湖北丹瑞炭素有限公司余热发电项目可行性论证报告.doc

武汉市通益电气有限公司
汉江集团
湖北丹瑞炭素有限公司余热发电项目
可行性研究报告

武汉市通益电气有限公司
2010.5月
第一部分
企业基本概况
一、项目概况
1项目名称
汉江集团湖北丹瑞炭素有限责任公司配套余热发电项目
2 项目承办单位及负责人
（1）项目承办单位
武汉市通益电气有限公司
（2）项目负责人
公司负责人： 卢炜 总经理 高级工程师
项目负责人： 胡少春 副总经理 高级工程师
项目技术负责人： 徐进 工程师
项目财务负责人： 孙毅 财务总监 高级会计师
项目监理负责人： 杨旭光 工程师
二 项目背景
近年来随着铝电解工业的飞速发展，作为铝生产第二大原材料的铝用炭素材料生产发展很快。持续二十年的铝工业和消费的增长刺激了我国铝用炭素材料需求在二十年间持续增长，现已成为世界上生产炭素制品产量的大国之一。但是我国的炭素生产质量与世界先进水平差距还比较大。我国的铝用炭素生产企业虽然数量众多，但是铝用炭素工业的技术装备水平低，设备老化，造成企业高污染、高消耗和高成本，国际竞争力差。国内炭素生产线自动化水平低，只有少数厂家能够实现炭素生产的自动控制。提高国内炭素生产企业的自动化装备水平，成为提高国内炭素产品国际竞争力的重要环节。节能降耗是炭素企业目前最直接的经济利益增长点，也是提高竞争力的直接选择。
三 丹瑞炭素能源使用的现状
丹瑞炭素目前能源使用状况：用原煤制造水煤气进行焙烧，重油燃烧用于煅烧，电能用于炭素制品当中的辅助设备。全厂能源使用处于粗放式状态，没有进行能源比配。利用余热来发电是丹瑞炭素改变目前能源使用状况的最好解决方式。
1 煅烧工艺高温烟气的排放
煅烧作为预焙阳极炭素工艺的首要环节，其最终各项指标直接影响阳极的产品质量。在煅烧的工艺当中，丹瑞炭素有限公司有三台煅烧炉，烟气的排量为：8000Nm3---10000Nm3/h，烟气的温度：900---1100℃。只有部分烟气温度作为能源利用，大部分的热量已经浪费。新增一台煅烧炉的烟气便直接用于发电项目。
其中浪费烟气的总量为：32000Nm3/h---40000Nm3/h，温度：900--1200℃
根据热力平衡的计算，相当于：
1700kw—2200Kw发电机组，年发电量约：1584万度
2 旋风炉高温烟气的排放
旋风炉高温加热分离是煤沥青熔化生产工艺当中的重要环节，同时排放大量高温烟气，造成能源的浪费。
