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石煤发电和炉灰提钒

－“2010年钒行业先进技术交流会”发言稿

邹 晓 勇

(吉首大学化工学院；吉首市诚技科技开发有限公司)

 

石煤是一种含碳少、热值低的劣质无烟煤，又是一种低品位多金属共生矿。石煤发热量不高，在3.5～10.5MJ/kg(840－2500kcal/kg)之间，是一种低热值燃料。百分之七八十的石煤中钒的品位很低，五氧化二钒含量多在0.8％以下。自2005年以来，随着五氧化二钒市场价格的飙升，以及近年全国矿产资源开发的热潮，石煤资源的开发成为近十个省区的热点开发项目，以致缺乏完整的项目统计数据。

根据各地石煤资源的特性，石煤资源的开发主要呈现两条技术路线，即发热量高的石煤(通常钒品位较低)用作燃料，比如石煤发电；热值低、钒品位较高(≥0.8%)的石煤用于提取五氧化二钒，这类项目在石煤开发利用中目前占据主导地位。近年一些单位进行了石煤发电然后炉灰提钒的工业实践，取得了一些成果，也存在一些问题，甚至有些企业由于对技术复杂性的认识不足而走了一些弯路甚至投资损失。

由于能收集到的资料的不完善，以及行业的快速发展，本文仅起抛砖引玉的作用。

1石煤发电及炉灰提钒的产业政策

石煤发电及炉灰提钒，在我国一直属于产业政策鼓励的项目。

今年7月1日，由国家发改委、科技部、工业和信息化部等六部委联合颁布的《中国资源综合利用技术政策大纲》中，专门列入了“煤矸石发电技术”和“煤矸石提取五氧化二钒及其他稀有元素技术”。该大纲的第六条有关增值税优惠政策中，将煤矸石、煤泥、石煤等列为低热值燃料。

国家发改委《产业结构调整指导目录》(2007年版)中，鼓励类建设项目就包括 “低热值燃料(含煤矸石)及煤矿伴生资源开发利用及设备制造”(第三条第9点)， “多元素共生矿资源综合利用”(第三十三条第19点)。

今年1月9日，湖南省人民政府发布的《湖南省新能源产业振兴实施规划(2010－2020年)》中，提出了“石煤发电。……在资源相对集中的怀化、益阳、常德、湘西自治州和岳阳等地区，适时选址建设石煤发电及综合利用项目。……石煤富含多种金属成分，石煤发电后，可对煤灰进行金属冶炼提取金属钒等。……”

2007年11月发布的《煤炭产业政策》，第三十六条指出“……鼓励企业利用煤矸石、低热值煤发电、供热……”。

围绕着以上产业政策，含钒石煤的开发利用应该走石煤发电及提钒等资源综合利用的途径。

 

2石煤发电炉灰提钒的历史及现状

我国石煤发电及炉渣生产水泥等建材制品，以及提取五氧化二钒的最早的系统工业项目是湖南益阳石煤发电综合利用试验厂(九二五厂)，厂址位于益阳市泥江口，建于70年代末。最初的基本构成包括一台35t/h的沸腾锅炉、6兆瓦汽轮发电机组、5万吨石煤渣水泥、250万片平瓦、年产25吨五氧化二钒装置，以及配套的30万吨石煤矿。燃用的石煤低位发热量≥3560kJ/kg(850kcal/kg)，考核期平均低位发热量3843kJ/kg(920kcal/kg)，锅炉蒸汽压力为3.82MPa，锅炉热效率达到65.2%，发电标准煤耗为698g/度。烟灰提钒装置试运行于80年8月，烟灰中钒得到了富集，钒含量≥0.9%(以V₂O₅计)，采用的提钒工艺为“配料球磨制粒－沸腾钠化焙烧－水浸－酸沉钒”工艺，钒总回收率为51－62.5%。该国家“石煤发电综合利用”重大中试项目的实施，为此后我国综合开发利用石煤资源奠定了技术基础。

此后，在八十年代和九十年代初，浙江省义乌佛塘、开化华村、建德安仁相继建设了一些石煤发电综合利用工厂。

自2006年以来，石煤发电及提钒综合利用工厂有代表性的是湖南娄底某厂。

需要关注的一个行业动态是，随着近年关闭火力发电小机组的政策性推进，在一些有条件的地区，一些火力发电(热电)小机组适时改变煤种，采用热值低于3000kcal/kg的低热值煤种，包括石煤、煤矸石，适时的利用了国家的相关产业政策，并因此争取到较高的上网电价和税收优惠，企业求得了延续或发展。由于资料缺乏，暂无这方面的统计数据。这些电厂(热电厂)在运行中相继发现炉灰、烟灰中钒的富集现象，有些达到提钒的经济含量，这给石煤综合利用提供了有利条件。

再值得特别关注的一个行业动态是央企中的发电集团公司介入石煤发电及提钒资源综合利用项目。比如，大唐华银怀化会同石煤发电综合利用项目，建设计划是分三期建设10台30万千瓦的火电厂及提钒厂、水泥厂等，石煤掺加煤炭、石油焦等以提高热值，目前项目处于前期阶段；安徽绩溪的大唐石煤综合利用项目，建设规模为2×30万千瓦循环流化床锅炉发电机组。

