T_CI 067-2023 生物柴油冶金炉窑低碳技术规范.pdf

团体标准ICS 25.180.01CCS F01T/CI 067-2023生物柴油冶金炉窑低碳技术规范Low Carbon Technical Specification for Metallurgical FurnaceBased on Biodiesel中国国际科技促进会发 布CI2023-5-19 发布2023-5-19 实施1前言本文件按 GB/T 1.1-2020标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则起草。本文件包含两项 CN111965974B（一种粘度梯度优化温度调节生物质燃油运动粘度的方法）、CN109678801B（一种苯羟基阴离子功能化离子液体抗氧化剂及其制备方法）专利；具体内容由昆明理工大学负责解释。本文件由昆明理工大学提出。本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位：昆明理工大学、昆明有色冶金设计研究院股份公司、云南铜业股份有限公司西南铜业分公司、瀚蓝绿电固废处理（佛山）有限公司、楚雄滇中有色有限责任公司、易门铜业有限公司、昆明鹏翼达气体产品有限公司、曲靖大为焦化制供气有限公司、国科联盟（北京）国际信息科学研究院。本文件主要起草人：王华、李法社、华志宇、王霜、李舟航、翟玉玲、倪梓皓、王文超、隋猛、谭方关、张慧聪、张小辉、段耀宗、陈仁义、卢凤菊、陈勇、严鹏、保德山、张裕斌、赵芳萱。本文件为首次发布。T/CI 067-20232生物柴油冶金炉窑低碳技术规范1范围本文件规定了生物柴油冶金炉窑低碳技术的术语和定义、基本要求、技术内容、技术要求、分析检测与计算、工程设计、施工与验收、运行与维护、安全管理等。本文件适用于精炼炉、奥斯麦特熔炉、熔铝炉、艾萨炉、闪速炉、焙烧炉、连续吹炼炉、贫化炉、阳极炉、挥发回转窑、烟化炉、侧吹炉等冶金常用炉窑。2规范性引用文件下列文件对本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本规范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 603化学试剂 试验方法中所用制剂及制品的制备DB31/667利用废油加工的工业锅炉、窑炉用生物柴油技术条件GB/T 265石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法GB/T 7304石油产品酸值的测定 电位滴定法GB/T 261闪点的测定 宾斯基-马丁闭口杯法GB/T 1884原油和液体石油产品密度实验室测定法（密度计法）GB/T 17144石油产品 残炭的测定 微量法GB/T 19839工业燃油燃气燃烧器通用技术条件GB/T 37433低功率燃油燃烧器通用技术要求GB 25199B5 柴油GB/T 28713管壳式热交换器用强化传热元件GB/T 51316烟气二氧化碳捕集纯化工程设计标准GB 50016建筑设计防火规范（2018 年版）GB 150压力容器（合订本）GB/T 51316烟气二氧化碳捕集纯化工程设计标准GB 50016建筑设计防火规范（2018 年版）GB 150压力容器（合订本）GB 16912深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程T/CI 067-20233GB 50673有色金属冶炼厂电力设计规范（附条文说明）GB/T 50050工业循环冷却水处理设计规范GB/T 16618工业炉窑保温技术通则GB 50414钢铁冶金企业设计防火规范GB 50057建筑物防雷设计规范GB 50264工业设备及管道绝热工程设计规范GB 50015建筑给水排水设计标准GB 12268危险货物品名表GB 5083生产设备安全卫生设计总则GB/T 12801生产过程安全卫生要求总则GB 2894安全标志及其使用导则GBZ 1工业企业设计卫生标准GBZ 2.1工作场所有害因素职业接触限值第 1 部分：化学有害因素GBZ 2.2工作场所有害因素职业接触限值 第 2 