清洁生产之余热发电.docx
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清洁生产之余热发电
清洁生产之余热发电
清洁生产指的是不断提高生产工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施,从源头削减污染物,提高资源利用率,减少或避免污染物在生产、服务和产品使用过程中的产生和排放,以减轻或消除对人类健康和环境的危害。
实施清洁生产可减轻建设项目的末端处理负担,增加建设项目的环境治理的可靠性,降低建设项目的环境风险性,提高建设项目产品的竞争能力。
结合本工程特点,本工程清洁生产主要体现在以下几个方面。
1.1与产业政策符合性
按照国务院批准的《产业结构调整指导目录(2005年本)》(国家发展和改革委令第40号)及国家发展和改革委员会公告2007年第13号《铅锌行业准入条件》等规定,禁止新建落后生产能力和不具备经济规模的冶炼项目,新建铅冶炼项目,单系统规模必须达到5万吨/年(不含5万吨)以上,自有矿山原料比例达到30%以上,粗铅工艺必须采用先进的具有自主知识产权的富氧底吹强化熔炼或者富氧顶吹熔炼等生产效率高、能耗低、环保达标、资源综合利用效果好的先进炼铅工艺和双转双吸或其他双吸附制酸系统。
本项目单系统年产电铅80000t,粗铅冶炼工艺采用拥有自主知识产权的、国际先进水平的氧气底吹熔炼—鼓风炉还原炼铅法:
氧气底吹炉产出的SO2烟气采用两转两吸制硫酸,鼓风炉产出的炉渣采用烟化炉回收氧化锌,烟化炉炉渣水淬外卖;铅精炼工艺采用电解法得到电铅;铅阳极泥(含贵金属)处理采用火法熔炼—银电解流程得到银金锭,自有矿山原料比例100%,对照《产业结构调整指导目录(2005年本)》(国家发展和改革委令第40号)及国家发展和改革委员会公告2007年第13号《铅锌行业准入条件》的规定,本项目符合国家产业政策。
1.2生产工艺及设备装机水平
1.2.1工艺技术先进
1.2.1.1粗铅冶炼工艺方案
粗铅冶炼工艺可分为传统工艺和新工艺两大类。
传统炼铅工艺中,烧结锅产出的SO2烟气因无法回收而全部排空,对大气造成严重污染。
烧结机产出的烟气含SO2浓度很低,采用非稳态单转单吸制酸,硫转化率低,产出的硫酸为黑酸,硫酸尾气需进一步处理后才能排放;采用TOPSOE制酸,费用昂贵,经济上极不合理。
另外,无论采用烧结机还是烧结锅,烧结过程大量返料循环破淬作业带来的铅尘低空弥散污染难以根治,烧结化学反应热亦无法回收利用。
本项目采用的氧气底吹熔炼―鼓风炉还原炼铅法是中国有色工程设计研究总院和水口山有色金属公司联合开发的具有国际先进水平的炼铅工艺,具有如下特点:
(1)环保好
熔炼过程在密闭的熔炼炉中进行,生产中能稳定控制熔炼炉微负压操作,彻底避免了SO2烟气外逸;底吹炉产出的SO2烟气浓度高,制酸条件好,经两转两吸制酸后,尾气排放完全达到环保要求;氧枪底吹作业,熔炼车间噪音小,低于国家劳动保护规定的岗位噪声;生产过程中产出的铅烟尘均密封输送并返回配料,有效防止了铅尘的逸散污染;在放铅口和放渣口设通风装置,防止了铅蒸气的无组织扩散;底吹炉产出的高铅渣为熔融渣,送入鼓风炉过程中无粉尘飞扬污染;鼓风炉处理的高铅渣含S0.2%~0.5%,产出的烟气收尘后可直接达标排放,勿需进行脱硫处理。
(2)能耗低
底吹炉采用纯氧熔炼,实现了完全自热,入炉原料中不需要配任何燃料补热;回收了底吹炉烟气中的余热,每生产1t粗铅同时能产出0.5t~
0.8t蒸气(4MPa);熔炼炉已产出一次粗铅,鼓风炉物料处理量大大减少,相应焦耗大幅度减少,吨铅焦耗180~220kg,较烧结流程可节省150~200kg。
底吹熔炼氧气消耗量小,吨铅氧耗200~300m3。