此外，各地还有一些石煤发电及提钒综合利用项目在筹划、筹建中。

 

3炉灰提钒的技术可行性和经济性

石煤发电炉灰提钒与通常的石煤提钒在技术上存在明显的区别，这是因为石煤发电综合利用项目的重点毕竟是发电，这样石煤在流化床锅炉中的燃烧温度、停留时间等参数不能因为考虑到后续提钒过程的技术因素而做充分的调整，致使炉灰不同程度的存在过烧、欠烧现象，给后续过程提钒造成一定的难度。

石煤发电后的炉灰提钒在技术上存在两种技术路线。一种是益阳试验厂的炉灰配加石煤再焙烧－浸出的提钒技术路线，该技术路线的优点是再焙烧对炉灰具有良好的适应性，但石煤两次燃烧过程给项目环保审批造成难度，尤其是在目前节能减排的政策下显得尤为困难；第二种技术路线是炉灰直接酸浸提钒，但浸出过程需要加热，硫酸单耗较高，液体杂质复杂且含量高，技术难度较大。

不管采用哪种技术路线，虽都存在一些技术问题，但借鉴行业内火法提钒和全湿法提钒多年的技术积累，技术还是可行的。目前新建和筹建的石煤发电炉灰提钒项目，在炉灰提钒过程，基本都采用直接酸浸提钒技术路线，据报道，也有个别企业采用的是碱浸提钒技术路线。

发电后的炉灰提钒技术上即使可行，但是否具备工业价值，由经济性决定。

发电炉灰提钒的经济性首先决定于炉灰的钒含量。根据目前对含钒石煤的认识，虽缺乏足够的科学依据，但通常存在着石煤含钒量和发热量的负相关性，即一般来说，对于同一矿区，发热量高的石煤通常含钒量偏低。石煤发电综合利用项目的重点是发电，为保证发电过程的稳定运行和经济性，选采石煤首先考虑的必然是追求石煤的高发热量，这样通常就造成钒品位的偏低。虽存在此不足之处，但考虑到石煤燃烧后质量的减少，由此造成钒的富集，较大程度上可以弥补上述存在的矛盾。

根据我们课题组对某热电厂连续半年的跟踪检测，该热电厂进厂的石煤钒含量在0.4－0.55%之间，通过循环流化床锅炉燃烧后，炉灰的钒含量在0.8－1.0%之间，某些时间段甚至达到1.1%左右。考虑到目前该厂炉灰的销售价以及炉灰已经细碎到150目以上，该发电炉灰进行提钒具有较好的经济效益。

 

4炉灰提钒的工业实践

接受石煤发电厂委托，本项目组于2008年开展石煤发电后炉灰提钒技术的研发。

2008－2009年，对两家石煤发电厂的含钒炉灰进行了跟踪检测，并定期采样进行炉灰提钒的实验研究。于今年三月完成实验研究工作，研发了石煤发电炉灰常压酸浸法提钒工艺，此后，与某企业合作，于六月份开始建设处理量为6吨/班(日处理量约20吨炉灰)的石煤发电后炉灰提钒中试装置。该电厂锅炉炉型为循环流化床锅炉，沸中温度维持在900－1050℃。热值符合要求的石煤进厂后，根据钒品位分类堆放，钒品位≥0.45%的石煤采用某台锅炉燃烧，产生的炉灰进行提钒。

八月份中试装置开始试运行，根据中试初步结果，钒总回收率可以稳定的达到60%以上，在目前的市场钒价下，经济效益较好。

在中试过程中，突出反映的技术问题有：

(1)液体杂质复杂、杂质含量高，尤其是钒铁分离的技术问题；

(2)过滤洗涤设备的选型和运行效果；

(3)浸出设备、搅拌叶片、输送泵的耐磨损问题。

以上技术问题在中试中不断的得到解决，将获得了完善的技术数据和经验，有些技术问题还在不断的完善解决中。

在此需要说明的是，根据调研，该企业采用石煤进行发电，通过一年多时间的累积运行表明，在各项产业和税收优惠政策的扶持下，石煤发电已经获得较好的经济效益，炉灰提钒的实现将更一步提高企业的经济效益。

 

5结论和建议

含钒石煤的开发利用，根据产业政策以及技术和经济的可行性，应该是石煤发电提钒等综合利用的途径。石煤综合开发利用牵涉到的技术问题多而且复杂，包括地质、矿石开采、发电、提钒以及其他有价值元素的提取、尾渣制造建材产品等等，非单一技术单位可以独立承担，更非投资企业内部组织一个技术部门可以承担。为了减少项目投资的风险，应该按照科学的程序进行各项项目前期技术工作，不可盲目上马！

根据业内调研，已有的石煤电厂的运行数据表明，石煤发热量波动范围较大，若采用发热量较低的石煤作为单一燃料，发电装置投资偏高，发电过程厂用电率也偏高，直接影响项目的经济效益。至于石煤发电对石煤发热量的要求，牵涉到各地上网电价的高低，还牵涉到辅助燃料(烟煤、无烟煤、石油焦等等)的价格，也与选用的流化床锅炉的炉型有关。