焦炉烟气余热回方案.doc

焦化厂节能减排项目

-----热管式余热锅炉应用的可行性

项
目
方
案
书

上海蕲黄节能环保设备有限公司山西办事处
二○一一年一月

上海蕲黄节能环保设备有限公司成立于2009年，是在上海蕲黄节能设备有限公司（2004年）无法满足市场需求的基础上成立的，是国内较早开展余热回收的厂家之一，2010年被选为上海市节能协会服务产业委员会委员，并于2011年获批国家第三批节能服务公司。通过近

几年的发展，经我公司成功改造的锅炉、工业窑炉已有1000多台，公司在锅炉及工业窑炉的余热回收利用及节能改造、纺织印染定型机的余热回收利用及节能改造、废气净化处理等领域处于国内先进水平。
公司坐落在璀璨的东方明珠——上海浦东新区，公司现有锅炉节能高级专家10名，产品研发工程师人员30多名，公司拥有国内先进生产、检测设备，拥有专业的运输、安装、售后服务队伍。公司是集锅炉余热回收、环保设备研发、设计、制造、配套、安装、调试及售后服务于一体的多元化高科技环保企业。
多年来，公司自主研发的波形给煤节能装置(国家专利号：ZL 200610023120.9)、热管余热蒸汽发生器(国家专利号：ZL 200820057839.9)在纺织印染、石油化工、金属冶炼等行业广泛运用，尤其在锅炉、玻璃窑炉、陶瓷窑炉、焦化炉、矿热炉、石灰窑炉、水泥窑炉、烧结炉、退火炉、定型机等高能耗领域，为用户创造了巨大的经济效益。由我公司承担的上海重型机械厂、上海华峰集团、上海五四助剂厂的锅炉余热回收节能改造项目被列入《2009年上海市重点节能技术改造项目汇编》。另外公司在流化床锅炉改造、冷凝水回收、余热发电、锅炉富氧燃烧改造、烟气脱硫脱硝、除尘工程等方面也处于国内领先水平。
公司以“服务于企业，贡献于社会”为宗旨，长期致力于“电力、冶炼化工、纺织印染、造纸食品、电子电器、农业”等行业的节能降耗、锅炉余热回收、定型机余热回收、废气净化、烘干干燥等工业、农业领域的集成化治理工作，并全面开展合同能源管理（EMC）项目的节能改造工程。
蕲黄人不断加大技术创新投入，始终采用国内领先的生产设备、生产工艺和科学管理方法，一如既往的以优质产品服务广大客户。在发展的道路上，我们始终奉行“一切为了节能、一切为了客户”的宗旨，为客户提供节能产品、节能诊断改造、节能规划与设计服务及合同能源管理项目服务，以实现企业节能增效、互惠互利、共获双赢的目标，与新老朋友携手共创辉煌的明天！

　　我公司将以严谨的科技作风，良好的信誉，合理的价格，竭诚为广大公司做好服务，共创辉煌。

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，又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热烟气的仍有较大的余热回收价值。该方案就是为回收这一部分烟气的余热而设计。

