某冶金集团节能减排项目大型集群电炉低温烟气余热资源综合利用工程可行性研究报告Word文档下载推荐.docx

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为实现《规划》目标，国家发改委启动了十大重点节能工程。

通过实施十大重点节能工程，“十一五”期间将实现节约2.4亿吨标准煤的节能目标。

并重点提出“十一五”期间“实现在钢铁联合企业……形成年节能能力266万吨标准煤；

……”的具体要求。

2006年4月国家发改委等政府部门又颁布了《千家企业节能行动实施方案》，进一步明确了“以提高能源利用效率为核心，坚持节能与结构调整、技术进步和加强管理相结合，大力调整和优化结构，开发和推广应用节能技术”的指导思想。

冶金工业是国民经济重要的基础原材料工业，也是高耗能、高污染工业。

冶金工业节能潜力巨大。

为此，国内、外大型企业纷纷采取先进技术，开展节能降耗和综合利用，不断优化企业的能耗指标和环保指标，以期达到能耗最少，环保最优。

目前，能源生产的增长速度尚难以适应国民经济发展的要求，能源价格仍呈上升趋势，这对于能源费用占企业生产总成本20%～30%的冶金工业将是新的挑战。

因此，节能降耗将是冶金工业长期发展的战略任务。

1.3.2循环经济的发展

利用硅铁电炉生产过程中产生的400℃以下的废气余热作为热源的纯低温余热发电，在不增加生产能耗的前提下，整个热力系统不燃烧任何一次能源，电站的产品——电力将回用于冶金生产，这套系统在回收冶金工业生产过程中产生的大量余热的同时，又减少了冶金工业对环境的热污染以及粉尘污染，这将给企业带来巨大的经济效益。

这套系统是一个典型的循环经济范例。

循环经济的思想萌芽兴起于60年代，到了80年代，人们的认识经历了从“排放废物”到“净化废物”再到“利用废物”的过程。

到了90年代，特别是可持续发展战略成为世界潮流的近几年，源头预防和全过程治理替代末端治理成为国家环境与发展政策的真正主流，人们在不断探索和总结的基础上，提出以资源利用最大化和污染排放最小化为主线，逐渐将清洁生产、资源综合利用、生态设计和可持续消费等融为一套系统的循环经济战略。

循环经济内涵是一种“促进人与自然的协调与和谐”的经济发展模式，它要求以“减量化→再利用→再循环”（3R）为社会经济活动的行为准则，把经济活动组织成一个“资源→产品→再生资源”的反馈式流程，实现“低开采、高利用、低排放”，以最大限度利用进入系统的物质和能量，提高资源利用率，最大限度地减少污染物排放，提升经济运行质量和效益。

“减量化、再利用、再循环”是循环经济最重要的实际操作原则。

由此可见，节能减排是社会和政府在能源节约和环境保护的巨大压力下提出的紧迫要求,也是冶金行业面对日益激烈的市场竞争的经济形势下的明智选择。

而利用日益成熟的低温余热发电技术，可大量回收和充分利用冶金工业中的低温废气余热，提高冶金工业的整体资源利用水平，此项技术必将成为冶金工业节能降耗的有效途径之一。

余热电站建成后，可大力回收和循环利用工业废气，提高企业的整体资源利用水平，为资源的绿色消费贡献力量。

另外，利用企业的废气余热进行发电，实际上就是相应减少了电力系统中燃煤电站产生同等电量而产生的CO2的排放。

根据《京都议定书》规定的基于市场经济原则的清洁发展机制（CDM），这些CO2的减排量是可以在国际碳排放交易中出售的，从而可以进一步减少余热发电的投资成本。

1.3.3理想的CDM项目

为了应对温室气体排放对全球气候变化带来的严重影响，近20多年来，人类社会进行了持续不懈的努力。

1997年12月在日本京都通过的《京都议定书》是这种努力的里程碑式的极其重要的成果。

在《联合国气候变化框架公约》之下，世界各国最终签署了具有法律约束力的《京都议定书》，规定在2008到2012年的第一个承诺期内，工业发达国家必须将二氧化碳排放总量在1990年排放总量的基础上减少5.2%；

