120万吨焦炉废气余热回收技术交底.doc

唐山东海钢铁有限公司120万吨/年焦炉废气余热回收项目技术协议书唐山东海钢铁有限公司120万吨/年焦炉烟道余热回收系统一、焦炉烟道余热回收项目概述：1.1概况唐山东海钢铁有限公司年产120万吨焦炭的焦炉，生产中焦炉加热后的废气通过总烟道汇总会一直向大气排放。同时废烟气温度可达到270-300，烟气将通过烟囱的自拔力排放到空中，严重浪费能源和污染厂区环境。对焦炉产生的废气进行余热回收利用，将产生的蒸汽并网供厂区内的生产和生活使用，对有效降低能耗，贯彻节能减排的可持续发展战略，推动实现可持续发展战略具有十分重要的现实意义。1.2项目目的本次方案采用“卧式水管强制循环”方式来回收这一部分烟气的余热产生蒸汽而设计。二、焦炉烟道余热工艺概述2.1建设场地项目占地应在焦炉主烟道旁空地布置。2.2、余热回收装置基本参数2.2.1当地自然条件：冬季极端最低温度值： -24.6夏季极端最高温度： 38.8冬季室外平均风速： 2.3m/s夏季室外平均风速： 2.8m/s冬季室外计算相对湿度： 512.2.2焦炉烟道烟气参数序号名 称单 位数据备注1废气量Nm3/h1800002000002烟道废气温度2703003烟道废气压力Pa500-7002.2.3烟道气成份如下：焦炉废烟气成分组成（%）CO2H2OO2N25.4417.256.2571.062.2.4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、低压电接口：由厂区配电室提供，电网连接的分界点在本余热回收装置中线路高、低压开关柜的进口。三、工程范围：3.1、交钥匙工程，乙方负责整个余热回收装置范围内的设计、设备采购，余热装置、循环水系统的安装、调试及压力容器报验等全部安装工程。3.2烟气系统：从焦炉烟道预留废气提取出口至烟道废气预留入口止（含废气连通钢制管道、蝶阀、余热回收装置、引风机等）。3.3、汽水系统：业主将自来水引入软化水处理装置到蒸汽出汽包为止，以及整套余热回收装置系统内的排污至余热回收装置系统2米以内为界。3. 4、电气：甲方负责电网连接到本余热回收装置中线路高、低压开关柜的下端，负责余热回收装置照明设施购置与安装；乙方负责10KV配电柜及380V配电柜（含配电柜）到本余热回收装置所有接线工程。3.5、土建：乙方负责土建工程的施工图纸设计；甲方负责施工。3.6、设备本体（余热回收装置、风机等）设有防雨棚，乙方负责本工程范围内的防腐保温；甲方负责操作室彩钢板围护结构的安装。3.7水源状况余热利用工程所需的自来水、生活水、排水等接口位置皆提供在余热回收装置2米以内。3.8采暖、通风：甲方负责余热回收操作室的采暖、通风工程四、余热回收装置达到的性能要求：4.1余热回收装置性能：序号名称单位数据备注1焦炉规模万吨1202烟气流量Nm3/h1900002000003入口烟气温度2703004回收后的烟气出口温度1654废气压力Pa5007005蒸汽产量T/h10.013.06蒸汽压力MPa0.87蒸汽出口温度170（饱和）8软水产量T/h16备注:根据煤种、加热制度、气象等条件的变化，可产1013吨/小时蒸汽。4.2、余热回收系统自来水要求：进水流量25m3/h,供水压力0.3Mpa4.3、余热回收装置的汽包、蒸发换热器、水加热器、除氧器及风机等使用寿命不低于五年。五、烟道余热回收装置工艺方案5.1、设计原则5.1.1在不影响焦炉正常运行的前提下最大限度地利用余热；5.1.2以生产可靠为前提，采用成熟、可靠的工艺和装备；5.1.3余热回收装置的过程控制采用集中控制原则，基本实现自动化为目标5.2、本余热回收装置结构设计十个特点：、系统采用高效直接传热元件翼片水管，较一般热管余热回收装置明显的优点是：余热装置水循环系统采用水管式强制循环换热，与采用热管导热系统相比，即加强了热交换，减少了占地面积，又延长了使用寿命（因热管的导热介质有延时降效的缺点）。