钢铁厂烧结机组余热利用工程节能评估报告.docx
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钢铁厂烧结机组余热利用工程节能评估报告
1项目概况
1.1建设单位概况
宝钢集团新疆八一钢铁有限公司。
1.2项目概况
项目名称:
宝钢集团新疆八一钢铁有限公司新区烧结机组余热利用工程
建设地点:
八钢铁前新区。
项目性质:
改建项目
项目类型:
生产性项目
建设规模:
1x30MW低温低压补汽凝汽式机组
建设内容:
用八钢烧结分厂现有2座265m2烧结机,1#265m2烧结机环冷机有效冷却面积为280m2,2#265m2烧结机环冷机有效冷却面积为360m2;1座430m2烧结机,430m2烧结机环冷机有效冷却面积为530m2,本设计回收3座环冷机的低温烟气余热,配置一台33MW凝汽式发电机组进行发电。
建设工期:
2011年2月正式开工-2011年12月底正式投产发电,共计10个月。
项目周边环境:
拟建八钢新区烧结余热发电33MW机组工程汽轮机区域位于八钢铁前新区,其南侧为高炉干煤棚,北邻在建的铁精粉圆形料仓,东邻新建空压站。
场地东西长约145m,南北最宽处约66m,总占地面积为9570㎡。
拟建场地地势平缓开阔,地形由西南向东北倾斜,平均坡度约1.6%,地面高程在820.46~822.58m。
1.3建设方案简述
1.3.1总平面布置:
总平面布置共分两个布置区(主厂房布置区和烧结锅炉布置区)。
主厂房布置区根据八钢总体规划要求布置;烧结锅炉布置区根据烧结余热发电取风位置并结合现场空余场地布置。
1)汽机房区布置
主厂房布置区主要布置有自然通风冷却塔、循环水泵房、主厂房,依次由西向东布置于八钢规划区域内。
南侧为高炉干煤棚,北邻在建的铁精粉圆形料仓,东邻新建空压站。
各建构筑物四周设环形道路,满足消防及设备运输要求。
2)1#烧结余热区布置
1#烧结余热区主要布置有锅炉控制楼、1#锅炉、1#环冷风机及除尘器。
依次由西向东布置在1#环冷机南侧空地。
锅炉控制楼为1#、2#、3#锅炉共用。
3)2#烧结余热区布置
2#烧结余热区主要布置有2#锅炉、2#环冷风机及除尘器。
依次由南向北布置在2#环冷机西侧。
由于现场空间有限锅炉及除尘器均布置于C铺-5胶带机地下通廊上,以满足2#环冷机周边检修空间的需要。
4)3#烧结余热区布置
3#烧结余热区主要布置3#锅炉、3#环冷风机及除尘器。
依次由西向东布置在3#环冷机西南侧B冷-2-1通廊上,不影响3#环冷机检修通道。
1.3.2主要生产工艺:
本烧结机组余热利用工程采用双压系统,烧结烟气带走的热量由余热锅炉回收,生产两路不同的蒸汽,一为主蒸汽(2.0MPa/350℃过热蒸汽),另一路为低压补汽(0.5MPa/200℃过热蒸汽)。
3台余热锅炉的主蒸汽并入主蒸汽母管再接入汽机间汽轮机主汽进口;3台余热锅炉的低压蒸汽并入低压蒸汽母管,接入汽机间的汽轮机补汽进口。
推动汽轮机发电。
由于设置了低压蒸发段,低压蒸汽压力:
0.5Mpa,低压过热蒸汽温度200℃,再加上设置了低压省煤器,排烟温度能降到130℃左右。
图1.3-1烧结环冷机余热发电工艺流程
l一余热锅炉;2一汽轮机;3一发电机;4一凝汽器;5一凝结水泵;
6一给水泵;7一除氧器;8一高压集汽箱;9一低压集汽箱
1.3.3建筑结构.
