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生物質燃氣與再生鋁熔煉芻議

  • 分類:新聞中心
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  • 來源:
  • 發布時間:2022-04-15
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【概要描述】

生物質燃氣與再生鋁熔煉芻議

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詳情

第一  行業背景

一、概況

再生鋁是由廢舊鋁、邊角料和廢鋁合金材料或含鋁的廢料,經重新熔化提煉而得到的鋁合金或鋁金屬,是金屬鋁的一個重要來源。再生鋁主要是以鋁合金的形式出現的。

再生鋁的熔煉始于本世紀初,我國則起始于上世紀70年代。在某些工業發達國家,如原聯邦德國、英國、意大利、法國、美國等,再生鋁已經成為鋁及鋁合金的重要供應源泉,其占原鋁產量有相當大的比例。

隨著原鋁產量的增長引起廢鋁件和廢鋁料量的增長,現代技術已經使再生鋁的質量不低于成分相同的原鋁合金,而且每噸再生鋁的能耗僅為從礦石制取原鋁的5%左右,生產成本低,投資又少。

二、生產工藝

廢鋁熔煉前需要將各種廢鋁件進行選分或解體(切割成規則的小塊體),分離出去鐵和其他有色金屬零件,再加以適當調配和處理,以便達到所要求的再生鋁及鋁合金成分。如將松散的片狀廢鋁料利用機械壓實成包,便于快速裝爐并減少表面的氧化。鋁屑(按外部形態可分為鬈狀和 散粒狀的)幾乎都含有水分和油膩以及塵土混合物和鐵屑,需要預先在250~300℃下干燥、蒸發后,進行篩分、磁選和壓團。

三、產品用途

目前再生鋁占世界原鋁年產量的1/3以上。再生鋁與原鋁性能相同,可用再生鋁錠重熔、精煉和凈化,經調整化學成分制成各種鑄造鋁合金和變形鋁合金,進而加工成鋁鑄件或塑性加工鋁材。

再生鋁在各行業的應用比例:藍色:汽車零部件 紅色:摩托車零部件 綠色:通訊家電 紫色:建筑材料。湖藍:其它行業。

 

第二  我國再生鋁行業發展的概況

一、節約自然資源,降低鋁礦資源對外依賴度

我國鋁土礦保有量僅占世界的2.8% ,而當前我國每年的電解鋁產量和消費量均超過全球總量的50%。2016年我國鋁土礦產量為6500萬噸,進口量約為5200萬噸,對外依賴度達到 44.44%,鋁礦供給矛盾突出。推進再生鋁行業的發展具有重大的戰略意義。2019年世界再生鋁產量3300萬噸,我國715萬噸,約占世界產能的21%。再生鋁平均增長率達到12.3%。目前我國再生鋁注冊企業達到7377家,前三名分別是廣東的959家、山東的831家和山西的668家。預計2022年再生鋁產量達到667萬噸。

第三  產業政策

 

一、企業布局

再生鋁項目必須符合國家產業政策和鋁工業發展總體規劃、土地利用總體規 劃、城鎮規劃、主體功能區規劃。在國家法律、法規、規章及規劃確定或縣級以 上人民政府批準的飲用水源保護區、基本農田保護區、自然保護區、生態保護區 等重點保護地區,城鎮中心區及近郊,居民集中區等敏感區域附近建設再生鋁企業,應根據環境影響評價結論確定廠址位置及其與周圍人群和敏感區域的距離。

二、生產規模及主要外部條件

新建再生鋁項目,規模應在10萬噸/年及以上;現有再生鋁企業的生產規模不小于5萬噸/年。

三、工藝和裝備

再生鋁項目必須按照規?;?、環保型的發展模式建設,必須采用雙室爐、帶蓄熱式燃燒系統滿足廢煙氣熱量回收利用、提高金屬回收率等先進熔煉爐型,并配套建設鋁灰渣綜合回收及二噁英防控能力的設備設施。禁止利用直接燃煤反射爐和4噸以下其他反射爐生產再生鋁,禁止采用坩堝爐熔煉再生鋁合金?,F有再 生鋁生產系統,應采取有效措施去除原料中含氯物質及切削油等有機物。

四、能源消耗

再生鋁生產系統,必須有節能措施,新建及改造再生鋁項目綜合能耗應低于130千克標準煤/噸鋁,現有再生鋁企業綜合能耗應低于150千克標準煤/噸鋁。

五、資源消耗及綜合利用新建、改擴建廢鋁再生利用項目鋁的總回收率 95%以上,現有廢鋁再生利 用企業鋁的回收率 91%以上。

六、廢鋁再生利用企業應配備熱灰處理設備,如熱渣壓制機、炒灰機、回轉式熱灰處理設備等,綜合回收鋁灰渣,最終廢棄鋁灰渣中鋁含量3%以下。廢水循環利用率98%以上。

七、環境保護

再生鋁項目應嚴格執行建設項目環境影響評價管理制度,落實各項環境保護 措施,生產項目未經環境保護部門驗收不得正式投產。企業要做到工業廢水深度 處理后循環利用,減少排放。新建及現有再生鋁項目配套生產設備中需配備廢鋁 熔煉煙氣、粉塵高效處理裝置,做到煙氣、粉塵收集過濾后達標排放;同時對所 產生的固體廢棄物進行無害化處置,防止產生二次污染。