目前丹瑞炭素有限公司有两台旋风炉：
烟气的排量为：8000Nm3/h—10000Nm3/h；温度为： 400-500℃
根据热力平衡的计算，相当于：
600Kw—1000Kw发电机组，年发电量约：432万度
烟气当中有沥青油，如何进行油气分离是余热利用工程比较复杂的项目。
3 焙烧水煤气对空排放
水煤气是为焙烧工艺提供能源，燃烧时产生大量热能。焙烧过程当中，有间歇过程，多余的煤气直接向大气中直接排放，给环境带来污染，给企业经济带来了损失。根据丹瑞炭素现场工艺的现状，每天有大约三分之一的时间对空排放水煤气。
每天排放折算焦煤约：15吨
根据热力平衡的计算，相当于： 1000Kw发电机组，年发电量约：720万度。
回收水煤气技术复杂，工程难度大，技术含量高，投资过大，国内大部分炭素企业在回收水煤气项目上需要克服很多困难。因此，本方案暂不考虑水煤气回收利用。
四 浪费能源的经济价值
综合上述内容，可以利用的烟气为两部分：
1 煅烧烟气，32000Nm3—40000Nm3; 温度为：900--1200℃
2 旋风烟气，8000Ｎm3---10000Nm3 温度为：400--500℃
两部分加起来充分利用，相当于安装一套3000Kw发电机组，其经济价值相当可观，按300天的全年工作日，电价按0.56元计算，年发电：
3000Ｋw×300d×24h×0.56元＝1209.6万元。
五 武汉市通益电气有限公司简介
武汉市通益电气有限公司始建于1998年。公司位于东湖新技术开发区内，是东湖新技术开发区内的高新技术企业，长期致力于节能服务产业，为企业提供余热利用、高低压变频改造、煤粉燃烧技术改造等。是专业的节能设备生产商和专业技术服务商。
武汉市通益电气有限公司与华中科技大学合作，成立通益能源技术服务中心。并以此为平台，推陈出新，开发出数十项节能专利产品。其中获得一项国家发明专利，四项国家实用新型专利，一项国家软件著作权。公司研发的“带能量回馈高压变频调速装置”已通过湖北省科技成果鉴定。
武汉市通益电气有限公司在长期的节能服务中积累了丰富的适合中国国情的节能技术和节能服务模式，采用国际先进的运行管理模式，为省内外大型厂矿企业提供EMCｏ、BOT等节能投资服务和节能技术服务。
2009年度，公司获得湖北省节能减排先进单位，入选湖北省先进节能企业。公司现为中国节能协会节能服务产业委员会会员、湖北省节能协会常务会员。