汽机房、循环水泵房均采用框架结构;汽机房两侧及端墙均采光;汽机房通风为自然通风,屋顶设自然通风帽。
锅炉采用钢架构,由制造厂家设计制造,锅炉采用紧身封闭。
1.3.4水工
1)供水
本期工程循环补给水系统、锅炉补给水处理系统、生活消防水供水系统水源均由宝钢集团新疆八一钢铁有限公司现有水源供给。
2)冷却系统
采用二次循环供水系统,设一座1500㎡的逆流式双曲线型自然通风冷却塔和一座循环水泵房,循环水泵房布置在冷却塔附近,循环水管为双母管。
3)排水系统
原厂区排水系统可以容纳本技改排水,本工程排水就近接入不再另设。
1.3.5电气
发电机采用发电机-变压器-线路组接线方式接入炼钢变电站35kVⅠ段母线。
汽机房内设I段高压厂用母线,采用单母线接线。
低压厂用电采用380/220V动力照明共用的三相四线制。
汽机房外的辅助车间采用分区集中供电的方式。
2项目气源供应条件
2.1项目气源总体情况
钢铁企业烧结工序能耗仅次于炼铁工序,居第二位,一般为企业总能耗的9%~12%。
我国烧结工序的能耗指标与先进国家相比差距较大,每吨烧结矿的平均能耗要高20千克标准煤,节能潜力很大。
烧结余热回收主要有两部分:
一是烧结机尾部烟气余热,二是热烧结矿在冷却机前段空冷时产生的废气余热。
这两部分废气所含热量约占烧结总能耗的50%,其中冷却机废气带走的热量约占烧结总热量的30%左右,把这些气体的余热加以回收利用是是提高烧结能源利用效率,显著降低烧结工序能耗的途径之一。
2.2气源供应条件
气源为八钢烧结分厂1#265m2烧结机、2#265m2烧结机,3#430m2烧结机环冷机排放的280~400℃,140~210(104Nm3/h)低温烟气。
3合理用能标准和标准设计规范
3.1法律法规、产业政策和准入条件等
中华人民共和国节约能源法
中华人民共和国电力法
中华人民共和国清洁生产促进法
重点用能单位节能管理办法(原国家经贸委令第7号)
清洁生产审核暂行办法(国家发展改革委、国家环保总局令第16号)
节能中长期专项规划(发改环资【2004】2505号)
国务院关于发布促进产业结构调整暂行规定的通知(国发【2005】40号)
产业结构调整指导目录(2011年本)(国家发改委令第9号)
中国节能技术政策大纲(2006年)(发改环资[2007]199号)
固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法(2010年)(国家发改委令第6号)
关于钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案的通知(工信部【2009】719号)
国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术(国家发改委2005第65号)
3.2工业类相关标准和规范
《工业企业能源管理导则》(GB/T15587-1995)
《用能单位能源计量器具配备与管理通则》(GB/T17167-2006)
《综合能耗计算通则》(GB/T2589-2008)
《企业能耗计量与测试导则》(GB/T6422-1986)
《企业节能量计算方法》(GB/T13234-1991)
《企业能量平衡统计方法》(GB/T16614-1996)
《企业能量平衡表编制方法》(GB/T16615-1996)
4项目能源消耗种类、数量分析
4.1类似项目用能情况分析
某公司3#烧结预热发电采用双压系统,其主要用能技术指标见下表
某3#烧结余热发电主要技术指标
序号
项目
单位
数值
备注
1
高温烟气
104m3/h
25
350℃
2
低温烟气
104m3/h
15
300℃
3
汽机高温进汽量
t/h
21.6
4
汽机低温进汽量
t/h
13.1
5
年利用小时数
H
7200
6
热耗率
kJ/kw.h