、低温酸露点腐蚀装置采用我公司专利技术：即蒸汽发生器给水温度达130，有效地调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀，保证烟道及余热换热面不受露点腐蚀，使液态水中的含氧量几乎接近0，达到给水除氧的目的；使低温酸露点腐蚀的可能性大幅度地降低。、采用水管式强制循环换热管全部水平放置，即能使水盘管污水不富积，不留死角；又方便冬天设备停用时，盘管内的水彻底排净，避免冻管（采用热管技术的无此项功能）、系统汽包、防露点腐蚀除氧器架空与换热器本体分开设置，利用两层架空的钢架一层放软水箱、水泵等；二层放高、低压配电柜、操作柜等立体布置，节约占地，也节省基建投资。、余热回收装置系统自控可实现无人操作自动控制，可人机对话，实现在线监控和事故报警提示处理功能。、余热回收装置烟气出口与进口之间设旁通气动、电动蝶阀，在焦炉事故状态下（如：风机故障停车），能保证蝶阀能迅速开启，保护焦炉的工艺操作。两个烟道出口均设电动蝶阀，当其中一座焦炉生产发生变化时，可通过调整烟道进口阀门或风机转速，来调整分烟道烟气流量及压力，确保焦炉内压力，保证焦炉正常生产。、蒸汽聚集器、联箱及受热面全部采用焊接结构，只有人孔及检查孔采用非焊接结构，并采取可靠的密封措施，保证密封不泄漏。、整个系统中水管蒸发器和水管省煤器均采用积木式模块化箱体结构设计，全部受压元件的组焊均在厂内完成，分段出厂，现场吊装，减少现场安装焊口，缩短现场安装量，节约安装费用。、余热回收装置辅助系统疏放水系统设备本体范围内的各设备的最低点设置疏、放水点，确保各省煤器、蒸发器等的进出口联箱疏、放水的畅通。放汽系统-在系统的最高点，设置放气点，当上水和启动时，排去回收装置内空气和不凝结气体。、换热管受热面之间留有足够的空间，便于检修人员接近。5.3、余热回收焦炉烟道废气工艺流程废气工艺流程：经总烟道进烟囱热烟气有较大的余热回收，从焦炉来的270300的焦炉烟道气，经过余热回收装置温度降至165左右，同时产出0.8MPa蒸汽与外部生产用蒸汽管网并网，实现对废热烟气的余热利用，废热烟气通过引风机引出进入烟筒排入大气。从焦炉来的废热烟气（温度为270300），在原烟道上预留烟气出口，并由管道连接汇集进入余热回收装置（每条新配置的管道汇合进余热回收装置前设置一个阀门），经换热后温度降到165左右，经引风机引入原管道预留的进风口进入烟囱，引风机后设置烟道阀门，余热回收装置烟气出口与进口之间设旁通气、电动两用蝶阀，引风机可通过调正风机转速，用以满足烟道出口压力，保持焦炉的正常运行。（风机出口管道可与主烟道上或烟囱上预留孔接通）。5.3.1、余热回收装置烟气进口管道部分：在焦炉原有的两条地下烟道上，烟道闸板阀前面位置，各开出一个2400mm的烟道孔，将制作好的2400mm的烟气管道吊装放置在开口处，用耐火浇注料浇注，保证密封。同时另一端和连接余热余热回收装置进口的3000mm的主烟气管道进行焊接，同理，另一条地下烟道也做同样处理。另外，在两条2400mm的分烟道上个各安装一台电动调节阀，可以调节两焦化炉内的压力以及进入两分烟道内的烟气流量。在进余热回收装置的烟气主管道上设置一台烟道闸板阀。余热余热回收装置没问题时打开此阀，关闭旁通阀；检修时，关闭此阀，让烟气由旁路走出。5.3.2、余热回收装置出口烟气管道部分：焦炉废气通过余热回收装置降温后经引风机送入位于主烟道翻板阀后的烟气经烟道上的预留孔进入烟囱直接排放。5.4、余热回收系统水汽流程5.4.1汽水流程 1） 蒸汽发生器的循环回路为：汽包下降管循环泵蒸发器受热面上升管汽包，最终生产0.8Mpa饱和蒸汽，供业主生产使用。