锰铁合金高炉煤气余压剩余高炉煤气节能综合利用项目可行性研究报告.docx
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锰铁合金高炉煤气余压剩余高炉煤气节能综合利用项目可行性研究报告
1总论
1.1概述
1.1.1项目名称、承办单位及主管单位
项目名称：
XXXX冶炼集团有限公司2×630立方锰铁合金高炉煤气余压、剩余高炉煤气节能综合利用项目
承办单位：
法定代表人：
建设地址：
项目联系人：
联系电话：
1.1.2项目建设单位基本情况
XXXX冶炼集团有限公司是运城市重点企业，山西省"绿色环境保护协会"理事单位，公司始建于1998年，北靠108国道，东邻大运高速公路；南近侯西铁路，地理位置得天独厚，交通运输四通八达，快捷便利。
公司占地400余亩，注册资本5000万元，总资产10.6亿元，现有员工1800余人，公司拥有2×630m3锰铁合金高炉，与之配套的2×90m2烧结机、2×75t/h燃煤机锅炉和国内先进的环保设施，现已发展成为集焦化、钢铁、水泥、新型墙体材料为一体的中型冶金企业，形成煤--焦--铁--水泥--新型墙体材料产品多元化的冶金经济循环链，被运城市、新绛县确立为"明星公司"、"龙头企业"，先后被市、县有关部门授予"先进民营企业"、"重合同守信用单位"、"先进工会"等荣誉称号，连续多年纳税额居新绛县首位，是运城市的纳税大户。
1.2项目提出的背景和建设的必要性
1.2.1项目提出的背景
《中国节能技术政策大纲（2006年）》指出“为推动节能技术进步，提高能源利用效率，促进节能降耗和污染减排，建设资源节约型、环境友好型社会”。
《国务院关于加强节能工作的决定》国发〔2006〕28号文指出“必须把节能摆在更加突出的战略位置”，“能源问题已经成为制约我国经济和社会发展的重要因素，要从战略和全局的高度，充分认识做好能源工作的重要性，高度重视能源安全，实现能源的可持续发展”；“解决我国能源问题，根本出路是坚持开发与节约并举、节约优先的方针，大力推进节能降耗，提高能源利用效率。
必须把节能工作作为当前的紧迫任务，列入各级政府重要议事日程，切实下大力气，采取强有力措施，确保实现“十一五”能源节约的目标，促进国民经济又快又好地发展”；决定中明确，“到“十一五”期末，万元国内生产总值（按2005年价格计算）能耗下降到0.98吨标准煤，平均年节能率为4.4％。
重点行业主要产品单位能耗总体达到或接近本世纪初国际先进水平。
”
1.2.2项目建设的必要性
高炉煤气是炼铁高炉生产过程中的副产品，它的主要成份是CO、CO2、N2、H2等，CO约占22%-26%，CO2约占16%-19%，H2约占1%-4%，N2要占58%-60%，属于重要的二次能源。
我国是钢铁生产大国，2007年的生铁产量达到46944.63万吨，钢产量达到48924.08万吨，高炉煤气年产量可达6000亿m3以上。
我国大型钢铁企业吨钢能耗比发达国家高10%，中小型企业高25%-30%，其主要原因是高炉煤气回收利用率低。
目前，我国大型钢铁企业高炉煤气回收利用率可达92%以上，但许多中小型钢铁厂对高炉煤气的回收和利用未引起足够的重视，20%以上的高炉煤气被直接排空或放散燃烧，约折合标煤880万吨，这一方面，由于高炉煤气中含有大量一氧化碳和其它有害化学物质，严重污染了环境；另一方面，也造成了能源的巨大浪费。
高炉煤气作为钢铁行业主要污染物之一，对其进行综合利用，将成为未来一个重要发展趋势。
2007年全国高炉煤气散放量达到614亿m3。
若能够将高炉煤气中的50%用于发电，总量将达50-61亿kWh（约相当于全国钢铁企业总电耗的5%）每年SO2、NOx和烟尘排放量可减少4.5万吨、2.7万吨和0.6万吨，预计可以减少环境损失3亿元以上。
