xxxx 焦化厂烟道气余热回收项目可行性研究报告.docx
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xxxx焦化厂烟道气余热回收项目可行性研究报告
xxxx焦化厂烟道气余热回收项目
1.概述
1.1项目名称及承办单位
项目名称:
xxxx焦化厂烟道气余热回收项目承办单位:
投资单位:
1.2单位概况
xxxx有限公司于2001年10月注册登记成立,注册资本金2000万元人民币,现有职工490人,公司法定代表人xx。
经营范围包括原煤洗选、炼铁、煤炭冶炼生产加工、销售。
主要产品有洗精煤、生铁、焦煤、焦油、煤气、粗苯、硫铵、硫磺等。
xxxx有限公司制焦公司有2座SH43XD型2×50孔4.3米捣固焦炉、年产焦炭74.2万吨,采用湿熄焦系统。
于
2009年5月建成投产,煤气2.97亿立方米,煤焦油2.7万吨,硫铵9031吨,粗苯9031吨,硫磺817吨。
2011年2月通过了由省市县三级环保部门联合组织的焦化项目竣工环境保护验收。
1.3编制依据
Ø工程咨询协议;
Ø中华人民共和国节约能源法(主席令第七十七号);
Ø焦化行业准入条件(2008年修订);
Ø国家发展改革委“关于加快焦化行业结构调整的指导意见的通知”发改产业[2006]328号;
Ø建设单位提供的相关工程设计条件和资料。
Ø建设单位提供的有关气象及地质等基础设计资料
Ø《钢制压力容器》国家相关标准
Ø《建设项目经济评价方法与参数》(第三版);
Ø《投资项目可行性研究指南(试用版)》;
Ø国家其他有关政策、法律、法规;
Ø相关技术规范、标准。
1.4项目建设的必要性
在工业企业生产过程中,由各种换能设备、用能设备和化学反应设备中产生而未被利用的余热资源数量很大,据美国20世纪70年代对部分专业部门统计,余热约占用能总量的一半以上。
随着生产水平的不断提高,余热比例有所下降,但仍占用能总量的相当大部分,若加以利用,可节约大量的能源。
焦化企业开展节能工作,建设余热回收系统,这样既能实现企业节
能减排,降耗增效,又能取得良好的社会效益、经济效益和环境效益。
面对国际金融危机的冲击以及国内行业竞争的压力,部分焦化企业开始
考虑节能降耗,降低生产成本,增强市场竞争力。
其中一种节能措施就
是将焦炉排出的废烟气进行再回收利用,产蒸气后并网供厂内生产和生
活使用。
在国内回收利用焦炉烟道气产蒸气的焦化企业已达10家左右。
降低能耗,减少污染,对现有的焦炉烟道气进行余热回收十分必要。
1.5产品规模与产品方案
1.5.1建设规模
xxxx焦化厂现公司目前有2座SH43XD型2×50孔4.3米捣固焦炉、年产焦炭74.2万吨,采用湿熄焦系统。
于2009年5月建成投产,煤气
2.97亿立方米,煤焦油2.7万吨,硫铵9031吨,粗苯9031吨,硫磺817吨,两座焦炉配备一套烟气余热回收系统。
1.5.2产品方案
余热锅炉生产蒸气压力为0.8MPa,温度为饱和温度,2座SH43XD型焦炉年产蒸气51840吨。
1.6建设条件
1.6.1自然条件
本项目厂址位于xx省xx市xx县xx镇xx村委会天生桥村,xx县位于xx省东部、xx市中部。
距离xx市城区直线距离约16公里、距xx县城
10公里、距xx镇11公里。
项目区铁路、公路交通方便,xx高速公路从厂区南面约1km处通过。
地理位置优越,适合项目建设。
项目厂址所处区域地质环境历史上曾经历多次构造运动,海水进退频繁,古地理环境多变,使该区地层发育较为齐全,从前震旦系到第四系(白垩系除外)均有出露,区内总的地势为北高南低。
