某某公司项目立项申请书

20132013 年度科研与工艺攻关项目年度科研与工艺攻关项目 立项申请报告立项申请报告 项目名称 项目名称 连续蓄热式热交换过程模型连续蓄热式热交换过程模型 2013 年 3 月 12 日 盖章 1 目 录 第一章 项目概况 1 1 项目名称 1 2 项目承担部门 1 3 项目所属领域 1 4 项目现状概述 第二章 项目研发必要性 2 1 概述 2 2 国内发展概况 第三章 项目关键技术与实施方案 3 1 研制方案 3 2 初步指标 第四章 设计 试制技术难点 第五章 完成项目所需条件 5 1 具备的研究基础 5 2 参加部门及需要承担的任务 第六章 项目研制进度安排 6 1 项目整体进度安排 第七章 投资估算 第八章 市场前景及效益分析 2 第一章第一章 项目概况项目概况 1 1 项目名称 项目名称 连续蓄热式热交换过程模型 1 2 项目承担部门项目承担部门 所属部门负责人职务专业特长 技术部技术部长热能工程 项目部项目部经理项目管理 施工 工艺部工艺部部长机械加工及工艺 1 3 项目所属领域 项目所属领域 冶金行业工业炉窑专业 1 4 项目研发背景概述项目研发背景概述 上世纪 80 年代英国开发了新式的蓄热式燃烧技术 RCB 技术 简称换向蓄热式 该技术回收烟气废热达 85 以上 这些热量又返 回炉中助燃 减少了燃料消耗 经济效益大 该技术被国际上称之为 21 世纪的节能关键技术之一 90 年代末 我国引进了该项技术以后 在钢铁行业中广泛应用 但在有色加工行业 由于熔炼炉与轧钢加热炉的区别 一个是非连续 加热炉 一个是连续加热炉 换向式蓄热式在熔炼炉上使用不能将 蓄热式燃烧技术的优点完全发挥 所以采用该技术的有色加工企业较 少 现在连续稳定火焰蓄热式燃烧技术 简称连续稳定火焰蓄热式 是专门针对有色加工行业 尤其是铝加工行业 开发的 它解决了换 向蓄热式存在的问题 它使蓄热式燃烧技术又上了一个新的台阶 3 第二章第二章 项目研发必要性项目研发必要性 2 1 概述概述 高温空气燃烧技术在国内工业炉上得到广泛应用 目前主要是切 换式蓄热燃烧系统 它是由燃烧器 换向阀 蓄热器与控制系统构成 燃烧器成对布置 当其中一个燃烧器工作时 另一个燃烧器作为排气装 置 同时用烟气的余热来加热与该燃烧器相连的蓄热体 根据设定的 时间换向阀换向后 两个燃烧器更换工作状态 原来处于燃烧状态的 燃烧器改为排放烟气 另一个燃烧器开始点火 这种成对布置的燃烧 器交替工作的方式使得两组蓄热体可以实现交替吸热放热的热工过程 与传统的燃烧技术相比 切换式蓄热燃烧系统的有点主要体现在以下 几个方面 1 可以能最大限度回收高温烟气的余热 极大程度地降低了加 热炉的排烟损失 达到了有效利用能源的目的 2 可使预热空气温度达到 800 一 1200 由于高温预热空气 所具有的物理热增加提高了炉内的理论燃烧温度 使得原来不能用于 高温工业炉窑的低发热值发生炉煤气和高炉煤气 转化为可用于轧钢 和炼钢等工业炉用的燃气 扩展了燃料的范围 3 可减少 NOx 生成量 减轻环境污染 4 在高温空气燃烧技术中 空气喷口和燃料喷口之问有一间隔 在空气与燃气混台前 高速的空气射流卷吸一定量的炉内烟气 使助 燃空气中的含氧量降低到 15 或更低 这样 燃气与低含氧浓度的助 燃空气混合 使得火焰的峰值温度降低并滞后 火焰拉长 炉内的温 度分布均匀 有利于提高被加热产品的质量 5 按照蓄热燃烧的理论 在满足高温与贫氧两个条件时 通过 4 合理组织炉的燃烧 蓄热式燃烧系统可以节约燃料 降低二氧化碳的 总的排放量 使加热空间温度更加均匀 降低氮氧化物的排放浓度等 实际的生产实践证明 在绝大多数的工业炉上应用蓄热燃烧系统 都能不同程度的实现上述的节能减排效果 如台车炉 熔铝炉等 系 统本身已经比较成熟 但对不用高炉煤气为燃料的连续式加热炉 则 节能效果并不明显 相同的工况条件下 当采用单预热蓄热燃烧时 在轧钢连续加热炉的上热效率较连续式加热炉稍低 国内十多年的使 用经验表明 切换式蓄热燃烧技术以下不足需要改进 1 蓄热室与燃烧器必须成对配置 2 蓄热室在换向时 存在容积效应 造成了能量和燃料的浪费 当 蓄热室内蓄热体由放热状态切换到吸热状态时 原本向炉内通入经过预 热的空气或煤气 随排放的烟气一起排放到炉外 3 换向阀在蓄热系统对于空气和烟气换向的同时 燃烧系统也进 行换向 增加了不安全的因素 4 