底吹+鼓风炉熔炼系统电耗低,吨铅电耗100~150kWh。
实际生产铅精矿—粗铅单位产品综合能耗<300kgbm/t粗铅,低于国家规定的特级标准(360kgbm/t粗铅)。
(3)投资省
技术及设备均由国内提供,相同生产规模较国外同类技术投资节省40%~70%;工艺流程短,设备产能高,相同生产规模投资和传统烧结机—鼓风炉流程持平;由于烟气SO2浓度高,配套的硫酸厂处理烟气量相对较小,同等产酸规模的酸厂较烧结机流程投资较少。
(4)作业率高
底吹炉炉衬寿命长,大修周期长。
河南豫光第一台底吹炉寿命超过30个月,安徽池州底吹炉寿命已达4年;底吹炉氧枪寿命长,已投产的底吹炉氧枪实际使用寿命一般为20~40d,最长达3个月,更换一批氧枪耗时不超过6h;氧气底吹熔炼炉只有在大修或更换氧枪时才停止加料;实际生产有效投料作业率>95%。
(5)操作控制简单
原料氧化作业在底吹炉中进行,工艺控制要求简单;底吹炉加料口不需要频繁清理,清理时不影响正常作业;底吹炉连续虹吸出铅,出铅口不需要清理;底吹炉间断或连续放渣,放渣和堵渣口容易;底吹炉氧枪不需要频繁更换,且容易更换;铅氧化渣采用鼓风炉还原,和现有的其它任何铅还原技术相比,鼓风炉操作控制最简单;系统基本无故障,设备维修工作量小,氧气底吹炼铅厂投产大都在一个月内即达到和超过设计能力。
(6)回收率高
底吹炉产出的一次粗铅是贵金属的良好捕集剂,和烧结流程相比,贵金属回收率可提高2个百分点以上;和现有的其它任何铅还原技术相比,鼓风炉还原渣含铅低,烟尘率低,铅直收率高,实际生产中,各元素回收率如下:
Pb>97%,S>95%,Au>99%,Ag>99%。
(7)对原料适应性强
可直接处理各种品位的硫化铅精矿;同时处理各种二次铅原料;配合处理其它含铅物料,如锌厂的铅银渣。
(8)自动化水平高
氧气底吹熔炼过程采用DCS控制,实现了配料、制粒、供氧、熔炼、余热锅炉系统、电收尘系统、高温风机等全流程、全部设备的集中控制。
(9)生产成本低
和烧结机流程相比,生产过程简单,动力和焦炭消耗量少;生产效率高,同时有价金属和硫回收率高,据实际生产测算,每吨粗铅加工成本同比降低约10%~20%。
(10)产品质量好
氧气底吹熔炼烟气制酸可产出无色透明一级酸。
2.1.2铅精炼工艺方案
粗铅精炼的方法主要分为两大类:
全火法精炼与电解精炼。
本项目采取粗铅电解精炼的工艺方案,粗铅的电解精炼可以获得纯度高的工业用铅,并可充分回收粗铅中伴生的有价金属:
铋、碲、金、银等。
粗铅电解精炼工艺的主要优点是:
精炼工序简单,一次精炼即可得到99.994%以上的1#电铅;阳极中的杂质绝大部分进入阳极泥,与火法精炼相比,中间产品的数量大为减少;大部分有价金属都富集于阳极泥中,从而有利于有价金属的综合回收;由于精炼工序的简化,铅的直接回收率提高;由于火法除杂质仅为一道工序,铅蒸汽对人体的危害大大减少,劳动条件相对全火法精炼要好。
且国内有成熟技术和丰富的操作经验。
2.1.3铅尘封闭输送处理系统
铅尘输送是冶炼影响环保的一大难题。
本项目采用了密封机械输送,铅烟尘在熔炼厂房内直接返回熔炼的全封闭自循环系统,环保效果奇好。
综上所述,本项目粗铅冶炼工艺采用具有自主知识产权的氧气底吹熔炼—鼓风炉还原炼铅法,该法具有环保好、能耗低、投资省、作业率高、操作控制简单、生产成本低、回收率高、对原料适应性强、自动化水平高、产品质量好等特点,工艺技术水平达到国际先进。
2.2设备装机水平
本项目设备装机采取了多项创新,具体情况如下:
(1)原创氧气底吹熔炼炉
氧气底吹熔炼炉长径比、底部氧枪布局间格及位置、熔池深度等,都是通过中国科学院冷态模拟试验后确定的,底吹炉规格根据熔炼强度和容积热强度确定。
生产实践证明,该熔炼炉运行稳定,作业率高,炉寿已超过2年。
该设备已受到国家专利保护,专利号:
