冲渣水发电可研建议书.doc

上海宝钢股份不锈钢分公司上海宝钢股份不锈钢分公司 高炉冲渣水余能利用项目高炉冲渣水余能利用项目 可行性研究建议书可行性研究建议书 上海大学循环经济研究院上海大学循环经济研究院 二零零八年五月二零零八年五月 目目 录录 第一章 总论 3 1 1 项目情况概述 3 1 2 编制依据 3 1 3 编制原则 3 第二章 项目背景 必要性及意义 4 2 1 企业基本情况 4 2 2 项目建设的必要性和重要意义 5 2 2 1 项目建设的必要性 5 2 2 2 项目建设的意义 6 第三章 项目内容及技术方案 8 3 1 项目内容 8 3 2 技术方案 10 3 2 1 工质的确定 10 3 2 2 系统工作原理 10 3 3 300 kW 低温热水发电项目设计计算 11 3 4 技术前景 15 第四章 项目的经济效益和社会效益 16 4 1 经济效益分析 16 4 2 社会效益分析 16 第五章 项目投资概算 18 第一章第一章 总论总论 1 11 1 项目情况概述项目情况概述 项目名称 上海宝钢股份不锈钢分公司高炉冲渣水余能利用项目 项目单位 上海宝钢股份不锈钢分公司 企业性质 国有企业 建议书编制单位 上海大学循环经济研究院 1 21 2 编制依据编制依据 1 上海市科委与上海大学循环经济学院签订的 上海地区钢铁冶金 企业循环经济战略研究 合同 2 宝钢循环经济发展战略 研究合作协议书 3 上海宝钢集团所提供的相关资料 1 31 3 编制原则编制原则 1 严格执行国家相关法律 法规 强制性设计标准及规范 2 充分考虑清洁生产 环境保护等因素 尽量建议采用国际国内先 进水平的工艺流程 3 充分注意能源综合利用 降低能源消耗 4 以现有场地设备为依据 本着循环经济原则进行项目建议 第二章第二章 项目背景 必要性及意义项目背景 必要性及意义 2 12 1 企业基本情况企业基本情况 宝山钢铁股份有限公司不锈钢分公司是我国重要的不锈钢精品基 地 坐落于上海市宝山区境内 占地 3 53 平方公里 公司的前身是 上海第一钢铁有限公司 一钢公司 创建于 1938 年 从解放前作坊 式的铁工厂 已成功发展壮大成为现代化大型钢铁企业 公司于 2001 年投资 155 2 亿元人民币 新建了国内第一条不锈钢 碳钢联合生产线 新建成的生产线采用了当今世界先进成熟的工艺 技术装备 全年可产不锈钢 150 万吨 碳钢 190 万吨 不锈钢热轧 板卷 128 万吨 碳钢热轧板卷 181 万吨 此不锈钢生产线以生产奥氏体为主 还可生产铁素体 马氏体 超马氏体 双相钢 超低碳 氮等目前世界上已经开发成功的各种 不锈钢新产品 碳钢生产线可生产优质碳素钢 耐大气腐蚀钢 低 微合金高强度钢 焊接结构钢 管线钢等多种产品 公司产品已经广泛用于厨房设备 餐具器皿 家用电器 交通运输 建筑装潢 石化 环保 医疗 水箱等各种领域 受到了广大用户 的欢迎 产品不仅在全国各地销售 而且已经远销美国 德国 罗 马尼亚 韩国和台湾地区 2 22 2 项目建设的必要性和重要意义项目建设的必要性和重要意义 2 2 12 2 1 项目建设的必要性项目建设的必要性 多年来 上海宝钢公司在节能降耗上加大了投资力度 并取得 了巨大成绩 企业也得到了回报 2005年 宝钢每炼1吨钢 综合能 耗不到679公斤标准煤 比全国平均水平低近10个百分点 在污染方面 钢铁工业排放的废水和废气约占工业总排放量的 14 固体废弃物约占工业废弃物总量的16 为此 宝钢多年以来 一直非常注重循环经济的发展 正如宝钢集团副总经理李海平日前 所说 发展循环经济是钢铁企业义不容辞的社会责任和必然选择 据统计 宝钢历年来与环保和循环经济相关的工程投资达43 4亿元 采用世界先进环保技术和装置的达316项 但是对于低热部分处理仍 然具有一定问题 如宝钢不锈钢公司冲渣热水总流量合计为 5000m3 h 温度均在70 左右 这一部分热量几乎没有加以利用 产生了很大一部分热量的流失 且对环境造成了热污染 一方面 热 污染会导致全球气候的变化 给全球生态带来不可预期的影响 另 一方面 直接向环境排热 会使局部生态发生改变 而在减少热污 染方面 利用废热是减少热污染的高效途径 例如 把工厂的废蒸 汽通过热交换器用来洗澡 或把废热用于加热需要升温的原料 既 回收了废热 节约了能源 又防止了环境的热污染 目前 宝钢正在积极编制 2007 2012年循环经济规划 通过 不断完善循环经济模式 以成为可持续发展的生态化大型钢铁集团 为此 加快宝钢整体的循环经济发展的步伐 不仅可以尽快使宝钢 的走上生态化的可持续发展道路 