宾来冶炼厂锌高渣处理工程初步设计说明书大学毕设论文.docx
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宾来冶炼厂锌高渣处理工程初步设计说明书大学毕设论文
来宾冶炼厂锌高渣处理工程
初步设计说明书
建设单位：
来宾冶炼厂
二〇一〇年二月
来宾冶炼厂锌高渣处理工程
初步设计说明书
编写单位：
广西冶金研究院
项目负责人：
编写人：
单位负责人：
总工程师:
第一章总论
1.1概述
广西华锡集团股份有限公司来宾冶炼厂委托广西冶金研究院对该公司8m2烟化炉工程进行设计，要求烟化炉处理量为28000t/a的锌高酸浸出渣（干量），烟气余热用余热锅炉回收利用，烟气分段收尘，并要求水、渣、气保证达到国家环保标准要求后排放，以维护当地的环境条件良好。
来宾冶炼厂锌冶炼系统目前采用黄钾铁矾法工艺，按每年10万吨锌产量计算，产出锌高酸浸出渣约2.8万吨；如电锌系统技改后采用锌还原浸出工艺，按每年10万吨锌产量计算，产出的还原浸出渣经浮选后约2.2万吨浮选渣，与目前浸出工艺产出渣量差不多。
浮选渣与高酸浸出渣性能相似，含有大量的锌、铟、锡、铅、银等有价金属，具有非常高的冶炼回收价值。
长期以来，锌冶炼行业产出的锌高酸浸出渣的大量堆存，不仅使企业的资源综合利用大打折扣，而且占用大量的场地，给环保工作带来巨大的压力。
如何实现综合回收有价金属和实行清洁生产进而达到实现循环经济，锌高酸浸出渣的处理已经关系到来冶以及整个锌冶炼行业的生存与发展。
本项目所采用的烟化炉处理锌高渣工艺，是来冶通过工业试验证，证明采用烟化炉挥发处理锌浸出渣工业可行，并有较高的经济效益。
本工程属于环保工程项目。
1.2设计基本原则
本设计遵循国家和上级部门制定的有关方针政策，执行有关规范、规程和标准，采用先进可靠的技术，节约能源，节约投资，力求全面提高经济效益。
设计基本原则如下：
1）、严格遵循国家制定的有关规程、规范和标准，确保设计质量。
2）、充分挖掘现有设备生产潜力，力求投资省、见效快。
3）、在实用经济、稳妥可靠的前提下，尽量采用新技术、新设备。
4）、“三废”治理起点高，工艺先进、适用、可靠，尽量吸取国内外先进经验以达到国家规定的环保治理标准。
5）、合理使用能源，最大限度的节能降耗。
6）、贯彻“安全第一、预防为主”的方针，保障操作人员的安全与健康。
7）、尽量节省投资，使企业能获得最佳的经济效益和社会效益。
1.3建设条件
1.3.1具有可靠的原料资源
来宾冶炼厂的母公司――柳州华锡集团的原料基地是以锡为主的多金属大型矿山，巳查明的工业储量中，锌22.7万吨，近年来自产锌精矿金属量达70000吨之多。
本工程所需原料――锌高渣就来源于现有锌冶炼生产系统中。
1.3.2具有优越的建设条件
多年来，集团公司与来宾冶炼厂为使烟化烟处理锌高渣项目做了大量的准备工作，为该项目顺利实现创造了有利的条件。
1）、建设场地：
来宾冶炼厂锌系统硫酸工序南面、工业锅炉西面为空闲平整场地（现用作铟高渣堆渣场），该场地面积约为200×30m，完全满足项目建设要求，项目所用地的南面为铁渣堆放场，临近厂内公路，运输便利；同时东北面紧靠铟车间，相关渣的输送距离近，完全满足项目建设需要。
2）、供电、供水设施以目前来冶现有能力可提供项目需求。
3）、本项目烟气处理主要用料氧化锌吸收剂全部来自锌系统，供应充足，来源不成问题。
4）、内、外部运输
来宾冶炼厂已建成铁路站场、铁路专用线。
并已建成生产区的装卸支线及区内汽车运输道路，增加运输车辆即可满足本工程生产要求。
5）、机修、中心化验室均利用现有设施潜力。