为了实现可持续发展目标，大力推广应用环保节能技术，对冶金企业尤为重要。
高炉煤气余压发电项目是国家千家企业节能行动推荐的重点节能降耗工程项目之一。
采用高炉煤气余压透平装置，能够回收约占高炉鼓风机能耗30％～40％的能量，同时还可提高煤气质量，减少噪声对环境的污染。
XXXX冶炼集团有限公司的2x630m3锰铁高炉煤气除烧结机和热风炉使用外，仍剩余约50%的煤气，虽然高炉煤气为低热值，但通过高空放散，将造成大量能源的浪费，而且严重污染环境。
因此，开发余能利用项目，节约能耗、降低成本、提高效益、实现循环经济，创建资源节约型企业，成为XXXX冶炼集团有限公司发展方向。
公司决定建设高炉剩余煤气、高炉煤气余压综合利用项目，对两座高炉分别采用BPRP+剩余煤气发电和TRT+蒸汽拖风机的建设方式。
在保证生产的同时尽量提高余能综合利用的高效性和灵活性。
1.3编制依据及研究范围
1.3.1编制依据
（1）“XXXX冶炼集团有限公司2×630立方锰铁合金高炉煤气余压、剩余高炉煤气节能综合利用项目可研”的编制委托书。
（2）《建设项目经济评价方法与参数》（第二版），国家计委、建设部计投资（1993）530号文。
（3）XXXX冶炼集团有限公司提供的基础资料。
（4）《节能中长期专项规划》
1.3.2研究范围
本报告将论述如下问题:
（1）项目建设的目的、意义。
（2）技术方案的选择。
（3）提供合理、可行的工艺流程及所需的主要工艺设备。
（4）规划项目建设进度，确定生产组织及劳动定员。
（5）提出本项目的消防措施及劳动安全防护措施以及环境保护措施。
（6）进行投资估算及生产成本估算，在此基础上进行财务评价。
（7）对建设项目作总体评价，提出存在问题及建议。
1.4主要指导思想和技术原则
（1）以技术为先导，以节能降耗为中心，采用先进、成熟、可靠的工艺技术，提高装置的经济效益和环保效益。
（2）严格执行国家、地方现行的有关环境保护、劳动安全、工业卫生、消防、节能等规定，采取切实可行的措施，做到清洁生产，可持续发展。
（3）充分依托原厂现有的公用工程及生活设施，缩短建设周期，以节约投资。
（4）实事求是地论述项目在技术和设备上的先进性、可靠性；经济上的必要性、合理性；财务上的赢利性、真实性。
1.5可行性研究结论
（1）该项目对2x630m3高炉煤气余压、剩余高炉煤气节能综合利用，是节能环保型项目，符合国家产业政策。
（2）采用燃气锅炉对剩余煤气充分利用，进行发电和汽轮机直接带动风机进行作业，即减少了高炉煤气的污染，又充分利用了其能量；TRT和BPRT技术对高炉煤气的余压余能进行回收，一方面回收了约占高炉鼓风机能耗30％～40％的能量，同时提高了煤气质量，大大降低了高炉的噪音污染，而且有利于降低高炉顶压的波动，提高高炉的生产效率。
（3）该项目具有显著的经济效益。
该项目实施后，余压发电、节电达5700万kWh，剩余煤气发电、节电达15030万kWh，两项合计发电、节电达20730万kWh，折合标煤51610吨，具有显著的经济效益和节能效益。
经过对工程的技术经济分析，各项指标均较好，年均新增税后利润3091.36万元，投资回收期4.83年（含建设期）。
附：
主要技术经济指标表
序号
名称
单位
指标
备注
1
总发电、节电装机容量
万KW
36000
TRT与BPRT各4500KW容量，蒸汽发电15MW和12MW汽拖风机
2
年发电、节电量
104KWh
20730
3
新增人员指标
人
76
4
总投资
万元
16118.6
建设投资
万元
15780.9
建设期贷款利息
万元
238
流动资金
万元
99.7
5
经济指标
项目年均总成本
万元
1986.51
