非高炉炼铁技术的发展方向和策略

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COREX煤气用于生产海绵铁的价值为用作气体燃料的2.54倍,为用于CCPP 发电的4.47倍。COREX煤气用于生产海绵铁取得的经济效益最好。
三、煤气利用方向对经济效益的影响
New DRI Technology – Coal-Gasifier based Reduction will use coal instead of natural gas.
一、能源市场最近的发展动态
逐年变化的石油价格走势曲线 240 200
石油价格(美元/桶)
近十年油价已经涨了5-7倍,
高盛预测2年内将涨到200美元。
160 120 80 40 0 1997
1999
2001
2003 年份
2005
2007
2009
2011
一、能源市场最近的发展动态
2007年比2006年上涨了19%(2.0-2.50元/m3)。 2007年11月10日上海市的工业用天然气价格已由2.60元/m3上 涨到3元/m3,比2006年又上涨了16.38%,比2005年上涨了50% 。2008年6月上海市的机动车用天然气价格已由2.60元/m3上 涨到4.6元/m3
日益昂贵的焦炭和天然气价格迫使人 们开始考虑研究用本地容易获得、相对 廉价的优质非焦煤代替焦炭来炼铁的新 技术方案!!!
二、直接还原技术的新发展
(1)2007年世界直接还原铁的产量
2007年世界直接还原铁产量达6722万吨,占总铁产量7.4%。 受全球钢铁工业强劲发展的支撑,中东、印度、俄罗斯等一 批新建直接还原铁厂陆续投产。分别为:俄罗斯 Lebedinskyll设备,年产能140 万吨;卡塔尔钢公司一套年产能 150万吨;埃及苏伊士钢铁公司一台年产能 195万吨HYL-Ⅲ工艺 设备;印度Jindal 公司的年产能190万吨HYL-Ⅲ工艺及鲁奇煤 制气 JPSL 设备; Abu Dhabi GHC-2 公司 2 座采用年产能 160 万吨 HYL-Ⅲ工艺设备。工艺设备。 印度已连续5年保持是世界第一的直接还原铁生产国,产量 为 1906 万吨,占世界总产量的四分之一,委内瑞拉第二,产量 为771万吨,产量连续两年下降;伊朗第三,产量为744万吨。 按直接还原铁生产工艺分, MIDREX 工艺的产量为 3972 万吨, 占世界总产量的 59.1 %;在印度、南非和中国等煤基回转窑工 艺产量占世界产量的 22.2 %,但煤基直接还原工艺大部分规模 较小,能耗也较高。;其次为HYLSA工艺,产量为1130万吨,占 世界产量的16.8%。
四、竖炉直接还原技术的新发展
(1)气基竖炉直接还原炼铁法的能耗与生产率改善的 技术进步 气基直接还原炼铁装置不需要象高炉配套建设的大 规模的烧结、炼焦设备投资,也不需要焦炭、焦煤, 因此,在以出产天然气的发展中国家为中心,蓬勃发 展起气基竖炉炼铁的铁源设施。近年,钢铁企业对于 低灰分的洁净铁源的需求量正在日益增大,将直接还 原铁作为废钢的优质替代品。由于HBI技术的开发,海 上运输直接还原铁成为可能,开辟了世界范围的市场。 由于最近的优质钢材需求量的增大,建设气基竖炉直 原铁装置的需求也在日益高涨。
Rotary
Hearth
Furnace
二、煤基直接还原工艺评价
隧道窑是欧洲开发的专门用于生产高附加值的粉末冶金铁粉 的主要工艺手段,其产品用于汽车家电复杂机械零件的粉末冶 金制品、美国普兰特-惠特尼公司用隧道窑生产IN-100高温合 金粉末制成的飞机发动机涡轮盘用于F16战斗机。 由于正规设计的直接还原隧道窑长达160-270米,产能小 (单窑最大年产6万吨)热损失大、能耗很高,劳动生产率低等 技术经济等原因,国外早已不用它生产炼钢用DRI了。瑞典 Hoganas公司的固体碳还原铁粉工艺流程见附图。 目前国内外 生产粉末冶金铁粉的原料要求用低杂质含量含铁达70% 以上, 隧道窑产出的海绵铁粉含碳氧高,非金属夹杂物多,还要用氢 气进行精还原脱氧脱碳(由含97%Fe、0.2%C、2%O,达到含 99.2%Fe 、0.02%C、0.2%O,),提高其铁粉质量达到国标水 平。用低效率高能耗的隧道窑来处理钢厂废粉尘或普通铁精矿 粉生产高炉原料或炼钢原料级DRI是极不经济的。