6）、烟化处理后产品返回锌、铟、锡系统处理回收锌铟锡铅银等有价金属的综合回收。
7）、工业建筑
项目厂区位于红水河左岸，属岩溶平原区，基岩为石岩系马平灰岩，溶洞规模小且已被粘土充填，岩溶发育处于相对稳定阶段。
上复土层为残积。
坡积粘土，最小厚度14m，土层承载力标准值250000Pa。
粘土自然膨胀量为0～25%，属非膨胀土。
无不良工程地质条件。
项目所属地区地震基本烈度小于六度，建筑不设防震。
8）、本项目经过多年的准备，特别是2008年的工业试验，培养了一批技术人员，掌握了宝贵的技术经验，为本项目建成后运行、达产打下了坚实基础。
1.4设计范围
根据《广西华锡集团公司来宾冶炼厂锌冶炼系统之烟化炉炼渣建设工程设计合同》（合同编号2009006），本项目的设计范围包括：
1）、锌高渣堆存原料仓及其厂房（包括行车）、干燥窑及其上料系统、烟化炉炉体及加料、给煤、水淬及渣场、余热锅炉、电收尘、骤冷、布袋收尘、送风及排风、烟尘输送及烟尘包装。
2）、与上述内容有关的供水、供电、土建、自动化、仪表、通信、消防、防雷、总图运输、技术经济等，属本设计范围。
1.5设计规模
在委托中业主对本工程的规模、工艺流程、厂址等均有明确的意向，本项目重点设计并建成一座8m2、年处理2.8万吨浸出渣（干渣）的烟化炉及其配套的干燥窑、余热锅炉、收尘系统。
1.6主要设计方案
1.6.1总图运输
１）、总平面布置
本项目以就近处理为原则，分为：
原料仓库厂房紧靠余热发电机房和2#硫酸空气冷却塔；干燥窑在原料仓南面。
锌高渣经汽车运送至原料库内，原料库内设置抓斗吊车，原料用抓斗吊车转至料斗，经电子皮带称输送至回转干燥窑；干燥窑所需煤气由原有煤气系统提供。
干燥高锌渣经皮带运输机运送至烟化炉炉前料斗，通过加料皮带称计量加入烟化炉，烟化炉的粉煤通过管道由现有粉煤制备工序输入，烟化炉炉渣经水淬进入渣池再用抓斗行车放至水淬渣场，水淬渣池及渣场设置于烟化炉的南面；烟化炉产生大量高温尾气直接进入余热锅炉。
余热锅炉烟气再经电收尘、骤冷、布袋收尘后送低浓度二氧化硫处理系统处理。
电收尘、高温风机、骤冷、布袋收尘、低压风机、低浓度二氧化硫处理系统沿烟化炉中轴由东往西布置。
烟化炉鼓风机房及配电室设置于余热发电机房和2#硫酸空气冷却塔之间的空地。
2）、内、外部运输
外部运输量不变。
厂内运输道路巳形成网络，已能满足使用。
1.6.2原料仓库
锌高渣经汽车运送至原料库内，原料库内设置抓斗吊车，原料用抓斗吊车转至料斗，用料斗称计量后输送至回转干燥窑。
原料仓库房长100m，宽18m，原料仓96×14×3m3。
1.6.3干燥窑
Φ2.2×12m回转干燥窑一套,处理量（湿锌渣）为6.17t/h，干燥温度650～750℃，干燥至含水量10-15%。
高浸渣经干燥后用600mm皮带机输送至烟化炉前料斗。
干燥窑所需煤气由原有煤气系统提供。
1.6.4烟化炉及其余热锅炉
烟化炉常规设计为平板水套式，水套高温侧直接与熔融渣接触，在处理含砷高的物料时，水套钢材中的Mn在高温下生成Mn3As2金属间化物，降低钢材的机械强度；物料含As、Sn、Fe高时，以硬头形式进入炉内，在水套壁形成积存的金属物，对水套钢材有较强的溶解能力，使水套钢板形成深浅不一的坑洼，严重时穿孔漏水；在处理含Cu高的含Sn物料时，易形成固熔体化合物，Sn-Cu化合物为熔化而造成对水套钢材的溶解，在处理含Cu高的物料时，当存在足够的FeS时，反应向形成Cu2S方向剧烈进行，遇水时瞬间产生大量气体，加上水的汽化和煤产生的水煤气，易发生爆炸。
另外，烟化炉为间断作业，升降温差约500℃左右，水套高温侧钢板由于线性膨胀系数较大，容易产生疲劳而出现裂纹，强度降低。