营业收入
万元
7255.50
以0.35元/度内部结算
总投资收益率
%
25.57
投资利税率
%
32.69
项目资本金净利润率
%
33.9
11
财务内部收益率
%
25.28
税后
12
财务净现值（I=12%）
万元
11098
税后
全部投资回收期
年
4.83
税后
盈亏平衡点（生产能力）
%
26.98
2项目目标及效果分析
2.1国家发展规划以及有关政策法规
环境保护是我国的一项基本国策，是落实科学发展观的重要内容。
“十一五”是我国加快推进经济和社会发展，全面建设小康社会的关键时期，也是环境保护事业快速发展的关键时期。
《节能中长期专项规划》中科学、全面地提出了我国到2020年分阶段的节能目标：
2010年达到或接近20世纪90年代初期国际先进水平，其中大中型企业达到本世纪初国际先进水平，2020年达到或接近国际先进水平。
冶金企业是全国最大的能源用户，单以用电来说，约占全国总用量的13％～15％，而炼铁又占整个冶金企业用电的40％左右，并且我国的中小高炉占绝大多数。
自从我国中小高炉向着高压、高冶炼强度的方向发展以来，如何充分利用高炉煤气的余压、剩余煤气的余能，以回收电能来降低炼铁成本的问题已迫在眉睫。
国家发改委2005年第35号令《钢铁产业发展政策》第五条规定“按照可持续发展和循环经济理念，提高环境保护和资源综合利用水平，节能降耗。
最大限度地提高废气、废水、废物的综合利用水平，力争实现“零排放”，建立循环型钢铁工厂。
钢铁企业必须发展余热、余能回收发电”。
对高炉煤气余压采用透平发电和剩余高炉煤气发电被国内外公认为是投资小、见效快、回收期短的高回报节能与环保项目。
2.2能量利用现状及存在的问题
2.2.1企业生产现状
XXXX冶炼集团有限公司拥有2x90m2烧结机和2x630m3高炉以及相应附属设施。
（1）2x90m2烧结机生产部分
每台90m2烧结机，利用系数1.25t/m2.h，[设备能力1.7t/m2.h]，年工作时间330天，7920小时，作业率90.4%，两台烧结机年产冷烧结矿178.20万t。
产品为冷烧结矿，品位：
56%；碱度（CaO/SiO2）：
1.8倍；粒度5～150mm；温度≤120℃；＜5mm含量小于5%。
2×90m2烧结技术经济指标表2-1
序号
项目
单位
指标
备注
1
2
3
4
5
1
烧结机
m2
2×90
2
利用系数
t/m2.h
1.25
3
年工作日
d
330
4
作业率
%
90.4
5
烧结矿产量
104t/a
178.20
6
主要原燃料消耗
铁料
104t/a
179.40
包括高炉返矿
生石灰
104t/a
15.60
熟白云石
104t/a
6.64
固体燃料
104t/a
12.27
高炉煤气
104Nm3/a
2540.7
电
104kW.h/a
4550.7
水
104m3/a
75.13
7
烧结矿质量
Ni
%
1.0
Cr
%
2.0
Fe
%
53
CaO/SiO2
倍
1.8
粒度
mm
150～5
8
设备重量
t
6600
9
用电设备安装容量
kW
10612.5
10
用电设备工作容量
kW
8400
11
占地面积
m2
40000
12
绿化面积
m2
8000
13
建筑系数
%
20%
14
职工定员
人
360
（2）2×630m3高炉生产部分
炼铁工艺设施包括：
原燃料贮运系统、上料系统、炉顶系统、炉体系统、风口平台出铁场系统、热风炉系统、煤气粗除尘系统、渣处理系统、碾泥机系统、铸铁机系统。
630m3高炉主要产品为锰铁合金。
主要指标如下：
锰铁合金铁质量指标表表2-2
Ni
Cr
SiO2
P
S
C
Fe
≥1.60%
≥4%
1～2%
≤0.07%