第二部分
技术可行性方案

一 煅烧工艺流程简介
铝用阳极生产原料为石油焦和煤沥青，生产工序包括：原料贮运破碎、煅烧、沥青熔化、生阳极制造、焙烧及炭块贮存和残极处理等。煅烧作为的煅烧过程中的首要步骤，直接影响阳极的最终各项指标。

石油焦是预焙阳极生产的原料，但石油焦不能直接用于预焙阳极生产。因为原料石油焦中含有一定量的水分、微观结构不规整，存在着很多缺陷，表现为导电性和抗氧化性很差，密度和机械强度低。水分的存在使成型生产过程中焦炭的破碎，筛分和磨粉困难，甚至无法进行。如果物料在混捏前不能除去水分，还会影响混捏效果，是糊料塑性变差，导致成型后的生块产生汽包和裂纹。而挥发水分在成型过程中无法排除，在焙烧时以大量气体形式排出，并伴随着焦炭本身体积的高度收缩，使焙烧制品产生大量的裂纹和变形废品， 保证不了焙烧制品质量的合格率。因此，原料石油焦在进入成型工序前必须经过锻烧。所谓缎烧，就是为改善碳质原料的理化性能，以满足生产需要而进行的高温热处理过程。锻烧的目的，就是要排除原料石油焦中的水分和挥发水分，增大焦炭的密度和机械强度，提高其导电性和抗氧化性，以满足预焙阳极生产的需要。
二 焙烧工艺流程简介
阳极炭素焙烧系统主要由生块编组系统、重油系统、窑炉焙烧系统、熟块解组系统及烟气净化系统构成。生块编组系统是将成型车间制造且已压制成型的阳极生炭块通过链式输送机、辊式输送机输送至编组站进行编组，编成正反（炭碗）相间的组，供天车装炉；重油系统是将油库或油车中重油输送到重油储罐，并对重油储罐进行保温、压力及液位控制，再将任意一个重油储罐中重油通过重油泵以一定压力和流量注入焙烧车间重油运输管道，输送到焙烧炉面出油 口，供燃烧架系统使用； 窑炉焙烧系统包括燃烧架系统及排烟架系统 2部分 , 燃烧架系统是将重油系统送来的重油， 经过增压泵提高重油压力，并通过电加热及 电拌热装置保持重油温度在一定范围之内， 再将增压后重油送人燃烧架的燃器， 按升温曲线要求通过控制器控制电磁脉冲阀喷射频率将重油喷入炉室 ， 经过燃烧使阳极炭块按预定温升 曲线升温， 以使生块中粘结用沥青及其成分渗出， 炭块中伴随着发生相应物理化学反应 ，使炭块 的性能达到 电解阳极要求，排烟架系统是通过利用燃烧后烟气余热使生块按预定升温曲线预热， 使生块在规定时问内达到焙烧初始温度， 并控制烟气的压力及电动阀开度使重油能充分烧 ； 熟块 解组系统是将已完成规定时间焙烧的阳极熟炭块通过链式输送机输送 至解组站进行解组 ， 再通过辊式输送机运送至成品库 ； 烟气净化系统将焙烧炉产生燃烧后烟气经过地下环形烟道送入烟气净化装置处理以达到环保要求。
三 实施本项目的条件
1 体制优势：公司自成立始严格按照《中华人民共和国公司法》设立为有限公司。公司实行总经理负责制，经营权与所有权相对分离，产权明晰，决策机制及时而灵活。
2 产业政策优势：公司项目属于绿色科技项目，有利于保护环境和社会经济的可持续发展。对电力系统这个环境来说，就是“绿色、节能、环保”的主要标志之一，因此本项目符合国家产业政策和国家“十一五”重点节能工程规划。
3技术优势：武汉市通益电气有限公司从1998年就从事节能项目工程研究开发，拥有一批高素质的专业技术人才，在节能优化方面拥有多项自主知识产权，使公司一直保持着行业技术领先的地位，为项目的实施打下了良好的技术基础。公司已成立了由国内相关大专院校，设计院和重点厂矿企业的同行专家为主的专家委员会，是湖北省内唯一余热利用项目实施的专业开发公司，为该项目提供了有力的技术支持。
4 管理体系：质量是企业的生命，公司已建立完善的质量管理体系，已通过ISO9001质量体系认证和ISO14001国际环境体系认证。
5政策支持：武汉市通益电气有限公司得到湖北省发改委，湖北省节能监察中心的大力支持。湖北丹江口丹瑞炭素有限公司余热发电项目，属国家支持的项目，也是地方政府大力发展的项目。
6服务模式：为用户提供合同能源管理及BOT项目服务。
四 发电能力初步设计及相关问题的说明
根据湖北丹江口丹瑞炭素有限公司生产工艺的要求，在不影响企业生产的情况下余热利用方案：
1.煅烧余热利用流程
煅烧炉