二、竖炉直接还原气源的发展
钢铁厂生产直接还原铁应优先利用钢铁联合企业 中回收利用的剩余煤气:高炉煤气 (BFG), 焦炉煤气 (COG)和转炉煤气(BOFG) ,然后考虑用非焦煤制气 来补充直接还原炉所需煤气。 建设竖炉直接还原设备首先应考虑企业自身发展 的需求,除非有长期销售供货协议,一般不宜考虑外 销;为了投入产出最大化,应优先考虑充分利用本地 区可大量稳定获得的性价比最高的原燃料,应充分考 虑规模效益对成本的影响。
DRyIron® Process
Oxide and Reductant Storage Heat Exchanger
转底炉
Combustion Air
Afterburner
Mixer
Baghouse
Briquetter Feeder Discharge Screw DRI Canisters Rotary Hearth Bed
一、能源市场最近的发展动态
上半年国内焦煤焦炭价格累计暴 涨了一倍。当前是不用焦炭的直接 还原炼铁技术发展的大好机遇
一、能源市场最近的发展动态
2008上半年我国产焦炭1.723亿吨,同比增长 11.42%。 6月末,山西、山东、河北一级冶金焦出 厂含税价超出3000元/吨,刷新历史纪录。 6月份, 我国常规冶金焦出口离岸价为600-680美元/吨(含 关税25%),环比上涨30-90美元/吨。 今年上半年,国内炼焦煤到厂含税价从年初的 不足1000元/吨上涨到6月的2000元/吨,焦炭价格累 计涨幅则达1400-1500元/吨,全部外购焦炭的钢铁 企业吨钢成本增加了620-660元/吨。
三、煤气利用方向对经济效益的影响
1m3 COREX煤气用于不同的使用方向产出的经济效益是不同的。 以中等热值煤气COREX煤气为例,用于不同用途经济效益分析如下: A)生产海绵铁。生产1t海绵铁需净消耗COREX煤气约1500m3,总成本 1850元/ t,海绵铁的市场价格与优质废钢相当(4400元/t) ,目前用 COREX煤气生产海绵铁代替废钢产生的的价值高于1.70元/m3。 B)作气体燃料。 COREX干煤气低位发热值约8000kJ/m3 左右,燃烧性能 很好,可直接做加热炉燃料。上海市工业用天然气的价格3.0元/m3,热值, 用 COREX煤气顶替天然气,考虑热值与加热炉效率诸因素,约需4.5m3 COREX煤气顶替1m3天然气, COREX煤气作气体燃料的经济价值约为 0.67元/m3。 C)用于CCPP发电。煤气是燃气轮机发电的良好燃料,热电转化效率在 43-46%范围,1m3 COREX煤气约可转化成接近1kWh电力。下网电价 0.53元/kWh,COREX煤气用于发电,1kWh电用煤气约1m3,燃料费占发 电成本的70 - 75%,COREX煤气发电的经济价值约0.38元/m3。 D) 可用于生产化工产品甲醇,其投资很高、市场价格波动很大、跨行业 经营,有较大风险。
非高炉炼铁技术的发展方向和策略
周渝生 钱晖 张友平 冯华堂
宝钢集团公司
20081012
一、能源市场最近的发展动态 二、竖炉直接还原气源的发展 三、煤气利用方向对经济效益的影响 四、竖炉直接还原技术的新发展 五、印度鲁奇- HYLSA法煤气化生 产直接还原工程进展 六、一种竖炉直接还原的组合方案 七、熔融还原炼铁工艺的发展 八、结论
FINMET INMETCO
DRYIRON FASTMET DRC 回转窑 SL/RN回转窑 隧道窑
天然气
流化床 14
50 7
14-50 14-50 15 15 1-4
200 10
100 80 40 100 20
煤\天然气 转底炉 16
煤\天然气 转底炉 15 煤\天然气 转底炉 15 煤 煤 煤 回转窑 20 回转窑 18 隧道窑 25-30
废钢越来越难以满足要求,对直接还原工艺节能环保的要求也越来越高,所以加快工艺完善 的步伐迫在眉睫。任何一个直接还原工厂是否具有经济上长期生存能力,取决于能源供给和 市场是否有保障,价格是否低廉。工艺是否不断成熟和向大型化发展。