2） 除氧器循环回路为：除氧器下降管循环泵除氧器受热面上升管除氧器。3） 省煤器循环回路为：除氧器下降管给水泵省煤器汽包。4） 除氧器给水为：软水机软水箱（浮球阀控制给水）给水泵（由除氧器的水位来控制）除氧器。5.4.2余热回收装置排污系统 排污系统-在汽包的下段设排污管，在水系统的下联箱设定期排污，排去适量的余热回收装置污水以确保蒸汽品质，在余热回收装置本体下部配置定期排污管。5.4.3余热回收系统平面布置余热回收系统由蝶阀、除氧器、蒸发器、省煤器、风管、水泵、软化水箱、软化水泵、水路系统、循环管路系统，配电柜控制系统烟气引风机系统、平台爬梯等组成。水泵需位于回收装置附近，这样可以节省汽水管线，也减少温损和压降。六、余热回收装置系统技术参数6.1、汽包（1个）汽包筒身圆柱形，两端为椭圆形封头，封头的一端中心均装有供检查让人进出的人孔。汽包材质Q245R/GB713，内径为1500，壁厚为16mm,直段长度5000mm.为保证蒸汽的质量及锅炉的安全运行，锅筒设置有三级汽水分离装置，水下孔板加顶部波形板汽水分离器及蒸汽孔板。汽包上设有两个安全阀，两个蒸汽引出管，六根蒸汽引入管，三根下降管，另有事故放水管、水位警报器。在汽包上还设有水位计、平衡容器、磁翻板（带远传）液位计、压力表等必要的附件和仪表配置，以供余热回收装置运行时监督、控制用：（1）蒸汽聚集器满足系统使用，方便汽水分离，在启动、停止和瞬态条件时能调节水位。（2）正常水位（运行水位）在汽包中心线以下。（3）蒸汽聚集器内部装置严密，固定可靠，分离器的项帽与基体固定牢固，防止脱落。采用高效率汽水分离装置。当汽包的水位在可见水位范围内运行时，保证蒸汽品质合格，水循环可靠。（4）蒸汽聚集器水位计安全可靠，便于观察，指示正确，就地水位计采用双色玻璃水位计，在运行情况下各就地水位计之间偏差不大于20mm，汽包水位平衡容器为单室平衡容器，远传汽包水位输出4-20mA信号。（5）蒸汽聚集器事故放水管的入口与正常水位平齐。（6）为避免下降管孔、给水管孔、加药管孔、再循环管孔以及其他有可能出现温差的管孔附近产生热疲劳裂，在管孔的结构型式、配水方式等方面采取加强防护措施。（7）饱和蒸汽由汽包上部的管座引出汽包，为了最大程度上获得干燥的饱和蒸汽，在出口管子前的蒸汽空间装有一只汽水分离器，以分离蒸汽中剩余的水分。（8）汽包底部的其它管座分别与排污管和紧急放水管相连。压力表和安全阀的管座布置在汽包上部。在汽空间和水空间还分别装有横向排列的管座，用于测控水位。（9）汽包内设有磷酸盐加药管、连续排污管、紧急放水管、再循环管。汽包采用支座式结构，在筒体两端布置了两个支座。见下图工作原理：汽包工作的正常液位在汽包的中心，汽包的补水采用液位控制，即液位低于某个设定值就补水，液位高于某个设定值就停止补水。循环水通过汽包底部的下降管管座流出，经循环泵送入蒸发段，汽水混合物通过斜向布置的管座进入汽包。饱和蒸汽由汽包上部的管座引出汽包进入蒸汽加热器。该汽包通过两个支座（一个活动支座，一个固定支座）搁置在钢架梁上。6.2、蒸发换热器（4件）蒸发换热器为管箱结构，受热面被组装在一个方箱内，整体出厂，共4件。其中3件用于0.8Mpa蒸发，另一件用于除氧器。蒸发换热器采用管子直径383材料为20（GB8163）,为螺旋肋片管，逆流布置。工作原理：从循环泵过来的有一定压力的热水从管箱的下端两根引入管（DN125)进入蒸发换热器，热水被加热成为水汽混合物后从管箱的上部两个引出管（DN125)被引出，分别被引入汽包（另一组引入除氧器）。6.3、水加热器（1个） 水加热器为管箱结构，受热面被组装在一个方箱内，整体出厂，共1件。水加热器采用管子直径383材料为20（GB8163）,为螺旋肋片管，逆流布置。