而且还能提高宝钢的长期竞争力 并能为我国的钢铁工业发展开辟新的天地 宝钢不锈钢分公司的本项目遵循宝钢的生态化的发展战略 依 据循环经济的基本原理及原则针对宝钢的高炉冲渣水的低温余热高 效利用问题而提出 2 2 22 2 2 项目建设的意义项目建设的意义 钢铁厂在高炉炼铁工艺中 产生的炉渣温度大约为1000 此炉 渣在冲渣箱内由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化 以供生 产水泥之用 这一过程中能够产生大量温度在70 的低温热水 研 究表明 冲渣水温度越低 其炉渣制成的水泥活性越高 因此在目前 的生产工艺中 冲渣水是在沉淀过滤后引入空冷塔 冷却后再次循环 冲渣 这样使得很大一部分热量在空冷塔中流失 既造成了能源的浪 费 又对环境造成了热污染 中国是世界上的钢铁产量大国 据有关专家分析 随着重工业化 时代的到来 中国的钢铁产量将在三 四年内达到顶峰时期 并能够 一直持续到2020 年 在这样一个庞大的国家支柱型产业中 每一种 小的节能改进都会产生巨大的整体效益 此外 我国电力资源紧缺的局面日益严峻 时常导致全国大规 模拉闸限电 为众多企业造成了巨大的经济损失 因此 很多企业开 始积极寻找其他途径来获得廉价电力 针对这种情况 本项目进行钢铁厂冲渣水的余热回收 将低品位 的热能转化成高品位的电能 既减少了能源浪费 促进了环保 又能 够为钢铁类企业创造经济效益 此外 本项目适应性广 不但适于 同类大型钢铁企业 也适于大型的化工 石油等产生大量低温热水 的企业 具有较强的推广型 意义深远 第三章第三章 项目内容及技术方案项目内容及技术方案 3 13 1 项目内容项目内容 我国的高炉冲渣水余热利用多以采暖为主 在北方地区的钢厂 如济南第二炼铁厂 山东泰山钢铁厂均建设了利用高炉冲渣水对厂 区和居住区进型供暖的采暖系统 均取得了良好的运行效果 技术 工艺较为成熟 目前国内有无锡东方环境设计研究院 广州能源研究所 天津 大学等研究机构在低温热水发电系统上进行研究和技术推广 已经 应用的例子有 1 丰顺300KW地热试验电站 是中国第一座热水型地热发电试 验电站 利用90 左右的地热水发电 已经成功运行20多年 是低 温余热发电技术的保证和示范 2 中国石油锦州石化分公司4MW余热发电站 该装置是国内第 一套同时利用热水及低压蒸汽两股热源发电的电站 该电站于2005 年10月一次性开机调试运行成功 目前 宝钢不锈钢公司冲渣热水总流量合计为5000m3 h 温度 均在70 左右 这一部分热量几乎没有加以利用 产生了很大一部 分热量的流失 既造成了能源的浪费 又对环境造成了热污染 针对 这一情况提出对高炉冲渣水余热通过低温发电技术进行回收 从工艺角度讲 高炉水冲渣是冶炼过程的最末端工艺 对冲渣 水进行合理利用 与高炉冶炼过程不产生实际性的交叉 对高炉的 冶炼工艺不会产生任何影响 从能源角度讲 低温热水发电项目采用的是双循环流程设计 包括高炉冲渣水循环和工质循环两方面 可将热水中的热量源源不 断的提取出来 转化为高品位的电能 系统拟配置多组300kw发电机 组 按照宝钢目前的冲渣水流量5000吨 小时计算 其余热可回收净 发电量为10150kw h 取系统年运行时间为7000h 则年发电量为 7105万度电 3 23 2 技术方案技术方案 3 2 13 2 1 工质的确定工质的确定 针对该钢铁厂高炉冲渣水温度低 流量大的特点 为了能够高效回 收低温余热 本设计采用低沸点的循环工质 经过反复计算 在对比了 当前广泛使用的一些低沸点工质热力性质后 发现 R600 在该温度段焓 降大 工作压力适中 同等条件下发电量大 工质流量小 属最佳选择 因此最终选用 R600 作为该系统的工质 3 2 23 2 2 系统工作原理系统工作原理 低温热水发电项目采用的是双循环流程设计 包括高炉冲渣水循 环和工质循环两方面 如图所示 高炉冲渣水的排出时温度大约为 70 首先经过沉淀除杂的预处理净化水之后 进入特殊设计的换热 器 通过换热器将热量传递给工质 水的温度也随之降至 50 左右 再送至高炉供冲渣循环利用 工质在热换热器内吸收高炉冲渣水的热 量后变成 65 的过热蒸气 进入气轮机膨胀做功 带动发电机转动 对外输出电能 做功后的工质变成低压过热蒸气 低压过热蒸气进入 冷凝器放出热量 变成低温低压的液体工质 然后由工质泵送到热交 换器中吸热 再次变成过热蒸气去推动气轮机做功 如此连续循环 可将热水中的热量源源不断的提取出来 转化为高品位的电能 其工 质循环的 T S 