≤0.06%
3～3.5%
85%
高炉主要技术经济指标见表2-3。
高炉主要技术经济指标表表2-3
序号
指标名称
单位
数值
备注
一
冶炼指标
1
有效容积
m3
2×630
2
年平均利用系数
t/m3d
1.03
3
入炉焦比
kg/t
900
4
热风温度
C
1100～1150
5
熟料率
%
90
其中：
烧结矿
%
75
球团矿
%
15
块矿
%
10
6
入炉矿石综合品位
%
59.4
7
炉顶压力
MPa
0.1
按照无料钟炉顶设计
8
渣铁比
kg/t
1000
9
作业率
d
350
二
产品及副产品
1
铁水
104t/a
32.45
2
炉渣（水渣）
104t/a
35.70
含水10%
3
炉尘
104t/a
0.76
按13kg/m3计
4
高炉煤气
104Nm3/h
10.0
5
返焦
104t/a
6.02
按5%返焦
6
返烧结
104t/a
8.84
按6%返矿
三
主要原、燃料耗量
1
烧结矿
104t/a
54.18
包括6%返矿
2
球团矿
104t/a
10.22
3
块矿
104t/a
6.81
4
焦炭
104t/a
30.67
包括5%返焦
5
石灰石
104t/a
2.78
调剂用
采用静电除尘设施进行高炉煤气除尘。
除尘后的煤气进入TRT或BPRT系统回收其中余压能然后送往燃气锅炉及其它煤气用户。
高炉设鼓风机站一座，配置一台全静叶可调轴流压缩机组，预留另一台风机位置。
风机型号：
D2530---3.8/0.96，进口流量2530m3/min，进口压力0.096Mpa，出口压力0.38Mpa，主轴转速5000r/min。
在高炉出铁场、矿槽、铸铁机设除尘系统。
各辅助间、操作室、办公室等处设采暖设施，保证冬季室内不同的温度要求。
高炉中央控制室、鼓风机站、化验室等处，为满足工艺设备对环境温度的要求，设空调设施。
各润滑油站、动力油站、一次仪表室及各水泵站、加药间等均根据室内通风换气要求设有机械排风或机械送风系统。
2.2.2企业能量利用存在问题
XXXX冶炼集团有限公司在生产锰铁合金铁过程中产生的高炉煤气一部分作为烧结机和热风炉的燃料，一部分煤气作为蒸汽锅炉的燃料生产蒸汽使用，剩余约50%的高炉煤气，过去通常采用高空放散，但煤气的放散一方面造成大气的污染，另一方面造成高炉煤气中大量的可燃物质的浪费。
另外高炉煤气由0.15Mpa排出高炉后经降压阀减压到常压状态，没有充分利用该部分煤气压力。
在能源日益紧张的今天，企业必须要树立节能意识，对一次性能源作到充分利用，所以必须寻找先进的技术来实现突破。
高炉煤气平衡表。
煤气收入
煤气支出
比例（%）
供户
供量（NM3/h）
用户
用量（Nm3/h）
2×630m3锰铁高炉
204750
热风炉
92137.5
45.00
烧结机点火
6600
3.22
喷煤烟气炉
3750.00
1.83
将采用2台75t/h燃气锅炉
102262.50
49.95
合计
204750
合计
204750
100
2.3本项目拟实现的目标和预期的效果
通过实施节能综合利用项目，使高炉煤气的余压得到充分的利用，配套余压发电、节电设施投产后可回收鼓风机约30%的电耗，年可发电、节电5700万kWh的电量，剩余高炉煤气燃烧发电、节电约15030万kWh的电量。
两项发电合计20730万kWh，折合标煤5.16万吨。
若按标煤含硫0.5%，和脱硫效率96%计算，年减少SO2排放20.6吨。
2.4项目的实施符合清洁生产的要求
清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用率，减少或是避免生产、服务和产品使用过程中的污染物的产生和排放，以减轻或消除对人类健康和环境的危害。