部分：物理因素GB/T 50087工业企业噪声控制设计规范（附条文说明）GB 50040动力机器基础设计标准SH/T 0253轻质石油产品中总硫含量测定法（电量法）NB/T 13007生物柴油（BD100）原料 废弃油脂NB/T 10897烃基生物柴油NB/T 10769BD100 生物柴油原料 废弃油脂预处理工艺规范SH/T 0921生物柴油及其调合燃料氧化安定性的测定 加速法YS/T 1410重有色冶金炉窑余热回收利用技术规范SH 3012石油化工金属管道布置设计规范（附条文说明）SH/T 3161石油化工非金属管道技术规范HG/T 20507自动化仪表选型设计规范DB35/T 1675生物质燃烧器通用技术规范DB62/T 4398工业换热设备节能管理规范DB12/556工业炉窑大气污染物排放标准T/SCDA 063WD 建筑防水系统构造T/CI 067-202343术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1生物柴油 Biodiesel由动植物油脂或废弃油脂与醇（例如甲醇或乙醇）反应制得的脂肪酸单烷基酯，最典型的为脂肪酸甲酯（FAME），以 BD100 表示。3.2冶金炉窑 Metallurgical furnace指金属冶炼生产中用固体、液体或气体燃料燃烧产生的热量，对物料进行加热或热处理的热工设备。3.3冶金炉窑低碳技术 Low carbon technical for metallurgical furnace指涉及冶金炉窑部门在可再生能源及新能源利用方面开发的有效调控二氧化碳排放的新技术。3.4索特平均直径 Sauter mean diameter假定存在直径相同的一个均匀雾化液滴群，其所有液滴的总体积与总表面积之比等于雾化液滴样本的总体积与总表面积比，表示为 D32。3.5运动粘度梯度 Kinematic viscosity gradient指单位温度下运动粘度的变化量，表示温度变化对生物柴油运动粘度变化影响规律。t ddgrad式中：为运动粘度，mm2/s；grad 为运动粘度梯度，mm2s-1-1；t 为温度，；令 grad=0.03 mm2s-1-1，计算得到的温度 t，即为最佳预热温度。3.6分散度 Dispersity指某一粒子群中，不同粒径的粒子所占比例及空间位置分布状况。T/CI 067-202353.7余热回收利用 Waste heat utilization以环境温度为基准，对冶金炉窑生产过程排出的烟气热量或其他可回收热能的利用。3.8涡旋 Vortex指一种半径很小的圆柱在静止流体中旋转引起周围流体作圆周运动的流动现象。3.9浸没燃烧 Submerged combustion指通过喷枪直接向熔池中喷吹燃料与空气进行燃烧。3.10热值损失速率 Heat value loss rate单位时间范围内（月份数），生物柴油自氧化的热值损失量。4基本要求4.1坚持源头减碳、过程降碳、末端负碳全流程低碳原则，整体生物柴油冶金炉窑低碳技术工艺设计根据企业实际冶炼工序进行综合匹配，以达到最优的减碳效果。4.2应用企业应避免国家明令淘汰的落后设备和工艺。4.3生物柴油冶金炉窑低碳技术改造除应符合本文件外，还应符合国家及行业相关技术、质量、安全、卫生、消防等方面的法律法规和强制性标准条文的规定。5生物柴油冶金炉窑低碳技术5.1燃料替代低碳技术生物柴油在采购或制备上分别按照 GB/T 265、GB/T 7304、GB/T 261、GB/T 1884、GB/T 17144、SH/T 0253 等有关规定执行。依据冶金炉窑用生物柴油品质需求，可选用以下技术对生物柴油进行深度提质，使生物柴油满足冶金炉窑使用要求。（1）生物柴油运动粘度调控技术T/CI 067-20236生物柴油运动粘度依据“运动粘度梯度”概念进行调控，梯度值应控制在 0.030.01mm2/(soC)，运动粘度评价方法参考 GB/T 265、质量指标可参考 GB 25199。（2）生物柴油氧化安定性优化技术生物柴油氧化安定性可选用新型离子液体抗氧化剂进行优化，添加量0.9，评价方法参考 SH/T0921、质量指标可参考 GB 25199。