22483
7
汽耗
kg/kw.h
7.61
8
汽机额定发电量
MW
7.5
9
厂用电率
%
15.6
10
年总发电量
万kWh
5400
11
年总供电量
万kWh
4558
12
吨成品矿发电量
Kw.h/吨
>20
13
年节约煤量
万吨
1.6
按350g/kw.h
14
年减少CO2排放
万吨
2.7
按0.6kg/kw.h
4.2本项目用能情况分析
能源消耗种类:
烧结余热。
来源:
环冷机排放的低温烟气。
烟气耗量:
根据气源情况本余热发电标定计算数据如下表
项目
单位
测量值
备注
1#余热锅炉
一段烟气
流量
Nm3/h
280,000
1#烧结环冷机
烧结面积:
265m2
环冷机面积:
280m2
温度
℃
375
二段烟气
流量
Nm3/h
170,000
温度
℃
300
2#余热锅炉
一段烟气
流量
Nm3/h
310,000
2#烧结环冷机
烧结面积:
265m2
环冷机面积:
360m2
温度
℃
375
二段烟气
流量
Nm3/h
190,000
温度
℃
300
3#余热锅炉
一段烟气
流量
Nm3/h
500,000
3#烧结环冷机
烧结面积:
430m2
环冷机面积:
520m2
温度
℃
375
二段烟气
流量
Nm3/h
300,000
温度
℃
300
本余热发电年利用小时数为8000h。
年耗烟气总量:
175×8000/10000=140×108Nm3/h
余热利用合理性分析:
目前国内余热发电汽水系统有三种系统。
a.单压系统
采用单级进汽汽轮机及单压烧结余热锅炉的单压不补汽系统。
一般余热锅炉排气温度在170℃,排气用于烘干物料。
该系统最简单,适合3000KW以下的发电机组。
b.双压系统
采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统,烧结余热锅炉生产两个不同的蒸汽,一为主蒸汽,另一个为低压补汽。
该系统最复杂,一般适合6000KW以上的发电机组。
c.复合闪蒸单级补汽系统
采用补汽式汽轮机的复合闪蒸单级补汽系统,烧结余热锅炉生产主蒸汽同时生产高温热水,高温热水再降压蒸发出二次蒸汽,二次蒸汽补入汽轮机。
根据本项目的烟气情况及参数,本发电系统采用双压汽水系统最为适宜,宜选30MW补汽式汽轮发电机组。
其主要技术指标见下表。
余热发电主要技术指标
序号
项目
单位
数值
备注
1
高温烟气
104m3/h
109
2
低温烟气
104m3/h
66
3
主蒸汽量
t/h
120
4
补汽量
t/h
41
5
年利用小时数
h
8000
6
热耗率
kJ/kw.h
15827
7
汽耗
kg/kw.h
5.357
8
汽机额定发电量
kw.h
30000
9
厂用电率
%
≤20
10
年总发电量
万Kw.h
24000
11
年总供电量
万kW.h
19000
12
吨成品矿发电量
kW.h/吨
>20
13
年节约煤量
万吨
6.65
按350g/kw.h
14
年减少CO2排放
万吨
11.4
按0.6kg/kw.h
5能耗指标
截止2009年,我国已建成的10套烧结余热发电机组共涉及19台烧结机,烧结机面积共4849m2,发电机组总装机容量137MW。
此外,安钢等一些企业正在施工建设烧结余热发电站。
统计资料显示每立方烧结烟气余热可发电15.5w(统计平均值)。
本项目每立方烧结烟气余热发电17.2w,优于统计平均值10.6%,本烧结余热发电技术方案优势明显。
6项目节能措施及效果分析
6.1项目节能措施
6.1.1工艺节能措施
⑴在热力系统采用最新节能工艺技术
本余热发电热力系统采用双压系统。
双压系统是根据本工程废气余热的品位的不同,余热锅炉分别生产较高压力和较低压力的两路蒸汽。
余热锅炉生产出较高压力的蒸汽后,烟气温度降低,余热品位下降,根据低温烟气的品位,再生产低压蒸汽。
