氧化铝焙烧项目节能分析.doc

80万吨氧化铝焙烧项目节能报告

山西兆丰铝业氧化铝分公司
二O一一年十一月

一、企业基本情况简介
山西兆丰铝电股份有限公司氧化铝分公司是阳煤集团重点非煤骨干企业之一。氧化铝项目是阳煤集团煤电铝产业链的重要环节，被列为山西省重点调产项目，阳泉市“十一五”重点工程。该项目建设规模为80万吨。一期年产40万吨，该项目由贵阳铝镁设计研究院设计，一期投资约25亿元。日前，该项目已经得到国家发展改革委核准的批复。
氧化铝项目一期工程于2005年8月正式开工。2007年11月20日正式投料进入试生产阶段，流程一次打通。2008年1月3日成功生产出合格氧化铝。二期40万吨项目正在紧张有序地进行，预计2012年6月全部建成后，年产氧化铝达80万吨。
氧化铝分公司采用国际先进的拜耳法生产工艺。设备和自动化控制水平国内一流、国际领先。在国内外氧化铝行业中率先使用井下瓦斯气作为焙烧燃料，洁净环保，符合国际节能减排要求。项目建设未占用耕地，所占的900多亩土地（相当于0.75m2/t-Al2O3）为原铝矾土矿采空后废弃场地，其占地少于国家行业准入标准1.2m2/t-Al2O3标准。阳泉地区的铝土矿资源较为丰富，为氧化铝分公司正常生产和持续发展提供了有利条件。2010年，氧化铝分公司各项技术经济指标达国内同类企业一流水平。2011年，山西兆丰铝业有限责任公司氧化铝分公司被评为山西省质量信誉AA级企业，“兆丰牌氧化铝”入选山西省名牌产品。
二、项目基本情况
本项目位于山西省东部阳泉市，距省会太原以东118公里。
本项目将利用目前被排放到大气中的煤矿区煤层气（CMM）为一个新建年产量为80万吨的氧化铝工厂的氢氧化铝焙烧炉系统提供燃料，以取代基于煤气的焙烧炉系统。
本项目是安装两套用于氧化铝生产的进口的气体悬浮焙烧炉设备系统，该厂将使用来自阳煤集团五矿的煤矿区煤层气（CMM）作为氢氧化物焙烧炉的燃料。一期工程每年利用约3700万立方米的纯甲烷（约9600万立方米的CMM，CH4浓度为38.5%），二期工程每年还增加利用3700万立方米的CH4。综合一、二期该项目期每年利用纯甲烷总量约7400万立方米（约19200万立方米的CMM）。
在2007年1期工程投产后，本项目将减少约621,687吨的CO2e温室气体排放，二期工程投产后每年将减少约1,243,374吨的CO2e。在七年的计入期（2007-2013）内，估计排放量的总减少量将约为750万吨CO2e。
总之，本项目从经济、环保、工艺等方面来说都是可行的，具有以下多方面的社会意义：
①每年可节省原煤20余万吨；