5.2富氧旋流混沌强化燃烧源头减碳技术可选用以下技术解决生物柴油在冶金炉窑替代应用时，存在粘度高、易积碳、腐蚀性强导致燃烧过程燃料分散性差、热场/流场不均匀、燃烧火焰不稳定、燃烧不充分、喷嘴烧蚀严重、NOx 排放高等问题。（1）生物柴油旋流雾化调控技术及新型旋流燃烧器冶金炉窑使用生物柴油作燃料时，燃料雾化索特平均直径一般不超过 100m，新型燃烧器设计需满足 GB/T 19839、DB35/T 1675 与 GB/T 37433 等相关要求。（2）生物柴油富氧旋流混沌直接燃烧及污染物控制技术生物柴油冶金炉窑燃烧可采用混沌理论评价优化，实现炉温均匀性控制在8oC 以内，CO 排放浓度控制在不超过 7mg/m3，NOx排放浓度不超过 100mg/m3。（3）旋流混沌浸没燃烧技术生物柴油旋流混沌浸没燃烧采用浸没喷吹分散优化策略，以液滴群平均粒径和分散度为调控目标，满足分散度不高于 0.01，平均粒径不高于 0.03mm。5.3冶金炉窑高效节能过程降碳技术可选用以下技术解决冶金炉窑内热量-质量-动量协调性差，炉膛中高温烟气无法均匀充满炉膛、炉气与被加热物料间的辐射传热效率低、局部高温致使过热过烧；尾部中低温烟气余热回收利用率低，导致生产过程能量逸散严重、用能效率低等问题。（1）炉窑内高温烟气涡旋强化辐射传热技术采用涡旋强化混合设备提升高温烟气辐射传热能力，辐射换热通量不低于 40.1kW/m2，混合设备设计可参考 DB62/T 4398。（2）低温压驱动下单相/多相强化换热技术采用双离散倾斜肋、三维肋片 GY 管，增强低温压下单相/多相强化换热能力，换热系数较传统内螺纹管、光管提升 23 倍，具体设计可参考 GB/T 28713。T/CI 067-20237（3）烟气余热多元混合工质梯级利用发电技术采用多元混合低沸点有机工质超临界 ORC 发电新技术、多级蒸发-热电联供的水循环高温余热发电-低温余热 ORC 系统，实现冶金炉窑全流程烟气余热回收，余热回收利用率不低于 50%，具体设计可参考 YS/T 1410。5.4冶金炉窑烟气二氧化碳捕集利用末端负碳技术可选用以下技术解决冶金炉窑生产过程 CO2排放量大、有效利用程度低；冶炼烟气多元组分共存、硫物种等有害物质含量高、气体温度波动大以及水蒸气含量高，致使 CO2转化过程中催化剂效率低、选择性差、易结焦、失活，造成冶金炉窑 CO2资源化利用不足、能耗高等问题。（1）冶金炉窑烟气 CO2高效捕集技术采用多孔吸附材料捕集冶金炉窑烟气 CO2，吸附容量不低于 240mg/g，烟气 CO2捕集纯化装置设计参考 GB/T 51316。（2）CO2高效转化利用技术采用三维大孔 Cu/ZnO/ZrO2催化剂，实现 CO/CO2高效共氢化，甲醇选择性不低于 85%，甲醇产率不低于 260g/(kgh)。6技术要求生物柴油冶金炉窑燃料替代低碳技术各项指标应符合表 1 的规定。表 1 生物柴油冶金炉窑燃料替代低碳技术要求项目质量指标生物柴油预热温度（）70.0-80.0热值损失速率（MJ/(kgM)）低于0.02杂质离子含量（mg/kg）低于5.0诱导期/h不低于6.0冶金炉窑生物柴油富氧旋流混沌强化燃烧源头减碳技术各项指标应符合表 2 的规定。表 2 冶金炉窑生物柴油富氧旋流混沌强化燃烧源头减碳技术要求项目质量指标氧气浓度（%）不低于25.0雾化索特平均直径（m）低于100.0T/CI 067-20238CO 排放量（mg/m3）低于7.0炉温均匀性（）8.0NOx 排放量（mg/m3）低于100.0冶金炉窑高效节能过程降碳技术各项指标应符合表 3 的规定。表 3 冶金炉窑高效节能过程降碳技术要求项目质量指标全流程烟气余热回收利用率（%）不低于50.0炉内辐射换热通量（kW/m2）不低于40.1冶金炉窑烟气 CO2捕集利用末端负碳技术各项指标应符合表 4 的规定。表 4 冶金炉窑烟气 CO2捕集利用末端负碳技术要求项目质量指标CO2吸附容量（mg/g）不低于240.0甲醇产率（g/(kgh)）不低于260.07分析检测与计算7.1一般规定7.1.1 生物柴油冶金炉窑低碳技术指标检测与过程控制设计应实现整个工程的正常运行控制与启停操作。7.1.2 控制系统与仪表设备选型宜兼顾主体工程检测与过程控制系统的选型原则。