干熄焦及余热发电综合利用工程可行性研究报告.docx
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干熄焦及余热发电综合利用工程可行性研究报告
干熄焦及余热发电综合利用工程
可行性研究报告
1总论
1.1概述
1.1.1项目名称及承办单位
项目名称：
能源化工集团有限公司干熄焦及余热发电综合利用工程
建设内容：
在**能源化工集团有限公司下属的两个130万吨焦化厂厂区内2×65孔（炭化室高5.5米，捣固焦工艺）和2X65孔QX5549D型炼焦炉（炭化室高5.5米，捣固焦工艺）基础上建设两套干独立的熄焦系统及干熄焦电站，总装机容量定为36MW（2X18MW）。
1.1.2承办单位情况
**能源化工集团有限公司位于****，主营煤炭洗选、炼焦、煤化工、发电、热力供应、燃气供应、铸铁生产、矿山开采。
现有员工5800多人，集团总资产162亿元，年均销售71亿元，实现利润2.2亿元，上缴税收1.8亿元。
2010年度在**市民营企业综合排名第一，民企排行第一，连续六年位列**市出口创汇第一名。
钼铁出口量占全中国出口总量70%，占全球销售量的12%，原集团董事长滕尚福位居《新财富》“500富人榜”第371位，被誉为“中国钼王”。
集团下属企业中4家进入**市工业企业50强，5家进入**市纳税50强，
建设项目分别位于**市沛县龙固镇工业园区**化工有限公司生产区和**市铜山区大彭镇的**华裕煤气有限公司生产区。
项目选址在公司厂区内，不需新征用地。
**化工有限公司是沛县人民政府重点发展企业。
现有2×65孔、JNDK55-07型炭化室高5.5米单热式捣固焦炉两座及配套的备煤、煤气净化公辅设施，设计年生产能力为冶金焦炭130万吨（公称）、煤焦油8.0693万吨、粗苯1.904万吨、硫铵1.5413万吨、硫磺4442吨，外供煤气3.2亿方。
2011年上半年1#、2#焦炉先后建成投产。
目前，天安化工公司生产已基本达到设计生产能力。
熄焦方式采用湿法熄焦、干法备用，预留干熄焦及迁车台位置。
公司毗邻大屯煤电公司龙东煤矿、徐矿集团三河尖煤矿、天能集团龙固煤矿和龙固煤矸石电厂。
本地生产原料充足，地理位置优越，交通十分便利。
距沛县30公里，北为济宁，东为枣庄，位于优质煤生产腹地，沛104国道、徐济公路、京杭大运河贯穿全县，公路建设全县已实现镇镇通油路，村村通公路，煤炭专用铁路及码头距厂区约4Km。
**华裕煤气有限公司成立于2008年12月底。
随着城市煤气需求量日益增长和城市环境的不断升级，环宇焦化作为**市唯一的人工煤气气源厂急需进行异地扩能改造，为**西部城区的发展打开空间，提升西部城区形象，改善**西部城区居民的生活质量。
为加快搬迁扩能改造工程建设，成立了华裕煤气有限公司，作为项目公司实施搬迁改造工程。
项目由XX能源化工集团有限公司、徐矿集团等多家公司投资建设，迁建地点为徐矿集团义安煤矿矿区，这对于振兴老工业基地具有十分重大的意义，盘活了义安矿原有的土地及部分资产，为矿区待安置人员提供了就业机会。
项目建设规模为建设两座5.5米捣固焦炉和配套的煤气净化及10万t/a甲醇装置等公附设施。
项目设计采用先进、成熟的工艺技术，可靠、合理的生产设备，其节能、环保措施，符合国家的产业、能源和环境保护政策。
项目建设周期预计一年左右。
项目建成投产后，可年供城市煤气3.03亿方、焦炭（干）135万吨、甲醇10万吨、焦油5.310万吨、粗苯1.9万吨、硫铵1.7万吨。
预计可实现年销售收入32.65亿元，年销售税金2.29亿元，年所得税近1.0亿元，税后利润1.84亿元。