②每年减少CMM的排放量约19200万立方米；
③每年减少二氧化硫排放量约为0.48万吨；
④每年减少二氧化碳排放量约为124.3万吨。
三、工艺比较
（一）目前国际、国内使用焙烧工艺概况
目前世界上氧化铝工业中使用的流态化氢氧化铝焙烧炉有四种，即德国Lurgi公司提供的循环流化床焙烧炉；德国KHD公司提供的闪速炉；丹麦Smith公司提供的气态悬浮炉及法国FCB公司提供的闪速焙烧炉。
以前在国内，用于焙烧氢氧化铝的焙烧炉主要分为两种类型。第一种类型是回转炉。当使用这种焙烧炉时，原材料首先被放入焙烧炉中，同时注入煤气或重油。另一种技术是流态化氧化铝焙烧炉。该技术主要以煤气（即煤制气）作为燃料。
以前两种类型的焙烧炉在中国氧化铝行业广泛使用。然而，回转炉消耗大量能源而已被淘汰，而流态化焙烧炉由于表现出了更高的能源效率因而正在取代传统的回转炉。目前在国内的氧化铝工厂中，几乎所有的流化焙烧炉系统都使用煤气，仅在某些特殊情况下才利用天然气或重油作为燃料。这种装置及技术国内其它的氧化铝工厂在使用。我单位原拟采用两段冷煤气发生炉为连续制气，自实施节能减排计划以来从使用煤气改为使用CMM（煤层气）作为氧化铝焙烧炉的燃料。是国内第一个以CMM为燃料的流化氢氧化物焙烧炉系统。本项目成为在氧化铝的生产过程中利用CMM作为气体悬浮焙烧炉的燃料的一个国家示范项目。
我单位该项目采用用丹麦史密斯公司气态悬浮焙烧炉，焙烧使用的燃料为煤层气。氢氧化铝焙烧采用气体悬浮焙烧技术，取材传统的回转窑焙烧，这是国内外氧化铝工业发展的趋势。而燃料采用煤层气取代普通的煤气，在国内尚属首例。本项目开辟国内氧化铝产业先河，目前没有类似的此类项目在运作。因此，本项目不具有普遍性。
（二）使用煤气为燃料的焙烧工艺
以国内山西铝厂三期工程扩建80万吨氧化铝项目为例，该工程氧化铝厂工艺流程采用石灰拜耳法，年生产能力为80万吨砂状氧化铝。焙烧车间设两套1400 t/d气态悬浮焙烧炉，如果采用煤气作燃料，需另设煤气站，加设煤气发生装置。
目前比较常用冷煤气制取工艺，需采用两段冷煤气连续发生炉连续制煤气。
使用煤气焙烧氢氧化铝，焙烧烟气经二级除尘，即先经旋风筒分离氧化铝后进入电收尘器进行气固分离。2台焙烧炉各设一套处理系统，烟气量均为11.6万Nm3/h，粉尘排放浓度≤50 mg/Nm3，烟气分别经约75 m高的烟囱排放。粉尘排放需满足《工业炉窑大气污染物排放标准》的要求（200 mg/Nm3）。
该规模氧化铝项目煤气站的炉渣排放量为39420 t/a，所排放的炉渣还需有专门综合垃圾场堆存。
其工艺流程简图如下：