评价区位于滇东岩溶高原湖盆区,呈高原山地与小型盆地相间的地貌特征,主要受构造、侵蚀、剥蚀、岩溶以及堆积作用等地貌营力的控制。
评价区所处的坝区基本呈南北走向,地势较平坦,高差不大,海拔在1950~2150米之间。
1.6.2气象条件
xx县地处回归线以北,属北亚热带季风气候区。
境内地形复杂,立体气候明显,具有年温差小、日温差大,雨热同季,冬春干冷风大,干、湿季节分明的气候特征。
若以候均温划分季节,则四季不明显。
平均气温小于5℃的寒冷气候与大于或等于22℃的夏季很少见,平均气温10~22℃的春秋季节从3月1日至11月15日止,长达260天。
而平均气温大于5℃,小于10℃的冬天,从11月16日至次年2月底,长105天,故境内气温具有夏无酷暑,冬无严寒,“四季如春”的特点。
四季虽不明显,但因受季风环境影响,干、湿季节分明,每年11月至次年4月为干季,盛行热带大陆气团,受青藏高原南支西风急流控制,降雨稀少,湿度不大,蒸发量大,气候干燥,光照充足。
但风大,全年大于等于17米每秒的大风,日数基本上都出现在冬春的干季,气温较低;5~10月为雨季,盛行赤道海洋气团,受印度洋西南季风或西太平洋东南季风天气系统
影响,降雨充沛,气候潮湿,具有冬半年暖和,夏兰年温凉湿润的气候特点。
全年最多风向为西南风。
气候特征见表1-1。
表1-1区域气候特征一览表
项目
单位
数值
年平均气压
hPa
809.7
年平均气温
℃
14.4
极端最高气温
℃
33.2
极端最低气温
℃
-9.2
年平均降水量
mm
995.2
最大一日降水量
mm
155.1
年平均蒸发量
mm
2106.9
年平均相对湿度
%
71
历年平均无霜期
天
252
年平均风速
m/s
2.8
最多风向
S、SW
1.6.3工程地质
见有关地质勘测报告
1.6.4给排水
生产用水由焦化厂现有设施提供,用水量约8.0t/h,焦化厂现有供水系统能够满足本项目需求。
项目的主要排水为锅炉排污水、浓盐水和和生活污水,排污水由公司现有的污水处理厂处理。
1.6.5供电
本项目为单回路电源供电,10kV系统的供电电缆由业主负责接至烟气回收主控室内。
380V系统的供电电缆由业主负责接至烟气回收主控室内,电源能承担100%的负荷。
1.6.6其它
本项目消防、环境管理机构、环境监测站、劳动安全、职业卫生机构、中心化验室、绿化机构及设施、机、电、仪修等均利用焦化厂现有设施及人员。
1.7项目实施进度
1.7.1项目建设期
本项目烟气余热回收装置建设期为半年,项目建成后投产后即可达到100%生产负荷。
1.7.2项目实施进度安排
编制项目可研报告1个月,项目立项批复2个月。
烟气回收装置建设期为6个月。
1.8组织机构及人力资源配置
1.8.1组织结构
本项目的1套余热锅炉装置和相应的公用辅助设施均隶属于xxxx有限公司,其生产、人事、财务等均由该公司组织机构进行管理。
1.8.2项目定员
连续生产岗位按四班制配备、三班制操作。
补缺勤人员按生产人员总数的4%。
定员编制结果:
职工定员8人,其中:
生产人员7人,生产管理人员1人。
1.8.3人员培训
本项目为热管余热锅炉,属特种设备,对生产操作人员文化素质和技术水平要求较高,应选送合格人员到国内同类企业的岗位进行培训,有利于企业的顺利投产和长远的产品质量稳定。
生产操作人员上岗前须取得特种作业操作证,持证上岗。
1.9投资估算及资金筹措
本项目估算总投资额为780.16万元,其中建设投资750.16万元,流动资金30万元。
