同煤朔州煤电宏力再生工业股份有限公司
1×120t/d煤矸石综合利用
项目建议书
北京东方投财务顾问有限公司
2016年07月1 项目概述与项目技术经济指标
1.1 工程概述
1.1.1 建设地点
宏力再生工业股份有限公司现有建设地块。
位于山西省怀仁县王坪电厂南侧。
1.1.1 建设规模
额定日处理能力：120t/d；
生产线数量：1条，单线生产能力≥120t/d。
主要设备及技术选择：本项目煤矸石处理技术设备采用日本已经运行近20年、占领市场近三分之一的迷你小高炉——超高温热解气化熔融炉及其二次燃烧室技术。
1.2 煤矸石原料
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。
通常煤矸石的无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属（镓、钒、钛、钴）。
煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。同煤集团宏力再生公司拟利用的当地丰富的煤矸石在怀仁县立项建设煤矸石加工综合利用项目，主要原料是煤矸石并配一部分焦炭，混合物料达到热值3000大卡/kg以上进行熔融炉处理。宏力公司提供的煤矸石分析报告如下：
1.3 项目技术指标
名称 指标 备注
全厂技术经济指标
矸石低热值煤混合处理量 120t/d 5t/h
装置满负荷运行产气量 7750Nm3/h ~1100 Kcal/ Nm3
产生蒸汽量 13t/h 8MPa饱和蒸汽
5t/h 0.4MPa饱和蒸汽 飞灰掺烧量 0.15t/h
运行小时数 7200h
1.4 主项表
项目包括的主体装置和应配套工程见下表。
主项名称 规模 备注
气化熔融装置 120t/d 熔融炉主体运行设备。
控制中心 应配套主体装置和公用及系统工程
供配电 ~200kW 外部提供用电设备的配电
消防 包括水池、管网配套
给排水 补水20t/h 配套循环水
化学水站 18t/h 配套除盐水
原料堆场 800t 含卸车
产品堆场 300t 含装车
2 工艺技术
2.1 技术简介
热解气化熔融技术属第三代固体废弃物处理技术 。
日本20世纪70年代开发，德国90年代开发，中国是本世纪初开发。
固体废弃物在超高温热解气化熔融反应器中处于还原性气氛，有机成分转变成可燃的气体、无机成分转变成可回收的固体物质。
2009年日本经济产业省将其定位：创新的低碳技术。日本国经济产业省对该设备海外出口给予鼓励推荐，原文详见附件。
高温熔融的液态渣经水淬冷却而形成玻璃体，其活性很高，可以直接回收并利用。
2.2 熔融炉工艺说明
超高温热解气化熔融反应器是一种常压下的固定床直立反应炉。按照移动床的原理工作，在气化熔融炉的内部自上而下依次呈层状分成干燥、氧化分解、还原熔融阶段。
固体废弃物从炉上部加入并与从炉下部上升的气体一边进行热交换一边下降。从气化熔融炉上部排出的合成气体出装置。热分解段固废与焦炭、石灰石一起下降进入还原熔融段，借助从进风口供给的富氧进行可控的熔融还原反应。在超高温条件下所有无机物成分完全熔融，并以液态聚集在反应器底部排出。
常规固废焚烧炉型主要有机械炉排焚烧炉、回转窑式焚烧炉和流化床或循环流化床焚烧炉。这些炉的飞灰中含有大量的重金属（Pb、 Cd、 Hg等）和二恶英，目前国内报道的炉排炉飞灰中二恶英含量有的高达7530ng-TEQ/kg。《国家危险废物名录》已将垃圾焚烧飞灰定性为危险废物。气化熔融炉将固废的碳氢化合物在气化炉中气化，产生的合成气体在二燃室内燃烧达到1000-1300℃以上，使得飞灰中99.9%的二恶英被高温分解，而且熔融炉的注入富氧量严格控制，外界注入气体量及流速很小，所以飞灰的产生量非常少。实测数据二恶英只有0.002ng-TEQ/kg.