华裕煤气项目是2009年度我市重点建设项目，位于九里区徐矿集团义安煤矿工业广场内，占地面积约800亩，投资约合10.5亿元人民币。
项目投资主体为**矿务集团、常州中天钢铁集团、**XX投资有限公司、**环宇焦化有限公司等企业强强联合的成功典范。
项目的成功建设，不仅能有效保证煤气的安全稳定供应，全面改善我市西部的生态环境，也为九里区的城市化进程拓展了更大的发展空间，对于进一步优化该区乃至**市的经济结构，促进煤化工产业的快速发展具有重要而深远的意义。
华裕煤气项目采用目前国内先进的炭化室高5.5米捣固焦炉（QX5549D型炼焦炉），2X65孔，配套煤气净化、甲醇生产和化产设施。
年供应城市煤气达3亿立方米以上，年产焦炭130万吨，配套10万吨甲醇装置用于煤气调峰，化工产品20万吨，采用国内先进的除尘设备和地面除尘站。
水处理采用A2/O2的专利工艺技术，厂内污水全部处理达标后复用，达到废水零排放。
采用湿、干法精脱硫工艺，硫化氢含量控制在10mg/m3以下。
1.1.3编制依据
（1）有关标准
GB50049-1994小型火力发电厂设计规范
DL5027-1993电力设备典型消防规程
HJ/T189-2006清洁生产标准钢铁行业
GB50390-2006焦化机械设备工程安装验收规范
HJ/T126-2003炼焦行业清洁生产
GB16171-1996炼焦炉大气污染排放标准
GB13456-1992钢铁工业污染物排放标准
GB/T3811-2008起重机设计规范
GB50432-2007炼焦工艺设计规范
GB12710-2008焦化安全规程
（2）建设单位的自然条件
气象特征
**属暖温带半湿润季风气候，四季分明，光照充足，雨量适中，雨热同期。
四季之中春、秋季短，冬、夏季长，春季天气多变，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒潮频袭。
气象参数
极端最高气温40.7℃
极端最低气温-21.3℃
年平均气温14.2℃
最热月平均气温27.0℃
最冷月平均气温0.0℃
年平均大气压力749hPa
年平均降水量848.1mm
日最大降水量180.0mm
最大积雪深度25.0cm
最热月月平均相对湿度81%
最冷月月平均相对湿度64%
全年平均风速2.7m/s
夏季平均风速2.9m/s
冬季平均风速2.8m/s
30年一遇最大风速20m/s
全年最多风向及其频率E20%N12%
最大冻土深度19.0cm
基本风压0.35kN/m2
基本雪压0.35kN/m2
冬季采暖室外计算温度-5℃
夏季通风室外计算温度31℃
冬季空调室外计算温度-8℃
夏季空调室外计算温度34.8℃
抗震设防烈度7度（第一组）
设计基本地震加速度值0.10g
（3）资源状况
本项目为干法熄焦项目，所利用的资源主要为焦炉产出红焦的显热，在传统湿法熄焦中该部分显热是作为废热不加以利用，而本项目将废热传化为资源。
1.1.4项目建设的必要性
（1）是科学发展观的本质要求
节能减排是提高能源利用效率，减轻环境压力，保障经济安全，全面建设小康社会的必然选择；是促进循环经济发展，建设节约型社会，转变经济增长方式，实现可持续发展的必由之路；是贯彻落实科学发展观、提高人民生活质量、构建和谐社会的必然要求。
干熄焦余热发电综合利用工程是XX集团“打造焦化产业链、发展绿色煤化工、促进循环经济、实现节能减排”的又一个重要举措，符合科学发展观的本质要求。
（2）是节约能源的需要
出炉红焦的显热约占炼焦能耗的35～40%，这部分能量相当于炼焦煤能量的5%，如果将这部分能量回收并充分利用，可以降低生产成本，起到节能降耗的作用。
