1、年产100万吨焦炉烟道废气余热回收项目可行性方案书年产100万吨焦炉烟道废气余热回收项目可行性方案书1、总论 41.1 设计依据 41.2 设计原则 41.3 项目目的及意义 41.4 建设规模及内容 51.5建设周期 51.6项目相关焦化工艺概述 52.项目节能效益及可行性分析 62.1 年总费用计算 62.2项目年总收入计算 72.3项目全年净收益 72.4节约标煤量 72.5风险性分析 83. 设计要求 83.1 设计原则 83.2 设计执行标准及规范 103.3 设计参数指标 123.3.2余热锅炉参数 123.4 设计范围 134. 工艺方案 144.1 工艺流程简图 144.2烟气
2、流程 144.3.水汽系统 154.4 余热锅炉系统 184.5余热锅炉的性能 224.6钢架、平台扶梯 254.7 引风机 265 余热锅炉电控系统 265.1 设计范围 265.2 电气主要设备及控制方式 275.3 电压保护和电力装置接地 285.4 热工控制 285.5设备选型 295.6热工检测 306. 余热回收系统主要设备汇总 316.1余热回收系统工程内容(按施工性质分类) 317. 项目合作方案 347.1项目内容及范围 347.2合作方式 348 结 论 35 1、总论1.1 设计依据XX焦化公司提供的相关工程设计条件和资料。1.2 设计原则（1） 在不影响焦炉正常运行的前
3、提下最大限度地利用余热；（2） 在生产可靠的前提下，尽可能采用先进的工艺技术方案，以降低操作成本和改造基建的投入；（3） 以生产可靠为前提，采用成熟、可靠的工艺和装备；（4） 余热锅炉的过程控制采用集中控制原则，基本实现自动化为目标（5） 贯彻执行国家和地方对环保、劳动、安全、计量、消防等方面的有关规定和标准，做到“三同时”。1.3 项目目的及意义XX公司在产XX万吨焦炭的焦炉X座，生产中用于焦炉加热的废气通过总烟道汇总会一直向大气排放。同时废烟气温度可达到260-300，烟气将通过烟囱的自拔力排放到空中，严重浪费能源和污染厂区环境。“节能减排”是当今国策，是可持续发展的重中之重。焦化企业是耗
4、能大户，它能耗的高低，也直接关联到“节能减排”国策在企业的贯彻执行的力度高低。因此采取措施，对焦炉产生的废气进行余热回收利用，即能产生部分经济效益，又对有效降低能耗，推动实现可持续发展战略具有十分重要的现实意义。为落实科学发展观，贯彻节能减排的可持续发展战略。XX公司拟规划对焦炉烟道废气余热进行回收利用，将产生的蒸汽并网供厂区内的生产和生活使用。1.4 建设规模及内容建设规模蒸汽压力0.8 MPa、产汽量9吨/小时锅炉一套；烟气输送量1440000Nm3/小时风机系统一套。工程内容包括工程项目的设计、设备成套采购、安装、系统调试、竣工验收、外出培训与服务等全过程。1.5建设周期 XX月。1.6
5、项目相关焦化工艺概述 煤车间送来的配合煤装入煤塔，装煤车按作业计划从煤塔取煤，经计量后装入炭化室内。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700左右的荒煤气在桥管内被氨水喷洒冷却至90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
6、道架空引入。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，由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260-300）仍有较大的余热回收价值。本方案就是为回收这一部分烟气的余热而设计。2.项目节能效益及可行性分析2.1 年总费用计算2.1.1能源消耗：软水：9.5t/h，按每吨8元计。电耗：180kw/h（按装机75%计算），按每度0.6元计。2.1.2项目年运行费用计算:工人工资:4人
7、，工资：3500元/月；维护维修费：20万元/年；年运行费计算表如下（按360天算）序号项目计算单价年耗量年运行费用（万元）1电耗0.6元/kwh1555200 kwh93.32人工费3500元/月人2人16.83运行维护费20万元/台.年204软化水8元/吨82080吨65.76总计195.8即：每年运行总费用195.8万元2.2项目年总收入计算能源产出：蒸汽：0.8MPa，8.4 t/h(设计最大产量）；山西省平均企业蒸汽价格：120元/吨；年运行收入计算表如下（按360天算）：序号项目计算单价年产量年蒸汽收入（万元）1蒸汽120 (元/吨)72401(吨/年)868.8合计868.82.