八、安全生產與職業病防治

再生鋁建設項目必須符合《安全生產法》、《職業病防治法》等法律法規規定;新建和改造項目安全設施和職業病防護設施必須嚴格履行“三同時”手續。

第四  生物質氣化在再生鋁行業中的應用

一、可再生鋁熔煉中的燃料問題

現階段,我國廢鋁再生利用主要采用火法熔煉。在熔煉過程中,采用的燃料主要有煤、焦炭、重油、柴油、煤氣、天然氣、生物質可燃氣等。鋁及鋁合金的熔煉是鋁加工企業生產中的第一道重要工序,而熔鋁爐是熔鑄機組的關鍵設備,也是主要耗能設備,在生產能耗中占很大的比例,在一些企業鑄造生產中其燃料消耗達到總能耗的50%左右。因此,燃料種類及技術方法的選擇決定了項目的經濟性和環保性。隨著國家碳達峰、碳中和目標的確定,傳統的石化能源正被逐步限制,例如煤、焦油、重油和柴油等,天然氣雖屬于清潔能源,但它仍屬于石化能源,更嚴重的挑戰是天然氣價格高,供應不穩,對再生鋁熔煉行業產生不可忽視的負面影響。

二、生物質氣化與再生鋁

生物質氣化不同于發酵產生的生物質沼氣,它是利用空氣中的氧氣或含氧物作氣化劑,在高溫條件下將生物質燃料中的可燃部分轉化為可燃氣(主要是氫氣、一氧化碳和甲烷)的熱化學反應生物質氣化技術對處理大量的農作物廢棄物、減輕環境污染、提高人民生活水平等多方面都發揮著積極的作用。

整個過程可分為:干燥、熱解、氧化和還原。

(1)干燥過程生物質進入氣化爐后,在熱量的作用下,析出表面水分。在200~300℃時為主要干燥階段。

(2)熱解反應當溫度升高到300℃以上時開始進行熱解反應。在300~400℃時,生物質就可以釋放出70%左右的揮發組分,揮發分主要包括水蒸氣、氫氣、一氧化碳、甲烷、焦油及其他碳氫化合物。

(3)氧化反應熱解的剩余木炭與引入的空氣發生反應,同時釋放大量的熱以支持生物干燥、熱解和后續的還原反應。

(4)還原過程沒有氧氣存在,氧化層中的燃燒產物及水蒸氣與還原層中木炭發生反應,生成氫氣和一氧化碳等。這些氣體和揮發分組成了可燃氣體,完成了固體生物質向氣體燃料的轉化過程。

 

三、生物質燃氣作為再生鋁熔煉的燃料氣體。其技術線路圖如下圖3-1

 

生物質應用于可再生鋁熔煉系統由原料儲存、上料系統、氣化系統、炭灰處理系統、燃氣凈化系統、燃氣輸送系統、窯爐燃燒器、窯爐煙風系統及控制系統構成。其工藝流程如圖3-2。

 

   圖3-2 生物質氣化氣替代天然氣可再生鋁燃料工藝流程圖

1-料倉;2-輸送機;3-提升機;4-螺旋進料器;5-氣化爐;6-鼓風機;7-旋風分離器(兩級);8-燃氣凈化降溫系統;9-羅茨風機;10-燃氣總管;11-燃燒器;12-窯爐;13-煙囪

 

沈陽某生物質燃氣公司在河南禹州、江西新余投產的生物質燃氣再生鋁熔煉項目
 
 

第五  生物質氣化技術應用于再生鋁的優勢

一、資源優勢

生物質能(Biomass Energy)是歷史最悠久的能源,國際公認的第四大能源,是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用,是一種來源廣,價格低廉的清潔零碳可再生能源。

目前我國的生物質能源量約為5億噸標準煤,約等于我國每年能源消耗量的10%左右。

二、環保優勢

 

排放項目

天然氣

生物質氣化

生物質顆粒

柴油

標準值

含硫量(%)

≤0.15

≤0.01

≤0.11

≤0.2-0.3

≤0.5-2.8

/

SO2(mg/ m3)

28

13

46

120

200

30

NOx(mg/ m3)

50

50

220

230

150

200

煙塵(mg/ m3)

11

12

64

42

60

30

 

采用生物質氣化燃氣替代石化燃料是減少污染物排放的可行且行之有效的方法之一。生物質是可再生物質,在生長過程中會吸收空氣中的二氧化碳,所以生物質作為燃料的時候,其排入大氣中的二氧化碳的總量不變,是減輕溫室氣體的有效方法之一。

