高炉冲渣水余能利用项目可行性研究建议书

高炉冲渣水 余能利用项目 可行性研究建议书 上海大学 XX 研究院 二零零八年五月 目 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： . 17 第五章 项目投资概算 . 18 第一章 总论 1.1 项目情况概述 项目名称： 上海 XX股份 XX分公司 高炉冲渣水余能利用项目 项目单位： 上海 XX股份 XX分公司 企业性质：国有企业 建议书编制单位：上海大学 XX研究院 1.2 编制依 据 1. 上海市科委与上海大学 XX 学院签订的上海地区钢铁冶金企业XX战略研究合同； 2. “ XXXX发展战略”研究合作协议书； 3. 上海 XX集团 所提供的相关资料； 1.3 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 XX原则进行项目建议； 第二章 项目背景、必要性及意义 2.1 企业基本情况 宝山钢铁股份有限公司 XX分 公司是我国重要的 XX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 XX、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 XX150 万吨、碳钢 190 万吨， XX 热轧板卷 128 万吨、碳钢热轧板卷 181万吨。 此 XX 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 XX 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。 2.2 项目建设的必要性和重要意义 2.2.1 项目建设的必要性 多年来，上海 XX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， XX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， XX多年以来 一直非常注重 XX的发展，正如 XX集团副总经理李海平日前所说，发展 XX是钢铁企业义不容辞的社会责任和必然选择。据统计， XX历年来与环保和 XX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 XXXX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， XX正在积极编制 “2007 2012年 XX规划 ”，通过不断完善 XX模式，以成为可持续发展的生态化大型钢铁集团。为此，加快 XX整体的 XX发展的步 伐，不仅可以尽快使 XX的走上生态化的可持续发展道路，而且还能提高 XX的长期竞争力，并能为我国的钢铁工业发展开辟新的天地。 XXXX分公司的本项目遵循 XX的生态化的发展战略，依据 XX的基本原理及原则针对 XX的高炉冲渣水的低温余热高效利用问题而提出。 2.2.2 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 项目 内容 及技术方案 3.1 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， XXXX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 XX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。 3.2 技术方案 3.2.1 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。 3.2.2 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 3.3 300 kW 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=35834650=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 XX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： 3.4 技 术前景 本技术具有极强的现场应用背景，将在 XX股份 XX分公司开展工业化试验，一旦取得阶段成果，将向 XX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 项目的经济效益和社会效益 4.1 经济效益分析： 短期微观经济效益：按照 XX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 XX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， XX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