项目投资全部为企业自有资金。
1.10主要技术经济指标
主要技术经济指标表表1-2
序号
指标名称
单位
指标
备注
一
产品产量
1
蒸气
吨
51840
二
原材料、动力消耗
1
新水
吨
69120
2
工业盐
吨
250
3
电
103kWh
2851.2
三
其他指标
1
职工定员
人
其中:
生产人员
人
7
管理人员
人
1
2
工程用地面积
m2
725
3
建筑物用地面积
m2
105
4
构筑物用地面积
m2
150
六
投资
1
项目总投资
万元
780.16
1.1
建设投资
万元
750.16
1.2
流动资金
万元
50
七
财务预测指标
1
营业收入(含税)
万元/a
414.72
经营期平均
2
增值税及税金附加
万元/a
44.25
经营期平均
3
人工费用
万元/a
29.57
年平均
4
原材料费用
万元/a
15.00
达产年(含税)
5
动力消耗
万元/a
155.17
达产年(含税)
6
总成本费用
万元/a
285.59
平均年值
7
利润总额
万元/a
84.88
平均年值
8
所得税
万元/a
21.22
平均年值
9
税后利润
万元/a
63.66
平均年值
序号
指标名称
单位
指标
备注
10
项目投资财务内部收益率(税后)
%
12.18
11
项目投资财务净现值(税后,Ic=12%)
万元
6.44
序号
指标名称
单位
指标
备注
12
项目静态投资回收期(税后)
年
7.60
13
投资收益率(税后)
%
14.55
八
节能减排指标
1
回收能源折标准煤
t/年
4801.25
2.主要工艺方案
2.1焦化工艺概况
备煤车间送来的配合煤装入煤塔,推焦捣固车按作业计划从煤塔取煤,经计量捣固后送入炭化室内。
煤料在炭化室内经过一个结焦周期的高温干馏制成焦炭并产生荒煤气。
炭化室内的焦炭成熟后,用推焦车推出,经拦焦车导入熄焦车内,并由电机车牵引熄焦车到熄焦塔内进行喷水熄焦。
熄焦后的焦炭卸至凉焦台上,冷却一定时间后送往筛焦工段,经筛分按级别贮存待运。
煤在炭化室干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化室顶部空间,经过上升管、桥管进入集气管。
约800℃左右的荒煤气在桥管内被氨水喷洒冷却至80℃左右。
荒煤气中的焦油等同时被冷凝下来。
煤气和冷凝下来的焦油等同氨水一起经过吸煤气管送入煤气净化车间。
焦炉加热用的焦炉煤气,由外部管道引入。
焦炉煤气经预热后送到焦炉地下室,通过下喷管把煤气送入燃烧室立火道底部与由废气交换开闭器进入的空气汇合燃烧。
燃烧后的废气经过立火道顶部跨越孔进入下降气流的立火道,再经蓄热室,格子砖把废气的部分显热回收后,经过小烟道、废气交换开闭器、分烟道、总烟道、烟囱排入大气。
对于其中经总烟道进入烟囱的热烟气温度较高,仍有较大的余热回收价值。
2.2焦化余热资源
2.2.1焦炉烟气量
焦炉烟气量统计表表2-1
序号
焦炉
烟气量m3/h
1
SH43XD焦炉
100000
2.2.2烟道气参数
焦炉烟气量参数表表2-2
监测项目
数值
备注
SO,mg/m3
2
19
NOx,mg/m3
60
烟尘,mg/m3
16.9
O2,%
8.5
温度,℃
283
静压,Pa
-560
湿度,%RH
18
2.3余热锅炉型式的选择
本项目的目的是回收现有的焦炉高温烟道气的热能,拟选用高效热管式余热锅炉将高温烟气中的热能回收,将常温软化水加热为蒸气用于生产,以达到降低能耗、节能减排的目的。