工作原理：从除氧器的下降管汇总后一路进除氧器蒸发受热面，另一路就是对汽包进行补水，补给汽包的水在水加热器先进行加热，被加热的热水再被送入汽包。除氧器的热水从管箱的下端两根引入管（DN125)进入水加热器，热水被加热后从管箱的上部两个引出管（DN125)被引出，合并后被引入汽包。6.4、除氧器 （1）除氧器型号：CYQ-13000-0.17 （2）除氧器给水温度：来自软水后的清水20常温水。 （3）加热水量13000kg/h （4）除氧器供水温度130 （5）除氧器运行压力：0.17MPa （6）除氧器设计压力1.0MPa （7）除氧器容积：13.5 m3 （8）与除氧器相配的为：一组蒸发换热器。 除氧器型筒身圆柱形，两端为椭圆形封头，封头的一端中心均装有供检查让人进出的人孔。中间垂直布置一个除氧头，除氧头供除氧及给水的加热。除氧器型材质Q245R/GB713，内径为1500，壁厚为16mm,直段长度5000mm.除氧头内径为1000，壁厚为14mm,直段长度1000mm工作原理：热力除氧是建立在亨利定律和道尔顿定律的基础上的。亨利定律指出，当液体和气体处于平衡状态时，对应一定的温度，单位体积液体中溶解气体的量与液面上该气体的分压力成正比。只要能把余热回收装置的给水温度提升一定压力下的沸点温度时，液态水中的含氧量几乎接近0 ,达到给水除氧的目的。除氧器运行压力为0.17MPa，沸点温度为130，此温度是既是除氧温度也是蒸汽发生器的给水温度。在正常工作中，水中分离出来的氧气可通过除氧头顶部的阀门（常开可调节）来实现。从软水箱过来的常温水被水泵送入除氧头，水被均匀的分配到混合装置（水被汽加热的装置）加热后（130）进入除氧器。此时，除氧器蒸发换热器所产生的蒸汽量基本能加热常温的给水到设计温度。如果除氧器本身的能源不够，则由汽包的蒸汽来补充进行辅助加热进入除氧头，可以采用除氧器的压力来控制辅助蒸汽的开度。65、钢架与平台扶梯本钢架分两个部分，第一部分是承受蒸汽发生器部件的，第二部分是承受汽包和除氧器。钢架主体材料为H型型钢，为整体焊接结构。本体钢架采用全钢结构，按七度地震烈度设防。本体钢架将支撑整台回收装置正常运行时所产生的允许载荷以及风载、地震等载荷，并将其平稳地传递至地面基础，确保回收装置在允许载荷范围内长期安全可靠的运行。本回收装置在运行操作及检修所需的各部位均布置了平台，检修平台采用不透孔的花钢板结构，其余平台、步道及扶梯均采用栅格板结构。余热余热回收装置钢架除承受余热回收装置本体荷载外，还能承受余热回收装置范围内的各汽水管道、余热回收装置各层平台楼梯、检修设施等的荷载。6.6、炉墙与保温本蒸汽发生器采用外保温，保温厚度： 100mm岩棉板，外敷钢板。余热回收装置本体严密，漏风系数2%。6.7、阀门（1）安全阀及其他阀门的选择满足规范要求。（2）为保证系统安全运行，蒸汽聚集器上所装全部安全阀均为全启式的，其排放量的总和大于回收装置额定蒸发量。（3）按规范要求提供安全阀的整定压力调整及校验数据，安全阀的回座压力按启闭压差为整定压力的4%7%，最大不超过10%计算。安全阀的运行压力下应有良好的密封性能。（4）安装安全阀的联箱和管座能承受安全阀动作时的反作用力。（5）阀门的驱动装置与阀体的要求相适应，安全可靠，动作灵活。（6）所有阀门在出厂时均达到不须解体的安装使用条件。焊接连接的阀门，其焊口处做好坡口。用法兰连接的阀门，配以成对的法兰和所需的螺栓、垫片。（7）阀体上要有指示工质流动方向的标志，并注明额定压力，额定温度，公称直径。（8）阀门的严密性符合有关标准的规定。6.8、水泵系统水泵均按照一开一备配套，设一个18m3 软化水箱（箱体材质304不锈钢）。