煅烧炉

煅烧炉

煅烧炉

油炉

轮机
余热锅炉

出口
1 罐式煅烧余热利用

过热器

生活用 水

罐式煅烧炉的废气温度高(可达950℃），故可设余热锅炉进行烟气余热的回收。由于入炉烟气温度高，锅炉换热效率较好，可选择双压余热锅炉。产生两种品质的过热蒸汽：中压蒸汽参数1.27MPa/330℃，供汽轮机发电；低压蒸汽参数0.8MPa/240℃，供导热油炉加热；当导热油炉不需加热时，将此部分蒸汽引入汽轮机的补汽端作功发电。本方案余热锅炉排烟温度为250℃，用于生活水的加热。

2 热力平衡计算
（1） 通常用于阳极炭素生产石油焦成分：
石油焦元素含量（％）
元素
Cf
Hf
Of
Nf
Sf
Af
Wf
Vf
含比量
84.14
3.47
1.98
0.79
0.55
0.33
8.74
10.3
（2） 烟气成分：由于原料成分不同，各生产线的烟气成分有一定差异，结合实际生产状况，按上述原料计算烟气成分： （标准烟气）
烟气成分表（％）
元素
CO2
SO2
H2Ｏ
Ｏ２
Ｎ２
成分
１４.１３
０.１５
９.１６
２.５８
７.３９
Ⅰ　烟气酸露点计算
因工业炉使用的原料和燃料不同，以及工艺过程的不同，烟气中二氧化硫转化成三氧化硫的转化率也不同的。对于化工过程来说，转化率一般为3.2％---8.7％，对于重有色冶金来说，转化率一般为6％---10％，为了考虑余热锅炉的安全，采用10％的转化率作计算。
t=116.5515+16.06329×ＩgＶso3+1.05377 (IgV so3 ) 2=156.2℃
t---烟气的酸露点温度℃； V so3 ---烟气S03体积百万分率。
硫含量较高的石油焦余热锅炉排烟相应提高。
Ⅱ 烟气的焓计算
根据烟气中各组分的比例，计算得：
入口烟气的焓
I950=in2×N2％+iO2×02％+iH2O×H2O％+ico2×C02％=1465.26kJ/Nm3
出口烟气的焓
I250=iN2×N2％+iO2×02％+iH2O×H2O％+iCO2×C02％=205.17kJ/Nm3
Ⅲ 中压余热锅炉蒸发量计算
1)锅炉入口烟气量V=10000Nm3 /h
2)锅炉入口烟气温度t′=950℃ (平均值)
3)锅炉出口烟气温度t″=250℃ (根据酸露点温度和余热最大利用化原则选定)
4)烟气入锅炉热量Q y=V×I950=14652600kJ/h
5)锅炉漏风系数△g =0.05
6)烟气带走的热量Q2=(1+△g)×V×I250 =2356670kJ/h
7)锅炉散热系数q5=2％
8)锅炉散热损失Q5=q5×Qy=293052kJ/h
9)中压锅炉吸热量Q中=Qy－Q2－Q5=12002878 kJ/h
10)蒸汽的焓igq=3333.7kJ/kg(1.27MPa，330℃)
11)给水的焓igq =438.52kJ/kg(104℃)
12)中压锅炉产汽量：D中=Q中/(igq一igq)=4145kg/h
Ⅳ 低压余热锅炉蒸发量计算
1)锅炉入口烟气量V=10000Nm3/h
2)锅炉入口烟气温度t′=600℃
3)锅炉出口烟气温度t″=250℃ (根据酸露点温度和余热最大利用化原则选定)
4)烟气入锅炉热量Qy=V×I600=8581090kJ/h
5)锅炉漏风系数△a=0.05
6)烟气带走的热量Q2=1.05×V×I170=2376595kJ/h
7)锅炉散热系数q5=2％
8)锅炉散热损失Q5=q5 X Qy=165361kJ/h
9)低压锅炉吸热量Q低=Q y－Q2－Q5=6436274kJ/h
10)蒸汽的焓i1gq =3395.6kJ/kg(0.8MPa，240℃)
11)凝结水加热器进水的焓i0 =147.26kJ/kg (35℃)
12)凝结水加热器出水的焓i10=397.12kJ/kg (95℃)
13)锅炉排污：△a1=0.02
14)加热中压锅炉给水至104℃需用热量：
△Q中给=(i10—i0)X D中 / (1一△a1)=1178209 kJ/h
15)低压余热锅炉产汽量：D低=(Q低一Q中给)/ (i1gq － i0)=1895kg/h

Ⅴ 发电指标参数
1) 锅炉参数
项目
单位
中压余热锅炉
低压余热锅炉
入口烟气量
流量
10000 Nm3 ∕h
10000 Nm3 ∕h
入口烟气温度
℃
950℃
600℃
过热蒸汽流量
T/H
4.75t/h
6.70t/h
过热蒸汽压力
Mpa
1.27
0.8
过热蒸汽温度
℃
330
240
给水压力
Mpa
2.2
1.4
给水温度
℃
104
104
排烟温度
℃
250
250
2) 装机参数
配套余热发电项目达产经济技术指标
序号
指标名称
单位
数量
备注
一
装机容量
Kw
3000

