神雾HTAC燃烧技术介绍

1.原矿
元素 含量/% TFe 17.93 Ni 1.51 SiO2 35 Al2O3 4.07 CaO 5.06 MgO 12.84 Cr2O3 1.73 S 0.087 P 0.014
2.还原煤
成分 含量/% 水分（Mad） 6.31 灰分A 29.26 挥发分V 7.41 固定碳FC 62.79 全硫 0.54
蓄热式高温空气燃烧技术研究的 最新进展
北京神雾环境能源科技集团 中国节能服务产业委员会 吴道洪 博士 二○一二年九月
董事长 主任
燃烧技术的发展历程
不回收余热的工业炉或锅炉方案 第一代燃烧技术 换热式的工业炉或锅炉方案 第二代燃烧技术 神雾蓄热式高温空气燃烧技术解决方案 第三代燃烧技术

浪费热能 排放有污染的废气
转底炉还原 试验台
蓄热式锅炉 试验台
蓄热式熔 炼炉试验台
蓄热式垃圾焚烧， 熔融还原炼铁及有 色金属提炼试验台
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基础实验室
神雾转底炉实验台
气基竖炉直接还原炼铁实验台
蓄热式一步法熔融还原炼铁实验台
蓄热式气化熔融垃圾焚烧试验装置
蓄热式燃气熔炼炉实验台
蓄热式石化工业炉实验台 —（制氢，加氢，重整，裂解）
还原煤含固定碳78.34%，石灰石含氧化钙49.34%。
案例4. 某4种红土镍矿中试结果
4种红土镍矿DRI的金属化率的平均值
矿种 1# 2# 3# 4# TFe(%) 17.58 15.36 13.44 37.10 MFe(%) 9.02 7.32 8.20 17.51 金属化率(%) 51.29 47.56 60.87 47.20 C(%) 2.35 3.24 2.64 1.18
3.配比
2mm矿 2000 1mm还原煤 320 200目石灰石 200 配入水分 409.00 湿强度 7,8,9,10+ 干强度 14次
混合料R=0.13
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案例2.某1.5%红土镍矿中试结果
4.金属化球团（中试最高温度1400℃，转底炉各区42min）
元素 含量（%） TFe 12.84 MFe 7.63 Ni 1.61 SiO2 35.36 Al2O3 0 CaO 4.1 MgO 31.5 C 4.97 金属化率 59.44
5.镍铁合金
元素 含量（%） Ni 14.612 Si 0.119 S 0.07 P 0.058 C 0.577 Cr 0.046 Fe 84.76
镍回收率95%，铁回收率50% 6.熔炼炉炉渣
元素 含量（%） TFe 12.12 FeO 14.67 Ni 0.077 SiO2 37.58 Al2O3 12.975 CaO 8.82 MgO 17.7 C 0.035 R 0.23 28
渣碱度R=0.11
案例3. 某1.34%红土镍矿中试结果
1.原矿
元素 B矿/% TFe 17.08 FeO 0.9 Ni 1.34 CaO 1.12 MgO 16.36 SiO2 32.69 Al2O3 5.58 S 0.003 P 0.021 烧失 13.18
2.还原煤
成分 含量/% 水分（Mad） 2.41 灰分A 16.13 挥发分V 3.12 固定碳FC 78.34 全硫 0.54
案例4. 某4种红土镍矿中试结果
熔分4种镍铁合金化验结果
矿种 1# 2# 3# 4# 产率 （按原矿） 8.06 9.68 6.70 12.49 镍 回收率 90.09 89.53 90.23 89.93 铁 回收率 50.72 53.75 45.21 40.22 TFe 85.22 84.88 82.28 90.08 Ni 10.01 11.75 13.73 6.41 P 0.03 0.09 0.08 痕迹 S 0.23 0.27 0.11 0.088 Cr 0.03 0.06 0.04 0.029 C 0.02 0.01 0.01 0.012 Si 0.03 0.03 0.07 0.10
已建成的15个国际领先水平的中试试验台布置图
物理化学基 础实验室 蓄热式旋转 料床热解试 验台 蓄热式石化 管式加热炉 试验台 蓄热式火电锅 炉试验台 低NOX蓄热式 燃烧器试验台 蓄热式燃烧 试验台
CO2源自文库捉试 验台
油页岩，褐煤， 生物质，垃圾低 温干馏试验台
常压粉煤气 化试验台
气基竖炉炼 铁试验台
案例2.某1.5%红土镍矿中试结果
1.原矿