高炉煤气余压和剩余煤气的节能综合利用项目的实施可以回收高炉煤气的压力余能和剩余煤气中可燃成分的余能，使炼铁生产中副产的剩余能源得到较为充分的再利用，降低了能耗，同时也降低了污染物排放总量。
3生产规模和产品方案
3.1生产规模
（1）1#高炉建设TRT+12Mw汽拖风机设施，其中TRT装机容量为4500Kw，实际发电3500Kw，年发电量2770万kWh。
汽拖风机设施功率10000kW，年节电7900万kWh，两项合计年发电、节电10670万kWh的规模。
（2）2#高炉建设BPRT风机+15Mw汽轮发电机组，其中BPRT风机实际运行功率3700kW，年节电2930kWh。
汽轮机发电机组实际发电负荷9000kW，年发电量7130万kWh。
两项合计年发电、节电10060万kWh的规模。
两座高炉煤气的余压发电、节电和剩余煤气发电、节电总计为20730万kWh。
折合标煤51610吨，节能效益十分显著。
3.2.建设方案
以技术方案的成熟可靠前提下，考虑系统的整体可靠性和灵活性。
具体建设方案为：
（1）1#高炉采用TRT+12Mw汽拖风机设施的方案，剩余煤气燃烧产生的蒸汽通过汽轮机全部用来推动风机的运行，该蒸汽负荷可满足高炉风机的需求，同时减少了发配电系统的投入。
高炉煤气TRT系统产生的电量全部上网。
（2）2#高炉采用BPRT风机+15Mw汽轮发电机组，高炉煤气通过BPRT系统推动高炉风机，可减少风机30%左右的用电量。
剩余高炉煤气通过燃烧75t锅炉、发配电设施生产的电量全部上网。
两套高炉采用不同的节能综合利用措施，形成供电互补的效果，有利于系统的稳定和灵活调节。
4工艺技术方案
4.1工艺方案的选择
4.1.1高炉煤气余压节能利用
现代高炉炉顶压力高达0.15~0.25MPa，炉顶煤气中存有大量势能。
传统做法中采用减压阀组将其压力降低到所需压力，减压阀组工作时噪声高，而且压力能全部浪费。
采用炉顶余压发电技术，就是利用炉顶煤气剩余压力使气体在透平内膨胀做功，推动透平转动，带动发电机发电，根据炉顶压力不同，每吨铁约可发电20-40KWh。
如果高炉煤气采用干法除尘，发电量还可增加30%左右，这种节能发电技术称为TRT技术（BlastFurnaceTopGasRecoveryTurbineUnit,以下简称TRT）；同时也发展了煤气透平直接带动高炉鼓风机（与鼓风机电动机同轴驱动），从而减少后面配套的发配电装置，简称BPRT（BlastFurnacePowerRecoveryTurbine）。
高炉煤气余压节能利用的特点是：
（1）产生新的能量：
利用高炉产生的煤气余热、余压，通过透平（TRT）膨胀做功带动发电机发电（或驱动鼓风机的电动机），不消耗煤气也不降低煤气品质；
（2）环保：
在透平工作过程中，煤气通过透平机组，替代减压阀组，减少气流噪音（TRT主机噪音一般在100dBA左右，减压阀组一般在120~150dBA左右）；
（3）净化煤气：
煤气流经透平时由于离心作用以及压力降低，煤气中的粉尘在透平机体内沉积；
（4）提高高炉产量：
煤气流经透平时，其流量、压力是经过透平静叶角度无级调节改变的，可以随时控制煤气压力在一个很小的波动范围内（一般可以控制高炉炉顶压力正常时在±3kPa左右，甩负荷时在±3kPa左右；一般减压阀组控制高炉炉顶压力在10~20kPa左右）使得炉顶压力相对稳定，提高高炉利用系数从而提高高炉产量；
4.1.2剩余高炉煤气的节能利用
XXXX冶炼集团有限公司在生产锰铁合金铁过程中产生的高炉煤气一部分作为烧结机和热风炉的燃料，另外还剩余约50%的高炉煤气，该部分的剩余煤气若高空放散，一方面造成大气的污染，另一方面造成高炉煤气中大量的可燃物质的浪费。