ZL200310113789.3。
(2)余热锅炉创新
针对铅熔炼过程中挥发性烟尘率高和底吹炉需要旋转的特点,设计了带香蕉型膜式壁烟罩和直升烟道的余热锅炉。
该设备已受到国家专利保护。
(3)格盘式铸渣机
为了使底吹炉产出的高铅渣直接满足鼓风炉的块度要求,通过单模冷却试验,确定了铸模尺寸,铸锭机长度及运行速度。
设计了薄层速冷格盘式直线型铸渣机,完全满足鼓风炉还原的要求。
该设备已受到国家专利保护。
(4)氧枪设计创新
水口山有色金属公司试验时氧枪寿命3~7d,底吹炉氧枪寿命4~8周;氧枪主要创新点:
①强化了喷枪冷却效率;
②喷枪表面进行特殊处理,提高耐磨抗蚀性能;
③提高了喷枪加工精度,确保氧气及保护介质均匀分布,保证了枪头在炉内温度均一;
④喷枪材质进行了特殊预处理,氧枪已受到国家专利保护。
3能耗、物耗、资源回收率及污染物产出
根据工程分析内容,本项目能耗、物耗、资源回收率及污染物产出水平等生产指标见表1-1。
由表1-1可以看出,本工程的物耗、能耗、资源回收率等各项生产指标均能满足铅锌行业准入条件。
在采取各项环保治理的情况下,各类污染物均达标排放,做到了污染物产出最低。
表1-1本工程能耗、物耗生产指标一览表
序号
项目
单位
本工程
铅锌行业准入条件
产量
单系列铅冶炼能力
万吨/年
8
>5
原料
供给
自有矿山原料比例
%
100
>30
工艺
装备
粗铅冶炼
/
富氧底吹
强化熔炼
富氧底吹强化熔炼或
富氧顶吹强化熔炼
制酸系统
/
双转双吸
双转双吸或其他双吸附
生产
系统
铅冶炼综合能耗
kg标煤/吨
300.8
<600
粗铅冶炼综合能耗
kg标煤/吨
255
<450
粗铅冶炼焦耗
kg/吨
150
<350
电铅直流电耗
kWh/吨
100
<120
Pb总回收率
%
98
≥96.5
粗铅熔炼回收率
%
98.2
>97
铅精炼回收率
%
99.5
>99
总硫利用率
%
98.8
>95
硫捕集率
%
99.8
>99
回收有价伴生金属覆盖率
%
99
>95
综合
利用
水循环利用率
%
95.04
>95
灰渣综合利用率
%
96.50
/
排污
指标
烟尘
kg/t铅
0.28,可达标
达标排放
SO2
kg/t铅
1.84,可达标
达标排放
Pb
kg/t铅
0.13,可达标
达标排放
废水
m3/t铅
0,全部回用
达标排放
4清洁生产评价指标
根据国家发展和改革委员会发布的《铅锌行业清洁生产评价指标体系(试行)》,铅锌行业清洁生产评价指标体系分为定量评价和定性要求两部分。
4.1定量评价指标体系
定量评价指标选取了有代表性的、能反映“节能”、“降耗”、“减污”和“增效”等有关清洁生产最终目标的指标,建立评价模式。
通过对各项指标的实际达到值、评价基准值和指标的权重值进行计算和评分,综合考评企业实施清洁生产的状况和企业清洁生产程度。
本项目属于直接熔炼工艺,本评价指标体系确定各定量评价指标的评价基准值的依据是:
凡国家或行业在有关政策、规划等文件中对该项指标已有明确要求值的就选用国家要求的数值;凡国家或行业对该项指标尚无明确要求值的,则选用国内重点大中型铅锌企业近年来清洁生产所实际达到的中上等以上水平的指标值。
本定量评价指标体系的评价基准值代表了铅锌行业清洁生产的先进水平。
直接熔炼生产企业定量评价指标项目、权重、基准值及本项目获得的权重值见表1-2。
1定量评价二级指标的单项评价指数
根据表1-2中的本项目指标值,采用如下公式计算定量评价二级指标的单项评价指数:
指数值越大越符合清洁生产要求的:
Si=Sxi/Soi
指数值越小越符合清洁生产要求的:
Si=Soi/Sxi
式中:
Si—第i项评价指标的单项评价指数;
Sxi—第i项评价指标的实际值;
Soi—第i项评价指标的评价基准值;