元素 含量（%） Ni 1.49 TFe 12.29 FeO 0.36 Cr2O3 0.25 Al2O3 0.53 CaO 0.1 MgO 19.23 SiO2 37.83 P 0.012 S 痕迹
2.还原煤
煤种 还原煤 水分Mad 2.41 灰分A 16.13 挥发分V 3.12 固定碳FC 78.34 全硫 0.54
劣质铁矿石、劣质有色金属矿 石的高效清洁冶炼工艺
神雾蓄热式转底炉直冶炼工艺研究路线：
•低阶煤炭 •生物质 •城市或工业垃圾 •废旧有机物
蓄热式旋转床 中低温热解
中高阶煤炭
• 低品位贫矿、难选矿 • 复合共伴生矿 • 红土镍矿 • 冶金、有色行业固体 废物
焦炉煤气
焦 油
含碳固体
含碳球团
蓄热式转底炉还原
3.配比
2mm矿 100.00 无烟煤 10.00 石灰石 10.00 配入水分 14.00 湿强度 27次 干强度 14次
混合料R=0.3
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案例1.某1.51红土镍矿中试结果
4.金属化球团（中试最高温度1330℃，转底炉各区42min）
元素 含量 （%） TFe 21.71 MFe 15.78 Ni 1.81 SiO2 34.57 Al2O3 5.13 CaO 9.1 MgO 17.12 C 3.61 金属化率 72.73
解决： 1、提高反应器的热利用率； 2、提高反应器的反应温度； 3、降低燃料的品质和等级； 4、低氧燃烧，降低Nox ； 5、反应器的温度均匀性；
解决: 1、工艺的大型化； 2、工艺的产业化； 3、原料的低成本处理；
最基本的化学反应过程的 研究
神雾节能与低碳技术联合实验室试验台
1、 物理化学基础实验室 2、 蓄热式燃烧器试验装置 3、 蓄热式辐射管燃烧器试验装置 4、 蓄热式节能锅炉试验装置 5、 蓄热式石化工业炉试验装置 6、 蓄热式熔炼炉试验装置 7、 小型干馏裂解试验装置（褐煤、长焰煤、油页岩、废旧橡胶、废旧轮胎、生物质 、城市垃圾等） 8、 大型低压粉煤气化试验装置 9、 低热值煤炭低压旋风炉燃烧或气化试验装置 10、 各类煤制气脱硫、脱碳及CO变换试验装置 11、 大型转底炉直接还原炼铁试验装置 12、 大型气基竖炉直接还原炼铁试验装置 13、 蓄热式一步法熔融还原炼铁试验装置（城市垃圾焚烧，提炼Cu,Zn,Pb,Sn,Ni,Fe等） 14、 蓄热式旋转床催化裂解干馏试验装置（褐煤、长焰煤、油页岩、废旧橡胶、废旧轮胎、生物质 、 城市垃圾等） 15、 流化床固气反应试验装置 16、 多级加氢流化床干馏气化试验装置 17、 蓄热式火力发电锅炉试验装置
5.镍铁合金
元素 含量（%） Ni 12.14 Fe 84.07 Cr 0.26 P 0.02 S 0.15 C 2.18
镍回收率96%，铁回收率87% 6.熔炼炉炉渣
元素 含量（%） Ni 0.08 TFe 5.72 Al2O3 14.8 CaO 4.05 MgO 25.8 SiO2 37.9 C 0.02 FeO 5.16 30
催化热解 非催化热解
H2 + CH4 +CO +CnHm +Q
竖炉
高温还原反应：
（低温900 ℃，中温1300 ℃，高温﹥1500 ℃）
MxOy + C → M + CO + Q MxOy + CO → M + CO2 – Q MxOy + H2 → M + H2O + Q
注：M指黑色、有色金属元素
渣子镍含量0.03。
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案例4. 某4种红土镍矿中试结果
4种红土镍矿原矿化学多元素分析
种类 1# 2# 3# 4# TFe 16.70 15.28 11.91 27.97 Ni 1.25 1.27 1.08 0.89 CaO 0.51 0.94 7.84 3.33 MgO 23.87 23.05 20.98 12.77 SiO2 26.54 32.16 28.60 18.99 Al2O3 2.43 1.91 2.62 4.82 K2O 0.16 0.44 0.44 0.27 Na2O 0.07 0.058 0.21 0.17 C 0.29 0.23 0.30 0.79 S 0.01 0.016 0.028 0.053 P 0.02 0.02 0.012 0.023 Zn 0.02 0.013 0.012 0.0237 烧损 12.91 9.22 14.82 11.3
预热空气，空气最高可被预热 至400-500度，有一定节能效果