二、竖炉直接还原气源的发展
根据我国缺石油,天然气贫乏,非焦煤资源丰富、 价廉的特点,中国钢铁企业采用粉煤就地气化生产海 绵铁,增加产能解决全厂煤气平衡是正确方向。这不 仅是从企业经济利益考虑,而且是从企业能源安全和 战略能源储备方面考虑。前车之鉴,上世纪九十年代, 美国就有一批严重依赖天然气为主要能源的钢铁企业 因天然气涨价超过3倍而破产。 目前粉煤气化-竖炉生 产海绵铁联合工艺需要较高的基础设施和设备投资费 用,但是由于技术的进步和直接还原铁价格的上涨, 盈亏平衡点规模已经降低到50万t/a以下。已经是一 种技术经济上可行的、清洁生产的炼铁方案。
一、能源市场最近的发展动态
鉴于国际石油天然气持续涨价的严峻形势(近十 年油价已经上涨了5-7倍),国家发改委网站上的 资料说,当前国内的天然气价格仅为国际市场价的 29%,中国的天然气价格还需要提高两倍以上,才能 按照市场规律与国际接轨,这是能源价格改革的方 向。国内天然气持续涨价乃大势所趋,国内优质非 焦煤的价格十年仅上涨了一倍,为了保持竞争力, 宝钢应抓紧开发利用亷价粉煤制气作替代能源发展 生产,应将对外购天然气的需求或依赖性减至最低。 2005年出台的《钢铁产业发展政策》把发展循环经 济作为重要内容,明确规定“500万吨以上规模的钢 铁企业,要努力做到电力自供有余,实现外供”。
直接还原厂的效益改善,投资回收期 缩短,有利于炼铁新工艺技术发展
一、能源市场最近的发展动态
2005年出台的《钢铁产业发展政策》把发展循 环经济作为重要内容,2007年1月16日中国国家发 改委率先改革天然气价格形成机制(与国际市场价 格挂钩)的改革。 因此浦钢罗泾厂区用粉煤就地气化生产海绵铁 增加产能解决全厂煤气平衡是正确方向。这不仅是 从企业经济利益考虑,而且是从企业能源安全和战 略能源储备方面考虑。前车之鉴,上世纪九十年代, 美国就有一批严重依赖天然气为主要能源的钢铁企 业因天然气涨价超过3倍而破产。
四、竖炉直接还原技术的新发展
气基直接还原炼铁法技术发展过程中,直接还原 铁竖炉的生产率的持续性改善的贡献最大。近30年竖 炉内的CO和H2利用率的提高幅度达到25%以上,对竖 炉生产率和单耗的改善贡献很大。依靠提高还原气体 的温度、压力,对原料质量的控制、竖炉内煤气流的 均匀分布、改善固-气接触等使CO和H2气的消耗量减 少。 上世纪70年代竖炉的还原气的温度为780℃,到 90年代提高至850℃,竖炉的生产率约提高了13%。 到90年代后期,通过对原料球团施行水泥喷涂包覆, 还原气的温度可提高到930℃,竖炉的生产率进一步 提高了约11% 。这些改善是在没有变更直接还原竖 炉的内部机械结构下实现的。
二、煤基直接还原工艺评价
煤基直接还原工艺中产能最大的是转底炉工艺,干 铁法(Dryiron)是美国Maomee研究工艺公司开发 的,目的是处理钢铁厂含铁尘泥等废料和生产DRI。 该工艺最大特点是使用干压块技术把氧化铁粉、煤粉 的混合物制成团块。造成生球后不需要干燥和焙烧直 接入炉。干铁法的另一个特点是所造成的球大小均匀, 密度均匀。除了干铁法,转底炉工艺还有FASTMET 法等,单炉产能最大可达50万t/a,转底炉工艺在处 理钢厂含重金属粉尘方面有了广泛的应用。
上海市工业用及车用天然气价格变化趋势图
天然气价格 (元/ m 3 )
5 4 3 2 1 0 1999 2004 2006
年度
上海市的天然气的价格在逐渐提高,这是能 源价格改革按照市场规律与国际接轨的结果
2007
源自文库2008
国际市场天然气价格的变化趋势
重废钢的价格决定HBI和DRI的市场价格
07-08年间涨了一倍
二、煤基直接还原工艺评价
瑞典Hoganas公司的固体碳还原铁粉 隧道窑工艺流程
二、煤基直接还原工艺评价
各种直接还原工艺比较表
直接还原工艺 名称
MIDREX HYL 3
还原剂
天然气 天然气
反应器 类型
竖炉 竖炉
能耗 GJ/t DRI
11 11
单炉产能 万t/a
180 190
总产能 万t/a
3792 1170
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