由于频繁的换向会引起燃烧的波动 压力场的波动 蓄热式换 向燃烧技术是间歇式排烟 脉冲式燃烧 换向时间约为 3 8 s 蓄热式 燃烧器既是燃烧介质 煤气 空气 的通道 又是烟气放热强制排放的通 道 在同一烧嘴煤气 空气燃烧和排烟的间隙 炉膛压力会产生很大波 动 同时由于燃料是换向式燃烧 致使烧嘴造成堵塞 结焦 断火 不 燃 爆鸣 爆燃等问题 鉴于换向式蓄热燃烧系统在实际应用中的一些不足 早在 1995 年 德国 WS 公司和 Asper 就开始了连续式蓄热燃烧技术的研究 研 究者又提出了一种新型的蓄热技术 那就是连续式蓄热燃烧技术 与 切换式蓄热燃烧系统相比 连续式蓄热燃烧系统保持了切换式燃烧系 5 统的优点 同时克服了它的某些不足 概括起来有以下优点 1 连续 稳定火焰的蓄热式高温空气燃烧系统不用再另外设置 传统燃烧器先将炉温提高到 800 以上再开启蓄热系统的方法 或者 采用长明灯或值班烧嘴连续点燃换向燃烧的烧嘴的方法 由于燃料供 应是连续的 可以连续调节火焰的大小 所以刚刚装完冷料的炉子或 烘炉也可以正常使用蓄热式系统 这样简化了系统 又降低了工人的 劳动强度 2 燃气管道与烟气 空气供应管道分离 所以蓄热系统出现问题不 会影响正常生产 3 燃气不需自动切换装置 解决了切换式高温空气燃烧技术中 的烧嘴堵塞 结焦 断火 不燃 爆鸣 爆燃等问题 4 在炉体建设上保持原有炉型不变 对于燃烧系统来讲 保持原有 烧嘴或减少烧嘴的数量 不改变原有的燃烧方式 既适于新炉 也可用 于旧炉节能改造 5 占地少 安装简便 全自动控制 这种不改变原有燃烧系统 的 连续 稳定火焰蓄热式高温空气燃烧技术的发明 为蓄热式燃烧技 术的推广提供了更大的支持 2 2 国内发展概况国内发展概况 目前 连续稳定火焰蓄热式技术的节能原理及实现的方法 关键 设备的设计都已成型 国内在 2002 年就开始了这方面的研究工作 取得了成果 在晋能集团铝材公司的熔铝炉上首先使用了连续式蓄热 燃烧技术 取得了理想的效果 但是针对这种新型的蓄热燃烧技术在 冶金行业中的实际应用经验还是很匮乏 对应用中的节能数据还有待 进一步验证 我们下一步重点研究的放心就是建立连续蓄热式热交换 过程模型 分析各种工况下的节能效果及相关数据 6 第三章第三章 项目关键技术与实施方案项目关键技术与实施方案 3 1 研制方案研制方案 结合国内外关于蓄热燃烧技术的科研成果与我国工业炉上应用过 程中遇到的问题 我们提出一套可实现连续燃烧的高温空气燃烧技术 方案 首先研制出专用于蓄热燃烧系统的四通换向阀 这种换向阀可 以用在高温环境中保持良好的密封性能和较小的阻力 其原理如图 1 和图 2 该套系统由燃烧器 换向阀 蓄热体 风机与控制系统组成 图 1 所示为连续式蓄热燃烧系统的第一种工作状态 在这种工作状态 下 高温烟气经过高温换向阀到蓄热体 B 蓄热室 B 内蓄热体被加热 同 时高温烟气被冷却到 200 度以下经低温换向阀 引风机排出 烟气的显 热被蓄热体 B 吸收并贮存 来自鼓风机的常温空气经过上一周期已 经加热的高温蓄热体 A 后被预热为高温助燃空气 同时蓄热体 A 被 冷却 经高温换向阀到燃烧器 经过半个周期后 高温换向阀与低温换向阀同时换向后 系统进入 第二种工作状态 从图 与图 可知 低温换向阀到风机的管道内气 流方向保持不变 同时高温换向阀到燃烧器的管道内气流的方向也保 持不变 如图 所示 在这种工作状态下 高温烟气经高温换向阀 后到蓄热体 A 蓄热体 A 被加热 同时 常温空气经蓄热体 B 被加 7 热成为高温助燃空气 经高温换向阀进入到燃烧器 由以上分析可知 通过一对蓄热体 一对四通换向阀的组合可以得到连续稳定的高温空 气 只要持续供应燃气 便可以得到连续的蓄热式燃烧方式 这种 连续稳定的蓄热燃烧方式可以对空气 燃气进行连续控制从而可以实 现对火焰的连续控制 通过实践和数值模拟可知 烟气初步冷却可以 降低 200 以上 高温助燃空气在这一阶段也得到进一步的加热 可 升温 200 左右 到达高温换向阀的烟气温度在 1000 以下 这有利 于高温换向阀的长期正常运行 采用这样的连续式蓄热燃烧方式以后 在高温助燃空气管道上可以接一个燃烧器 也可以根据实际需要 接 多个燃烧器 为了将热损失降到最小 每个燃烧器可以配一个高温换 向阀 整套燃烧系统只用一个总的低温换向阀 所有这些燃烧器都可 以实现连续燃烧 且燃烧的强度也较切换式蓄热燃烧方式容易调节 