空气可被预热至1000度以上， 热利用率高，明显减少热能浪费

换热器热效率低

降低NOX，CO2等有害气体的排放 20－60％
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国际第三代节能燃烧技术
—— 神雾高温空气燃烧技术
技术手段
1.蓄热式烧嘴技术 2.换向技术 3.蓄热材料技术 4.燃烧控制技术 5.火焰形状技术 6.气动雾化喷嘴技术 7.汽泡雾化喷嘴技术 8.燃气半预混湍流技术 9.蓄热式燃烧器技术 10.高温低氧燃烧技术 11.蓄热式辐射管燃烧技术 12.浸没式喷枪燃烧技术 13.浸没式辐射管加热技术 14.富氧及纯氧燃烧技术 15.低NOX燃烧技术 16.高温高压燃烧技术 高温熔融炉 转底炉 工业炉和锅炉
铁浴炉熔分的显著优点： 1、原料适用性广，可处理镍品位<1.5%的低品位红土镍矿； 2、由于全球各地相同发热量的电价是煤价的三倍以上，因此采用非电熔炼炉将会使熔炼成 本也下降三倍以上。 3、采用转底炉代替回转窑，铁浴炉代替电炉； 4、可以控制镍铁合金中铁的回收率。
褐煤、长焰煤、油页岩、生物质干馏裂解实验炉
褐煤、长焰煤、油页岩、生物质干馏裂解实验台
油气深加工试验台
油气分离试验台
煤制气脱硫、脱碳及CO变换实验台
蓄热式燃烧器测试试验台
蓄热式锅炉试验台
目前神雾自主创新及产业化的四大重点方向
一、开发化石能源使用过程中的高效节能低污染燃烧新技术； 二、开发褐煤，烟煤，油页岩的裂解提炼新工艺,为缓解目前中国石油 供应过份依赖进口的局面作贡献； 三、开发劣质黑色金属矿及劣质有色金属矿的高效清洁冶炼新工艺,为 缓解目前中国优质矿石供应过份依赖进口的局面作贡献； 四、开发生物质、城市垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等变 能效油、气、煤田；
蓄 热 式 高 温 空 气 燃 烧 技 术
气 流化床 热
化：中低阶煤 解：中低阶煤
还原反应：铁矿、钒钛矿 热裂解反应： 旋转床 褐煤、长焰煤、油页岩、生 物质、垃圾、污泥、废旧轮 胎及有机物、造纸黑液 优质铁矿、钒钛铁矿 红土镍矿、难选矿 难选矿、红土镍矿、冶金尘 泥、钒钛铁矿、高磷铁矿、 难选铁矿 城市垃圾、有色金属冶炼 （Cu、Zn、Pb、Ni、Sn等） 黑色金属冶炼（Fe、Mn等） CxHyOz
3.配比
2mm矿 1000 1mm还原煤 110 白灰 50 水 225 湿强度 10+ 干强度 10+
混合料R=0.12
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案例3. 某1.34%红土镍矿中试结果
4.镍铁合金（1550℃，熔分1h）
元素 含量% Ni品位 13.55 镍回收率 98.28 铁品位 84.88 铁回收率 51.82
部分氧化法（气化）
CO+H2
竖炉还原
DRI
热压块铁 炼钢
磨矿磁选 铁块
电炉熔分 铁水
高温燃气炉熔分
铁水
神雾转底炉直接还原冶炼中试生产线 转底炉 干燥机
混合机
压球机
给料装置 卸料装置
1.神雾技术处理印尼红土镍矿
红土镍矿
转底炉直接还原
金属化球团
熔分炉熔炼
镍铁合金
神雾转底炉处理红土镍矿工艺流程
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案例1.某1.51%红土镍矿中试结果
磨矿磁选 铁粒 铁块 电炉熔分 铁水 高温燃气炉熔分 铁水
神雾竖炉直接还原冶炼工艺研究路线：
天然气 • 低阶煤炭 • 生物质 • 城市或工业垃圾 • 废旧有机物 蓄热式旋转床 中低温热解 中高阶煤炭 • 普通铁精矿 • 钒钛磁铁矿 • 红土镍矿 • 难选矿
焦炉煤气
焦油
固体含碳物
水蒸汽转化法
二氧化碳转化法
目标
钢铁、有色、机械、陶瓷、玻 璃、石油化工锅炉、工业锅炉 水煤浆、粉煤的燃烧、气化 （中、低阶煤炭） 氧化反应：焙烧
基本原理
完全燃烧反应： CxHyOz + O2 → CO2 + H2O - Q
气流床
部分氧化反应： CxHyOz + O2 + H2O → H2 + CO + CO2 + Q