湖北丹瑞炭素有限公司余热发电项目建设可行性研究报告

1、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、项目概况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

2、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。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

3、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：900-1100C。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：900-1200S根据热力平衡的计算，相当于：1700kw2200Kw 发电机组，年发电量约：

4、 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 10000Nmi7h ;温度为： 400-500C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。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

5、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。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：煅烧烟气，32000Nm3 40000NM3;温度为：900-1200C旋风烟气，8000N m3-10000NmF 温度为：400-500C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

6、0.56元计算，年发电：300CK wX 300dX 24hX 0.56元=1209.6万元。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

7、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EMC o、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。分料阀1分料阀西提升机振仓器 KA:给

8、料机除铁器齿璃碎机睦带输送机|O OJ艰齿概碎机 戲皮带辅送机振仓器原料仓 -给料机除铁器图1 (a)锻烧过程物料流动图1严电P)威成1口口口仓仓后提升机YAAAAAAAAA/熾烧炉1rrn皮带输送机2VAAAAAAAAA/冷制恂fV排料阀锻烧炉3前提升机/小车粉机接排料阀1皮带输送机L接排料阀2VAMN-Vi/V熾烧炉2憫烧炉4图1 (b)锻烧过程物料涼动图2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

9、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

10、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

11、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

12、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。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。

13、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。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IS09001质量体系认证和IS014001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 B0T 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，

14、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烟r入口轮机油炉出过热器F出口F油炉煅烧炉煅烧炉烟r入口煅烧炉IL罐式煅烧炉的废气温度高（可达950C）,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/330C，供汽轮机发电；低压蒸汽参数 0.8MPa/240C，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250C，用于生活水的加热2热力平衡计算通常用于阳极炭素生产石油焦成分:合实际生产状况，按上述原料计算烟气成分：(标准

15、烟气)烟气成分表() 儿糸C02S02出0o2N2成分14 .130 .159 .162 .5 87 .3 9I 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+16.06329I gVsq+1.05377 (gV sq )2=1562Ct-烟气的酸露点温度C；V sq -烟气SC3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。n 烟气的焓计算根据烟气中

16、各组分的比例，计算得:入口烟气的焓1 950= in2X N2% + iO2X O2% + L20X H2O% +ico2X C02% =1465.26kJ/Nm3出口烟气的焓125（= iN2 N2% + iO2 02% + jH20X H2O% + iC02X CO2% =205.17kJ/Nm川中压余热锅炉蒸发量计算1）锅炉入口烟气量 V=10000Nm3 /h2）锅炉入口烟气温度t =950 T （平均值）3）锅炉出口烟气温度t =250T （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=VXI950=14652600kJ/h5）锅炉漏风系数 g =0.056）烟

17、气带走的热量 Q2=（1+ g）X V X I250 =2356670kJ/h7）锅炉散热系数 q5=2%8）锅炉散热损失 Q5=q5X Qy=293052kJ/h9）中压锅炉吸热量 Q中= Qy Q2- Q5=12002878 kJ/h10）蒸汽的焓 igq=3333.7kJ/kg（1.27MPa 330C）11）给水的焓 igq=438.52kJ/kg（104C）12）中压锅炉产汽量：D中=Q中/（igq一igq）=4145kg/hIV低压余热锅炉蒸发量计算1）锅炉入口烟气量 V=10000Nm3/h2）锅炉入口烟气温度 t=600C3）锅炉出口烟气温度 t=250C （ 根据酸露点温度和

18、余热最大利用化原则选定 ）4）烟气入锅炉热量 Qy=V XI600=8581090kJ/h5）锅炉漏风系数 a=0.05烟气带走的热量 Q2=1.05X V X I !70=2376595kJ/h锅炉散热系数q5=2 %锅炉散热损失 Q5=q5 X Qy=165361kJ/h低压锅炉吸热量Q低=Q y Q2- Q5=6436274kJ/h蒸汽的焓 i1gq =3395.6kJ/kg(0.8MPa 240C)凝结水加热器进水的焓i0 =147.26kJ/kg (35C )凝结水加热器出水的焓i10=397.12kJ/kg (95C)锅炉排污： 1=0.02加热中压锅炉给水至104C需用热量： Q

19、 中给=(i 10 i0)X D 中 / (1 31)=1178209 kJ/h低压余热锅炉产汽量：D低=(Q低一 Q中给)/ (i 1gq i)=1895kg/hV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10000Nm3 /h10000Nm3/h入口烟气温度C950C600C过热蒸汽流量T/H4.75t/h6.70t/h过热蒸汽压力Mpa1.270.8过热蒸汽温度C330240给水压力Mpa2.21.4给水温度104104排烟温度2502502）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一一一装机容量Kw3000-二二主要生产设备1余热锅炉

20、台1工艺出口2蒸汽量吨1933000KW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Kw30003计算平均发电功率Kw22444年运行时间h72005年发电量Kwh1615.6万度6余热发电自用电率%6.58电站小时最大耗水量m3/h56.279电站水源平均供水能力m3/h52.8水压不小于2 MPa2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

21、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+H2 C0+H2 （高温）C+2H2X CO2+2H2 （高温）（2

22、）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x吨位x水蒸气比热率二产气量。国家标准水煤气热值rIII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

23、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。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

24、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。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- 330C方案-一发电装机3.0MW二二二平均发电功率2244KW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1162机械设备费用1567.03电气设备费用580.14控制系统费用277.25安装材料费用2596安装工程费用357.37建筑工程费用335.58其他68.8合计3225.4335.53560.