14）脱硫装置的排放不超标；
（15）脱硫装置能适应烧结机的启动、停机及负荷变动；
（16）脱硫装置的检修时间间隔与烧结机的要求一致，不增加烧结机的维护和检修时间。
烧结机检修时间为：
小修每年1次，大修每5年一次；
（17）脱硫岛在设计上留有足够的通道，包括施工、检修需要的吊装及运输通道；
（18）脱硫岛所有室外布置系统设备管道及仪表考虑防冻措施，确保脱硫系统能够在冬季低温环境条件下正常运行、备用、检修而不发生冻结；
（19）脱硫装置和设备噪声水平必须满足强制性国家标准：
《工业企业厂界噪声标准》Ⅲ类标准（GB12348-90）和《工业企业设计卫生标准》（GBZ1－2002）；
1.10结论
为了相应太原市政府和xx县节能减排的号召，通过厂安环科和xx省环境工程设计院设计人员的长期调研，本次烧结机头脱硫采用石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺。
本工艺成熟可靠，已经在电厂脱硫中得到了广泛应用。
在最近烧结脱硫方面，2008年3月，宝钢3#烧结机采用石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工程已成功运行，此工艺是今后烧结脱硫的主要发展方向。
因此，选择石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺对一期132m2烧结机头脱硫是成熟可靠的。
该项目总投资6070.21万元。
项目实施后，将产生长远的环境效益和社会效益，造福于子孙后代。
2生产规模、处理规模和产品方案
2.2生产规模
xx钢铁有限公司已建成一期烧结机为132m2，年产100万吨烧结矿；预建二期烧结机为180m2，年产150万吨烧结矿。
烧结工段的所有原料均来自xx能源集团各分公司，因此可保证烧结矿质量。
一期132m2烧结机原料成分如表2.1：
表2.1一期烧结机烧结原料成分
原料
精矿粉
进口矿粉
白云石
焦粉
生石灰
用量（t/d）
892.67
1041.43
287.4
177.6
350.1
含S量（%）
0.5
0.02
0.03
0.5
0.06
CaO含量（%）
0.8
0.12
29.43
/
75.74
MgO含量（%）
0.45
0.17
21.11
/
7.14
SiO2含量（%）
5.65
2.29
1.9
7.88
5.27
二期180m2烧结机原料成分如表2.2：
表2.2二期烧结机烧结原料成分
原料
精矿粉
进口矿粉
白云石
焦粉
生石灰
用量（t/d）
2727
2727
545.5
409
845
含S量（%）
0.5
0.02
0.03
0.5
0.06
CaO含量（%）
0.8
0.12
29.43
/
75.74
MgO含量（%）
0.45
0.17
21.11
/
7.14
SiO2含量（%）
5.65
2.29
1.9
7.88
5.27
2.3处理规模
本项目为xx钢铁有限公司一期132m2和二期180m2烧结机机头烟气脱硫。
2008年3月，xx县环境监测站对一期烧结机进行了现场监测，一期132m2烧结机头烟气脱硫技术参数如表2.3所示：
表2.3132m2烧结机头烟气脱硫技术参数
序号
项目
单位
烟气参数
备注
1
气体流量
m3/h
810000
577363Nm3/h
2
SO2初始浓度
mg/Nm3
1800～2000
3
入口烟气含尘
mg/Nm3
≤198
4
入口烟气温度
℃
110
5
抽风机出口压力
Pa
500
出口烟气设计参数
6
处理烟气量
m3/h
717833
7
脱硫率
％
95％
8
SO2排放浓度
mg/Nm3
≤100
9
出口烟气温度
℃
50.35
10
脱硫压降
Pa
1500
根据现有烧结工艺，对二期180m2烧结机头烟气脱硫的技术参数估计如表2.4所示：
表2.4180m2烧结机头烟气脱硫技术参数
序号
项目
单位
烟气参数
备注
1
气体流量
m3/h
1104545
606057Nm3/h
2
SO2初始浓度
mg/Nm3
1700～2000
3
入口烟气含尘
mg/Nm3
≤100
4
入口烟气温度
℃
150
5
抽风机出口压力
Pa
500
出口烟气设计参数
6
处理烟气量
m3/h
978778
7
脱硫率
％
95％
8
SO2排放浓度
mg/Nm3
≤100
9
出口烟气温度
℃
50.35