本项目以资源综合利用为目的，采用干法息焦余热回收，其热量回收率将达到80%以上，折合标准煤约7.2万吨，符合国家能源政策和热电联产政策。
（3）是环境保护的需要
长期以来焦化厂生产产生的烟尘，废气等有害物质严重影响城市的环境，危害工人和城市居民的身心健康。
湿法熄焦产生的蒸汽中夹带着大量的焦尘及酚、氰、硫化物等有害物质，对人体危害极大，急需治理。
另外湿法熄焦在严重污染环境的同时，也造成了巨大的能源浪费。
本工程利用惰性气体，在密闭系统中将红焦熄灭，避免了湿法熄焦产生的大量有害蒸汽对空排放,改善和保护了大气环境，因此本项目建设既是焦化项目清洁生产的需要，也是环境保护的需要。
（4）是企业自身发展的需要
在焦化联产项目中，煤气的能源平衡占有重要的地位，如果采用湿法息焦蒸汽直接向大气排放，不但浪费了有限的能源污染了环境，在经济上也是极为不合理的，本项目积极采用先进技术，充分合理的利用红焦显热，既解决了企业自身热、电需求，又降低了公司的生产成本，是企业节能降耗的重要途径，据初步估算，本项目建成后年营业收入测算为15172万元，实现年利润总额为4224万元人民币，因此本项目的建设有利于增强企业的竞争力，是企业自身发展的需要。
该项目的实施，会给企业带来良好的经济效益，环境效益和社会效益。
1.1.5项目建设的有利条件
（1）发改产业[2006]328号《国家发展改革委关于加快焦化行业结构调整的指导意见的通知》中明确指出：
“坚持节约资源和保护环境的基本国策,按照严格市场准入、控制焦炭产能、淘汰落后工艺、合理利用资源、减少环境污染、促进联合重组的原则，在合理控制总量的基础上，扶优汰劣，调整布局，加快淘汰落后技术装备和生产能力。
依靠科技进步，加大节能降耗、资源综合利用和环境治理方面的技术改造力度；通过多种形式的联合重组，形成资源配置合理、污染物排放达标的节约型、清洁型、循环型行业发展模式。
大力推行焦化行业清洁生产，鼓励符合国家产业政策要求的大中型焦化企业进行干法熄焦、煤气脱硫脱氰、煤气综合利用、废水处理等重大节能环保项目建设。
”本项目符合国家关于加快焦化行业结构调整指导意见。
（2）项目所在地龙固镇位于**省沛县西北部，徐济省际公路、京杭大运河穿境而过，距京福高速沛县出入口半小时车程，距**观音机场一个半小时车程，铁路直达**与陇海、京沪线交汇，水陆交通十分便利。
（3）沛县龙固镇工业区是沛县规划的12平方公里煤化工产业区，是全国七大煤化工基地之一，同时也是全省唯一的煤化工产业基地，区内已入驻有天成氯碱、观茂焦化、天安化工、天旭化工、中兴化工、禄恒能源等一大批转型升级企业，本建设项目的选址符合龙固工业园区的总体规划、项目布局和用地规划。
（4）龙固镇资源丰富，境内煤炭资源已探明储量达3亿吨，国家大型煤矿“龙东煤矿、三河尖煤矿、龙固煤矿”座落其中，年产优质原煤450万吨，是我国优质煤生产基地，能保证观茂焦化、天安化工焦化联产项目的煤炭供应，从而使本项目的原料红焦的来源有了可靠的保证。
（5）干熄焦装置布置在焦炉区域，汽轮发电机房布置在燃气发电站区域，不需新征地。
同时还可充分利用焦化厂的部分公辅设施，可以减少工程投资。
1.1.6设计的基本原则
在工艺流程选择上做到先进、合理、技术成熟、可靠，并符合国家的行业政策和焦化技术发展方向，采用成熟先进的技术、设备、材料，使主要技术经济指标、整体技术水平、自动化程度达到干熄焦的先进水平。
1.2项目概况
1.2.1拟建地点
本项目分别在在**化工有限公司和华裕煤气有限公司焦化厂和燃气发电厂内建设。
干熄焦装置布置在焦炉外侧；冷焦从干熄炉下设地下带式输送机运出，经转运后送至现焦筛分贮存系统；主控楼、辅机室布置在干熄焦主体设备的左侧；除盐水站、循环水泵站、电站布置在燃气电站厂区。