发展中国家在此期间不承担减排义务，而且可以将本国实现的减排量出售给发达国家，换取资金与技术，再用于国内的环境保护事业，促进发展中国家的可持续发展，这就是《京都议定书》所设计的“清洁发展机制（简称CDM－CleanDevelopmentMachanism）”的精髓。

　　CDM是《京都议定书》第12条所建立的发达国家与发展中国家之间的一种国际合作机制。

《京都议定书》所设计的CDM包含双重目的：

帮助发展中国家实现可持续发展；

帮助发达国家实现其减限排承诺。

CDM规定发达国家通过提供资金和技术的方式，与发展中国家开展项目合作，将项目所实现的“核证减排量（CERs）”用于发达国家缔约方完成他们在议定书中的减排承诺。

CDM被普遍认为是一种“双赢”机制：

发展中国家通过合作可以获得资金和技术，有助于实现自己的可持续发展；

发达国家可以大幅度降低其在国内实现减排所需的高昂费用。

　　清洁发展机制为发达国家实现减排承诺提供了另一种可行的途径。

在全球范围内，无论在哪里进行减排，效果都是一样的，但在发展中国家实现减排所需的成本与难度相对更低一些。

CDM模式的主要内容是，发达国家可以在发展中国家的项目中投入资金、技术，帮助其减少温室气体的排放量，然后向发展中国家购买其减排量，这样发达国家就能以比较低的成本完成减排承诺。

CDM在发达国家和发展中国家之间创造了一种商机，使温室气体的减排量可以作为商品在国际市场上进行交易，发展中国家可以通过CDM项目获得一定的资金和较先进的技术。

火力发电项目需要燃烧大量的煤炭资源，并在生产过程中排放大量的CO2气体，本项目建成后的发电能力，相当于减少了燃煤电站燃煤量，

以一台与6MW余热发电机组相当的燃煤发电机组，按年发电量4200万kWh来计算，每年可减少CO2气体的排放量近4.13万t，因此余热发电机组运行的社会环保效益十分明显，是一个很好的CDM项目。

1.4项目的技术支持条件

国外纯低温余热发电技术从六十年代末期即开始研制，到七十年代中期，无论是热力系统还是装备都已进入实用阶段。

此项技术的应用到八十年代初期达到了高潮，尤其是日本，此项技术较为成熟，不但在本国得到应用，并且出口到台湾、韩国等一些国家和地区。

2004年2月14日，马钢同日本川崎重工业代株式会社签定了利用烧结余热发电项目的合同，将公司二铁总厂烧结车间现有的两台300平方米烧结带冷机产生的余热进行回收发电，发电机装机容量为1.75万千瓦，年发电量为1.4亿千瓦时。

工程于2004年9月开工，2005年9月6日，二铁厂烧结余热发电并网发电成功。

预计项目投产三年后便可收回前期投入的全部成本。

具有极高的经济效益、社会效益和环境效益。

据考查，该系统的技术方案和1996年日本新能源产业株式会社（NEDO）向我国安徽省宁国水泥厂4000t/d预分解窑赠送的一套6480kW的纯中、低温余热电站设备完全一致。

而宁国水泥厂余热电站的工程设计、开发、技术转化正是由XX水泥工业设计研究院承担的。

近年来，随着国内低参数、多级进汽、饱和进汽式汽轮机的开发成功（XX水泥工业设计研究院联合有关汽轮机制造厂开发、制造），国产装备的纯中、低温余热电站已进入了成熟阶段，采用中、低品位余热动力转换机械的纯中、低温余热发电技术具有更显著的节能效果。

抚顺新钢铁有限责任公司是东北地区较有实力的民营钢铁企业，由于该企业烧结厂、炼钢厂、轧钢厂都设有余热锅炉，余热锅炉产生的低压饱和蒸汽解决了全厂冬季采暖和生产用汽的需要，节约了大量的一次能源。

但在非采暖期，这些蒸汽由于没有找到很好的用途被白白排入大气，即浪费了能源，又损失了大量的软化水，同时蒸汽排放产生的噪声对周围环境也造成了一定的影响。

2005年10月抚顺新钢铁有限责任公司委托XX水泥工业设计院能达公司承担该工程的设计任务，经过详细的评估和实际测量，综合蒸汽管网的压力确定为0.49MPa（饱和），流量为45t/h左右，基于以上两个条件，经计算，汽机选型为：