7.1.3 气体减排量宜配置人工检测、分析和比对用仪器，检测实验室宜由全厂统筹考虑。7.1.4 宜设一套工业电视监视系统，对现场设备的运行环境进行监视。7.2分析检测7.2.1 分析检测参数主要包括：燃料性能指标参数、技术参数、各设备的状态参数及工程参数等。7.2.2 燃料性能指标参数、技术参数、设备状态参数的监视与控制仪表宜具备远传功能，设置必要的报警装置。7.2.3 密度、压力、进出口烟气温度、污染物浓度等重要参数的测量仪表宜设冗余。7.2.4 需要现场监护才允许启停操作的设备应设必要的就地仪表。7.2.5 污染物排放的自行监测内容和要求宜参照关规定执行。T/CI 067-202397.3计算方法7.3.1 烟气余热回收利用率：WQ有有有式中：有为余热回收利用率；W有为单位时间内工质在冶金炉窑中吸收的总热量，包括水和蒸汽吸收的热量，以及排污水和自用蒸汽所消耗的热量（kJ/h）；Q有为单位时间内输入冶金炉窑的余热资源的总热量（kJ/h）。7.3.2 热值损失速率：21sQQQMA式中：Qs 为热值损失速率；Q2为新制备生物柴油的热值，MJ/kg；Q1为存贮 A 个月份时生物柴油的热值，MJ/kg；M 为生物柴油相对分子质量；A 为月份数。7.3.3 辐射换热通量：4412RQA TT式中：RQ为辐射换热通量；为表面外反射率；为每平方米每秒发射的热量；A 为物体表面积；T1为物体表面温度；T2为物体周围环境温度。7.4控制系统7.4.1 控制系统应具备联锁保护、报警、历史数据保存与查询等功能，主要参数的历史运行数据及曲线的保存时间应符合有关规定。7.4.2 操作人员在控制室内应能对工程设施及运行设备进行控制与监视。7.4.3 控制系统宜对流量、温度、液位、浓度等关键参数和技术要求进行自动调节与控制。8工程设计8.1工艺设计8.1.1 用于冶金炉窑等的点火、加热、还原使用的液体燃料主要为生物柴油。8.1.2 为保证车间供油的顺畅，满足生产的急需，在主要用油车间附近或主厂房内建立车间供油站。供油站与其他建筑物的防火间距及供油站防火设计要求应符合 GB50016、GB 50414 的有关规定。8.1.3 生物柴油存储设备设计、制造应按照 GB150 规定进行。8.1.4 生物柴油输送管道应符合 SH 3012 规定；输送管道口径宜小于 DN100，工作压力宜小于 0.6MPa；T/CI 067-202310如输送管道使用非金属管道，应符合 SH 3161 的有关规定。8.1.5 直燃炉窑的燃烧器或燃烧室的燃烧器应符合 GB/T 19839 的有关规定；炉窑、燃烧室的隔热、密封性能、外表面温度等设计均应符合 GB/T 16618 的有关规定，避免高温散发、烟气泄漏存在隐患。8.1.6 干燥、煅烧及烧结生产中因操作不正常，出现部分高温、异常的炉料或烧结块，可能会导致输送设施毁坏、加剧设施老化等事故，设计应有可靠措施预以防止。8.1.7 根据工作场所氧浓度（体积比）报警的界限，当某工作场所氧浓度大于 25%时，必须防止局部的氧气积聚，在相关区位设置监测及报警装置，应符合 GB 16912 的有关规定。8.1.8 炉内燃烧过程中气体减排量可采用在线监测装置或人工检测分析，通过富氧旋流混沌强化燃烧源头减碳技术，应符合第 6 章表 2 的指标要求。8.1.9 冶金炉窑及其喷枪等相关设施的密闭冷却水系统，宜独立设置自成一体，应对冷却水温和水量差值等进行监测，并应设置事故报警信号及联锁控制装置。8.1.10 炉壁、蓄热式燃烧器箱体、余热回收装置及预热空气、生物柴油的输送管道应保温不外露，应符合 GB 50264 的有关规定；对于炉内全流程烟气余热回收利用率及辐射换热通量等参数，通过高效节能过程降碳技术，应符合第 6 章表 3 的指标要求。8.1.11 将冶炼工艺产出的高温粉尘、烟气等予以回收，一般烟尘采用沉尘室、旋风器、滤袋、电收尘等干法以及水膜式、冲击式洗涤器等湿式收尘设施予以回收，有关要求应符合 DB12/556 的规定；对于烟气中二氧化碳的排放，通过末端负碳技术进行高效捕集及利用，应符合第 6 章表 4 的指标要求。