8、3项目全年净收益868.8195.8673万元/年；2.4节约标煤量1）、电耗折合标煤：1555200x0.1229/1000=191.1吨/年； 水耗折合标煤：82080x0.3571/1000=29.3吨/年；蒸汽折合标煤：72576x0.108571=7860.7吨/年；总计折合标煤：7860.7-191.1-29.3=7640.2吨/年注：能源折算系数（1）电耗：0.1229千克标准煤/千瓦时: （2）水耗：0.3571吨标煤/千立方米:（3）蒸汽：0.108571吨标煤/吨蒸汽年节标煤：7640.2吨标煤/年； 项目改造后，每年可以为XX焦化公司节约经济效益673万元，年节约标煤量为
9、7640.2吨。2.5风险性分析2.5.1市场风险分析 该项目所产蒸汽可全部用于后续的化工生产或者供暖，产出蒸汽可全部应用；不存在浪费和市场风险问题。2.5.2技术风险分析该项目技术上需要解决三个技术难题：1、 原有焦炉技改项目，涉及到连接管道停车时间问题。需要研究余热回收系统在线开孔取气的问题；2、 风机和锅炉出现事故或突然停电时，烟囱排风系统（原系统）短时间启动问题；3、 废烟气中含有大量酸性物质，需要研究气体对余热回收设备腐蚀问题，即余热回收设备长周期稳定运行问题。 以上三个问题从目前技术角度讲，可以完全解决。因此不论从经济、节能效益或者技术上讲，本项目具备很高的可行性。3.设计要求3.
10、1 设计原则 结合用户现场状况及项目设计目标，采取系统安全，技术先进、工艺可靠、经济合理的设计原则确定本项目的建设方案。3.1.1 系统安全a、系统设计时，通过科学计算，使系统在确保焦炉正常工作的前提下运行；b、为了在系统最大可能利用烟气余热的同时，确保焦炉安全运行，系统装置有电动挡板门及检测系统组成的旁路系统，并可以根据检测得到的总烟道负压通过多种方式对电动挡板门的开合度进行方便灵活调节；c、烟气温度在蒸发器内放热后，烟气温度降低，通过变频器调整引风机转速来调整风压，以保证焦炉工作稳定。3.1.2 技术先进系统采用热管式余热蒸发器、热管式省煤器作为换热设备，同时采用强力防腐技术镍基钎焊技术，
11、从而保证余热回收系统的长期稳定、可靠运行。3.1.3 工艺可靠 焦炉烟气余热回收系统的难点有三个方面，一是烟道在线的开孔施工问题，二是强腐蚀烟气余热设备的使用寿命问题，三是余热锅炉回收系统和原烟道系统的切换问题。我们采用热管技术、镍基钎焊技术、短路烟道技术和设计完善的施工合理的解决了以上三个难题，工艺安全可靠。3.1.4 经济合理 为了降低系统运行成本，系统所有主要功率设备均用变频方式运行。通过提高系统管理的自动化程序，在提高系统安全可靠性的同时，更提高了系统的可管理性和维护性，降低管理和维护成本。3.2 设计执行标准及规范污水综合排放标准（GB8978-1996）火电厂大气污染物排放标准（G
12、B13223-2003）工业企业厂界噪声标准（GB12348-90）工业企业设计卫生标准（GBZ1-2002）钢结构设计规范（GB50017-2003）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）低压配电装置规范（GB50054-95）通用用电设备配电设计规范（GB50055-93）建筑物防雷设计规范（GB50057-94）钢制化工容器结构设计规范（HG20583-1998）化工装置设备布置设计工程规定（HG20546.2-1992）钢制化工容器设计基础规定（HG20580-1998）钢制低温压力容器技术规定（HG20585-1998）压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类 （HG2
13、0660-200）钢制立式圆筒形固定顶储罐系列（HG21502.1-1992）化工设备基础设计规定（HGT20643-1998）化工装置管道机械专业提出的设计条件（HGT20645.4-1998）容器、储能式热管蒸发器专业设备简图（设备工程图）设计规 定（HGT20701.8-2000）钢制有缝对焊管件（HGT21631-1990）立式金属罐容量检定规程（JJG168-2005）钢制压力容器（GB150-1998）工业金属工程施工及验收规范(GB5023597)优质碳素结构钢冷轧薄板和钢带(GB/T1323791)高频电阻焊螺旋翅片管(HG/T3181-89) 钢制压力容器焊接工艺评定(JB4
