300m3高爐改為垃圾焚燒爐的可行性研究+

1、2007 中國鋼鐵年會論文集 3300m 高爐改為垃圾焚燒爐的可行性研究 123李 珍 陸芳芳 朱健崖 （1. 南昌鋼鐵有限責(zé)任公司焦化廠，南昌 330012; 2. 北京建技中研環(huán)境科技有限公司，北京 100032; 3. 江西省冶金集團(tuán)總公司，南昌 330046） 摘 要 如何利用煉鐵退役的高爐經(jīng)技術(shù)改造和綜合配套后，實現(xiàn)垃圾的減容、減量、資源化、能源化、無害化，并為企業(yè)創(chuàng)造一定的效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，作者做了些研究，可供參考。 關(guān)鍵詞 退役高爐 垃圾焚燒 資源再生 環(huán)境友好 3The Feasible Study for Transformation the 300m Blast Fur

2、nace into Refuse Incinerator Li Zhen Lu Fangfang Zhu Jianya (1. Nanchang Changli Iron Steel Co., Ltd., Nanchang，330012; 2. Beijing Jianji Center Research ,Scientific Technological Co.,Ltd., Beijing, 100032; 3. Jiangxi Metallurgical Group Corporation, Nanchang，330046) 123 Abstract The writer does som

3、e researching about how to make use of the technological transformation and the comprehensive coordination of the ex-service blast furnace to make the quantity of the refuse less and to recycle the refuse and to make the refuse harmless. The writer believes that it can make great profits for the ent

4、erprise and let the enterprise continued develop. Key words ex-service blast furnace, garbage burns, resources rebirth, environment amity 1 引言 根據(jù)近年來國家針對當(dāng)前鋼鐵產(chǎn)能過剩相繼出臺的一系列政策、法規(guī)，如鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、產(chǎn)業(yè)3結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄、焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件等，到 2010 年凡 300 m 以下煉鐵高爐都必須淘汰。按此規(guī)定，3近幾年內(nèi)國內(nèi)將有一大批 300 m 以下的高爐會陸續(xù)退役停止生產(chǎn)。如何發(fā)揮高爐的剩余生產(chǎn)能力、價值，實現(xiàn)國有資產(chǎn)物盡其用

5、，并為企業(yè)、為社會再做貢獻(xiàn)，正是本文研究的初衷。其實方案有多種，但我們認(rèn)為3利用鋼鐵企業(yè)退役下來的具有一定冶煉價值（或經(jīng)較小改造能恢復(fù)冶煉性能）的 300 m 以下的高爐用于當(dāng)?shù)爻鞘欣贌幚恚瑢ζ髽I(yè)，對社會，對城市的建設(shè)和生態(tài)環(huán)境的改善都極具現(xiàn)實意義。 2 垃圾處理方法比較 目前，在我國乃至世界發(fā)達(dá)國家，垃圾的處理方法無非是三種。 2.1 填埋法 該法是對分揀回收垃圾后的無價值的剩余垃圾進(jìn)行填埋的一種方法。在我國，大多數(shù)城市采用該法為主要垃圾處理手段。其缺點(diǎn)是，長期占用大量土地，且其發(fā)酵生成的沼氣和濾瀝水（包括浸潤過垃圾的雨水） 李珍，1971 年生，女，本科，工程師，E-mail: lz

6、ngjh 300m 高爐改為垃圾焚燒爐的可行性研究 3既污染大氣又污染地下水，使土地長期不能再生利用?，F(xiàn)在印度、馬來西亞等一些發(fā)展中國家已立法禁止使用。 2.2 垃圾堆肥法 該法是對分揀后的有機(jī)垃圾以發(fā)酵方式做成有機(jī)肥，該法雖可實現(xiàn)垃圾的回收利用，但因其投資大（引進(jìn)西方發(fā)達(dá)國家的堆肥技術(shù)及設(shè)備）、效率低（時間較長）、成本高、肥效低、產(chǎn)品無法銷售等原因而無法作 為工業(yè)方法予以推廣應(yīng)用。 2.3 焚燒法 該法是對有機(jī)垃圾采用直接焚燒，而大量無機(jī)垃圾（磚、瓦、玻璃、混凝土塊）則需找場地堆放。目前有部份地方采用一次性焚燒法。但是因其技術(shù)含量低、燃燒溫度低于 1000，所以，在垃圾焚燒過程（升 溫和降溫