高效热管式余热锅炉是用热管作为传热元件,吸收高温烟气的余热来产生蒸气,所产生的蒸气可用于发电或并入蒸气管网,也可其他目的。
对钢厂、石化厂、焦化厂及工业窑炉而言,这是一种最受欢迎的余热利用形式。
2.3.1原理
高温烟气的热量由热管传给放热端水套管内的水,使水的温度升高汽、水混合物,经上升管达到汽包,在汽包内经汽水分离装置分离出蒸气送往外网,汽包内的水则由下降管回到水套管内继续吸收热量,这样由于热管不断将热量传输给水套管内的水,并通过上升管及下降管完成基本的汽—水循环,使热介质被降温,同时产生蒸气,达到余热回收的目的。
参见图2-1所示。
结构示意图2-1
2.3.2热管式余热锅炉特点
a、热管的传热系数高,其以分子震荡相变形式来传递热量,超强导热性能使其导热系数是一般金属的一万倍左右,传热温度没有衰减并能以极快的速度传递;
b、废气和水及水蒸气的换热均在热管的外表面进行,而且废气热管外侧为翅片,这样换热面积增大,传热得到强化,因而使换热系数得到了很大的提高;
c、每支热管都是一个独立的传热单元,单根或多根热管的损坏不会影响设备的整体使用;
d、热管彻底隔离了热源和冷源,有效防止了汽水系统的泄露,不会产生冷热流体的掺混;在运行时,因废气的大量冲刷,使热管受到了一定的损坏,也不会造成冷侧的汽水泄漏到热侧,确保了系统的安全运行,这也是该设备有别于一般烟道中余热回收设备的最大特点;
e、根据需要可选择易拆卸的热管结构,使检修和安装更方便;
f、阻力损失小,可适用于原有系统的改造;
g、防积灰、堵灰、抗腐蚀能力强。
热侧为管外换热,不易积灰和堵灰,即使积灰也可方便清理;通过调节热管冷热段受热面的比例,可以调节管壁温度,使之高于烟气露点温度,避免发生露点腐蚀。
2.4技术方案
高温烟气由总烟道引出进入余热锅炉,在余热锅炉内被冷却,然后由引风机排入原有烟囱,放散到大气中。
为防止系统产生露点腐蚀,必须保证余热锅炉排烟温度要在150~170℃的范围内。
烟道上设有切换阀门,可根据实际排烟温度情况选择排入的大烟
道。
当余热锅炉出现故障停机时,可以关闭余热锅炉前后电动阀门,同
时开启余热锅炉烟气旁路气动阀,确保焦化工艺正常生产。
工艺流程见2-2图。
工艺流程图2-2
2.5烟风系统改造方案
烟气的余热回收利用在国内已是成熟技术,烟风系统改造方案为:
在焦炉烟气出口的主烟道上开一个烟道口,同时在主烟道设置一台翻板式闸板阀,在新开的烟道口用管道将管道口和余热锅炉的进气口连接,并在进余热锅炉前再设置一台翻板式闸板阀,最后在出余热锅炉的管道上再设置一台闸板阀。
运行时,将锅炉进口前的闸板阀打开,主烟道上的闸板阀关闭,通过引风机的作用,将烟气引至锅炉,同时将除盐水引入锅炉水侧,通过换热,产生蒸气供生产和生活使用。
如果是原有焦炉技改项目,由于涉及到连接管道停车时间的问题,所以,供方通常做如下安排:
设备安装时,将其它所有设备安装好,最好只剩下烟气管道的工作内容,安装前,准备好所需要的闸板阀,安装工具等材料。
准备好后将地下烟道上欲开口的位置圈好,破开烟道表面上的混凝土,凿开地下烟道上拱顶耐火砖,将大一号的制作完毕的烟气管道坐在地下烟道上,接触位置用耐火浇注料浇注密封好,表面用混凝土加强即可,另一端则与余热锅炉主烟道连接。
对于在改造的取风管,通过电气控制取风管上的电动蝶阀的开启和关闭,可使余热锅炉项目处于工作模式或检修模式。
当余热锅炉项目处于工作模式时,即打开锅炉进口处和出口处闸板阀,关闭主烟道闸板阀使焦炉中的高温废气被送入余热锅炉;当余热锅炉项目处于检修模式时,即关闭锅炉进口处和出口处闸板阀,打开主烟道闸板阀,则焦炉高温废气经烟囱排入大气。