二
主要生产设备

1
余热锅炉
台
1
工艺出口
2
蒸汽量
吨
19

3
3000Kw汽轮发电机组
套
1

三
发电系统指标
按照实际的产气量
1
额定功率
Kw
3000

3
计算平均发电功率
Kw
2244

4
年运行时间
h
7200

5
年发电量
Kwh
1615.6
万度
6
余热发电自用电率
%
6.5

8
电站小时最大耗水量
m3/h
56.27

9
电站水源平均供水能力
m3/h
52.8
水压不小于2 MPa

2 水煤气焙烧余热利用
焙烧余热利用的参数主要产生在，工段间歇之中。按照湖北丹江口丹瑞炭素有限公司现场工艺的要求：
（1）水煤气的生产
湖北丹瑞炭素焙烧工艺的主要温度的产生在水煤气焙烧。其水煤气是通过焦煤气化产生。现今广泛使用的工艺仍是传统的五步法，该工艺主要是：空气吹风、上行制气、下行制气、二次上行制气、空气吹净五个阶段循环．由于共用管道多，每个阶段的实现靠阀门控制，阀门切换频繁，占用大量时间，导致制气强度降低。制气主要在上行制气阶段进行，在煤气产量达到最大值后，随着床层温度降低迅速下降；下行制气阶段煤气产量大部分时间低于平均值，二次上行制气主要目的是为了安全考虑，空气吹净阶段主要是为了回收煤气炉上部空间和管道里的煤气，因此整个循环过程制气强度不高，效率比较低下。工业上，水煤气的生产一般采用间歇周期式固定床生产技术。炉子结构采用UGI气化炉的型式。在气化炉中，碳与蒸汽主要发生如下的水煤气反应：　　 C+H2O→CO+H2 （高温）　　 C+2H2O→CO2+2H2 （高温）
（2）水煤气的回收
目前湖北丹江口丹瑞炭素水煤气浪费点，在焙烧生产工艺当中。每天有大约11吨水煤气浪费 ，按照工艺的要求回收难度相当大，其设备要求极高。压力容器要求为3级资质，一般的企业不具备生产许可。其设备当中，主要设备有回收器，储气柜，燃烧器，汽水分离器，联箱安全气包，多相位控制器等设备。
（3） 水煤气产气量
水煤气的产气量一般为：水煤气燃烧热焓×吨位×水蒸气比热率﹦产气量。
国家标准水煤气热值
水煤气
10454千焦（2500千卡）/立方米
0．3571千克标准煤/立方米
按照湖北丹江口丹瑞炭素有限公司的工艺要求，节余的水煤气燃烧大约可以产生4吨蒸汽，相当于增加了1000KW发电量，可以直接用于生产，也可以用于发电，其经济价值比较高。

五 电气接入系统方案
1 电气主接线
为保证电站运行的可靠性和供电质量，拟建的汽轮发电机组10.5kV 母线采用单母线（不分段）接线方式，发电机组由余热电站 10.5kV 母线经电缆线路与炭素生产线总降10.5kV相联的联络开关组成电站侧母线段。并网同期点分别设在发电机出口开关及与系统连接回路余热电站侧开关处。该种接线方式可保证电站与系统联络灵活，同时亦可保证站用电的安全和可靠。
2厂用电系统及直流系统
电站站用电设备总装机容量为 480KW，计算负荷为 383KW。
根据直流系统的负荷（包括正常工作负荷和事故负荷）容量，为了安全可靠，设计选用一套 180Ah 铅酸免维护直流蓄电池成套装置。
站用电接线应安全可靠、保证重要负荷供电连续性，同时应在站用电主接线简单、灵活的原则下，兼顾电站热力系统的配置。站用电将采用单母线分段运行的接线方式，站用变压器选用二台10.5kV/0.4kV 500kVA变压器。
3 电机控制及保护系统
远程方式：DCS 组态里面 DO 驱动中间继电器，给起动线圈带电，起动电机。
中压保护：包括发电机主保护、微机线路光纤纵差保护、站用变压器保护，电站侧联络线出口还设有解列装置。
六 总投资估算（万元）不含水煤气回收投资
八万吨炭素余热电站总投资估算
序号
项 目
汽轮机进汽 1.27MPa—330℃方案
一
发电装机
3.0MW
二
平均发电功率
2244KW
三
全套锅炉重量
500t
四
投资估算（万元）
武汉通益
业主选择
合计
1
项目设计、服务、管理费用
116