CDQ环境除尘利用现拦焦除尘站。
1.2.2建设规模与目标
本工程建设2套独立的额定蒸发量为78t/h余热锅炉及18MW凝汽式汽轮发电机组。
余热锅炉热烟气来自2独立个生产厂区的4座5.5米捣固焦炉配套建设干熄焦炉。
配套建设的设施有：
环境除尘装置、辅机室、主控楼、皮带运输系统、牵车台、除盐水站、循环水泵房、发电站。
干熄焦本体包括：
干熄焦装置、一次除尘器、二次除尘器、余热锅炉、锅炉辅机设备、红焦装入设备、焦粉回收设备、冷焦排出设备、提升机调速及控制系统、风机调速系统、电气控制及设备、PLC控制系统（含控制软件）、检测仪表。
1.2.3主要建设条件
汽轮机发电主厂房及循环冷却水、除盐水系统布置在燃气发电系统厂区。
余热锅炉及干熄焦炉布置在焦炉区域，不需新征地。
同时还可充分利用焦化厂和燃气发电厂的部分公辅设施，可以减少工程投资。
1.2.4项目投资
本估算建设项目总投资为3.66亿元。
建设项目总投资为静态投资。
总投资估算表1-1。
表1-3总投资构成表
序号
项目名称
投资额（万元）
占静态投资（%）
1
建筑工程费
9430.08
25.85
2
安装工程费
4005.504
10.98
3
设备购置费
18615.744
51.03
4
工程建设其他费用
3297.792
9.04
5
基本预备费
1130.88
3.1
静态投资合计
36480
100
建设期贷款利息
0
6
动态投资合计
36480
7
铺底流动资金
120
建设项目总投资
36600
1.2.5单座电站技术经济指标及评价（）
表1-4主要技术经济指标
序号
指标名称
单位
指标
备注
一
装置能力
1
干熄焦装置处理能力
t/h
170
额定
t/h
151.1
实际
二
产品产量
1
发电
106kWh/a
149
345天
2
除尘焦粉
万t/a
2.5
345天（2%）
三
原材料消耗
1
焦炭烧损
万t/a
1.13
345天（烧损0.9%）
四
动力消耗
1
生产水
m3/h
127
生产消防供水能力253m3/h，压力：
0.45MPa
2
生活水
m3/h
1
0.2～0.25MPa
3
除盐水
m3/h
8
最大110
4
冷却水（净环水）
m3/h
6450
含发电辅机用冷却水，
压力：
0.3MPa
5
电
有功功率
kW
4631
无功功率
kVar
2586
视在功率
kVA
5304
年耗电量
106kWh
30.05
6
蒸汽
t/h
4.6
7
氮气（平均）
Nm3/h
193
8
普通压缩空气
Nm3/min
5.5
0.4~0.6MPa
9
仪表压缩空气
Nm3/min
9.46
0.4~0.6MPa
10
焦炉煤气（烘炉用）
Nm3/h
600~2000
17590kJ/Nm3
五
定员
1
生产工人
人
48
含电站
1.3单座电站公辅介质来源
氮气、压缩空气等公辅介质按工程要求，业主供至干熄焦区域边界，干熄焦区域的用电业主接至干熄焦变压器。
发电并网需要由业主与燃气电站负责统一考虑。
表1-5能源介质表
序号
名称
单位
需要量
备注
1
焦炭
万t/a
140
151.1/h
2
氮气（平均）
106m3/a
1.598
0.35~0.6MPa
3
普通压缩空气
Nm3/min
5.5
0.4~0.6MPa
4
仪表压缩空气
Nm3/min
9.46
0.4~0.6MPa
5
蒸汽
t/h
4.6
5
生产水
m3/h
127
供水能力253m3/h
6
生活水
m3/h
1
7
除盐水
m3/h
8
最大100
8
年有功耗电量