序号水泵规格、型号单位数量介质温度使用部位1ISG-50-250 Q=16m3/h H=60mH2O 4.5kw台220除氧器给水泵240DLR3 Q=16m3/h H=30mH2O 5.5kw台2130除氧器循环水泵340DLR10 Q=16m3/h H=150mH2O 18.5kw台2130汽包给水泵4GRG65-160 Q=100m3/h H=30mH2O 15kw台2175汽包循环水泵6.9、引风机引风机电器控制采用变频调速，并配合管道上安装的翻板阀门，用以在调节烟气出口压力，保证焦炉内压力在一个范围值内。例如：当一台焦炉生产发生变化时，风机保持不动，先调整烟道进口阀门，减小烟气流量，减小风机抽力，保持焦炉内压力，如不能满足，逐渐减小风机转速，直到满足要求。当两台焦炉生产发生变化时，逐渐减小风机转速，直到满足要求，并且不会对焦炉生产的正常运行造成影响，只会相应的减少蒸汽产量。风机的选取型号如下表（G4-7325D）项 目符号单位参 数备注体积流量QNNm3/h360000全压PPa2250入口温度t1180-150电机功率N0kW400电机转速n0r/min740工频50Hz电机电压V0KV10防护等级IP55绝缘等级F介 质烟 气6.10、烟气系统管路高温废气管道均采用钢板焊接，外部保温结构采用100mm岩棉保温，外包=0.5mm天蓝色彩钢板。七、余热回收装置电气控制及仪表7.1、概述本工程为新建余热回收工程，本工程本着安全实用、经济可靠的原则进行设计余热回收系统配套标准设备电气控制系统。本工程大部分负荷属于二级负荷，因此供电电源应为两回路独立供电电源。本工程供电压等级为：AC10KV、AC380V和AC220V供电。电气配电室遵循就近原则，分为高压电气室、低压电气室和集控操作室，分别隔离设置。7.2供配电本工程，引风机供电方式为高压AC10KV供电，其余设备全部为低压AC380V供电，设备照明均为AC220V供电。（1） 10KV供电方案本工程设1台AC10KV高压引风机由焦化现有AC10KV配电室所供电。本次设计在余热回收区域内设高压配电室一个，负责对AC10KV高压变频器供电。高压配电系统设备及电缆等试验项目由买负责。（2） AC380V供电方案根据本工程用电负荷分布情况，本次设计将余热回收区域内设低压配电室一个，负责对AC380V和AC220V低压电气设备供电。供电回路为双回路供电，供电方式为三相四线制供电。7.3电气控制（1）给水系统本系统过程控制采用智能仪表，给水系统采用变频自动连续供水，由PLC系统实时控制。（2）余热回收系统余热回收系统电气工程范围：低压电气部分，仪表监测及自动化控制部分，系统引风机变频调速及风机状态监控部分。（3）引风机高压变频调速及电机风机状态监测部分引风机设置高压变频调速设备，高压电机和风机测点温度设置监测监控装置，电机采用佳木斯电机，高压变频器采用利德华福产品。7.4、电器自动化（1）进线电源本工程需外部提供电压等级为：10KV、AC380V和AC240V，此总电源进线由买方提供。（2）主要设备选择:自动化控制系统选用SIEMENS S7-300系统系列产品。低压电气元件选用施耐德产品。继电器选用欧姆龙产品并带指示灯。（3）电力使用标准本工程高压配电室母线电压为AC10KV，容量为400KW ，低压配电室母线电压为AC380V，容量为89KW。照明电源电压为AC220V，容量为4.5KW。（4）动力设备控制方式及检测仪表水泵等动力设备分为就地远程控制；其中就地设操作箱，现场操作就地控制，可实现手自动两种控制方式根据系统控制要求，对系统的水位、压力、流量、温度等参数实施检测或控制，选用专用仪表进行检测，实现信号的传输、显示、控制及报警。7.5、自动控制（1）系统水泵（一用一备）变频控制；a、水泵远程控制及运行全部由控制室PLC系统完成，并能够手、自切换，同时对水泵及变频器状态进行监控，具备联锁保护及故障报警响应功能。