14、708-92) 特种设备无损检测(JB/T4730-2005) 碳钢焊条(GB5117-85) 硅酸铝耐火纤维炉衬工程技术条件(72B02-1997) 钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001) 锅炉油漆和包装技术条件(JB/T1615-91) 3.3 设计参数指标3.3.1设计参数依据业主提供余热资源参数：序号名 称单 位数 据1焦炭规模万吨100万吨/年焦炉2焦炉烟道废气温度3003废气流量Nm3/h1440004废气压力Pa-500烟道气成份如下（参考）焦炉废烟气成分组成（%）CO2H2OO2N26.4120.063.6869.853.3.2余热锅炉参数序号名称单位余热锅炉1
15、锅炉型式卧式、单压、自然循环2布置方式露天布置带防雨棚3数量 套14进口烟气温度3005烟气容积流量Nm3 /h1440006蒸汽压力MPa0.87蒸汽产量Kg/g100008蒸汽温度1759锅炉排污率%210锅炉烟气阻力Pa800 11锅炉排烟温度175年工作时间：360天要求余热回收不影响焦炉的正常操作，不影响烟囱烟气的正常排放。故此当烟气量增多或烟气温度增高时，蒸汽量会相应增加；当烟气减少或温度降低时，蒸汽量会相应减少。3.4 设计范围烟气系统：从焦炉主烟道烟气出口处至主烟道烟气入口止（含翻板阀、膨胀节、余热回收装置、引风机）；汽水系统：由界区内供水口开始至公司的蒸汽管网；钢构：余热回收
16、装置本体钢架的设计制作；其它：负责余热回收界区内的电气仪表等控制系统；土建（包含主烟道开孔）；运输、安装、调试及人员培训。4.工艺方案4.1 工艺流程简图4.2烟气流程焦炉烟道余热利用目前在国内已是成熟技术，具体方案为：从焦炉来的废热烟气（温度为300左右），在焦炉烟气出口的主烟道上开一个烟道口，同时在主烟道上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，并在进余热锅炉前端设置一台翻版式闸板阀，最后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，将烟气引至余热锅炉，同时将软水引入进水侧，通过热交换，产生蒸
17、汽并入管网。如果是原有焦炉技改项目，由于涉及到连接管道停车时间问题，所以，通常采取如下措施：设备安装时，将其它所有设备安装好，最后只剩下烟气管道的内容，安装前，准备好所需要的闸板阀，安装工具等材料，准备完毕后将地下管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，接触处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。对于需要改造的烟气进、出风管，通过电气控制烟气进、出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的闸板阀，
18、关闭主烟道闸板阀使焦化炉中的高温废气送入余热锅炉；当余热锅炉项目处于检修模式时，即打开主烟道闸板阀，后关闭锅炉进口处和出口处闸板阀，则焦化炉高温废气经焦炉烟囱排入大气。焦炉原主烟道上设置一个出烟口，烟道余热回收装置经换热后温度降到170左右，经引风机引入原主烟道预留的进风口进入烟囱，引风机后设置烟道阀门，引风机为变频调速风机，以满足烟道出口压力，保持焦炉的正常运行。在地下主烟道翻板阀前开孔，将主烟道路热烟气从地下主烟道路引出，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145170的范围内，经锅炉引风机再排入主烟道翻板阀后的地下烟道，经烟囱排空；4.3.水汽系统4.3.1水汽系统流程