N5.5-0.49饱和进汽凝汽式汽轮发动机组，发电机型号为：

QFW-6-Z单支座数字式无刷励磁发电机，额定功率为6MW。

工程总投资约2200万元（部分设施利旧）。

年收益为1572万元，约需1.4年的时间即可收回全部投资。

工程已于2007年7月投入运行，目前，实际发电功率为5MW。

中材节能发展有限公司的前身为XX水泥工业设计研究院能达技术发展有限公司。

上世纪80年代中期，XX水泥工业设计研究院有限公司（简称“TCDRI”）率先开展了利用水泥厂废气余热进行发电的研究。

1990年，TCDRI成立中低温余热发电“八五”攻关组，承担“八•五”国家重点科技攻关项目――《带补燃锅炉的水泥厂中、低温余热发电技术及装备的研究开发》工作。

经过“八•五”期间的艰苦努力，完成了《带补燃锅炉的水泥厂中、低温余热发电技术及装备的研究开发》的攻关工作，成功地回收了水泥生产过程中大量排放的400℃以下的废气余热，获得了“八•五”国家重大科技攻关成果奖。

1998年6月1日，为了更好的开展余热发电技术的研发工作，TCDRI余热发电室改组为XX能达技术发展有限公司。

2007年7月9日，中国中材集团经过精心的前期准备，联合战略投资者共同签署了“XX能达技术发展有限公司增资协议”，公司注册资本增加至3亿元，公司名称变更为“中材节能发展有限公司”。

中材节能发展有限公司注册地所在区域为国家级高新技术产业园区――XX北辰科技园区。

经营范围：

余热发电项目的投资、开发、建设；

余热发电工程技术开发、设计、咨询及工程总承包；

相关建筑材料、金属材料、保温材料、机械电器批发、零售；

提供清洁发展机制项目的开发方案及技术咨询，代理清洁发展机制项目产生的减排额销售业务。

中材节能发展有限公司拥有国内从事余热发电业务最大的一支技术队伍，截止到2007年底职工人数108人，其中高级职称人员38人，中级职称19人，初级职称（包括硕士）人员28人，本科以上学历90人，占公司员工比例83.33%。

注册资本3亿元。

中材节能发展有限公司拥有“新型干法水泥厂余热发电”和“玻璃工厂余热发电”两项专利技术，具有自主知识产权的专利技术和其他专有技术已经达到国际先进水平。

为我国迄今为止唯一具有低温余热发电系统专利技术的企业，2008年1月荣获国家知识产权局授予的第十届中国专利优秀奖（国知发管字[2008]19号文）。

中材节能发展有限公司的业务形态主要有三种模式：

工业余热发电工程的总承包（EPC）、工业余热发电项目的成套技术装备供应（EP）、工业余热发电项目的投资（BOT）。

中材节能发展有限公司的市场区域已经开始向全球扩展，2007年1月15日与“泰水泥SAIM”签订了3条水泥生产线的纯低温余热发电工程项目总承包合同，全部采用本公司技术产品或国产装备，成为中国首家向国外出口该类技术的企业。

2007年5月，中材节能发展有限公司与世界第一大水泥制造商“拉法基Larfarge”签订4条水泥生产线纯低温余热发电项目工程总承包合同。

这是拉法基公司第一次在其全球所属的水泥制造工厂实施纯低温余热发电。

意味着世界高端客户对本公司余热发电技术的肯定，对中材节能发展有限公司今后开拓国际市场具有深远的意义。

截止2008年3月底，由TCDRI改组的“中材节能发展有限公司”已经完成和正在建设中的国内外纯低温余热发电的投资项目（BOT）、合同能源管理项目（EMC）、工程总承包项目（EPC或EP）、工程设计和技术服务项目涉及近130个水泥工厂的近160条水泥生产线，总装机容量近800MW，为我国乃至世界的节能减排事业作出了卓越贡献！

以上这些余热电站的相继建成及投产，标志着我国中、低温余热发电技术已经成熟并进入批量实际应用阶段，已经收到良好的经济效益与社会效益，在大幅度降低水泥生产成本的同时也为国家节约了能源，保护了环境，为可持续发展战略作出了贡献。