较高压力的蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机主进汽口;较低压力的蒸汽进入汽轮机的低压进汽口;一起在汽轮机作功,推动发电机发电。
作功后的乏汽在凝汽器凝结成水后经凝结水泵加压到除氧器除氧,再进入热力循环。
⑵在烟风系统采用循环风技术,废气经锅炉冷却后重新返回环冷机,可以大幅度提高锅炉进口的烟气温度,而采用循环风不会对烧结矿冷却产生明显的负面影响。
冷却机废气分两段抽取,两段根据环冷机温度场进行分割,使得采用循环风工艺后,一段热风温度达到约375℃,二段约300℃,对比采用开路风系统锅炉进口烟气温度可以提高30-50℃。
采用循环风后烟气温度的提高从而使发电量提高,如烟气温度提高30℃时可大约提高发电量2000kw/h。
⑶通过对#1、#2、#3烧结生产线环冷机密封及烟罩进行技术改造,可以显著的降低环冷机漏风率,进而提高烧结烟气余热利用率。
⑷工艺系统设计中将节约能源和投资,作为方案优选的重要指标和条件,杜绝采用高能耗、低效率的产品。
⑸合理选用水泵、电动机等流量、压力、容量的备用系数,避免出现“大马拉小车”的现象。
各类水泵和风机所配电动机均选用节能型,以降低厂用电,节约能源。
给水泵、风机配变频器调节,提高运行的经济性。
⑹配置循环水加药装置及凝汽器胶球清洗设施,以提高凝汽器真空度,降低机组热耗。
⑺重视保温设计,选择保温性能好,价格合适的产品,不同设备和不停介质温度选用各自相宜的保温材料,以降低散热损失。
锅炉保温采用硅酸铝板外罩压型板;锅炉上部设置汽包和除氧器小室。
烟道保温采用岩棉管壳外罩镀锌铁皮;
蒸汽管道采用硅酸铝管壳+岩棉管壳,外罩镀锌铁皮;
设备保温采用岩棉管壳外罩镀锌铁皮。
6.1.2相关专业节能措施
⑴节水措施
a.热力系统中的汽封冷却器、射水抽汽器、本体疏水膨胀箱的疏水回流到凝汽器。
b.循环水系统装设加药处理设施,以减少循环水排污量。
提高循环水利用率。
c.在冷却塔内装设除水器,除水效率达80%,以减少循环水风吹损失。
d.补给水用户增设计量装置,控制用水量。
e.将循环水冷却系统的排污水回收利用,用于绿化及道路卫生,降低废水的排放量。
⑵建筑节能措施
a.科学的规划布局与合理的建筑设计
对于电厂内设置有集中空调系统的办公用房的规划布局根据地方气候特点,因地制宜,使建筑物的布置和建筑物的平面布置有利于自然通风,增加植被绿化,减少硬化地面,形成小区微气候。
建筑物的单体设计控制其体形系数,将体形系数控制在一个较低的水平上,以减少其外围护结构的传热损失,降低建筑能耗。
建筑的立面设计,应有利于自然通风。
全厂建筑在总体规划时,应根据夏季主导风向,进行建筑规划,办公及居住房屋朝向宜采用南北向或接近南北向。
建筑之间应保持合理间距,在厂区内种植“身量”稍高、防晒性好的乔木,并布置一些凉亭、水池,及美观又将温。
在本工程设计中将尽量不过多铺设水泥、沥青地面,而以透水性好的地面为主,如“连环扣”地砖等。
b.推广使用建筑节能产品和技术,提高建筑围护结构的保温隔热性能
建筑围护结构主要包括屋顶、外墙外窗三个部分,本工程将要采取的工程措施包括:
1)屋顶采用高效的聚苯乙烯保温板作为建筑屋面保温隔热层,其传热系数、热惰性指标高于相关的标准规定。
2)外墙采用低热传导性的外墙材料,加气混凝土砌块或空心黏土砖建筑,外墙的热工性能应满足标准的规定。
3)外窗是建筑围护结构热工性能最薄弱的环节,在建筑能耗方面,铝钢塑窗散热量平均约占建筑外围护结构总散热量的50%。
因此在本工程设计中控制窗墙比,采用中空玻璃窗提高窗户的保温隔热性能,通过窗墙比和中空玻璃窗共同提高建筑外围护结构节能性能:
北向不大于0.45;东西不大于0.3;南向不大于0.5。
对朝夕晒厉害的正东、正西和西北、东北方向,不设置大面积的玻璃门窗和玻璃幕墙。