10
脱硫压降
Pa
1500
2.4产品方案
采用石灰-石膏湿法脱硫的主要产品为生石膏（CaSO4·2H2O）。
本工艺采用强制氧化方法，使所得副产品全部氧化成生石膏（CaSO4·2H2O）。
一二期合计生石膏产量为8934kg/h。
在欧洲和日本，脱硫石膏几乎得到了100%的应用，在资源从紧的现今世界，脱硫石膏的市场会越来越好。
主要应用途径有：
（1）作为建筑墙体材料和其它建筑材料使用；
（2）作为水泥缓凝剂代替天然石膏；
（3）作为公路路基垫层用，增加路基强度；
（4）用于盐碱地的改造。
3工艺技术方案
3.1工艺技术方案的选择
根据对脱硫性能的要求和现场情况，本项目所选择的技术方案应当遵循以下原则：
（1）由于二氧化硫排放收费将会继续提高，应达到高脱硫效率，并能适应运行状况的变化和未来对环保要求的提高；
（2）脱硫系统应采用成熟可靠的技术和设备；
（3）使用当地可以稳定供应、价格较低、性能好的脱硫剂；
（4）有良好的副产品综合利用前景；
（5）降低工程造价以及运行和维护成本。
3.1.1国内外工艺技术概况
3.1.1.1国外工艺技术概况
国外在上世纪七十年代就开始了对烧结烟气的脱硫。
以日本为例，日本钢铁工业主要的烧结烟气脱硫装置的设置情况如表3.1所示。
表3.1日本钢铁工业主要的烧结排烟脱硫装置的设置情况
公司
事务所
烧结
工厂
脱硫方式
运转年月
处理能力
/（m3/h）
脱硫率
/%
副产物
A衬
名古屋
5
活性炭吸附干式法
1987.7
900000
＞95
灰分无
八幡
5
Mg（OH）2
1989.8
480000
95
（排出）
B社
京滨
1
氧—硫氨法
1976.10
1230000
＞99
硫氨
C社
千叶
4
石灰—石膏法
1976.10
762000
95
石膏
水岛
2
石灰—石膏法
1976.5
750000
95
石膏
3
石灰—石膏法
1975.7
900000
95
石膏
4
石灰—石膏法
1974.11
750000
95
石膏
D社
鹿岛
3
石灰—石膏法
1976.6
2000000
95
石膏
和歌山
5
石灰—石膏法
1975.4
370000
95
石膏
小仓
3
Mg（OH）2
1985.4
320000
98
石膏
E社
神户
1
石灰—石膏法
1983.12
220000
＞97
石膏
2
石灰—石膏法
1976.3
350000
＞97
石膏
加古川
1
石灰—石膏法
1978.5
800000
95
石膏
3.1.1.2国内工艺技术概况
随着国家节能减排政策的逐步落实，电厂脱硫已接近尾声。
进入21世纪，国家开始抓紧钢铁企业烧结脱硫。
目前，国内已有很多钢铁企业已经开始对烧结机尾气进行脱硫。
2006年10月，宝钢不锈钢分公司，建成了3号烧结机烟气脱硫试验装置，采用石灰石-石膏法，效果达标。
2007年4月，广钢132m2烧结机进行烟气脱硫，方法是石灰—石膏法，效果达标。
2008年3月，隶属宝钢的南京梅钢，对3#的180m2烧结机进行了烟气脱硫，方法是石灰—石膏法，效果非常好。
2007年6月，柳钢对其180m2烧结机采用了氨法脱硫，但氨源短缺，无法持续运行。
2007年8月，济钢对其180m2烧结机采用了双循环流化床脱硫，但效果不理想，调试1年仍无法正常运行。
从国内烧结脱硫市场分析，石灰石（石灰）-石膏法是今后烧结脱硫的发展趋势。
3.1.2工艺技术方案的比较和选择
目前世界上技术最成熟、应用最多的脱硫工艺是石灰石（石灰）—石膏湿法脱硫工艺，工艺的技术及特点如下：
石灰石（石灰）—石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，当采用石灰作吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。
在吸收塔内，吸收浆液循环喷淋与烟气逆流接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的Ca（OH）2以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为脱硫石膏。
脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，而后经烟囱排放。
脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。