7、過程）中會產(chǎn)生大量的二惡英而形成二次污染。 2.3.1 焚燒過程中二惡英產(chǎn)生的機(jī)理 據(jù)日本某大學(xué)研究結(jié)果認(rèn)為，二惡英的生成主要?dú)w因于燃?xì)庵写嬖诘?0.540µm 的含炭微粒。二惡英主要在微粒表面高 CO/CO2 濃度比的邊界中生成。因此二惡英零生成的關(guān)鍵之一是在焚燒爐內(nèi)通過增強(qiáng)與燃 氣的混合完全燒掉這些含炭微粒，而現(xiàn)有的高爐富氧操作工藝和產(chǎn)生的煤氣二次燃燒能達(dá)到二惡英零生成的 目的。 2.3.2 我國政府對二惡英的對策 為了保護(hù)中國的生態(tài)環(huán)境，保障人民身體健康，我國政府對國內(nèi)散布廣、危害大的二惡英污染物的產(chǎn)生、控制和環(huán)境治理十分重視，已制定了生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)GWKB 3200

8、0（代替 HJ/T 18-1996 標(biāo)準(zhǔn)）、危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB184842001（代替 GWKB 21999 標(biāo)準(zhǔn)），以及在中科院建立國 際上先進(jìn)的二惡英 HRGC/HRMS 分析方法，并通過國家論證制定中國二惡英質(zhì)譜標(biāo)準(zhǔn)分析方法等。 通過上述比較，三種方法中，填埋法雖有應(yīng)用，但是隨著我國人口數(shù)量的增長以及人民生活水平的提高， 垃圾量急劇增長，該法的局限性也日益凸現(xiàn)。有關(guān)方面測算，城市人口每年每人平均產(chǎn)生 440 垃圾，且該 數(shù)字還在以每年 1015的速度上漲。與填埋法不同的是，隨著科技的進(jìn)步和各國對“二惡英零生成” 的深入研究，垃圾高爐焚燒法技術(shù)日臻成熟，該法可以徹底解決垃圾焚燒中

9、產(chǎn)生的二惡英，已在日本等國較 普遍的應(yīng)用。特別是，利用退役高爐改造為垃圾焚燒爐的先進(jìn)技術(shù)更為我們的改造實施提供了指導(dǎo)和保障。 3 利用退役高爐改造為垃圾焚燒爐的可行性 3300 m 及以下的煉鐵高爐曾在 20 世紀(jì)為我國的鋼鐵工業(yè)發(fā)展立下了汗馬功勞。但隨著科技的發(fā)展和我3國對能耗、環(huán)保及生產(chǎn)成本的控制需要，300 m 以下的高爐不能適應(yīng)新形勢的需要，并逐步退出歷史舞臺，但其剩余的冶煉功能用于焚燒垃圾，實現(xiàn)“垃圾處理五要素（即垃圾減容、減量、資源化、能源化、無害化）” 卻是先進(jìn)和可靠的。 3.1 改造為焚燒爐的優(yōu)勢 3利用退役 300 m 以下的高爐進(jìn)行適當(dāng)改造成為焚燒垃圾能力 50 萬100

10、萬 t/a 的焚燒爐，具有下列優(yōu)3勢（以某廠退役 300m 高爐為例）： （1）投資省?，F(xiàn)有底部上料口和高爐頂部料鐘，只需稍加修改及對相應(yīng)煤氣管道改造，投資約 150 萬 200 萬元（注：高爐固定資產(chǎn)值 3555 萬元，凈值為 857 萬元）； （2）高爐有經(jīng)驗豐富的管理人員和生產(chǎn)操作人員，稍加培訓(xùn)即可成為焚燒垃圾的操作人員； （3）高爐冶煉工藝能將社會各類垃圾（有機(jī)垃圾無機(jī)垃圾）無需進(jìn)行分揀（分揀成本太高），只需進(jìn) 行粒度預(yù)處理即可進(jìn)爐焚燒； （4）無機(jī)垃圾（磚、瓦、玻璃、混凝土塊等）經(jīng)整粒（100mm）后 ，加上焦炭、石灰石等進(jìn)高爐 熔融后，淬水渣可回收利用（水泥、磚原料），無需為無機(jī)垃

11、圾尋找填埋場； （5）垃圾處理做到真正的五要素，達(dá)到國家 GWKB32000生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)和國家 2007 中國鋼鐵年會論文集GB184842001危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)； （6）焚燒后的燃?xì)饨?jīng)除塵后可作為煤氣進(jìn)行能源回收。 3.2 高爐焚燒垃圾的工藝技術(shù)路線 33為實現(xiàn)利用退役的 300m 高爐改造為年處理城市垃圾能力的焚燒爐（注：100m 高爐可改造成年處33理垃圾 30 萬35 萬 t；255 m 高爐可改造成年處理垃圾能力為 85 萬90 萬 t 焚燒爐；300 m 高爐可改造成年處理垃圾能力為 95 萬100 萬 t 焚燒爐），且既要符合國家標(biāo)準(zhǔn)，又要投資省，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)