热管余热锅炉在焦炉余热回收中的应用

烟气的余热回收利用在国内已是成熟技术。根据我们的长期从事余热锅炉工程设计经验以及厂家提供的设计条件：一台80万吨焦化炉可利用的烟气量配置一台余热锅炉可产生压力0.7Mpa，温度170℃的饱和蒸汽9t/h ；
项目实施后，可充分利用焦化炉废气的大部分热能，降低能耗，同时改变了焦化炉高温废气排入大气而污染环境的状态，实现“节能减排”的最佳效果。
热管余热锅炉技术特点
（1）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；
（2）防积灰、堵灰、抗腐蚀能力强。通过调节热管冷热段受热表面的比例，可以调节管壁温度，使之高于烟气露点温度或最大腐蚀区，可以有效地防止因为酸露点及烟气中的硫腐蚀。延长换热器使用寿命，保证换热器的换热效率。
(3) 冷热流体完全隔开，有效防止水汽系统的泄漏。在运行时，由于废气的大量冲刷，即使管子受到一定的损坏，也不会造成冷侧的气水泄漏到热侧，确保了系统的安全运行，这也是该设备有别于一般烟道中设备的最大特点；
(4) 阻力损失小，可以适用于老机组的改造。一般情况下，增加了余热回收设备，热废气的阻力增加在1500Pa左右。 单根或多根热管的损坏不影响设备整体使用。
(5) 热管制作是采用镍基钎焊翅片管技术，它是我公司2009年引进的美国技术，是一种新型翅片管焊接工艺，由绕片——喷粉——高温烧结等十余道工序组成。其利用镍粉的熔化将翅片与基管焊接在一起，形成冶金连接。管片焊着率100%，接触热阻接近零。在翅片管表面烧结一层0.2mm左右致密、光滑的合金保护层，使普通碳钢材料具有不锈钢时性能，其表面硬度高，能在高温、高流速和腐蚀性介质的冲刷下工作，耐低温酸露点腐蚀，较同类产品寿命可提高3～5倍，表面光滑可减缓积灰。采用该技术的热管换热设备，其使用寿命较普通翅片热管提高了2～3倍。
烟气的余热回收利用在国内已是成熟技术，烟风系统改造方案为：
在焦化炉烟气出口的主烟道上开一个烟道口，同时在主烟道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，并在进余热锅炉前再设置一台翻板式闸板阀，最后在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，将烟气引至锅炉，同时将除盐水引入锅炉水侧，通过换热，产生蒸汽供生产和生活使用。如果是原有焦化炉技改项目，由于涉及到连接管道停车时间的问题，所以，供方通常做如下安排：设备安装时，将其它所有设备安装好，最好只剩下烟气管道的工作内容，安装前，准备好所需要的闸板阀，安装工具等材料。 

对于在改造的取风管，通过电气控制取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闸板阀，关闭主烟道闸板阀使焦化炉中的高温废气被送入余热锅炉；当余热锅炉项目处于检修模式时，即关闭锅炉进口处和出口处闸板阀，打开主烟道闸板阀，则焦化炉高温废气经烟囱排入大气。

1.案例分析（以某80万吨焦化厂为例）
1.1 基本设计条件：
废气流量：140000N m3/h
废气温度：270℃
1.2工艺及装机方案
1.3余热锅炉指标
序号
指 标 名 称
单 位
数 量
备 注
一
生产规模
80万吨焦化炉
1