106kWh/a
30.05
9
焦炉煤气（烘炉用）
Nm3/h
600~2000
17590kJ/Nm3
1.4结论
本项目实施后，正常生产年营业收入为15172万元，利润总额为4224万元。
经测算项目税前指标，全部投资回收期（不含建设期）为4.55年，财务内部收益率为26.29%。
项目税后指标，全部投资回收期为6.06年（不含建设期），财务内部收益率为21.36%。
该项目在经济上是可行的。
2建设规模与产品方案
2.1建设规模
本工程在两处生产区内分别建设1套额定蒸发量78t/h的余热锅炉及18MW凝汽式汽轮发电机组。
余热锅炉热烟气来自2座5.5米捣固焦炉配套建设干熄焦炉。
配套建设的设施有：
环境除尘装置、辅机室、主控楼、皮带运输系统、牵车台、除盐水站、循环水泵房、发电站。
干熄焦本体包括：
干熄焦装置、一次除尘器、二次除尘器、余热锅炉、锅炉辅机设备、红焦装入设备、焦粉回收设备、冷焦排出设备、提升机调速及控制系统、风机调速系统、电气控制及设备、PLC控制系统（含控制软件）、检测仪表。
2.2单座电站主要设备参数
表2-1 单站主要设备参数表
主要设备
项目
参数
1余热锅炉
额定蒸发量
78t/h
运行压力
5.83±0.2
蒸汽温度
510±5℃
设计效率
82%
是否是新的机器
是
设计寿命
整体寿命30年，运行寿命3年
2蒸汽轮机
数量
1
型号
N18-4.98
额定容量
18MW
输入气体的温度
475±5℃
额定输入蒸汽量
78t
是否是新的机器
是
设计寿命
30年
效率
85%
3发电机
数量
1
额定容量
18MW
型号
QF1W-18-2
额定电压
10.5kV
额定运转速度
3000r/min
设计效率
97.60%
是否是新的机器
是
设计寿命
30年
4干熄炉
最大熄焦能力
170t/h
焦炭冷却时间
～2h
最大的气体循环流量
248000Nm3/h
循环风机的全压
11200Pa
循环气体进入锅炉的温度
900～980℃
循环气体出锅炉的温度
160～180℃
设计寿命
整体寿命10年，每检修1次
2.3单座电站产品方案
表2-2 单站产品方案
序号
指标名称
单位
指标
1
净发电量
万kWh/a
14546
2
焦炭
万t/a
125.1
3
焦粉
万t/a
2.5
注：
净发电量是发电量减去干熄焦系统的自耗电量。
由于干熄焦装置每年需要20天的检修时间，因此原焦炉的湿熄焦系统作为备用。
干熄焦全年工作天数按345天计算。
3项目综合方案
3.1余热锅炉系统
余热锅炉主要作用是降低干熄焦系统惰性循环气体的温度并吸收其热量，产生蒸汽用以供热或发电，以达到使惰性循环气体的热量得到有效利用，节省能源的目的。
余热锅炉采用膜式水冷壁结构，此外，余热锅炉还采取了二次过热器上部进行熔融喷涂、吊挂杆设保护管、膜式水冷壁迎风面加防磨板等防腐耐磨措施，有效地解决余热锅炉的防腐、磨损、膨胀、密封问题，提高干熄焦锅炉的热效率，延长余热锅炉的使用寿命。
3.1.1余热锅炉容量的确定
依据干熄焦工艺设计基本参数，在天安及华裕项目地为干熄焦工程各自配套额定蒸发量为78t/h余热锅炉1台，共合计2台。
3.1.2余热锅炉及主要辅助设备技术规格
1）余热锅炉（单汽包自然循环室外型）技术参数
a蒸发量最大78t/h
b蒸汽压力
—汽包6.4MPa
—过热器出口5.83MPa
c蒸汽温度
—过热器出口处510±5℃
—允许最高工作温度520℃
d给水温度（锅炉给水泵入口处）104℃
e给水水质
序号
水质项目
单位
除盐水
1
硬度
μmol/l
≤2.0
2
铁
μg/l
≤30
3
铜
μg/l
≤5
4