12、效益的最大化， 擬采用下列工藝技術(shù)路線： （1）垃圾預(yù)處理，對超大塊工業(yè)建筑垃圾破碎到進(jìn)高爐的粒度，并經(jīng)磁選出鐵金屬后，進(jìn)高爐熔 融處理。 （2）無機(jī)物按一定比例加入焦炭、石灰石，與經(jīng)過壓縮打包的有機(jī)物加入高爐焚燒。 （3）焚燒后的可燃?xì)怏w一部分作為燃料進(jìn)熱風(fēng)爐燃燒，加熱熱風(fēng)爐后產(chǎn)生的廢氣再進(jìn)余熱鍋爐生產(chǎn)蒸 汽，用于發(fā)電。 （4）剩余部分的可燃?xì)怏w直接用于余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。 （5）從高爐出來的含塵煙氣，經(jīng)煤氣除塵器凈化后收集的灰塵，經(jīng)分析，若含重金屬達(dá)到一定比 例，可作為回收重金屬的原料（含銀、鋅、鉛、鎘等），沒有回收金屬價值的灰塵可再進(jìn)高爐或兌入水 渣里處理。 （6）無機(jī)物在高爐內(nèi)形成的

13、熔液經(jīng)水淬處理成水渣后可作為生產(chǎn)水泥的原料，也可直接用于生產(chǎn) 免燒磚。 （7）若高爐內(nèi)積蓄到一定的鐵熔液，可作為鐵水排出回收。 （8）工藝流程圖如圖 1 所示。 3.3 改造方案 33.3.1 300m 高爐改造 3300m 高爐原有生產(chǎn)工藝及功能全部保留，只需對原有上料口和底部裝料口稍加改造，接受能力為3100t/d，適合汽車、翻斗車、叉車工作。 3.3.2 垃圾處理場建設(shè) （1）處理場功能：接受市內(nèi)運(yùn)來的垃圾，貯存能力 3 萬 t。 （2）大體積垃圾破碎能力：要破碎混凝土塊到 100mm 以內(nèi)，能力 1000t/d，重力砸碎能力 100 t/d。 （3）打包能力：有機(jī)物壓縮打包成體積 30

14、0mm×300mm×300mm 或300mm 的圓柱體，能力 40004500 t/d。 （4）運(yùn)輸能力：配有一定量鏟車、大小翻斗車、叉車，負(fù)責(zé)垃圾的運(yùn)輸、裝卸、轉(zhuǎn)運(yùn)等。 3.3.3 發(fā)電站建設(shè) 按照垃圾分類，（參照外省會城市資料）有機(jī)物與無機(jī)物比例大約為 73，以日處理 3000 t、330d/a 工 作日計，即有 2100t/d 有機(jī)物，扣除 50水分，即有機(jī)物 1050t，加上每噸無機(jī)物需 300kg/t 焦炭測算，則每 小時產(chǎn)生的能源生產(chǎn)蒸汽(3.9MPa)80t/h,可用于裝機(jī)容量 1500kW·h 發(fā)電機(jī)組發(fā)電。 設(shè)計發(fā)電機(jī)組 2×1000k

15、W·h，保守計算，小時發(fā)電量可達(dá) 12820kW，每年發(fā)電 104611200kW·h（按 340d/a 計），折合標(biāo)準(zhǔn)煤可節(jié)約 6000065000t/a。為此，需建設(shè) 2 臺 50t/h 中壓廢熱鍋爐和 2 套 1000kW·h 的發(fā)電機(jī)組。 3.3.4 標(biāo)準(zhǔn)免燒磚場建設(shè) 以無機(jī)物（磚、混凝土、玻璃等）1000t/d 計，每年所產(chǎn)生的水渣可生產(chǎn)免燒磚約 1 億塊。能力 30 萬 塊/d(按 330d/a 計)。若將該鋼鐵廠所有高爐水渣用于制磚，則能力可擴(kuò)大 5 倍以上，即 150 萬塊/d。 300m 高爐改為垃圾焚燒爐的可行性研究 3 圖 1 高爐法工藝流程