中材节能发展有限公司在大量的工程设计实践中积累了丰富的经验，使得该项技术日臻成熟、投资额不断降低。

2拟建项目情况

2.1拟建项目范围及内容

XXXX冶金有限责任公司于2004年5月开始建设，现在共有硅铁冶炼电炉48台，硅锰合金冶炼电炉2台，电石电炉6台，工业硅电炉8台，总计62台电炉。

分布在十七个分厂内，除一分厂外，上述电炉全部集中在半径为1000米的范围之内。

各分厂电炉设备规格及台数如下表:

编号

分厂名称

分厂规模

　分厂名称

电炉规格

台数

1

硅铁一分厂

12500kVA

2

10

硅铁十分厂

25000kVA

4

硅铁二分厂

11

硅铁十一分厂

3

硅铁三分厂

12

硅铁十二分厂

硅铁四分厂

13

硅铁十三分厂

6

5

硅铁五分厂

14

冶炼试验厂

硅铁六分厂

15

同源化工公司

7

硅铁七分厂

16

EJM锰合金公司

8

硅铁八分厂

17

金属冶炼公司

6300kVA

9

硅铁九分厂

合计：

115.5万kVA

62

XXXX冶金集团有限责任公司硅铁分厂总计分四期，一期1分厂2台12500KVA硅铁电炉；

二期2、3、4、5分厂，每厂4台12500KVA电炉；

三期6、7、8、9分厂，每厂2台25000KVA电炉；

四期10、11、12和13分厂，其中10、11、12分厂每厂4台16500KVA电炉，13分厂6台16500KVA电炉。

此外，试验分厂2台12500KVA电炉，同源化工6台25000KVA电石炉。

四期硅铁分厂，每期对应1个变电站，同源化工1个变电站，试验分厂1个变电站，总计6个变电站。

根据生产车间的总图布置及工艺流程，结合电炉废气参数的特性，本方案拟采用按区域和生产规模分组（按照业主方意见，余热发电工程暂按两期规划），一期电站利用10、11、12和13硅铁分厂18台16500KVA硅铁电炉的余热进行发电；

二期电站利用6、7、8、9硅铁分厂8台25000KVA硅铁电炉的余热进行发电；

将每分厂多台电炉的废气汇集后进入一台余热锅炉、每期工程配套建设一套低参数凝汽式汽轮发电机组。

总计配套建设8台余热锅炉，共2座汽轮发电机组系统。

余热电站配置方案见下表：

电站编号

电炉

锅炉

机组

规格

一期

硅铁10分厂

16500kVA

硅铁11分厂

硅铁12分厂

硅铁13分厂

二期

硅铁6分厂

硅铁7分厂

硅铁8分厂

硅铁9分厂

合计

26

根据工程实际情况及业主的要求，本方案研究的范围如下：

1）26台冶炼电炉共增设8台余热锅炉；

2）2台套汽轮发电机系统；

3）电站冷却系统（风冷方案）；

4）站用电系统；

5）电站自动控制系统；

6）电站室外汽水系统；

7）电站烟风系统；

8）电站相关配套的通讯、给排水、照明等辅助系统。

2.2技术方案编制依据

·

业主方提供的有关该项目的基础资料；

中材节能发展有限公司2007年8月对该系统余热资源所做的热工标定数据；

国家有关法律、法规，技术规范、规定等。

2.3主要设计原则及指导思想

技术方案必须体现国家宏观经济政策和可持续发展的要求，坚持“客观、公正、科学、可靠”的原则，真实、全面地反映项目的有利和不利因素，提出可供业主决策的建议。

总体技术方案要求，在本工程实施和电站在正常发电时不能影响企业的正常生产，在此前提下设计遵循“稳定可靠，技术先进，降低能耗，节约投资”的原则，认真研究项目建设条件，通过多方案比较，提出供业主选择的技术方案，为业主选择适宜的技术方案提供依据。