由于吸收浆液循环利用，脱硫吸收剂的利用率很高。
石灰石（石灰）—石膏湿法脱硫主要特点如下：
（1）脱硫效率高。
脱硫率高达95％以上，脱硫后的烟气不但二氧化硫浓度很低，而且烟气含尘量也大大减少，减少了半干法或干法脱硫工艺后续的除尘设施，投资较省。
（2）技术成熟，运行可靠性高。
国外的石灰石（石灰）—石膏法脱硫装置投运率一般达98％以上，由于其发展历史长、技术成熟、运行经验多，因此不会因脱硫设备而影响烧结工序正常运行，能够保障脱硫装置年运行时间。
（3）对烟气变化的适应性强。
（4）吸收剂资源丰富，价格便宜，钙利用率高。
和半干法或干法脱硫工艺（钙硫比约1.5左右）相比，石灰石（石灰）—石膏的钙硫比约1.02，大大节省系统的运行费用。
（5）脱硫副产物便于综合利用。
石灰石（石灰）—石膏湿法脱硫工艺的脱硫副产物为二水石膏。
脱硫副产物综合利用，不仅可降低运行费用，而且可减少脱硫副产物处置费用。
（6）系统压降低。
该工艺压降约1500Pa,和干法、半干法相比，压降仅占30％左右，因此可节省一定的运行电耗。
本工程经过慎重考虑，决定采用石灰-石膏法。
3.2工艺流程
3.2.1工艺流程概述
石灰-石膏湿法脱硫工艺采用生石灰（CaO）作脱硫吸收剂，与水混合搅拌制成吸收浆液。
烟气中的SO2与浆液中的CaO以及鼓入的氧化空气在吸收塔内进行化学反应被去除，最终反应产物为硫酸钙，当硫酸钙达到一定饱和度后结晶形成二水石膏（CaSO4·2H2O）。
脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴后排入烟囱。
脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收石膏。
由于吸收浆液的循环利用，脱硫吸收剂的利用率比较高。
石灰—石膏湿法烟气脱硫工艺是基于烟气与吸收剂在吸收塔及循环浆池中发生的化学反应，其主要化学反应机理如下：
在吸收塔中：
CaO+H2OCa（OH）2
SO2+H2OH2SO3
Ca（OH）2+2H2SO3Ca（HSO3）2+H2O
在循环浆池中：
Ca（HSO3）2+2H2O+O2CaSO4·2H2O+H2SO4
Ca（OH）2+H2SO4CaSO4·2H2O
xx钢铁有限公司一期132m2和二期180m2烧结机机头烟气脱硫工程工艺流程如附图1所示：
3.2.1.1烟气系统及SO2吸收系统
来自主抽风机出口烟道温度为110℃左右的烟气，经新增烟道及电动挡板门进入脱硫装置的脱硫增压风机，加压后进入吸收塔。
气体在塔内上升的同时，塔下部浆液循环槽中的浆液经过循环泵加压，从塔上部三层浆液喷头喷出来形成浆液液滴幕洗涤烟气，吸收烟气中的SO2，同时使烟气温度降低至50℃左右。
烟气在塔内继续上升，通过在塔顶设置的二级挡板除雾器除去烟气夹带的水雾滴，而后返回烟囱排放。
吸收SO2后的浆液落入塔底浆液循环槽中，塔底浆液循环槽为循环浆液提供足够的贮存空间使浆液在槽内的停留时间超过5分钟，使浆液在吸收SO2后生成的重亚硫酸钙Ca（HSO3）2在过量空气中氧的作用下充分氧化为硫酸钙并结晶生成二水石膏CaSO4·2H2O。
氧化所需空气由氧化风机将空气升压后经空气分配管进入浆液中，过剩空气穿过浆液进入塔的气相中与烟气一起出塔排放。
塔底浆槽中浆液的一小部分作为石膏浆液由浆液抽出泵抽出送往石膏处理系统。
吸收塔中所需补充的脱硫剂（石灰）浆液由石灰浆液制备系统的脱硫剂供给泵供入本系统吸收塔下部浆液池中。
石灰浆液的供给量根据入口烟气量及烟气中SO2浓度及浆液循环槽中的pH值进行调节控制。
3.2.1.2脱硫剂浆液制备系统（一二期公用）
脱硫剂采用xx钢铁公司石灰窑厂生产的石灰粉，由罐车运到石灰料仓附近，通过罐车配备的气力输送泵将石灰粉送达到料仓内，仓顶配套除尘器，防止输料过程中造成烟尘二次污染。
石灰粉仓底部出料口由插板阀控制，石灰粉由自动给料机向石灰消化器中按量供给石灰粉，与加入的水配制成浓度为30％的石灰浆液，制备好的浆液送入浆液池。
池中浆液由石灰浆液供给泵送至吸收系统的吸收塔底部浆池中。
3.2.1.3石膏处理系统（一二期公用）
由吸收系统的浆液抽出泵送来的20％（W）浓度的石膏浆液进入旋流器进行浓缩，将石膏浆液浓度从20
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