针对以上现象，本设计采用炉体内衬耐火材料式结构，避免炉壁钢板与熔融渣直接接触，减少炉壁钢材的化学腐蚀；同时，可以减少炉壁因温差变化产生的膨胀应力，延长使用寿命。
炉底采用弧形结构，加强内衬强度、缓解冲刷强度。
关于烟化炉水套内衬耐火材料的结构方式，国内有一应用范例，但存在耐火材料受冲刷严重，消耗量大的缺点。
通过对其它冶炼炉型耐火材料使用的考察，以及与耐火材料厂家的交流，烟化炉采用铝铬尖晶石耐火材料，使用寿命可达5～6个月，可大幅度延长烟化炉生产周期。
设计烟化炉床面积8.06m2,高9.2m,侧排气烟道，加料口设置于侧部。
烟化炉的作业方式为半连续式，冷料经过电子皮带间断加入炉内，物料熔化时间约2.5小时，作业周期为3.6小时；为维持炉内热量，进行留底渣操作，采用上下双渣口，上放渣口高于风口中心200mm。
每炉处理干燥渣料18.89吨，每天6炉。
为保证炉子作业及节能，烟化炉采用内衬耐火材料结构。
为减少耐火材料消耗量及炉墙衬砖稳定性，烟化炉分为上下两个部分。
上部炉墙为16mm钢板、12mm石棉板、113mm轻质保温砖以及300mm高铝砖组成，炉内部尺寸4661mm×3257mm，高度为6849mm；下部炉墙为102mm冷却水套、12mm石棉板以及300mm铝铬砖组成，炉内部尺寸3627mm×2223mm，高度为2364mm。
烟化炉炉底采用反拱式砌筑，由20mm钢板、100mm捣打料层以及380mm铝铬砖组成，反拱内半径4294.51mm，中心角30°，矢高146.33mm。
炉顶采用砖砌拱顶，中心角60°。
由于烟化炉的还原气氛较强，锡铅银有可能有部分被还原，故在炉底砌筑有井字形通道，炉壳开孔以便将这些金属放出、收集。
粉煤由现有球磨系统制备，管道输送至烟化炉车间煤斗，经锁风定量给煤机计量后按需求用空气输送进烟化炉。
烟化炉产生大量高温尾气，为充分利用余热，降低煤耗，采用12t/h余热锅炉一台收集余热。
1.6.5收尘系统
由于烟化炉处理的原料成分复杂，含有价金属种类多，杂质也多，其中砷高达1.2%。
在烟化炉处理过程中，砷大部分被挥发进入烟气，若砷进入锡锌铟铅的烟尘中，会严重影响到这些有价金属的回收。
本设计采用二段收尘工艺，第一段高温电除尘先将金属尘收下，此时，砷仍以气态形式留存烟气中（200℃以上时），采用骤冷方式将烟气温度降到180℃以下，此时砷以固态存在于烟气中，再用布袋除尘器将其除去，实现了砷与有价金属的分离。
1.6.6低浓度二氧化硫烟气处理
采用氧化锌烟尘吸收二氧化硫工艺处理（不在本设计范围）。
1.6.7公用工程方案
1）、给排水
现有建成水源供水能力为11万m３/d，本工程年用水量仅为480m3/d，水源满足本项目需求。
现来宾冶炼厂的供水为生产与消防为一体系，生活给水为一体系，本工程的二氧化硫吸收工艺只需补充少量生产用水，故不需另建其他设施。
来宾冶炼厂建有锌冶炼系统生产污水处理站和厂污水处理总站，已实现了“零排放”。
本项目基本实现无废水排放。
2）、供配电
（1）新增负荷
设备总装机容量：
2190.7kW，其中800kW为10kV设备
设备工作容量：
2073.2kW，其中800kW为10kV设备
（2）电源
来宾冶炼厂巳建成具有一定规模的供配电网络，现运行机制的110kv变电所，电源来自来宾变电站，两回路架空线路供电，导线为LGJ-240，相距约8公里，电网容量大，供电可靠。
（3）配电系统及配电电压
来宾冶炼厂总降压站动力变压器装机容量为1×800＋1×6300＋1×10000kVA，以10kV电压等级向全厂各变配电所供电。