16、圖 Fig.1 Blast furnace method craft flow chart 4 投資估算 根據(jù)上述改造項目內(nèi)容，參照其他廠投資經(jīng)驗，大致估算投資費(fèi)用如表 1 所示。 表 1 投資估算（萬元） Tab.1 The investment estimates (10000 yuan) 4585 社會經(jīng)濟(jì)效益 5.1 社會效益 （1）該工程是認(rèn)真落實科學(xué)發(fā)展觀，構(gòu)建社會主義和諧社會的需要。事實上，在我國垃圾處理尚未達(dá)3到真正意義上的五原則。國際上，也只有日本等少數(shù)國家能達(dá)到。實踐 300m 高爐百萬噸垃圾處理方案，不論對城市或企業(yè)都具有重大意義。 （2）符合國家發(fā)展規(guī)劃。中華人民共和國

17、國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要第二十四章第 三節(jié)明確要求“加強(qiáng)城市垃圾處理設(shè)施建設(shè)、加大垃圾處理費(fèi)征收力度，到 2010 年城市生活垃圾無害化處 理率不低于 60”。 5.2 經(jīng)濟(jì)效益 5.2.1 垃圾處理費(fèi)收入 （1）垃圾量計算。據(jù)有關(guān)方面測算，城市人口每年每人平均產(chǎn)生 440kg 垃圾，以南昌市 250 萬人 為例（包括南、新兩縣），年垃圾總量達(dá)到 250 萬×440kg=110 萬 t，而且該數(shù)字還在以每年 1015序 號 項 目 名 稱 規(guī) 模 能 力 估 算 投 資 備 注 1 高爐改造100 萬 t/a 200 場地道路、進(jìn)料口、管線等 2 預(yù)處理場 3100t/

18、d2000 不含征地 3 煤氣發(fā)電系統(tǒng) 2×1000kW·h 2000 4 免燒磚場150 萬塊/d 2500 不含征地 5 工程車輛40 輛 800 6 勘察設(shè)計 00 7 預(yù)備費(fèi) 00 合 計 400 2007 中國鋼鐵年會論文集的速度上漲。 （2）有機(jī)物的垃圾處理費(fèi)，據(jù)國內(nèi)有關(guān)城市資料顯示，填埋法補(bǔ)貼 20 元/t,而無害化熔融法為 50 元/t， 則 100 萬 t/a×50 元/t=5000 萬元/a。 5.2.2 發(fā)電效益 按年計算：104611200kW·h×0.45 元/kW·h=4707.5 萬元/a 5.2.3 免

19、燒磚收入 按 30 萬塊/d 計：30 萬×330d×0.3 元/塊=2970 萬元 以上收入小計：5000 + 4707.5 + 2970 = 12677.5 萬元/a 5.2.4 減排 CO2 效益 以北京安定填埋場每年減排 CH4 折算減排 CO2 80 萬 t 獲京都議定書CDM 機(jī)制折賣價 800 萬美 元/年為例，以 1t 垃圾折算 1t CH4，1t CH4 折算 21 倍 CO2 計，本工程也能按 CDM 機(jī)制拍賣減少 CO2 排放量 735 萬 t，即使賣 5 美元/t 計（國家要求 510 美元/t），每年可賣 3675 萬美元。從 2007 年到 20

20、12年可賣 6 年，則 100 萬 t×70×50(水分)×21 倍×5 美元/t×6a=22050 萬美元。折算每年的收入為 3675 萬美元。 注：CDM 機(jī)制售出的費(fèi)用，國家要收取 25費(fèi)用。 5.2.5 成本（表 2） 表 2 成本估算 Tab.2 The cost estimates 3注：表中數(shù)據(jù)均以某鋼鐵廠即將退役的 300M 高爐為依據(jù)。 5.2.6 效益 12677.521068.1= 83890.6 萬元/a（注：CO2 減排效益未列入，若不處理無機(jī)物垃圾則不需要增加輔 助燃料焦炭，還會有盈余）。 6 多種工藝方法比較（表

21、3） 表 3 工藝比較 Tab.3 Craft comparison 序 號 名 稱 投 資 處理成本 社會效益 處理效果 備 注 1 填埋法 小 低 小 占地大 產(chǎn)生二次污染 序 號 項 目 1年成本 /萬元·a 備 注 1 高爐運(yùn)行成本 1012.419229825=1087.4 萬/月 1087.4×12 = 13048.8 其中，無機(jī)物處理費(fèi)，以熔融 1t 約需焦炭 300kg 計，其成本約13048.8 350 元/t（國內(nèi)無熔融法資料），則：100 萬 t/a×30×350 元/t÷12 月=825 萬元/月 折舊人員工資水費(fèi)電費(fèi)焦炭 2 預(yù)處理100 萬 t/a×25 元/t = 2500 2500 按 25 元/t 計 3 車輛運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)700 元/d·輛×40 輛×330= 924 924 4 制磚成本費(fèi)30×330×0.2=1980 1980 按 0.2 元/塊計 5 發(fā)電成本104611200 k