19、水进入软化水处理装置，经处理后的软化水进入水箱，并由给水泵补入除氧器，除氧水由给水泵补入软水预热器（省煤器），预热后进入蒸汽聚集器，然后通过下降管进入热管蒸发器，吸收烟气中的热量后形成汽水混合物通过上升管进入蒸汽聚集器；在蒸汽聚集器内蒸汽与水分离产生0.8MPa饱和蒸汽并入管网。水系统的供水量每小时9.5吨，供水压力0.2MPa，水源由自来水总管供给软化水处理系统，然后经软化水箱进入除氧器，除氧器提供补水管，将处理后的水补给软水预热器。从软化水箱到软水预热器的给水系统均配两台电动给水泵（均为一开一备），水泵扬程除满足系统压力外，还要克服水柱爬升高度及沿程阻力，型号为DG型锅炉给水泵。软水预热器
20、、蒸汽发生器、汽包、软化水系统、除氧器均设有排污出水口，可定期清除内部残留污物及水垢。系统水箱设有给水取样；蒸汽聚集器设有水取样点，对换热器水进行取样。4.3.2余热锅炉辅助系统余热锅炉本体范围内的主要系统如下：1）水加热系统：2）蒸汽输出系统；3）汽水取样系统：给水要求： 硬度2.0 氧15，铁50，PH 8.89.2.凝结水要求：硬度2.0 溶解氧100 磷酸根515mg/L PH值9.0114)疏放水系统设备本体范围内的各设备的最低点设置疏、放水点，确保各省煤器、蒸发器等的进出口联箱疏、放水的畅通。5）事故放水当锅炉汽包水位高于紧急水位时，打开电动事故放水阀，防止汽包满水。6)放汽系统-
21、在系统的最高点，设置放气点，当上水和启动时，排去锅炉内空气和不凝结气体。7)排污系统-汽包设连续排污，在水系统的下联箱设定期排污，排去适量的污水以确保蒸汽品质。8)蒸汽放散-设备故障时，蒸汽能够实现紧急快速放散蒸汽。紧急放散系统排汽配置消音器。4.3.3余热回收系统的设计本系统采用卧式单压自然循环余热回收系统，利用废热烟气余热产生蒸汽，实现余热回收。焦化炉主烟道、烟气进口管道和余热锅炉出口管道均采用钢制密封壳体形式，管道外部采取保温，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，可以在热态下很好的
22、吸收膨胀。4.3.4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，为此我公司在对所有管道进行镍基钎焊之后，还要再进行必要的防护措施，主要采取在锅炉的迎风面进口前3排热管处设置不锈钢防冲刷罩，同时加大换热器的换热面积。这样对防止烟气的冲刷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。4.4 余热锅炉系统热管余热回收装置由热管蒸气发生器、热管软水预热器、汽包、上升管、下降管等组成。4.4.1余热锅炉系统设计(1)锅炉烟气进口至出口，烟气阻力小于800Pa。(2)系统正常排污量不超过锅炉给水流量的2%。(3)锅炉疏放水系统能在一个小时内，将整台锅炉的水以重力放空。(4)管道、
23、阀门、排污扩容器及附件的设计压力和设计温度的确定符合标准规范有关确定。（5）负责提供锅炉与其它设备之间的接口设计，并提供锅炉接口清单表。（6）锅炉设有水压试验接口，提供试验方法和详细说明（包括试验用水的水质和水温）。（7）提供受热面化学清洗的方案，设计中材料的选择考虑化学清洗潜在的腐蚀影响。提供化学清洗的设备、阀门、管道及附件等。（8）锅炉的取样点、监视点、加药点、排污点、放气点及停炉放水点和充氮点全部带有根部阀，如为法兰连接配带反向法兰、垫片及紧固件。（9）供测量烟道及余热锅炉本体各段温度的测量元件。（10）在符合设计条件及系统正常投运时，保证达到以下运行性能：锅炉在设计工况参数下能达到额定
24、值。并保证长期安全运行，所有附件及配供的测控设备均能正常投运。主蒸汽额定汽温偏差为5，在可能运行的条件工况下，各段受热面的金属壁温都在允许范围之内。锅炉从启动到最大连续负荷范围内，水循环安全可靠。锅炉适用于露天布置，并采取适当防雨，避雷和防盐雾腐蚀的措施。锅炉设计在定压运行下有良好的对负荷变动的适应性，在变负荷运行时，锅炉应有足够的安全可靠性，以适应系统或控制装置在运行中产生的偏差。河北达丰焦化 110万吨焦化烟道气余热锅炉现场布置图4.4.2余热锅炉汽水系统设备布置(1)余热锅炉包括：蒸发器、省煤器、汽包、除氧器。(2)锅炉整体布置余热锅炉采取卧式布置，分成受热面部分和公用部分。受热面部分用