工艺方案图2-3
2.6建设内容和范围
上述整套的、先进的、成熟的、完整的和安全可靠的,且设备的技术经济性能符合技术规范书要求的余热蒸气系统及其配套附属设备。
整个低温余热回收系统范围内所有系统的设计、设备采购及系统的安装、调试;余热回收系统包括余热锅炉系统、循环水系统以及上述各系统的电气及控制系统。
从软化水进入余热锅炉到蒸气出汽包为止,以及整套锅炉系统内的排污系统和烟气管路系统。
上述内容以外的项目公用工程。
2.7高效热管余热锅炉技术参数
高效热管余热锅炉技术参数表表2-4
序号
名称
单位
指标
备注
1
废气流量
m3/h
100000
2
余热锅炉
套
1
3
焦炉废烟气温度
℃
270
4
排烟温度
℃
175
5
产生蒸气压力
MPa
0.8
6
蒸气温度
℃
175
7
蒸发量
t/h
6.0
8
年产汽量
t/a
51840
9
年运行时间
小时
86400
10
热力除氧器
台
1
10t/h
11
省煤器
台
2
12
引风机Y4-7320D
台
1
280kW
13
软水箱
台
1
15m33
14
除氧水泵
台
1
5.5kW
15
给水泵
台
1
15kW
2.8余热回收系统布置
余热锅炉系统由电动蝶阀、除氧器、高温蒸发器、中温蒸发器、低温省煤器、风管、锅炉水泵、软化水箱、水路系统、循环管路系统,配电柜控制系统、烟气引风机系统、平台爬梯等组成。
水泵需位于锅炉附近,这样可以节省汽水管线,也减少温损和压降。
2.8.1余热锅炉系统介绍及控制方案
余热锅炉有两种布置形式:
一种为卧式,另一种为立式。
卧式炉主要特点是:
由于换热管采用悬挂式布置,不易积灰,清灰
容易,换热效果稳定,锅炉内部按顺序前后布置蒸发器和省煤器。
由于焦炉主烟道在地下,通过卧式布置换热器可以较好的与地下烟道联通,方便维修,节省投资。
卧式炉的缺点是:
占地面积大;但由于需方为新建焦炉,场地问题
可以考虑更改,所以,卧式布置还是比较方便的。
立式锅炉主要优点:
锅炉本体采用钢护板结构,锅炉自上而下布置
蒸发器和省煤器。
立式锅炉主要优点:
锅炉本体采用钢护板结构,
锅炉自上而下布置蒸发器和省煤器,由于锅炉投影占地面积小,比较容易布置。
特别适合于已规划好生产线增加余热锅炉系统。
立式锅炉的缺点是:
投资大,不好操作,安装费用高。
通过以上比较和采取的措施,我们推荐锅炉采用卧式结构。
2.8.2单压和双压系统确定
对于废气余热利用,为了提高热力循环系统效率,一般应尽量提高主蒸气参数;为了更有效地利用烟气热量,一般应尽量采用多压系统。
单压和多压系统的选择比较如下:
在锅炉热平衡计算及锅炉结构计算过程当中,当设计选择的锅炉能完全吸收烟气放出的热量,同时能达到能量的梯级利用,采用单压设计更为合理,且投资费用较少;多压系统主要适合蒸气产量比较大,增加一个汽包用来低温除氧用时才使用。
多压系统一般要比单压系统复杂并且投资也比单压系统大。
因此,本项目的余热锅炉设计为单压系统,已经能够充分吸收低温余热资源,达到余热利用最大化的目的,而且能够降低投资比率,我公司设计也将针对单压系统进行设计。
2.8.3余热锅炉工艺流程简述
2.8.3.1烟气流程
为了确保将高温烟气引入余热锅炉,焦炉主烟道与余热锅炉进出口烟道进行改造。
主烟道与进口烟道上设有切换阀门。
当余热锅炉出现故障停机时,可以关闭余热锅炉前后电动阀门。
确保焦炉装置正常生产。
2.8.3.2水、汽流程