二氧化硅
μg/l
≤20
5
PH值（25℃）
8.8～9.5
6
油
mg/l
≤0.3
7
电导率
μs/cm
0.2
8
联氨
μg/l
10～50
f锅炉锅内水质
项目
限制值
处理方法
磷酸盐处理
PH
9.0～10.5
总含盐量mg/l
≤100
电导率s/cm
<150
氯离子ppm
－
磷酸根离子mg/l
2～10
二氧化硅mg/l
≤2
2）余热锅炉特点
余热锅炉采用全自然的水循环方式，吸收烟气中的热量产生蒸汽用于发电。
锅炉的主要特点如下：
a、锅炉结构简单，在运输条件许可的条件下，尽量分组件组装出厂，安装方便，安装周期也相应缩短。
b、从设计的最基本方面入手，选用合理的烟速、材料，减少烟气偏流，针对不同部件采取不同的防磨措施，从而最终达到确保锅炉长寿的目的。
c、确保锅炉的严密性，特别是穿墙管处的密封，在杜绝漏风的同时保证管子热膨胀自如。
3）余热锅炉系统
烟气系统中的受热面除省煤器以外的主要受压件采用悬吊结构，整体向下膨胀,省煤器采用支撑结构，向上膨胀。
工艺流程中出来的烟气温度大约960℃，通过内衬砖墙的烟气通道从上端水平进入锅炉入口烟道。
在入口烟道出口处烟气转过90°向下流动。
烟气首先将热量传递给由前墙水冷壁拉稀而成的预置蒸发器，然后依次流经由水冷壁包围的高温过热器、低温过热器、光管蒸发器和鳍片管蒸发器，锅炉的水冷壁设计成为蒸发器系统的受热面，吸收烟气流程中的辐射放热。
烟气最后进入下部的省煤器，经过省煤器后烟气温度降到170℃左右，转过90°，沿水平方向从出口烟道进入下一道工序。
来自除氧器的给水送至省煤器，给水在省煤器中加热后进入锅筒。
a、光管蒸发器系统
锅筒—蒸发器下降管—光管蒸发器入口集箱—光管蒸发器—光管蒸发器出口集箱—光管蒸发器上升管—锅筒
b、鳍片管蒸发器系统
锅筒—蒸发器下降管—鳍片管蒸发器入口集箱—鳍片管蒸发器—鳍片管蒸发器上升管—锅筒
c、吊挂管
锅筒—水冷壁下降管—吊挂管入口集箱—吊挂管—吊挂管出口集箱—吊挂管上升管—锅筒
d、水冷壁系统
锅筒—水冷壁下降管—水冷壁入口集箱—水冷壁—水冷壁出口集箱—水冷壁上升管—锅筒
汽水混合物在锅筒中进行汽水分离，饱和蒸汽送往过热器，而被分离出来的水作为炉水落入锅筒，再次提供给循环系统。
饱和蒸汽在低温过热器中过热后去减温器。
用给水向减温器中喷水，使过热蒸汽达到设定温度。
经过减温的过热蒸汽在高温过热器中进一步过热，达到设定温度的过热蒸汽，作为发电用蒸汽送往汽轮机。
4）部件材质描述
（1）汽包
a数量单站1套合计2套
b材质
材质
厚度（mm）
外壳
19Mn6
104
端板
19Mn6
104
（2）膜式水冷壁
a类型翅片管焊接膜式壁结构
b管子材质20G
c联箱材质20G
d散热片材质20G
（3）蒸发器
a类型高温气体区光管式
低温气体区螺旋翅片管式
b管子材质20G
c联箱材质20G
d螺旋翅片材质20G
（4）二次过热器
a管子材质12Cr1MoVG
热喷涂上部两排（等效于JISMSFNi4）
b联箱材质12Cr1MoVG（入口）
12Cr1MoVG（出口）
（5）一次过热器
a管子材质12Cr1MoVG
b联箱材质12Cr1MoVG（入口）
12Cr1MoVG（出口）
（6）省煤器
a类型螺旋翅片管
b数量单站1套合计2套
c管子材质20G
d联箱材质20G
e翅片材质20G
（7）锅炉管路
主要管路
材质
低压给水
20G
省煤器入口
20G
省煤器出口
20G
蒸发器下降管
20G
膜式壁下降管
20G
膜式壁下降管
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