8.1.12 做好供油站、冶炼厂房的防火、防雷、排水等设计，应符合 GB 50414、GB 50057、T/SCDA 063、GB 50015 的有关规定。8.2主要辅助工程设计8.2.1 供电系统的高低压用电等级应符合 GB 50016、GB 50673 的有关规定。8.2.2 自动化仪表设计应符合 HG/T 20507 要求。8.2.3 工艺循环水设计符合 GB 50050 的有关规定。9 施工与验收9.1工程施工9.1.1 工程施工应符合国家、行业和地方的施工程序及管理文件要求。9.1.2 施工单位应按已编制的施工组织方案进行施工。T/CI 067-2023119.1.3 工程施工应按有效的施工图文件、设备图纸和设计变更文件等进行。9.1.4 施工中使用的设备、材料、器件、工具等应符合相关的国家标准；焊接、吊装、涂装等作业时应执行相关的国家标准。9.1.5 设备安装完毕后应对工程各部件和附属设备进行检查与单独试运转，及时解决发现的问题。9.2工程验收9.2.1 工程验收应根据国家计委关于印发的建设项目（工程）竣工验收办法组织进行。9.2.2 生物柴油冶金炉窑低碳技术工程竣工验收前宜在设计条件下进行技术性能试验。10运行与维护10.1一般规定10.1.1 生物柴油冶金炉窑低碳技术工程的运行、维护及安全管理除应符合本文件的有关规定外，还应符合其他国家和行业标准、规范的有关规定。10.1.2 本文件涉及的各类装置设备运行应在满足设计工况条件下操作，并根据技术要求、设备设计要求定期对炉窑设备、电气和自动化仪表进行检查维护，确保各装置长期稳定可靠运行。10.1.3 制定并严格执行操作法、运行规程、应急预案等各项管理制度。10.1.4 制定并严格执行检修规程、备品配件管理制度，确保装置稳定可靠运行。10.2人员与运行管理10.2.1 装置运行的操作人员上岗前应进行相关专业培训和三级安全教育培训。10.2.2 生物柴油冶金炉窑低碳技术工程的运行人员宜单独配置，宜至少配置 1 名专职管理人员。10.2.3 管理和运行人员应系统掌握主设备及附属设施的正常操作和应急处理流程。10.2.4 如实填写运行记录，严格执行巡回检查制度、设备的定期切换制度和交接班制度。10.2.5 各类记录除保存纸质版记录外宜同步保存电子版文件，记录保存时长不得低于 3 年，工程其他相关文件资料的保存宜参照国家档案局发布的企业文件材料归档范围和档案保管期限规定执行。10.3维护保养10.3.1 根据生物柴油冶金炉窑低碳技术相关设备的设计运行要领书、设备说明书，制定维保计划，检修维护宜纳入全厂统筹考虑，检修周期和工期宜与生产主体同步。T/CI 067-20231210.3.2 应制定详细的维护保养规定。10.3.3 维修人员应定期检查、更换或维修必要的部件，并做好维护保养记录。10.3.4 生物柴油冶金炉窑低碳技术相关设备的检修操作，必须设置专职安全员监护进行。10.4事故应急10.4.1 应提前组建事故应急机构、储备应急物资、制订应急预案，并定期组织演练。10.4.2 发生事故后，应立即按相应应急预案进行处置，并及时向有关部门报告。10.4.3 事故处理过程中应做好记录，注意留存证据，现场事故处理完毕，应及时恢复系统正常运行。10.4.4 应组织对事故原因进行分析、研究制定防范措施，防止同类事故重复发生。11安全管理11.1根据 GB 12268 规定，生物柴油属于易燃液体，其涉及的安全问题应符合相关法律、法规和标准的规定。11.2生产过程安全卫生管理应符合 GB 5083、GB/T 12801 的有关规定。11.3安全和卫生设施应同时建成运行，并制订相应的操作规程。11.4在容易发生事故、危及生命安全的场所应有安全标志，安全标志应符合 GB 2894 的有关规定。11.5环境保护设施在维护检修时应严格执行动火、临时用电、吊装、高处、受限空间等特殊作业的有关规定。11.6应建立并执行安全检查制度，及时消除事故隐患，防止事故发生。11.7职业卫生的设计应符合 GBZ 1、GBZ 2.1、GBZ 2.2 的有关规定。11.8噪声较高的设备，应采取减振、降噪、隔声等措施，并尽量将噪声源和操作人员隔开，噪声和振动控制应符合 GB 50040 和 GB/T 50087 的有关规定。T/CI 067-202313