软水进入锅炉系统的除氧器,经化学除氧后的除盐水由锅炉给水泵进入余热锅炉的低温省煤器段、中温蒸发段、高温省煤器段,中、高温蒸发段产饱和蒸气后并网供厂内生产用。
2.8.4主要设备参数
2.8.4.1系统参数
蒸气压力:
0.8MPa
蒸气温度:
175℃
蒸气流量:
6.0t/h
烟气流量:
10000m3/h
入口烟气温度:
270℃
出口烟气温度:
175℃
锅炉阻力:
<1500Pa
2.8.4.2锅炉内部结构参数出口烟气流速:
7.35m/s翅片外径:
φ68mm
换热管横向节矩:
100mm
换热管纵向节距:
110mm
换热管材质:
20#
换热管的防磨设施:
全部采用镍基钎焊技术处理换热管的处理:
镍基钎焊技术
2.8.4.3引风机参数
介质:
烟气
型号:
Y4-7320D
主轴转速:
960r/min
进口流量:
100000m3/h
进口温度:
175℃
电机功率:
355kW
风压:
2100-2300Pa电压等级:
380V
台数:
1台
热力除氧器:
除氧能力15t/h。
软化水箱:
15m3。
2.8.5余热锅炉烟气系统
烟道部分包括:
焦炉主烟道、余热锅炉烟气进口通道、余热锅炉出口烟道。
焦炉主烟道、烟气进口管道和余热锅炉出口烟道均采用钢制密封壳体形式,烟气进口管道采用外部保温结构,保温层外部设置镀锌板保护层。
余热锅炉烟气通道采用外加强-内保温的一体化护板结构,由内衬钢板、绝热层、外壳体以及支撑钢结构组成。
内衬板为搭接结构,可以在热态下很好地吸收膨胀。
2.8.6防冲刷腐蚀措施
烟气冲刷是影响余热锅炉使用寿命的重要因素,为此对所有热管进行镍基钎焊之后,还要再进行必要的防护措施,主要在锅炉的迎风面进口前三排热管处都装有不锈钢防冲刷护罩,同时加大换热器的换热面积。
这样对防止烟气的冲刷都起到了很好的保护作用,延长换热器的使用寿命,提高工作效率。
2.8.7余热锅炉水处理和排水系统方案
主要设计内容和范围包括:
锅炉补给水处理系统、锅炉排水处理系统。
2.8.7.1水汽质量标准
汽包给水的质量控制标准(GB/T1576-2008)如下:
序号
项目
计量单位
控制标准
1
悬浮物
mg/L
≤5
2
PH值(25℃)
无量纲
≥7
3
总硬度
mmol/L
≤0.03
4
溶解氧
mg/L
≤0.1
5
含油量
mg/L
≤2
6
含铁量
mg/L
≤0.3
2.8.7.2锅炉补给水处理系统
1)锅炉补水量锅炉蒸发量
6.0t/h,排污率按10%考虑,补水量为6.6t/h。
2)水处理方式
根据余热锅炉给水水质标准要求,锅炉补给水处理系统选择离子交
换法处理工艺。
一期水处理能力按照15t/h,出水水质如下:
PH值:
7~9
总硬度:
≤0.03mmol/L含油量:
≤2mg/L
含铁量:
≤0.3mg/L
悬浮物:
≤5mg/L
2.8.7.3工业废水集中处理系统
余热利用装置废水排放情况如下表所示:
来源
排放量
备注
水处理废水
0.9t/h
排入污水处理站系统进行处理后熄焦
生活废水
0.3/h
排入污水处理站系统进行处理后熄焦
锅炉排污
0.75t/h
排入污水处理站系统进行处理后熄焦
合计
1.95t/h
2.8.7.4锅炉给水系统
锅炉选用两台锅炉给水泵,两台除氧水泵,为一开一备。
软水箱一个:
一期15m3;除氧器一台10t/h。
2.8.7.5锅炉排污系统
在汽包的下段设排污管,在水系统的下联箱设定期排污,排去适量的锅炉污水以确保蒸
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