除窗户外,东、西墙和屋顶还要做适当的隔热处理。
4)办公建筑外墙保温隔热措施还包括外墙表面采用浅色设计,以反射太阳辐射热,一般东西面外墙采用构架或爬藤植物遮阳。
办公和居住建筑的屋顶和外墙,宜做浅色饰面,不提倡深色。
为了降温,在屋面设置蓄水装置,或种植绿化,安置遮阳装饰,实现冬暖夏凉的生态恒温,日照厉害的东西外墙,在条件可能的条件下采用花格构件,或爬藤植物遮阳。
c.控制办公,生活建筑物空调设计标准
办公、生活空气调节系统室内计算参数:
一般房间冬季温度20℃,夏季25℃,而大堂过厅冬季温度是18℃,夏季室内外温差不大于10℃。
按照这样的参数设计,办公、生活建筑物东热夏冷的高耗能情景将会大为减少。
⑶电气节能措施
a.选用低损耗变压器;采用节能型的气体放电灯、卤素灯,节约电能。
b.厂用电380/220V按区域、车间设电源点,就近供电,以节省电缆、减少电能输送损耗。
c.电缆选择时考虑到敷设方式、防火等因素,按热稳定合理选择电缆截面,以节省电缆、减少电能损耗。
⑷通风节能措施
在保证室内卫生和工艺要求的前提下,为降低通风系统通风系统的运行能耗,提高经济效益,进行车间通风系统设计时,可采取以下的节能措施。
a.设有局部排风的建筑,因风量平衡需要送风时,应首先考虑自然补风(包括利用相邻房间的清洁空气)的可能性。
如果该建筑的冷风渗透量能满足排风要求,则可不设机械进风装置。
b.对应每班运行不足二小时的局部排风系统,经过风量和热量平衡计算,对室温没很大影响时,可不设机械送风系统。
c.要有全局观点,不能片面追求大风量,应改进局部排风罩的设计,在保证效果的前提下,尽量减少局部排风量,以减少车间的进风量和排风热损失。
d.机械进风系统在冬季应采用较高的送风湿度。
直接吹向工作地点的空气温度,不应低于人体表面温度(34℃左右),最好在37~50℃之间。
e.净化后的空气再循环使用。
根据卫生标准的规定,经净化设备处理后的空气中,如有害物质浓度不超过室内最高允许浓度的30%,空气可再循环。
f.通风机均采用新型节能低噪声产品。
6.1.3节能管理措施
⑴严格按照《用能单位能源计量器具配备与管理通则》(GB/T17167-2006)的要求实施能源计量器具配备与管理。
,建立健全能源统计与上报制度,对全厂重点用能工艺设备运行进行监测。
⑵在总进水管和总排水管道上装设计量装置,以便于余热电站对进水、排水的计量和管理。
⑶对于大功率电动机(50KW及以上)单独配置电压表、电流表、有功功率表等计量仪表,以便于对其运行中检测、计量。
6.2节能效果分析
6.2.1发电系统节能效果分析
6.2.1.1三种发电系统的节能效果比较
目前纯低温烟气余热回收发电系统主要有以下三种:
单压系统、双压系统和复合闪蒸单级补汽系统。
a.单压系统能源利用情况
一般单压系统烧结机余热锅炉排烟温度在170℃,排出烟气用于烘干物料。
由于废气余热得不到充分利用,相应地影响了发电能力,在这三种系统中单压系统发电能力最低。
(详见图一)
b.双压系统能源利用情况
双压单级补汽方式的汽轮机发电系统为双压系统。
余热锅炉生产两种不同压力的蒸汽:
一种为主蒸汽;另一种为低压补汽。
由于设置了低压蒸发段,再加上设置了低压省煤器,排烟温度能降到110℃左右。
在这三种系统中双压系统发电能力最高。
(详见图2)
c.复合闪蒸单级补汽系统能源利用情况
复合闪蒸补汽式汽轮机的发电系统为复合闪蒸单级补汽系统余热锅炉在生产主蒸汽的同时生产高温热水,高温热水再降压蒸发出二次蒸汽,二次蒸汽补入汽轮机。
这样冷却机废气余热被充分利用,从而使系统的发电能力较单压系统得到提高。
但由于闪蒸器的出水未能转换为电能,与双压系统相比,系统的发电能力又有所降低。
也就是说,由于有闪蒸汽补进汽轮机,复合闪蒸补汽式发电系统发电能力介于单压和双压系统之间。
(详见图三)