2
机械设备费用
1567.0

3
电气设备费用
580.1

4
控制系统费用
277.2

5
安装材料费用
259

6
安装工程费用
357.3

7
建筑工程费用

335.5

8
其他
68.8

合 计
3225.4
335.5
3560.9
备注：土建工程不含桩机及基础特殊处理费用；其他费含接入系统、调度物资、工器具等。
第三部分
技术可行性方案
一 通益的BOT模式
1通益电气在余热发电项目上采用的几种BOT模式
（1）BOT（build-operate-transfer）：即建设-运营-移交。服务商在得到用户建设新项目的特许权时，服务商承担项目投资、项目建设、项目运营直至移交。
　　（2）BOOT（build-own-operate-transfer）：即建设-拥有-运营-移交。这种方式明确了BOT方式的所有权，服务商在特许期内既有经营权又有所有权。一般说来，BOT即是指boot。
　 （3）BT（build-transfer）：建设-移交。即项目建成后立即移交，可按项目的收购价格分期付款。
（4）IOT（investment-operate-transfer）：投资-运营-移交。即收购现有的基础设施，然后再根据特许权协议运营，最后移交给接受服务者。
2 BOT的特点
（1）用户不需要承担技术风险。由于项目建设由服务商提供，服务商从项目设计、项目施工、项目调试及运行全权负责，因此，用户避免了项目技术风险。
（2）用户不需要资金投入。项目投资是BOT项目的贯穿始终的一个重要内容。这个过程全部由服务商为主体进行操作，风险也完全由服务商承担。
（3）用户参与利益分配。BOT模式的核心就是利益分配，利益的大小是服务商与用户之间协商完成，实行比例分配。即用户无需投入，并且参与利益的直接分配。
3 实施BOT的步骤（图）

4 公司余热发电服务范围
（1）为水泥、钢铁、冶金、玻璃，化工等行业纯余热发电项目及其它废弃物再生能源项目、清洁能源项目的投资·建设及项目建成后的生产运行管理。
（2）为各种类型的立窑、中空窑、中空余热窑、预热器窑等余热利用项目提供工程设计、技术咨询、设备成套、设备招议标、施工安装、工程调试、生产运行管理一系列服务工作 。
目 录
第一章 总 论 4
1.1 项目概况 4
1.2 编制依据 5
1.3 项目建设内容及规模 5
1.4 项目投资概算及资金筹措 14
1.5 产品方案 15
1.6 原材料及动力 16
1.7 主要技术经济指标 17
1.8 项目实施进度 18
1.9 研究结论 18
第二章 项目建设背景和必要性 19
2.1 项目建设背景 19
2.2 项目建设必要性 20
第三章 市场分析和预测 22
3.1 市场现状 22
3.2 **县市场 23
3.3 全国市场 23
3.4 鸡肉市场分析 24
3.5 鸡蛋市场分析 24
3.6 有机肥市场分析 24
3.7 销售预测 25
第四章 项目区概况 26
4.1 项目区基本情况 26
4.2 项目区畜牧业生产现状 27
4.3 水、电、路、通讯、技术等条件 27
第五章 项目建设方案 29
5.1 项目建设原则 29
5.2 项目设计依据的规范与规程 29
5.3 项目设计方案 30
5.4 工程设计标准 33
5.5 技术标准 36
5.6 设备选型 53
第六章 消防安全 57
6.1 消防依据 57
6.2 消防工作程序 57
6.3 消防安全流程 59
第七章 节水与节能 60
7.1 节水工程与科技措施 60
7.2 养殖节能措施 61
7.3 饲料加工节能措施 61
7.4 电气节能措施 62
7.5 减排 62
第八章 环境影响和保护措施 63
8.1 环境保护依据 63
8.2 项目区环境现状 63
8.3 环境影响评价 64
8.4 工程环境保护措施 64
8.5 “三废”处理措施 65
8.6 环境影响综合评价 65
第九章 项目组织管理 67
9.1 基本思路 67
9.2 组织管理 67
9.3 施工组织及质量管理 68
9.4 建设及运作方式 69
第十章 招投标方案 70
10.1 项目招标执行文件及标准 70
10.2 项目招标范围、组织形式及方式 70
10.3 招投标组织 71
第十一章 建设实施进度安排 73
11.1 项目建设期 73
11.2 项目建设进度安排 73
第十二章 投资估算和资金筹措 74
12.1投资概算 74
12.2 资金筹措方案 86
第十三章 财务分析评价 87
13.1 财务评价依据 87
13.2 经营收入、税金及附加估算 87
13.3 利润估算 90
13.4 财务现金流量分析 90
13.5 盈亏平衡分析 90
13.6 敏感性分析 91
13.7 评价小结 91
第十四章 效益分析 93
14.1 经济效益 93
14.2 社会效益 94
14.3 生态效益 95
第十五章 风险分析及保障措施 96
15.1 项目主要风险因素分析 96
15.2 保障措施 97
第十六章 结论与建议 101
16.1 可行性研究结论 101
16.2 问题与建议 101