图中左边虚线框内为在焙烧前需加设的煤气制取工艺部分。
（三）使用煤层气为燃料的焙烧工艺
我单位以煤层气代替煤气作为焙烧氧化铝的燃料，需安装两套用于氧化铝生产的进口的气体悬浮焙烧炉系统，作为燃料的煤层气将使用来自本集团五矿的煤矿区煤层气（CMM）作为氢氧化物焙烧炉的燃料。这部分燃料将直接从矿区抽取，经过简单加压、净化处理即可使用，无需设附加的工艺设备。
其工艺流程简图如下图所示：

图中下部虚线为焙烧工艺,与使用煤气为燃料的焙烧工艺相比节省了煤气制取工艺部分。
经（二）、（三）两种工艺比较来看，使用煤层气作为氧化铝焙烧炉的燃料工艺比较简单，比使用煤气为燃料的工艺少了煤气制取以及煤的运输、煤气站炉渣的运输堆存等步骤，故使用煤层气具有更好的经济与社会效益。
四、燃料供应比较
（一）煤气
在国内的氧化铝工厂中，几乎所有的流化焙烧炉系统都使用煤气，仅在某些特殊情况下才利用天然气或重油作为燃料。
使用煤气作为燃料需要制取煤气，目前比较常用的是冷煤气制取工艺。为充分满足生产需求，需采用两段冷煤气连续发生炉连续制气，其工艺说明如下：
两段冷煤气发生炉连续制气，由来自鼓风机的空气与炉体自产的蒸汽混合作为气化剂，通过煤气发生炉底部进入炉内；筛选后粒度约25-50mm烟煤由电动葫芦提升到顶层煤仓，经液压加煤阀、布煤器均匀加入煤气炉内,反应后干馏段顶部煤气经电捕焦去焦油,下部煤气经旋风除尘器除去灰尘经风冷器冷却后同上部煤气混合，再经间冷器冷却输送到电捕焦二次除焦，捕滴器除去水分，由加压风机输送到车间。
简单来说使用煤气要有三个阶段：
（1） 原煤运输
（2） 煤气制取
（3） 煤渣的堆存
以山西铝厂三期工程扩建80万吨氧化铝项目生产用煤气为例，其最大量为76400Nm3/h，平均量为69500Nm3/h，煤气压力：P>2500mmH2O,煤气热值：Q=5.3MJ/Nm3。
使用原煤来制取煤气，其制取过程中产生的附加污染物及其排放量还取决于使用的原煤的煤质好坏，煤中所含的硫将会排入大气，造成大气污染，制煤气所剩余的炉渣还需找堆场堆存，增加固废的排放量。
（二）瓦斯气
阳泉矿区拥有丰富的煤层气资源，煤层气资源量达6874亿m3。阳煤集团现有的6个矿11对生产矿井全部为高瓦斯矿井，各主要可采煤层平均含气量达17.2m3/t。2005年矿区煤层气总排放量近4亿m3，随着开采深度的增加和矿井生产规模的扩大，煤层气的排放量呈现逐年递增的趋势。当前，全集团公司11对生产矿井有8对建有煤层气地面抽放泵站，全年抽放量近3亿m3。随着更多利用设施的建成并投入使用，煤层气抽放量将会显著增加。由此可见，阳煤集团煤矿矿井瓦斯涌出的超级程度和煤层气蕴涵量的丰富程度。
煤层气发热值（12.97-14.65MJ/Nm3）相当稳定，特别是其化学成分中不含硫，是一种清洁能源。当前，阳泉煤业集团煤层气年利用量约为5000万m3，主要为阳泉市居民生活燃料之用，仅占抽放量的1/6 ,其余5/6的抽放量因没有可利用设施而排放。通过综合分析煤层气的化学成分及发热值，这种在煤炭开采过程中的伴生产品---煤层气，完全可以作为焙烧炉的燃料，满足氧化铝生产氢氧化铝焙烧工序的需要。这样可以充分利用这些煤炭生产中抽出的煤层气资源，降低氧化铝生产的燃料成本。
综上所述我们可知，比较两种燃料的供应，无论是从原料的供应量，还是对环境造成的危害来看，使用煤层气作为燃料都要优于煤气。
五、投资估算与技术经济比较
1、投资估算概述
本估算依据阳泉煤业集团氧化铝项目工程可行性研究报告内容，设计规模为年产80万吨氧化铝。比较项目为同等规模的使用煤气为燃料的氧化铝厂。
各项费用参考类似工程指标，并调整到今年价格、费用水平。基本建设费按中国有色金属工业协会颁布的《工程建设其他费用定额》（2001.10）的有关规定计取。详见下表。
（1）以煤气为燃料单台焙烧系统投资估算
序号
工程项目名称
估算价值 （万元）
备注
建筑
设备
安装
其他费用
合计
1
煤气站
工程费用