但该部分的高炉煤气可燃物质主要由CO组成，其可燃物质浓度较低，发热量低，作为工业原料气的价值较低，一般作为燃料气来回收其中的能量。
通常的方法包括：
①蒸汽轮机发电：
蒸汽轮机就是可燃气体与空气在燃烧器内燃烧，燃烧产生蒸汽做功发电，蒸汽轮机发电技术已经非常成熟并且可以利用各种热值、压力的燃气，这属于世界上早期的高炉煤气发电技术。
其特点是：
蒸汽轮机已经在各个领域应用了一百多年，技术成熟，稳定性好，单机功率大。
但系统复杂，集成度低，建设周期长，大修困难，维护复杂。
②燃气轮机及燃气蒸汽联合循环发电
燃气轮机则是以空气和燃气为介质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机发动机一致。
燃气-蒸汽联合循环发电机组是20世纪中叶发展起来的一项新技术，系统由燃气轮机、余热蒸汽锅炉、蒸汽轮机等组成。
其工作原理是由压气机将空气加压进入燃烧室，燃料在燃烧室燃烧后，形成高温高压燃气，并在透平中膨胀做功，一部分功用于驱动压气机，剩余部分驱动发电机发电，透平排气的温度约500℃，排放的高温烟气再进入余热锅炉产生蒸汽，二次发电。
这一技术日趋完善并得到了高度发展和广泛应用。
但高炉煤气燃气轮机的容量规模大，一次性投资较大、维护费用高而且备件昂贵，大修困难。
③燃气内燃机发电
燃气内燃机与汽油机在结构上类似，但其燃料是可燃气体，而不是汽油利用柴油和汽油作为燃料的内燃机技术非常成熟世纪末就开始投入工业应用。
以天然气作为燃料的内燃机在20世纪末也已成熟，而在国内利用变浓度（低热值等燃气为燃料的内燃机发电机组的研究才刚刚起步。
各种发电机组各有优点和缺点，但对于气源分散、供应不稳定、气量不大的情况，燃气内燃机具有突出的优点。
到目前为止国内利用燃气内燃机建立的分布式电站已达到100多座，覆盖了高炉煤气、焦炉煤气、冶炼尾气、沼气、秸秆气等领域，装机容量60万KW，年发电量40亿kWh，运行稳定，事故率低，采用高炉煤气内燃机发电是我国自行开发的技术，国外尚未有研究和应用的报道。
在现有燃气内燃机的基础上改装开发的高炉煤气发动机发电机组具有单机容量小（一般在100~4000Kw）、发电效率高、结构紧凑、单机重量轻、体积小、移动方便、建站灵活、启停快捷、操作和维护简单、投资小等优点。
4.1.3高炉余压节能方案与剩余煤气节能利用方案的确定
综合目前现有的三种剩余高炉煤气发电的特点，公司内部生产管理特点，华丰公司决定对1#高炉剩余煤气节能方案采用蒸汽拖风机方式，采用75t蒸汽锅炉+蒸汽轮机，直接驱动鼓风机。
该方案节省了该套系统后续的发配电设施，提高了汽轮机做功的动能利用率，同时可满足1#高炉鼓风机的动力负荷需求。
2#高炉剩余煤气节能方案为75t蒸汽锅炉+蒸汽轮机+发电机技术，为通常的火力发电方式，产生的电力接入电网供应全厂用电，该方式可灵活调整发电方案。
高炉煤气余压节能利用方案与剩余煤气节能利用方案相配合，对于1#高炉煤气余压节能方案，采用TRT技术对余压能进行发电利用；对于2#高炉煤气余压采用BPRT技术，煤气透平驱动鼓风机的同轴电机，达到节电的效果。
余压节能利用与剩余煤气节能利用相互配合使用，可使公司该两种能源综合利用，即保持高效节能，同时保证了系统的稳定性与灵活性。
4.21#高炉煤气余压与剩余高炉煤气节能综合利用工艺流程
4.2.11#高炉煤气余压节能利用流程
从高炉送出的高压煤气经旋风除尘和静电除尘后，送到余压透平发电装置和减压阀组；在减压阀组之前转入TRT进口管。
经全封闭液压插板阀，紧急切断阀，调速阀，可调静叶进入透平膨胀做功，透平带动发电机发电
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