图及系统工作的原理图如下 系统工作的原理图 工质循环T S 图 3 33 3 300300 kWkW 低温热水发电项目设计计算低温热水发电项目设计计算 依据系统设计 按理想状态 进行了热力计算和设备选型计算如下 各点基本参数 根据该钢铁厂现有的热水资源状况 综合考虑当地的环境 气候条件 确定热力循环的基本参数如下表 系统的方案设计和设备选型 为了提高该项目的地区普适性 在设计过程中提出了风冷式机组和 水冷式机组两种方案 在空冷式系统中 冷凝器的空气侧采用肋片结构 来增强换热能力 在水冷式系统中 冷却塔采用湿式冷却塔 工作过程中 需要补充一定量的循环水来弥补蒸发损失 两种机组形式示意图如下 所示 风冷式系统示意图 水冷式系统示意图 其具体设计参数见下表 300kW 机组的设计计算 1 气轮机内焓降 h h1 h2 48 kJ kg 2 以发电量 300kW 计算 则工质的质量流量为 M2 300 3600 0 65 h 34650kg h 3 热交换器内的换热量 Q1 34650 h1 h4 14033250kJ h 3898 kW 4 冲渣水质量流量 M1 Q1 c t 14033250 4 18 35 95921 1kg h 96t h 5 冷凝器内放热量 Q2 h2 h3 M2 358 34650 12403660kJ h 3445 5 kW 6 冷却水的质量流量 M3 Q2 c t 12403660 4 18 6 494563 8kg h 494 6t h 计算结果及分析 在风冷式机组中 系统本身的耗功部件包括 水泵 工质泵 风机 在水冷式机组中 系统本身的耗功部件包括 水泵 工质泵 冷却塔循 环水泵 冷却塔引风机 经计算 300 kW 的发电机组可回收的热量为14 033 250 kJ h 合计3 898 kW 有效利用低温热水96t h 如果采用 风冷方式 发电功率为123 kW 如果采用水冷方式 发电功率为217 4 kW 详见下表 由计算结果可知 水冷式机组的效率是 5 2 比风冷式机组的效 率 3 1 高一些 其主要原因是风冷式机组发出的电量相当大一部分 被系统所配的风机消耗掉 而水冷式系统中的湿式冷却塔所配的水泵和 风机耗功相对较小 由此使得发电效率产生比较大的差异 由于宝钢处 于水资源比较充裕而电力紧张的地区 采用水冷式系统无疑将大大提高 发电效率 有效缓解当地电力紧张的局面 保证生产的顺利进行 为企业 产生巨大的经济效益 设备相关参数 目前国内有无锡东方环境设计研究院 广州能源研究所 天津大 学等研究机构在低温热水发电系统上进行研究和技术推广 其中无锡东方环境设计研究院技术各项参数为 1 适应于蒸汽 汽水混合汽 热水 被污染热源的各种介质 2 在热源参数大幅度波动工况下 能够高效 安全运行 3 全自动无人值守运行操作 4 低沸点工质动力机的主要技术参数 水蒸汽介质进口参数 0 3 2 5Mpa 130 300 C 5 动力机内介效率 65 80 6 最大输出功率 1500Kw 7 转速范围 1500 3000rpm 动态调整 8 拖动负载 发电机 各种泵 风机 磨煤机等 其样机照片如下 3 43 4 技术前景技术前景 本技术具有极强的现场应用背景 将在宝钢股份不锈钢分公司开展 工业化试验 一旦取得阶段成果 将向宝钢股份的其他下属钢铁公司 推广应用 同时将申报上海市科委 上海市经委 国家等相关部委的 资助 并在合适的条件下 向全国各大中型钢铁企业 石油化工 电 力等行业推广 其经济效益极为显著 也符合我国节能减排的重大战 略国策 第四章第四章 项目的经济效益和社会效益项目的经济效益和社会效益 4 14 1 经济效益分析 经济效益分析 短期微观经济效益 按照宝钢目前的冲渣水流量5000吨 小时计算 其余热可回收净发电量为10150kw h 取系统年运行时间为7000 h 则 年发电量为7105万度电 工业用电的费用为0 6元 度 合计年发电收 益为4263万元 而每小时可利用100吨冲渣水的300KW电机组投资约在 200万左右 针对宝钢目前5000吨 小时的冲渣水流量 可采用并联机 组的形式粗略估算 宝钢需总投入1亿元的资金进行设备购置 其回收 周期为2 5年左右 本项目可初步投入3 5组发电机组进行初步试运行 经调试成功后可大规模一次性投入 长期宏观经济效益 2005年 年产1000万吨的中国钢铁企业由 2004年的2家发展到8家 500万 970万吨产量的企业有10家 300 500 万吨企业有16家 年产500万吨以上的企业共有18家 占中国粗钢产量 的46 36 2005年 我国共有高炉约1232座