二
余热锅炉建设规模

蒸发量
t/h
9

三
余热锅炉工艺
纯低温余热利用

四
主要生产设备

1
蒸发器
套
1

2
蒸汽聚集器
台
1

4
常温除氧器
台
1

五
蒸汽系统指标

1
蒸发量
t/h
9

2
计算年最大蒸发量
t/a
71280

3
年运行时间
h
7920
按330天计算
4
年最大回收热量
´1010 Cal/a
4.3

1.4建设内容和范围
（1）供方将提供上述整套的、先进的、成熟的、完整的和安全可靠的，且设备的技术经济性能符合本技术规范书要求的余热蒸汽系统及其配套附属设备。
（2）承包范围：整个低温余热回收系统范围内所有系统的设计、设备采购及系统的安装、调试；余热回收系统包括1套余热锅炉系统、循环水系统以及上述各系统的电气及控制系统。
（3）从软化水进入除氧器始到蒸汽出汽包为止，以及整套锅炉系统内的排污系统和烟气管路系统。
（4）上述内容以外的项目（如项目报批、电力接入系统），不在承包方承包范围内。
2.建设条件
2．1自然条件
2.1.1 气象基本条件
大气压力（年平均大气压）　　　　 90.05Kpa
大气温度 -26.6~38.7 ℃
相对湿度　　　　　　　　　　　　 66 %
大气含氧量　　　　　　　　　　 20.5%
2.1.2 气温
年平均气温　　　　　　　　　　 9.3 ℃
极端最高气温　　　　　　　　　　 38.7℃
极端最低气温　　　　　　　　　　 -26℃
最热月平均气温　　　　　　　　　 22.8℃（7月）
最冷月平均气温 　　　　　　　　 　　 -6.1℃（1月）
2.1.3 风
年主导风向 南
极大风速（m/s） 26ｍ/ｓ
年平均风速（m/s） 1.5ｍ/ｓ
2.1.4 降水
年平均降水量（mm） 552.1㎜
年最大降水量（mm） 937.8㎜
日最大降水量（mm） 178.8㎜
小时最大降水量（mm） 62.1㎜
2.1.5 积雪
最大积雪深度（mm） 19㎝
2.1.6 湿度
年平均相对湿度（%） 66%
最小相对湿度 （%）（3月） 0%
最大相对湿度 （%）（8月） 100%
2.1.7 气压
极端最高气压 KPa
极端年最低气压 KPa
年平均气压 90.05KPa
2.1.8 蒸发量
年平均蒸发量（mm） 1516.5㎜
2.1.9 冻土
最大冻土深度（cm） 70㎝
2.1.10 地震烈度： 7度（麦加里度）
2.1.11 海拔高度： 1040m
2．2建设场地
项目占地应在焦化炉主烟道上做布置。
2.3焦化工艺
一台80万吨的焦化炉，焦化炉在生产过程中，一直向大气排放废气和粉尘。烟气出焦化炉时，其温度高达260-280℃，所有烟气都通过烟囱自拔力排放到空中。
2.4余热资源
业主提供余热资源条件：
焦化炉余热数据表
序号
名 称
单 位
数 据
1
焦化炉规模
万吨
80万吨焦化炉
2
烟气出焦化炉温度
℃
270
3
废气流量
N m3/h
140000
4
废气压力
Pa
-500——400
2.5电源情况
区域高压电压等级(V)
6000V/10000 V
区域低压电压等级(V)
380V
电气、高压电接口：由厂区高压配电室提供，电网连接的分界点在本余热锅炉中线路高压开关柜的下端。
2.6水源状况
余热利用工程所需的工业水补充水、消防水、生活水等均从厂区现有系统接入，锅炉系统所有排水均排入焦化炉附近的排水系统中。各水管路的接口位置皆在余热锅1 米处。
3．工艺方案
3.1焦化炉余热利用技术方案
供余热回收的高温烟气是从大烟道引出进入余热锅炉。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145~170℃的范围内。
两个大烟道上设有切换阀门。可根据实际排烟温度情况选择排入的大烟道。当余热锅炉出现故障停机时，可以关闭余热锅炉前后电动阀门。确保焦化工艺正常生产。
3.2 低温余热回收系统
3.2.1 余热回收系统的论述
如80万吨焦化炉一台，根据余热资源，此焦化炉可利用可利用余热量为：
烟气量14×104Nm3/h，温度：280℃；
热烟气进入余热锅炉，经过过热段、高温蒸发段、低温蒸发段、低温省煤器段共产o.7MPa、175℃的饱和蒸汽9t/h；

3.2.2余热回收系统平面布置
余热锅炉系统由电动蝶阀、过热器、除氧器、蒸发器、省煤器、风管、锅炉水泵、软化水箱、、水路系统、循环管路系统，配电柜控制系统等组成。
水泵需位于锅炉附近，这样可以节省汽水管线，也减少温损和压降。
3.2.3余热回收系统竖向布置
在竖向设计时，根据工厂的现有建筑物及场地标高，合理拟定车间的标高。

4.工艺流程及布置形式
4.1、工艺流程
从焦化炉出的烟气经过绝热烟道，进入过热器、高温蒸发器、低温蒸发器、省煤器，烟气降至170℃，进入引风机作用下经烟囱排向大气。

工艺流程见图：
烟气170℃
软水60℃
工艺流程简图
低温热管蒸发器
热管水加热器
烟气270℃
软水130℃

烟气200℃
高温热管蒸发器
过热器

4.2.锅炉整体布置
余热锅炉采取直线布置，分成受热面部分和公用部分。
蒸发器采用模块化、现场组装，布置在混凝土水泥平台上，平台下设灰斗组件。
具体布置见图
4.3、余热锅炉系统参数
4.3.1、余热锅炉主要设备及技术指标
序号
设备名称
数量
参数
数值
1

余热锅炉
1
入口废气量
140000Nm3/h（设计）
入口废气温度
280℃（设计）
入口废气含尘浓度
15-20g/m3
设计最大产汽量
8T/h-0.8Mpa-170℃
给水参数
9T/h-1.0Mpa

锅炉总漏风
≤3%
布置方式
露天
2
软水箱
1
容积
20 m3
3
软化水装置
1
软化水能力
10T/h（用户提供）
4
锅炉给水泵
2
给水能力
10T/h