当Si≥1.2时,取该Si值为1.2。
②定量评价考核总分值
定量评价考核总分值的计算公式为:
式中:
P1—定量评价考核总分值;
n=参与定量评价考核的二级指标项目总数;
Si—第i项评价指标的单项评价指数;
Ki—第i项评价指标的权重值。
表1-2直接熔炼生产企业定量评价指标项目、权重及基准值
一级指标
权重值
二级指标
单位
权重值
评价
基准值
本项目指标值
单项
评价指数
资源与能源利用指标
25
铅冶炼综合能耗
kgce/tPb
8
480
300.8
1.20
粗铅焦耗
kg/tPb
4
300
150
1.20
电铅直流电耗
kWh/tPb
5
120
100
1.2
新水用量
m3/tPb
8
8
13.9
0.58
生产技术特征指标
35
铅冶炼总回收率
%
8
94
98
1.04
粗铅冶炼总回收率
%
6
95
98.2
1.03
铅电解回收率
%
5
99.2
99.5
1.00
脱硫率
%
4
95
98.2
1.03
烟尘率
%
3
8
15
0.53
烟气SO2浓度
%
5
12
10.75
0.90
炉渣含铅
%
4
1.5
3
0.50
产品特性
5
铅金属含量
%
5
99.994
99.994
1.00
污染物排放指标
20
允许废水排放量
m3/tPb
10
1.5
0
1.20
允许废渣排放量
t/tPb
5
0.8
0.58
1.20
排空烟尘固体物含量
mg/m3
5
150
80
1.20
综合利用指标
15
有价元素综合利用率
%
4
70
99
1.20
SO2利用率
%
5
95
98
1.03
废水回收利用率
%
6
92
100
1.09
4.2定性评价指标体系
本项目属于直接熔炼生产企业,其定性评价指标项目及指标分值见表1-3。
定性评价指标的考核总分值的计算公式为:
式中:
P2-定性评价二级指标考核总分值;
Fi—定性评价指标体系中第i项二级指标的得分;
N—参与考核的定性评价二级指标项目总和。
表1-3直接熔炼生产企业定性评价指标项目及指标分值
一级指标
指标
分值
二级指标
指标
分值
本项目
指标分值
生产技术特征指标
20
采用安全高效能耗物耗低的新工艺、新技术
10
10
冶炼成套机械设备具有较高的自动化水平
5
5
采用短流程工艺
5
5
产品特征指标
10
可二次回收
5
5
安全无毒性,可降解
5
0
环境管理体系建立及清洁生产审核
25
开展清洁生产审核
15
/
建立环境管理体系并通过认证
10
5
环境管理与劳动安全卫生指标
45
建立实施安全生产责任制度
8
8
建设项目环保“三同时”执行情况
5
5
建设项目环境影响评价制度执行情况
6
6
老污染源限期治理项目完成情况
8
8
污染物排放总量控制情况
10
10
现场防尘、防噪声达标情况
8
8
4.3综合评价指数(P)
综合评价指数是描述和评价被考核企业在考核年度内清洁生产总体水平的一项综合指标,计算公式为:
P=0.7P1+0.3P2
式中:
P—企业清洁生产的综合评价指数,
P1、P2—分别为定量评价指标中的各二级指标考核总分值和定性评价指标中的各二级指标考核总分值。
根据目前我国铅锌行业的实际情况,不同等级的清洁生产企业的综合评价指数列于表1-4。
由表1-4可以看出,在落实本评价提出的各项治理措施后,本项目清洁生产综合评价指数属于清洁生产先进企业。
表1-4铅锌行业不同等级清洁生产企业综合评价指数
清洁生产
企业等级
铅锌冶炼企业清洁生产综合评价指数
本项目清洁生产
综合评价指数
清洁生产先进企业
P≥90
94
清洁生产企业
85≤P<90
5同行业间比较
本工程物耗、能耗指标同国内同类型企业清洁生产比较情况见表1-5。
表1-5可以看出,本项目同国内同类型企业的清洁生产水平比较,Pb回收率、S回收率及能耗指标处于领先水平,排污指标处于中上等水平。