25、热管作为传热元件，保证设备高效换热和安全稳定运行。公用部分分成二层设置，均为钢结构。一层布置蒸发器、省煤器。二层布置汽包。水处理间布置中压锅炉给水泵、软水泵，软水箱、汽水取样分析装置和锅炉锅内磷酸盐加药装置。4.4.3系统主要功能 除氧软水由给水泵输入软水预热器预热后进入汽包，水通过下降管进入蒸汽发生器，水吸收热量变成饱和水，饱和水再经上升管进入汽包，在汽包里进行水汽分离，形成0.8MPa的饱和蒸汽，蒸汽送至总管或用户。设备简图4.4.4主要设备的性能1）蒸汽发生器的性能参数 蒸汽发生器的原理为：热流体的热量由热管传给放热端水套管内的水(水由下降管输入)，并使其汽化，所产汽、水混合物经蒸汽上升
26、管到达汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不断将热量输入水套管内的水，并通过外部汽水管道的上升及下降完成基本的汽水循环，达到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。蒸汽发生器的性能参数 设计工况（表4-1）热侧废气蒸 汽流 量144000Nm3/h9000kg/h进口温度/300150出口温度/191175设计压力MP常压1.0工作压力MP常压0.82）软水预热器的性能参数原理为：热流体的热量由翅片热管传给放热端水套管内的水，水吸收热量，使热流体降温，使套管内的水由欠饱和态达到相应压力下的饱和态，再进入汽包内参与自然循环过程。使热流体降温，达到预期的效果。 软水预热器的性能参数 设计
27、工况表（表4-2）热侧废气冷侧水流量144000Nm3/h9500kg/h进口温度/191100出口温度/170150设计压力MP常压15.0工作压力MP常压12.04.5余热锅炉的性能4.5.1热管余热锅炉热管余热锅炉的核心部件热管。热管这种传热元件，可以单根使用，也可以组合使用，根据用户现场的条件，配以相应的流通结构组合成各种形式换热，热管换热器具有传热效率高、阻力损失小、结构紧凑、工作可靠和维护费用少等多种优点。热管的特点1、 极高的传热性能 随管内工质的不同，传热系数达100000000W/m2.,是普通碳钢的400000倍。、低温差下高传输热量能力 一根直径12.7mm，长1000m
28、m的紫铜棒，两端温差100时传输30W的热量；而一根同样直径、长度的热管传输100W的热量，两端温差只需几度；、换热两流体均走管外，可以翅片化以强化传热；、单管作业性 由热管组成的换热设备单根热管损坏对设备的换热影响不大，即使部分热管损坏也不会影响的政正常运行；、热源分汇 在设计可以随意调整热管冷却段和蒸汽段的换热长度，以控制热管的壁温，因此可以使热管换热器避开露点。这样就可避开露点腐蚀、不易积灰； 、热管与换热器单支点焊接，避免由热帐冷缩造成的应力。4.4.2根据热管的这些特点，从而决定了热管余热锅炉的特点；、传热系数高：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
29、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。、彻底解决泄漏问题：由于热管是单管作业，冷热流体完全隔开，有效防止水汽系统的泄漏。在运行时，废气的大量冲刷，即使管子一端被腐蚀穿，只能使该热管失效，而管子另一端是完好的，不会造成冷侧的气水泄漏到热侧，确保了系统的安全运行，彻底解决了设备泄漏问题。、避免露点腐蚀：热管余热锅炉每一根管子的壁温是一个值，这就使相当一批热管在酸露点以上工作，当壁温比酸露点高1以上时，就可以避免露点腐蚀。通过调节热管冷热段受热表面的比例来调整管壁温度，避开最大腐蚀区。、减轻积灰、堵灰及解决灰堵问题：热管余热锅炉避开了露点，管壁不结露，就大大减少了灰的附着力，而且热管余热锅炉从设计上更科学合理，使其本身就具有一定的自吹灰能力。、阻力损失小。、单根或多根热管的损坏不影响设备整体使用。 热管蒸发器工作原理 采用热管余热锅炉安全可靠：由于热管余热锅炉解决管子的磨损、腐蚀，设备的积灰、灰堵，延长了设备使用寿命，所以选用此设备安全可靠。4.6钢架、平台扶梯本体钢架采用全钢结构，按七度地震烈度设防。钢架采用大型H型钢制成。本体钢架采用桁架式结构，本体钢架将支撑整台锅炉正常运行时所产生的允许载荷以及风载、地震等载荷，并将其平稳地传递至地面基础，确保锅炉在允许载荷范围内长期安全可靠的运行