增设锡系统烟气处理配电室，电源来自锡系统粉煤车间变配电所；增设亚硫酸锌处理配电室，电源来自锌系统浸出车间变配电所。
压风机采用变频器控制。
在相应的车间、工段和岗位之间设声光联系信号。
3）、自动化仪表
建立锌烟化炉DCS控制室，将烟化炉给料电子称给料量、粉煤计量称、鼓风量、风压、烟气出炉温度及负压、余热锅炉进出口温度及负压、骤冷进出口温度、收尘布袋室进出口温度及负压，高温风机变频器、低压排风机变频器、鼓风机变频器等设备的运行参数通过DCS系统集中控制。
4）、供热及余热利用
本项目采用余热锅炉产生蒸汽进行余热利用。
本项目干燥窑采用煤气加热，烟化炉采用粉煤加热。
1.6.8土建工程
工程新增总建筑面积4198.3m2，本项目为环保项目，其中工业生产建筑4018.3m2，行政福利设施180m2。
厂房建筑采用钢框架结构形式，柱基为现浇钢筋砼独立基础，墙体为夹芯钢板或彩钢板，柱、屋盖、楼板为钢结构。
1.6.9环境保护
本工程，对环境造成危害的主要是产生烟尘、废水和废气，因此设计的指导思想是以防为主，防治结合为原则。
本设计严格按照国家和当地环保标准及规定，高度重视工艺过程中的各环节可能对环境造成污染，确保各项排放源均达到环保要求。
1）、废气
本项目废气是经过处理后符合国家环保排放标准的冶金炉窑烟气。
产出烟气有回转干燥窑和烟化炉，均采用密闭、抽尘、集尘净化，粉尘回收利用等措施。
系统均设有岗位通风除尘，设计的除尘效率可达99.5%，使生产车间内粉尘浓度符合国家允许的标准。
烟气冷却集尘后，经低浓度二氧化硫吸收系统处理后，再经高烟囱放空；外排废气中含尘浓度<100mg/m3，符合《大气污染物综合排放标准》中的标准限值。
2）、污水
本项目生产用水全部循环使用，无污水外排。
3）、废渣
产出的烟化炉炉渣为无害渣，送渣场堆存或出售。
4）、噪声防治
本项目产生噪声的设备主要是风机，采用隔音室隔噪。
1.6.10节能
1）、鼓风机、排风机风量调节均使用变频器以节电。
2）、全部使用循环水，水的重复利用率达100%。
3）、烟化炉产出烟气经配备的余热锅炉回收余热生产蒸汽用于生产系统。
4）、烟化炉内衬耐火材料，替代传统的水套冷却方式，散热损失由20%降低至5%，降低了煤耗，提高了尾气热利用率。
1.6.11安全、卫生及消防
1）、安全与卫生
根据生产工艺的具体特点,分析可能造成职业危害及安全事故的因素,遵循国家制定的有关规程、规范和标准，从总图、建筑、通风、电力、辅助用室等方面入手，采取了一系列行之有效的措施，避免意外事故发生，保障操作人员的安全与健康，实现文明生产。
安全生产按岗位分别设防，并按专业有关规程规程执行，做到轮有罩、轴有套、平台梯子有栏杆、坑孔池有防护、厂房内有安全通道；用电设备电源线路绝缘包皮加金属保护管和接地，厂房设防雷接地和消防设施齐全，为工人创造一个较好的操作劳动环境，避免职业病的发生和安全事故的出现。
2）、消防
根据火灾危险性分析，本项目在正常情况下不存在火灾危险，为了防止意外事故的发生，设计中遵循有关规程规范，总平面布置符合防火规范要求，设置消防给水系统，生产厂房备有必要的消防器材。
1.7设计创新内容
本设计在工艺和设备方面吸取了国内外的先进经验，在此基础上提出了以下各项创新措施：
（1）炉化炉炉体采用先进的耐火材料替代传统的水套结构，防止了水套漏水导致的安全事故，减少热量损失，解决了水套产生的低压蒸汽利用率低的问题，提高了余热利用率，具有明显的经济效益和社会效益。
（2）采用锁风定量给煤机等新型设备，杜绝因给煤速率波动范围大从而导致安全事故发生的现象，提高了安全性能，同时也降低了劳动强度，减少了工作量。