出渣 玻璃化炉渣
2.3 工作过程
装置生产运行时，煤矸石与焦炭按照1:0.2的质量比投入熔融炉装入装置，同时根据熔融要求投入一定数量的石灰石作为助熔剂。
煤矸石和焦炭分别通过计量漏斗计量，然后倒入一个翻斗,再通过绞盘输送到炉顶的装料漏斗，装料漏斗分别将煤矸石和焦炭送入到装料节气阀。装料节气阀位于炉体的上端,内部包括至少两级闸阀系统、一个物料支撑结构、一个防火和封闭机构；多级闸阀系统间充入氮气以保证炉内气体不会外泄。混合物料通过装料节气阀，依靠自身重力向下缓慢移动。在移动过程中，物料经过干燥、预热、气化、氧化、分解、熔融等过程，同时根据监测数据和反应状态适量向炉底注入富氧，产生的可燃气体和液态融渣排出炉外。出炉的可燃气体经旋风除尘器预除尘后，进入燃气余热锅炉，与空气混合后充分燃烧，排出的烟气经布袋除尘器处理和脱硫脱硝后以优于国家排放标准排入大气；液态炉渣直接送到临近的炉渣拉丝设施进行后续加工。熔融炉过程一般约需要2个小时完全反应，以下是自上向下各部参与反应的化学物理状态。
预热阶段：
100℃~200℃：干燥；去除物理水。
250℃：除氧；消除水成分；开始消除H2S
气化阶段（氧化反应）：
340℃：CH4和脂肪族化合物开始裂变
380℃：有机物碳化。
400℃～600℃：C-O和C-N化合物裂变；沥青质转换焦油。
>600℃：沥青质裂变为热稳定的链状气态碳氢化合物；芳烃合成
800℃～1200℃：气化；卤素完全处于蒸汽状态（如碱金属氯化物或HCI）。
熔融阶段（还原反应）： 1200～2000℃：芳烃和有机化合物开始完全分解，矿物熔融。
液态熔渣
2.4 技术特点
1、有机成分转换为可燃气（碳转换率＞99%）；
2、微负压运行（不会排出有毒有害的任何气态物质，对环境几乎没有影响）
3、超高温导致所有矿物成分完全熔化，使炉渣玻璃化，便于综合利用。
4、物料在炉内极其缓慢的移动，含尘量极低（含尘量小于60 mg/ m3 ）。
5、可间断/连续进料
6、可定时/连续排渣
7、无任何废水排放
2.5 固废物料的适应性
1、本技术对于矸石及低热值煤具有良好的可操作性，物料入炉粒径不超过40cm,在5-10cm为最佳。
2、本装置还特别适用于：生活垃圾焚烧、其它工业废弃物的处理。
3、入炉物料达不到熔融的热值要求或者水分高时需添加高热值物料，根据宏力公 煤矸石灰石、焦炭
热解气化气体去燃气余热锅炉产生蒸汽
干燥、预热带约300℃
热解气化带300~1,000摄氏度
富氧 司现有的资源情况，建议每吨煤矸石配比添加200-300公斤的半焦或压型焦粉。
2.6 设备结构特点
1、结构简单：还原熔融段为圆筒形、进料段为方形。
2、可分段加工制造、安装。安装工作量少。
3、炉体向上、向下两个方向膨胀伸缩。
4、熔融炉属常压炉，不带压运行。非压力反应器。
5、炉体采用立式结构，占地面积小，本装置本体占地面积30×15M。
6、120t/d熔融炉装置总高度(含进料机构）34.8m。其中进料段17.5m、还原熔融段12.3m.
7、周期短：制造到安装试运行，6~10个月。
8、运行维护工作量小。
2.7 原料及产品
项目主要处理的原料为煤矸石，添加少量的焦炭作为调整热值的控制方法，焦炭的加入量主要通过对炉底的熔渣量进行动态调整。随主料还加入少量的石灰，用于调整熔渣的碱性和熔化温度，确保流动性并且对耐火材料无腐蚀性。投入的物料应控制粉体量不超过5%。
1）煤矸石 热值 1500-3000大卡kcal/kg
粒度 <100mm
2）焦炭或半焦 碳>82%
硫<0.5%
粒度 60mm~80mm
3）石灰 CaO含量 >90%
粒度 <100mm
项目主产品为液态熔渣，熔渣作为后续的拉丝原料就地进入拉丝设施（其他项目另建）。生产过程产生的大量高热烟气和可燃气体，用于发生蒸汽，蒸汽为气流磨及拉丝设施的生产热源之一。 1）熔融渣
液态熔渣是一种广泛的原料，大多用于生产各种建筑材料。本项目根据当地市场情况，考虑生产保温材料。
2）蒸汽
蒸汽 8MPa 320℃ （暂定，可根据拉丝和气流磨的需要进行调整）
0.4MPa 150℃
物料平衡
序号 项目 数量kg/h 备注
1 入方 17495
1.1 煤矸石 4167
1.2 焦炭 833
1.3 石灰 104
1.4 富氧 6083kg/h 4647m3/h熔融炉用
1.5 空气 6308kg/h 4872m3/h余热锅炉用
2 出方 17495
2.1 烟气 14515kg/h 10060m3/h
2.2 熔渣 2980kg/h
3）气化合成气体延伸应用
熔融气化炉所产生的合成气体主要组分是CO、H2、CO2，其中以CO、H2为原料可以进行化工合成多种下游产品。转化合成的工艺技术我国已经非常成熟，并且在煤化工领域得到了广泛的工业化应用。
2.9 消耗指标
以下仅列出气化熔融装置的需要外部提供的消耗品，不包含其中的烟气脱硫部分。
1）电
连续负荷 400V 80kW 未计脱硫 CO
H2 CNG
甲醇
烯烃 乙二间断负荷 400/220V 50kW
2）水
循环冷却水补水 6.75t/h
化学水处理用水 20t/h
3）空气
净化空气 50m3/h
工厂风 150m3/次 间断
氮气 30m3/h
4）石灰
每吨煤矸石约消耗25kg石灰，5t/h的熔融炉约消耗104kg石灰，石灰中氧化钙含量不低于90%，当含量变化时，消耗量相应调整。
5）活性炭
活性炭用于烟气脱硝 5~10kg/h
3.公用工程
3.1 电气
厂用电系统采用照明和动力共用的380/220V三相四线制中性点直接接地系统。鉴于负荷的重要性，建议宏力公司配套采用双电源变配电后接入本装置，两路电源互为备用。气化系统动力用电需外部提供约130KVA容量。
3.2 给水
根据估算，水源按0.2MPa压力1.5米每秒的流速，4寸管127.3立方/小时。每小时补水量见下表。循环水为部分机械设备的冷却水和熔融炉部分的冷却水，总量约50m3/h。
补充水量表 单位：m3/h
序号 项 目 补给水量（m3/h）
1 循环冷却水补水 10
2 锅炉补给水 20
合计 30