b、为保证汽包水位的稳定，采用变频器调节变频频率来控制水泵的转速，控制给水泵供水量，同时通过上位控制模块，经运算输出电信号至水位调节阀，控制汽包水位在给定范围内。汽包水位、压力采用就地及PLC远传显示。汽包水位控制：设置三台液位计，一台为就地显示的双色液位计；两台为能输出4-20mA信号的磁翻板液位计，同时将420mA信号和锅炉给水泵联锁，水位低时，水泵自动启动补水；水位补高时，水泵设置自动停止。当汽包水位过低时，设置紧急声光报警。c、所有温度监测就地和监控显示。（2）PLC控制系统PLC控制系统是为实现对余热回收范围内设备的监测、控制及保护而专门设计配套的。整个系统内各控制回路、各类热工参数等的控制与监测全部由PLC来完成。各类一次仪表及执行机构的信号完全满足PLC的要求。a、本工程PLC系统设置1台工控机，布置于集控操作室。而PLC柜布于低压配电室。工控机为研华产品。b、控制系统采用西门子S7-300系列产品，实现系统内安全、可靠、便捷的信息通讯。c、为保证系统安全，保留紧急停炉等装置。（3）热工监测为保证余热回收系统可靠运行，除了配备必要的就地仪表外还配备了信号传感器，所有重要参数均能进入PLC，并在人机画面上显示。主要监测项目见下表：参 数 名 称指示报警信号类型备 注1烟道烟气温度Pt100共2点2烟道烟气压力共2点3蒸汽出口温度共1点4汽包压力Y-200共2点4蒸汽出口压力420mA共1点5蒸汽出口蒸汽流量420mA共1点6汽包压力420mA共1点7汽包温度Pt100共1点8汽包水位420mA共1点9除氧器压力420mA共1点10除氧器液位420mA共1点11除氧器进出口水温Pt100共2点12给水流量420mA共1点13引风机电机轴承温度420mA共2点14引风机轴承温度420mA共2点15引风机电机定子温度420mA共6点余热回收装置热工参数指示、报警，无论操作员控制台上显示器显示的是何种画面，当重要参数达到或超过报警值时，应在显示器上立即以声光信号对该参数报警。7.6、防雷接地本工程根据设计规范属第三类工业防雷建、构筑物，根据计算考虑了防止雷击的防护措施，余热回收钢结构支架作引下线与焦炉烟囱接地网连接地，从而防止雷击。由于10KV配电系统中性点不接地，其配电装置及电气设备正常非载流的金属部分均应保护接地，接地电阻不宜大于10。而AC380V配电系统中性点直接接地，所有电气设备外露可导电部分通过PEN线保护接地，接地电阻不应大于3。低压配电室均作重复接地，接地电阻不宜大于10。7.7、电气照明（甲方负责施工）本工程的低压供电为AC380V/AC220V中性点直接接地系统TNT,故照明与动力共用一供电电源。各照明电源引至低压配电室直接送电。照明网络电压采用AC380V/220V三相四线制系统。根据环境情况选择相应的照明灯具，以新光源的节能型灯为主。对配电室、集控操作室等处，一般采用荧光灯。八、制作规范与标准8.1、本工程应严格按照中华人民共和国国家标准和规程进行设计、制作。8.2、选材标准：翅片：08F按GB13237-91优质炭素结构钢冷轧薄钢板和钢带;板材、型钢：按GB700-88炭素结构钢。8.3、设备设计、制造执行的标准和规程GB50017-2003 钢结构设计规范GB150-1998 钢制压力容器JB4730-1994 压力容器无损探伤JB3375-1991 回收装置原材料入厂检验JB/T1609-1993 回收装置汽包技术条件JB/T1611-1993 回收装置管子技术条件JB/T1613-93 回收装置受压元件技术条件GB4457446084 图样GB1800180379 公差与配合GB1182118480 形状和位置公