（3）加强余热回收，本设计对冶金炉的高温烟气的热能采用余热锅炉回收热能。
（4）所选用的机电设备均为节能型产品。
1.8项目经济效益及社会效益分析
1.8.1项目总投资及资金筹措
项目总投资4350万元，其中：
建设投资3750万元，流动资金。
1.8.2资金筹措
企业自筹资金100%。
1.8.3经济效益
项目达产后，回收Sn715吨，Zn790吨，In17吨，Pb165吨，Ag4吨。
在生产期内，年均销售收入7357.9万元，年均利润总额5296.39万元，平均每年使税务部门获得价外增值税1093.76万元、税金附加43.75万元，所得税1324.1万元，平均每年可使企业获得净利润3972.29万元。
项目总投资收益率82.15%，投资利润率为95.28%，税前全部投资回收期1.05年（含建设工期1年），财务内部收益率为121.7%，大于项目基准收益率95.28%。
盈亏平衡表明，本项目只要生产能力达到设计能力的60%，就可保本，具有一定的抗风险能力。
项目盈利能力满足要求，在财务上可行。
1.8.4社会效益
湿法炼锌工艺过程中产生的高酸浸出渣（简称高浸渣）含有锌、铅、锡、锑、铟、银等伴生的有价金属，其中锌、铅属于一类污染物，有色金属采冶炼废渣被列入《国家危险废物名录》中（HW23）。
其影响环境的途径主要有：
（1）浸出渣中残留的重金属随淋溶液进入地表水体和地下水体，造成水环境污染；
（2）浸出渣自然风干后，其中的重金属随扬尘进入大气造成空气污染；（3）浸出渣未经无害化处理进入土壤环境，造成土壤污染，进而污染农作物和地下水等。
目前，对于此种冶炼渣的处理，大部分冶炼厂只能对其作堆存处理。
堆场要按《危险废物贮存污染控制标准》（GB18597—2001）进行建设，堆场必需进行防渗处理，四周建设挡风墙，上方建设防雨顶蓬，以避免浸出渣风干起尘和被雨水淋湿而污染环境。
随着冶炼废渣的不断增加，冶炼厂的堆存成本及环保压力都日益突出。
来宾冶炼厂锌铟冶炼系统投产后，不仅解决了由于高酸浸出渣得不到处理而作为中间品长期堆存，在雨季被雨水冲走，在旱季被风刮走造成环境污染。
同时也富集回收高浸渣中的锌、铅、锡、锑、铟、银、砷。
烟化过程产生的高温渣经水淬处理后得到水淬渣，水淬渣主要含钙、硅、铁等，属无毒无害的一般性工业固体废物，可用于水泥生产，也可铺路填坑，是较理想的路基材料。
该项目的建设可实现浸出渣的资源化，不产生二次污染，进一步实现企业的清洁生产，推进循环经济的建设。
符合国家倡导的资源节约、绿色生产的新型生产技术要求。
1.9主要技术经济指标
本项目的技术经济指标见第二章表2-1主要技术经济指标。
1.10存在的主要问题及建议
及早落实标准设备资料，以便施工图设计工作的顺利进行。
第二章技术经济
2.1项目概述及综合技术经济指标
本设计熔炼系统采用烟化炉还原熔炼锌高渣，从中回收锌、锡、铅、银、铟等有价金属。
设计计算范围，原料为锌高酸浸出渣。
产品为含有价金属的氧化烟尘。
设计规模为年处理锌高酸浸出渣干量28000t。
经过计算和汇总，项目的综合技术经济指标详见表2-1。
表2-1综合技术经济指标表
顺序
指标名称
单位
数量
备注
1
设计规模
锌高渣年处理量
t/a
28000.0
2
主要产品产量
烟尘
t/a
4137.38
烟尘率：
14.78%
含Zn
t/a
1020.60
含Sn
t/a
1032.08
含Pb
t/a
419.33
含In
t/a
19.94
3
主要生产工艺技术指标
3.1
主要金属挥发率
Zn
%
81
Sn
%
95
Pb
%
96
In
%
89
3.2
弃渣率
%
90.78
含Zn
t/a
234.36