8 3 2 初步指标初步指标 制定合理的热交换流程 设计合理的高温烟气管道 燃气 燃油 管道和助燃空气管道的布置 确定合理的蓄热器和多通道烧嘴 在以 上相同的条件下 通过实验得出不同燃料的吨钢单耗和节能率 如 下表 燃料燃料 种类种类 改造前单耗改造前单耗 燃料单位 燃料单位 t 钢 钢 改造前单耗改造前单耗 燃料单位 燃料单位 t 钢 钢 节能率节能率燃料单位燃料单位燃料燃烧值燃料燃烧值 天然 气 油 城市 煤气 发生 炉煤 气 9 第四章第四章 设计 试制技术难点设计 试制技术难点 4 1 虽然在原理上已经得到正确的验证 但是 要实现这种连续 稳定火焰蓄热式换热过程 需要设计出合理的换向阀和烧嘴 特别是 这种三通道的蓄热式烧嘴 每个烧嘴要与两个换向阀进行配合 要想 与换向阀实现合理 紧凑 高效的配合 需要不断的实验和改进 4 2 通过试验得出一种最为理想的蓄热体材料 由于是连续稳定 火焰的蓄热 所以对蓄热体的要求较严格 应该达到一定的要求 比 如传热速度快 传热效率高 不易破裂变形等 4 3 如何通过集中的自动化控制系统 实现整个燃烧和热交换系 统高效 节能 最大程度地达到最佳状态 10 第五章第五章 完成项目所需条件完成项目所需条件 5 1 具备的研究基础具备的研究基础 表一表一 项目主要研发技术人员表项目主要研发技术人员表 姓名职称职务专业 工程师工程师技术部长技术部长热能工程热能工程 工程师工程师设备部长设备部长机械设计机械设计 电气工程师电气工程师电气助理电气助理自动化控制自动化控制 建造师建造师项目经理项目经理土木工程土木工程 建造师建造师项目助理项目助理土木工程土木工程 工程师工程师工艺部长工艺部长机械设计机械设计 工程师工程师工艺助理工艺助理机械设计机械设计 5 2 参加部门及需要承担的任务参加部门及需要承担的任务 表二 表二 参加部门及需要承担的任务参加部门及需要承担的任务 部部 门门需要承担的任务需要承担的任务 工艺部工艺部负责关键设备的加工和制造 提出修改建负责关键设备的加工和制造 提出修改建 议议 项目部项目部负责设备的安装和调试 提出改进建议负责设备的安装和调试 提出改进建议 采购部采购部负责设备和原材料的采购负责设备和原材料的采购 财务部财务部为技术研发和实验提供资金支持为技术研发和实验提供资金支持 11 第六章第六章 项目研制进度安排项目研制进度安排 6 1 项目整体进度安排项目整体进度安排 项目研制周期 2013 年 2014 年 5 月 表三 项目各年份进度安排表 年 份预计完成的工作内容 2013 年 3 月 制定出整体方案 确定实验的场地 规模大小 等 2013 年 4 月 7 月详细设计过程 期间会组织各部门进行审查 2013 年 8 月 12 月工艺部组织设备的加工和制造 项目部制定施 工计划并开始施工 采购部负责设备和材料的 采购 2014 年 1 月整体验收 并具备实验条件 2014 年 2 月 4 月相关技术人员进驻实验场地进行跟踪 并根据 实际情况进行实验 记录详细数据 2014 年 5 月分析实验数据 得出实验结论 建立实验模型 12 第七章第七章 投资估算投资估算 该项目 2013 年投资概算为 540 万元 详细情况如下表 表三 投资估算表 序序 号号项目项目 费用费用 万元 万元 费用说明费用说明 1设计费120数据分析 论证 技术转让 2专用费30购买专用设备 仪器等 3材料费220各种原材料 辅助材料费以及购买过程中的装 卸 运输费用 4外协费80相关设备的外协制造 加工等 5差旅费10各相关人员的试验 考察 调研 交流等过程 产生的费用 6会议费6研发过程中为开展学术研讨 咨询 评审以及 项目协调等活动而发生的费用 7事务费15用研发过程中所有知识产权方面的费用 8专家咨询费10支付给临时聘请的咨询专家的费用 9燃料动力费10直接消耗的水 电 气 燃料等费用 10固定资产使 用费 8直接使用固定资产而发生的费用 11工资及劳务 费 10各相关人员的工资和劳务费 12管理费8日常消耗 业务招待 人员培训等产生的费用 13不可预见费13 13 合计540 第八章第八章 主要风险分析主要风险分析 该项目技术含量高 节能效果最为理想 应用范围广 虽然从技术的角度来讲 推广的前景很大 但是在实际的推 广中会有一些困难和风险 其中主要风险就是市场的案例太 少 说服力弱 特别是对于大中