三、成本優勢

生物質比天然氣、燃料油等傳統化石能源單位熱量成本更低,使用生物質能替代天然氣可以有效降低企業生產成本,顯著提高企業經濟效益。
根據實際調研,可再生鋁采用火法熔煉技術消耗天然氣約70 m3/T,取天然氣采購價格4 元/m3(此處天然氣熱值取8500 Kcal/Nm3),僅燃料部分可再生鋁成為為280 元/T,且不含天然氣管道修建等費用。采用生物質燃氣。生物質原料價格采購價格為500 元/噸,1公斤生物質原料可產生2立方米的生物質燃氣(生物質燃氣熱值約為1200 Kcal/ Nm3),按7比1折算后,生物質燃氣在同等熱值條件下約相當于天然氣單價為1.8元/Nm3,。再考慮生物質水分和氣化設備折舊等其它因素,我們可以將生物質燃氣與天然氣同等熱值的成本確定為2元/Nm3,,僅為天然氣價格的二分之一左右,且不含不占用能源指標和減排收益。其次與天然氣比較,生物質燃氣還有生物質炭收益,大概可以沖減5%左右的燃料成本。
四、政策和稅收優勢
(1)2005年頒布《再生能源法》,2009年國家又修訂了該法。生物質發電、供熱得到國家的鼓勵。
(2)2007年8月國家發改委出臺《可再生能源中長期發展規劃》:現在生物質能的發展方向是高效清潔利用,將生物質轉換為優質能源,包括電力、燃氣、液體燃料和成型燃料等。
(3)2008年國務院辦公廳《關于加快推進農作物秸稈綜合利用的意見》【國辦發(2008)105號】指出:“積極利用秸稈生物氣化(沼氣),熱解氣化、固化成型及炭化等發展生物質能。”  
(4)財政部2008年10月《關于秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法》,支持秸稈成型、氣化、干餾的企業。
(5)國家發改委、能源局《關于開展秸稈氣化清潔能源利用工程建設的指導意見》
(6)2018年全國人大修改《循環經濟促進法》,鼓勵開發生物質能源。
(7)2021年3月 國家發改委發布《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》。“擴大秸稈清潔能源利用規模,鼓勵利用秸稈等生物質能供熱供氣供暖,優化農村用能結構,推進生物質天然氣在工業領域應用。”
(8)2022年國務院政府工作報告和國家發改委有關文件規定:生物質能源不占用當地能源指標。
(9)所得稅優惠。財政部、國家稅務總局2008年47號文件“關于執行資源綜合利用企業所得稅優惠目錄有關問題的通知”中規定符合目錄中要求的企業所得稅減按90%計算。與生物質燃氣有關系的是第16條:原料是農作物秸稈或殼皮,應用范圍是代木產品、電力、熱力及燃氣。使用強度是80%以上。
(10)增值稅優惠。2015年9月16日,財政部、國家稅務總局下發通知,決定對資源綜合利用產品和勞務增值稅進行整合和調整。規定符合目錄要求的企業可以享受“即征即退”的增值稅優惠。與我們生物質燃氣有關的內容有第“4.1”和“4.2”。其中“4.1”:原料是餐廚垃圾、畜禽糞便、稻殼、花生殼、玉米殼、茶油殼、棉子殼、三剩物、次小薪材、農作物秸稈、蔗渣,以及利用上述資源發酵產生的沼氣。用途為生物質壓塊、沼氣等燃料,電力、熱力。使用強度為95%以上。“4.2”的原料為三剩物、次小薪材、農作物秸稈、沙柳。用途與我們有關的是生物炭、活性炭。使用強度為95%以上。
(11)根據《國家溫室氣體資源減排方法學》,生物質燃氣可以參加碳減排認證。
第六  生物質燃氣在再生鋁熔煉中遇到的問題和解決思路
一、灰分。生物質燃氣與天然氣比較灰分含量比較大,如果不處理有可能影響產品質量、和窯爐燃燒機、蓄熱設備、流量計的正常使用。目前根據同行的實驗,生物質燃氣在進入窯爐前進行二次旋風除塵后基本可以消除灰分的負面影響。
二、焦油。生物質燃氣中的焦油一直是應用中的難題。解決思路是靜電除焦、水洗除焦和生物質除焦。我們采取的是最簡單、最安全、最環保、最經濟的生物質除焦,雖潔凈度不如電除和水洗,但加上燃氣的降溫技術清潔程度夠用了。

三、計量。燃氣的計量也是生物質燃氣應用的主要困難之一。解決的思路一是氣體的潔凈處理后滿足計量設備的要求,但增加了燃氣成本。二是產品計量替代氣體計量。比如根據再生鋁原料的投入量測定燃氣的消耗;三是采用抗污染能力強,或不與氣體直接接觸的計量設備,考慮靶式流量計、孔板流量計和常溫氣體的超聲波流量計。

目前生物質燃氣大多用于供熱項目,在再生鋁行業的應用很少。實際上我們解決了灰分、焦油和計量困擾后,生物質燃氣在再生鋁熔煉行業有更廣闊的發展前景和更優勢的投資回報?;旧贤葟姸鹊臒崮茼椖?,生物質燃氣再生鋁項目的投資比生物質燃氣鍋爐項目投資降低近一倍,而回報率至少高出30%。生物質燃氣還可以應用在部分礦石冶煉、物料烘干和陶瓷行業應用,環保和經濟優勢顯著;生物質燃氣制氫也是未來的熱門課題。

 

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