经过对八钢烧结系统的分析,三种烟气余热回收发电系统的发电效率比较,本项目选择双压发电系统与配套的余热锅炉系统。
6.2.1.2烟气系统节能分析
在余热发电机组正常运行时,原有烧结环冷冷却风机停运,启动循环风机,烟气由开式排放变成闭式循环,可进一步提高余热锅炉进口烟气温度约50℃并稳定烟气工况参数。
详见下图
.6.2.1.3本项目节能效果分析
根据本项目的烧结烟气量与参数,双压系统的发电能力可以得出本项目的单位烟气发电量、发电增加值、发电增加率、年多节约标煤量。
余热发电主要技术指标
序号
项目
单位
数值
备注
1
高温烟气
104m3/h
109
2
低温烟气
104m3/h
66
3
汽机额定发电量
kw.h
30000
4
单位发电量
w/m3
17.2
15.5(统计平均值)
5
发电增加值
w/m3
1.7
6
发电增加率
%
10.6
7
年多节约标煤
t
6900
6.2.2其他节能效果分析
建筑、结构、给排水、电气、暖通等节能措施的节能比重相对发电工艺系统较小在此不做详细分析。
6.3结论
通过节能效果的对比分析,我们认为本余热发电节能效果显著,年节标煤65000t,超出国内行业平均水平10.6%,年多节约标煤6900t。
本项目节能措施得力符合国家、行业及当地节能政策和标准规范的要求。
目录
第一章总的部分1
1.概述1
2主要设计原则2
3节能、节水、节约用地及原材料措施6
4劳动安全及工业卫生6
5保证本工程设计质量的要求6
第二章总图运输部分8
1厂址概况8
2全厂总体规划9
3竖向布置10
4厂内道路10
5管线及沟道布置10
第三章热机部分11
1.概述11
2.热力系统及辅助设备选择11
3主要管道管径的选择15
4主要经济技术指标17
5系统运行方式17
6汽机房布置18
第四章环冷机密封改造部分21
第五章余热锅炉部分24
1、概况24
2、设计依据24
3、设计原则24
4、设计采用的规范及标准24
5.锅炉部分主要设备选择25
6.锅炉工艺系统描述29
第六章电气部分34
1概述34
2电气主接线34
3短路电流计算34
4导体及设备选择34
5厂用电接线及布置35
6交流不停电电源36
7电气设备布置36
8直流电系统和发电机励磁系统37
9二次线、继电保护38
10过电压保护及接地39
11照明和检修网络40
12电缆设施40
第七章热工自动化部分45
1、概述45
2、热工自动化水平和控制方式45
3、热工自动化功能49
4、热工自动化设备选型53
5、热工电源和气源54
第八章建筑结构部分56
1.概况56
2.厂址自然条件及设计主要技术数据57
3.地基结论及建议65
4.汽机房建筑结构设计66
5.循环水泵房68
6.锅炉辅机楼68
7.锅炉框架基础68
8.自然通风冷却塔69
第九章采暖通风及空气调节部分70
1概述70
2采暖热源71
3汽机房采暖通风空调72
4.辅助及附属建筑采暖通风空调72
5厂区采暖热网72
第十章水工部分73
1.概述73
2主要设计依据:
73
3设计范围74
4系统简介74
第十一章消防部分79
1概述79
2总平面布置与消防通道79
3建筑物与构筑物设计原则79
4建筑物内灭火器的配置80
5电缆敷设及防火80
6消防给水及电厂各系统的消防措施81
7火灾报警及控制系统81
8消防供电81
9采暖通风与空气调节的防火81
第十二章环境保护部分83
1概述83
2电厂概况84
3烟气污染防治86
4生活污水和生产废水处理87
5噪声治理87
6绿化88
7环境管理及监测89
第十三章劳动安全与工业卫生部分90
1概述90
2防火、防爆90
3防毒、防化学伤害91
4防电伤、防机械伤害和其他伤害91
5防暑、防寒、防潮93
6防噪
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