4.3.2 余热锅炉系统方案
余热锅炉主要由热管蒸发器组成，作用为将经过换热器的废热烟气降温后加热软水产生151℃蒸汽，此系统为整套余热锅炉系统的核心技术。

5. 设备设计、制造执行的标准和规程
5.1 锅炉系统
换热器的设计、制造、检验和验收必须符合相关国家标准：
GB4457～4460—84 图样
GB1800～1803—79 公差与配合
GB1182～1184—80 形状和位置公差
GB192、193、196、197—81 普通螺纹
GB/T131—93 《机械制图表面粗糙度符号及其注法》
GB3505—83 《表面粗糙、术语、表面及其参数》
JB/T5992.1～5992.10—92
JB/T5994—92 《装配通用技术要求》
GB984—85 《堆焊焊条》
GB985—88 《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》
GB986—88 《埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》
ZBJ38001—87 《切削加工通用技术条件》
JB/Z307.1～307.13—88 冷加工工艺
GB50235—97 《工业金属工程施工及验收规范》
GB/T13237—91 《优质碳素结构钢冷轧薄板和钢带》
HG/T3181-89 《高频电阻焊螺旋翅片管》
GB150-1998 《钢制压力容器》
JB4708-92 《钢制压力容器焊接工艺评定》
JB/T4730-2005 《特种设备无损检测》
GB5117-85 《碳钢焊条》
72B02-1997 《硅酸铝耐火纤维炉衬工程技术条件》
GB50017-2003 《钢结构设计规范》
GB50205-2001 《钢结构工程施工质量验收规范》
JB/T1615-91 《锅炉油漆和包装技术条件》

6.主要设备一览表
序号
名称
数量
价格
（万元）
备注
一、余热锅炉系统
1套
312

供货范围:热管蒸发器、本体管路、本体阀门、钢结构、平台扶梯。
1
热管蒸发器
6台

2
循环管路及阀门
1套

3
钢构平台扶梯
1套

4
烟道截断阀
5台

5
热管省煤器
2台

6
蒸汽聚集器
1台

7
烟气进出口及管道
1套

8
水路、排污管道
1套

二、锅炉配套辅机

1
锅炉给水泵
2台

2
热力除氧器
1台

3
软化水箱
1台

4
软化水泵
2台

5
软化水处理器
1台

三、锅炉电气控制系统
1套

四、安装及设备保温费
整套

1
余热锅炉主体安装

2
余热锅炉系统整体及管道保温
整套

3
给水系统、蒸汽及工艺管道安装

4
钢结构及附属设备等

a．钢管、型钢、阀门、法兰等配件系统

b．电气系统安装

五、引风机系统（功率315KW）
1套

高压电机含变频器
六、运保费
整套

七、压力容器监检费
整套

八、系统设计费

九、操作工人培训试车费

十、现场总承包管理费

工程总价 : 人民币 ￥312 万元

注：本报价未包括土建费、监检费。（引风机费用未计算在内）
本报价范围为工业水进入软化水泵开始到蒸汽出过热器1米范围内止。

7. 设备交货进度表

工程周数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
设计
★

主要图纸

★

发送日期

★

设计确认

★
★

主要材料订货
★

主要外协件订货

★

焊接工艺试验

★

制造

★
★
★
★
★

总装

★

检验

★
★
★
★
★

防腐油漆

★

包装

★

发运

★

管道钢架预制

★

钢架设备吊装

★
★

工程周数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
配管、安装

★
★
★
★
★
★

内喷涂

★
★

电器安装

★
★

水压实验

★

调试

★
★

竣工验收

★
可以根据用户要求适当调整交货时间。

8. 设备投资概算及经济分析

8.1 项目规模
某焦化厂计划对现有的一台80万吨焦化炉烟气进行余热回收，建设一台9t/h的过热蒸汽余热锅炉
9.2 投资估算编制范围
本项目投资额计余热锅炉、汽水系统、循环水系统、吹灰系统、卸灰系统、阀门辅机等，包括所含电气、热工、水路等费用。土建、检验、设备运行费均包含其中
9.3 工程投资概算
9.3.1静态经济评价
本工程年产蒸汽量9*24*330=71280吨
蒸汽按70元/吨（扣除运行成本）计算,每年可产生499万元的经济效益，投资500万元，政府节能减排补贴200万元，最终投资112万元，3个月可回收全部投资。

10.结论
随着近几年来低温余热回收技术的突飞猛进，钢铁、焦化行业的余热回收项目造价大幅度降低，同时余热回收效率大幅度提高。从上述分析可以看出，余热利用项目，不但可以减排大量的烟尘、co2和 so2等，创造巨大的环保效益，同时能够穿凿可观的节能效益和经济效益，本设计方案在不影响烧结主工艺的前提下，采用成熟的专利余热回收技术，实现了一举多得的收益，确实是应该大力提倡的节能减排项目，建议尽快上马，并尽可能提供相关的政策扶持。

上海蕲黄（山西办） 王经理 1833 553 5605