含Sn
t/a
48.89
含Pb
t/a
15.29
含In
t/a
2.46
3.3
主要金属回收率
Zn
%
80.6
Sn
%
94.5
Pb
%
95.5
3.3
粉煤率
%
51.57
3.4
收尘
电除尘率
%
99.5
布袋除尘率
%
99.8
尾气排放SO2浓度
mg/Nm3
＜400.0
4
年需原料量及主要成分
4.1
锌高渣
t/a
28000
4.2
原料主要成分品位
Zn
%
4.5
Sn
%
3.88
Pb
%
1.56
In
%
0.08
5
主要燃料、辅材需用量
工艺用煤
t/a
14439.6
耐火材料
铝铬砖
t/a
115.8
高铝砖
t/a
498
轻质保温砖
t/a
29.32
硅砖
t/a
198.7
石棉
t/a
4.64
煤气
m3/h
1000～1700
6
供电指标
设备安装总容量
kw
2190.7
用电计算负荷
kw
2073.2
年耗电量
k.kwh
14927
7
供水指标
7.1
总用水量
m3/d
7359.4
其中：
生产新水
m3/d
480
循环水
m3/d
6879.4
7.2
损失及排水量
m3/d
480
8
外部运输及总图
8.1
厂区占地面积
ha
8.2
土石方工程量
m3
其中：
填方
m3
挖方
m3
8.3
外部运输量
t/a
其中：
运入量
t/a
运出量
t/a
9
建筑指标
9.1
建筑面积
m2
9.2
建筑体积
m3
9.3
主要建筑材料消耗
钢材
t
水泥
t
木材
m3
10
年生产天数
300
11
全车间在册人数
人
69
其中：
管理及服务人员
人
3
生产人员
人
66
12
投资指标
12.1
项目总投资
其中：
建设投资
万元
建设期利息
万元
流动资金
万元
13
成本及费用指标
13.1
总成本费用
万元
达产年平均
其中：
经营成本
万元
14
销售收入、利润、税金
14.1
销售收入
万元/a
达产年平均
14.2
销售税金及附加
万元/a
达产年平均
14.3
利润总额
万元/a
达产年平均
14.4
所得税
万元/a
达产年平均
14.5
税后利润
万元/a
达产年平均
15
经济效益指标
15.1
项目投资财务内部收益率
%
15.2
投资回收期
a
15.3
项目投资财务净现值（i=10%）
万元
15.4
自有资金内部收益率
%
15.5
投资利润率
%
达产年平均
15.6
投资利税率
%
达产年平均
15.7
自有资金净利润率
%
达产年平均
16
盈亏平衡点
%
达产年平均
2.2生产组织与人力资源配置
2.2.1组织机构
来宾冶炼厂属柳州华锡集团公司二级企业，厂部及后勤等职能部门已较为完善，供水、供电、机修、运输、化验等生产车间已有完整建制。
本工程不会对原有组织机构和公共设施作改变，只增加劳动定员。
2.2.2人力资源配置
来宾冶炼厂劳动定员是参照“有色金属工业劳动设计规程”、按每周5天工作制编制。
根据项目建设和生产运营的需要，为了提高劳动生产率，采用连续工作制，主要生产车间年工作330天，每天3班、每班工作8小时，考虑轮休替换，以工作岗位计算配置劳动定员。
根据以上人力资源配置原则，本项目完成后，需新增劳动定员69人，其中：
工人66人，管理及技术人员3人。
参照当地同类企业的薪金标准，确定本项目生产人员人均年工资标准为20000元，生产人员年工资总额132万元，列入直接生产成本中；管理技术人员人均年工资标准为50000元，其工资总额15万元，列入企业管理费中；按工资的14%提取福利基金，列入企业管理费中。
劳动定员见表2-2。
表2-2劳动定员表单位：
人
升级会员 