3469.17
劳动定员人数约50人
其他费用

585.22
预备费

486.53
建设投资合计

4540.92
合计

13458.17

附：另由于设置煤气站，需占地47360m2，折71亩，动力消耗约2000kw。
(2)以瓦斯气为燃料单台焙烧系统投资
我厂80万吨氧化铝焙烧项目批准投资计划为18000万元，其中企业自筹17000万元。工程分两期进行，截止到今年9月资金实际到位9531.71万元。其中8531.71万元为企业自筹资金，根据山西省财政厅晋财建【2008】639号文件和晋财建（2009）497号文件，省级财政拨付节能专项资金1000万元。
该项目现已完成投资9531.71万元，其中：财政资金到位1000万元（使用1000万元，无结余资金），企业自筹8531.71万元（使用8531.71万元，无结余资金）。其中建筑安装3655.27万元，设备投资3167.44万元，待摊资金1709万元。
2、经济比较：
经过上述比较分析可知，在建设投资方面，两者都需使用气体悬浮焙烧炉系统，单台炉总计造价约9000万元。使用煤气作为燃料另外需要建设煤气站及其供气、监测系统等，比较同等产量的氧化铝厂，煤气站基建投资约为4540.92万元。
年产80万吨氧化铝需要两套气体悬浮焙烧炉系统，由以上数据可知，使用煤气为燃料焙烧氢氧化铝总投资约为27000万元；占地约71亩，使用瓦斯气为燃料其总投资约为18000万元，由此可见使用瓦斯气为燃料可减少投资约33%，占地面积也相应减少。
因此使用瓦斯气为燃料，从经济方面来分析是可行的。
六、综合效益分析
（一）节能测算
1、各种燃料指标
煤气热值:5.86～6.49 Kcal/ Nm3(取平均值:6.17 MJ/ Nm3)
瓦斯气热值:12.98～14.65 MJ / Nm3(取平均值:13.81 MJ/ Nm3)
原煤热值: 20.93 MJ/ Nm3(以阳泉产原煤为例)
2、节能的计算
氧氧化铝焙烧瓦斯气单耗: 240 Nm3/t-Al2O3
单台焙烧炉每天消耗瓦斯气量:
1400×240=336000 Nm3
单台焙烧炉每天所消耗瓦斯气热量:
336000×13.81=4640160 MJ/d
折原煤年消耗量:
4640160÷20.93÷65%×365=124493 t/y
(原煤转化为瓦斯气转化率为65%)
则二期工程建设完毕后每年可节约原煤消耗量为124493×2=248986t。
3、目前平果、山西、郑州、中州等铝厂均采用以煤气为原燃料的气体悬浮焙烧炉技术，现以山西铝厂三期工程扩建80万吨氧化铝项目焙烧系统为例与我厂现状进行节能减排对照:
设计规模为80万吨/年
能源项目
煤气
瓦斯气
热值
5.86～6.49 MJ/ Nm3
12.98～14.65 MJ/ Nm3
主要成份
CO
CH4
燃料原材料
原煤
无(地下煤层直接抽取)
原材料运输方式
公路或铁路

原材料消耗
248986 t
无
所需加工设备
煤气发生炉
无(煤矿直接经管道输送)
加工过程产生污染物
SO2、粉尘、煤渣
无
氢氧化铝焙烧单耗
595 Nm3/t-Al2O3
240 Nm3/t-Al2O3
氢氧化铝焙烧年耗
4.76×108Nm3
1.92×108Nm3

综上所述,从项目投资水平、成本和经济效益分析来看，本项目改造后具有投资省、见效快、效果好的特点。项目的建设在焙烧工艺段可以节省投资约33%。节约占地47360m2，扣除输送瓦斯气用电后,每年节约电费约250万元。煤层气燃烧的热值完全可以满足焙烧的要求;从节约能源的角度，该项目每年节约20余万吨的原煤。每年减少CMM排放量19200万立方米，每年减少SO2排放量0.48万t，减少CO2排放量124.3万t。本项目使用的煤层气如果不合理利用将会被排空，污染环境，而这里利用瓦斯气不仅具有较好的经济效益，具有较强的抗风险能力。
80万吨氧化铝焙烧项目投产后，对于阳煤集团氧化铝分公司现有生产流程减少投资、节能降耗、提高效益也将发挥具大作用；同时使用井下煤层气作为焙烧燃料洁净环保，符合国际节能减排要求，煤层气被有效利用,减少了排空量，也减少了温室气体的排放量,对本地区的环境改善乃至全球的温室效应都有很大的影响，另外使用煤层气作为燃料在全国尚属首次，其产生的社会效益也十分明显。因此，项目建设是必要和可行的。

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