具体指导思想如下：

（1）严格执行国家有关法律法规和产业政策的要求。

做到建设项目的安全设施必须与主体工程同时设计，同时施工，同时投入生产与使用。

（2）在稳定可靠的前提下，提倡技术先进，要尽可能采用先进的工艺技术方案，以降低发电成本和基建投入。

（3）尽可能利用公司现有设备、设施并尽最大可能利用余热。

（4）生产设备原则上采用国产设备。

（5）余热电站的电机控制和过程控制采用计算机控制系统，达到高效、节能、稳定生产、优化控制的目的，并最大程度地减少操作岗位定员，以降低成本。

2.5热力系统及装机方案

2.5.1可利用的余热资源

XXXX冶金集团有限责任公司上述26台冶炼电炉，均为矮烟罩半封闭式矿冶炉，配干法布袋除尘装置。

半封闭式硅铁还原电炉排出的废气带走的热量相当于输入电能总量的40%～50%。

烟气量的大小及温度的高低受冶炼炉况与操作炉门开闭的影响，与混入空气的多少有直接关系。

根据中材节能发展有限公司2007年8月3日～5日对七分厂2＃炉、八分厂2＃炉（25000kVA硅铁冶炼电炉）和十分厂1＃炉（16500kVA硅铁冶炼电炉）的现场测试结果和业主提供的数据，其主要废气参数如下：

25000kVA硅铁冶炼电炉烟气温度250～420℃，平均温度约320℃，烟气流量92000～131000m3/h（标况），平均烟气流量113000m3/h（标况），含尘浓度为5g/m3（标况）；

16500KVA硅铁冶炼电炉烟气温度290～440℃，平均温度约353℃，烟气流量23000～79000m3/h（标况），平均烟气流量55167m3/h（标况）,含尘浓度为7g/m3（标况）。

以上数据与国内、外同规模炉型相比，流量、温度偏低。

通过现场勘查和与业主的充分交流、分析、研究，我们认为导致烟气流量、温度偏低的主要原因有以下几方面：

①电炉喂料口炉门采用空气幕密封，导入了大量冷风；

②由于现有空冷器效果较差，不能满足布袋除尘的温度要求，所以在引风机入口处增设了混冷风阀门，标定时冷风阀开度为30％。

③系统密封不严，造成大量冷空气进入。

④部分管道无保温措施，表面散热增加。

针对上述存在的问题首先要加强管理，采取相应措施：

①电炉喂料口炉门的开度尽量减小，空气幕密封风机采用变频调速装置，减少不必要的冷风侵入；

②由于余热锅炉的排烟温度保证在160℃以下，满足布袋除尘的温度要求，可以取消引风机入口处混冷风阀门；

③加强系统密封；

④增加保温措施，减少表面散热损失。

采取以上各项措施后，进入余热锅炉的烟气温度将会明显提高，据估算，三期8台25000kVA硅铁冶炼电炉（六～九分厂）的烟气参数平均可达125000m3/h（标况）－360℃，四期18台25000kVA电炉（十～十三分厂）烟气参数平均为90000m3/h（标况）－380℃。

2.5.2热力系统及装机方案设计原则

1）充分利用公司现有废气余热资源；

2）本余热电站的建设及运行应不影响原有生产系统的正常运行；

3）本余热电站的系统及设备应以成熟可靠、技术先进、节省投资、提高效益为原则，并考虑目前国内余热发电设备实际技术水平。

4）烟气通过余热锅炉沉降下来的炉灰应回收利用以达到节约资源及保护环境的目的。

2.5.3装机方案及热力系统确定

2.5.3.1装机方案的确定

根据目前国内纯余热发电技术及装备现状，结合硅铁生产余热资源情况，本工程装机方案采用纯低温余热发电技术。

由总图布置及工艺流程可知，同一系统各生产车间之间的距离较远，给低压蒸汽的输送带来较大的困难，根据上述余热条件以及目前的纯低温余热发电的技术水平，本方案仅对单压和闪蒸两种热力系统进行比较。

1）按实测数据计算单台电炉发电能力如下：

系统

类别

锅炉主

汽压力（MPa）

汽温度（℃）

蒸汽流量（t/h）

闪蒸蒸

汽流量（t/h）

锅炉排

烟温度（℃）

发电功率

（kW）

单压系统

1.35

310

7.54

166

～1451

31