表1-5国内同类型企业清洁生产水平统计表
单位
项目
豫光金铅氧气炼铅工程
万洋冶炼
本工程
产量(t/a)
50000
80948
80000
生产工艺
SKS
SKS
SKS
Pb回收率(%)
95.0
96.4
98
S回收率(%)
93.3
97
98.8
能耗指标(kg标煤/t铅)
430~440
421.4
300.8
排污指标
kg/t
烟粉尘
0.48
0.53
0.28
SO2
2.27
1.21
1.84
Pb
0.082
0.07
0.13
废水m3/t
5.03
2.40
0
6清洁生产建议
6.1原辅材料
企业应对原辅材料运输、储存、装卸等环节加强管理,如运输车辆加装防护罩、各输送通道密封操作、文明装卸、原料堆场及主要道路定期洒水抑尘等。
6.2污染物控制
在对各类污染源实施有效防治的基础上,加强污染防治设施的维护与管理,确保其长期稳定地运行,最大限度地减少各污染物排放,减轻对周围环境的影响。
6.3生产运行管理
建立完善的从原料到产品全过程生产管理规章制度,提高职工的责任心,认真操作,确保生产全过程安全、稳定运行,对各工序设备应进行定期维修和维护,制定严格的操作规程,并按操作规程进行生产。
6.4建立和完善清洁生产组织
为使企业长期、持续地推行清洁生产,建议企业设专职人员,负责组织协调并监督实施清洁生产方案,经常性地对职工进行清洁生产教育和培训,负责清洁生产活动的日常管理。
6.5建立完善的清洁生产制度
6.5.1清洁生产成果纳入企业的日常管理
把清洁生产成果及时纳入企业的日常管理,是巩固清洁生产成效的重要手段,特别是把清洁生产分析产生的无投资和低投资的方案及时纳入企业的日常管理轨道。
①把清洁生产提出的加强管理的措施形成制度。
②将清洁生产提出的岗位操作改进措施写入岗位操作规程,并要求严格遵照执行。
③把清洁生产提出的工艺过程控制的改进措施纳入企业技术规范。
6.5.2建立和完善清洁生产奖惩机制
与清洁生产相协调,建立清洁生产奖惩激励机制,以调动全体职工参与清洁生产的积极性。
6.5.3保证稳定的清洁生产资金来源
清洁生产的资金来源可以有多种渠道,但是清洁生产管理制度的一项重要作用是保证实施清洁生产所产生的经济效益,全部或部分地用于清洁生产分析,以持续性地推进清洁生产。
建议企业财务对清洁生产的投资和效益单独立帐。
6.5.4搞好职工培训工作
清洁生产措施能否顺利落实,清洁生产目标能否达到,与企业职工的素质有很大关系。
评价建议企业应加强对职工关于清洁生产方面的培训和教育,同时也要对各级干部、工程技术人员、车间班组长进行培训,并把清洁生产的实施具体分配到每一个人,以利于清洁生产时目标的实现。
6.5.5制定持续清洁生产计划
清洁生产并非一朝一夕的事情,需要制定清洁生产计划,使清洁生产在企业中有组织、有计划地进行下去。
建议企业开展清洁生产审核,建立环境管理体系并通过认证。
6.5.6实施余热锅炉发电
本项目对氧气低吹炉和烟化炉的烟气出口温度均大于900℃、设置了8t/h、11t/h的余热锅炉,回收余热,出口温度达到350℃,回收的余热仅用于采暖和职工洗浴,其余蒸汽排放,没有得到利用,因此本评价建议设置余热锅炉发电系统,类比余热锅炉发电系统,本项目2台余热锅炉可产生蒸汽19t/h,年可发电量约为200万kWh,用于本工程生产,可节约电耗。
综上所述,本项目采用了多项清洁生产技术、过程控制和污染控制,只要加强营运期日常生产管理,按照评价建议落实清洁生产方案,保证各项环保设施正常运行,本项目清洁生产综合评价指数属于清洁生产先进企业,清洁生产水平处于国内先进水平。
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