140th干熄焦初步设计总论本科学位论文.docx
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140th干熄焦初步设计总论本科学位论文
安阳钢铁股份有限公司焦化厂
7、8号焦炉干熄焦工程初步设计
第一篇总论
安阳钢铁股份有限公司焦化厂
7、8号焦炉干熄焦工程初步设计
第一篇总论
库号：
39EC41
公司主管经理
：
副总工程师
：
设计经理
：
中冶焦耐工程技术有限公司
二○○八年二月
参加编制和主要人员
专业
室主任
专业组长
审核人
编制人
备煤
张长青
郑卫军
郑卫军
王铃玉
炼焦
张长青
王明登
王明登
王磊
总图
倪荣芳
洪恩军
洪恩军
王俊峰
土建
杨晓阳
郑伟
刘业刚
张建奎、张庆良
电力
李刚
牟卫国
牟卫国
张晓波
电信
王洪耀
王柏峰
方利明
方利明
仪表
史红婴
马广泉
马广泉
孙泽宁
控制系统
史红婴
刘晓东
刘晓东
李铁民
热力
姜宁
陈本成
陈本成
何玉涛
通风
王满
霍延中
霍延中
刘庆成
给水排水
尹君贤
韩景超
韩景超
李力宏
环保
武剑
何平
何平
苏亚萍
经济
任少明
何太
何太
刘家红
总目次
第一篇总论
1概述
1.1设计依据
a）总承包合同技术附件
b）与杭州锅炉厂的业务划分纪要
c）1月11日开工会三方的会议纪要
1.2设计原则和主要要求
a）安钢焦化厂现有7、8号焦炉为2×55孔6米焦炉，拟配套建设一套JNG90-2型（140t/h）的干熄焦装置。
工艺设计条件如下：
序号
项目名称
单位
数量
备注
I
焦炉孔数
孔
2×55
2
每孔炭化室产焦量
t
22.3
干基、全焦率78.2
3
焦炉机械维修计划
次/日
3
1小时／次
4
焦炭温度
℃
1000±50
焦炭装入装置的焦炭温度
5
周转时间
h
19
6
紧张操作系数
1.07
7
焦炭残留挥发物
％
1.25
8
焦炭平均粒度
mm
60
b）干熄焦锅炉回收红焦的显热，所产生的蒸汽，通过汽轮机组发电，这部分承包范围由杭州锅炉厂完成。
d）干熄焦系统单独设计一套除尘地面站。
e）本工程将采用西门子PCS7控制系统实现对为7#8#焦炉配套的1x140t/h干熄焦装置、1x140t/h干熄焦环境除尘地面站、除盐水站、循环水系统等设施生产过程的监控。
控制系统由基础控制级、监控级构成。
f）干熄焦装置投产后，正常生产熄焦用干熄焦装置，湿熄焦系统做为干熄焦装置的备用。
1.3设计规模及建设进度
1.3.1设计规模
安钢7、8号焦炉设计为2×55孔6m焦炉，设计规模按年产焦炭110t，根据干熄焦装置设计规定，确定干熄焦设计规模为140t/h。
1.3.2建设进度
2008年3月完成初步设计和审批工作
2008年3月~2008年11月开展施工图设计
2008年3月~2009年5月现场施工
2009年6月投产
1.4建厂的外部条件
1.4.1气象条件
极端最高温度41.7℃
极端最低温度-21.7℃
年平均温度13.6℃
最热月月平均相对湿度78%
最冷月月平均相对湿度61%
最热月平均温度26.9℃
最冷月平均温度-1.8℃
平均年总降水量606.1mm
一日最大降雨量180.5mm
年平均大气压力100.75kPa
冬季最多风向及频率C28%N13%
夏季最多风向及频率C26%N14%
年最多风向及频率C25%N14%
全年平均风速2.5m/s
冬季室外风速2.4m/s
夏季室外风速2.4m/s
30年一遇最大风速23.7m/s
1.4.2工程地质及水文条件
厂区地下水较深，对建筑物无影响，分布呈一块一块状态，顶部湿陷性黄土2～4m、为Ⅰ级非自重湿陷性黄土。
1.4.3地震基本烈度
抗震设防烈度8度（第一组）,设计基本地震加速度值0.20g。
1.4.4设计的主要数据
冬季采暖室外计算温度-7℃
夏季采暖室外计算温度32℃
冬季空调室外计算温度-10℃
夏季空调室外计算温度35℃
基本风压0.45KN/m2
基本雪压0.40KN/m2
最大积雪深度23cm
最大冻土深度45cm
抗震设防8度
1.4.5原料、产品的运输方式
本装置原料为安钢7、8号焦炉生产的赤热焦炭，温度为1000~1050℃，焦炭由电机车拖动焦罐送至干熄站提升井架底部，并提升、平移装入干熄炉，经干熄炉冷却的焦炭由带式输送机送至筛贮焦系统。
本工程除盐水站用的药品等，采用道路运输方式运输。
本工程所需要的生产用水、生活用水、蒸汽、氮气、压缩空气、焦炉煤气由安钢公司供给，10kV用电电源引自公司上级变电所。
1.5设计范围及分工
140t／h干熄焦系统配套范围包括：
干熄焦装置；红焦运输系统；除尘系统；干熄后的焦炭运输系统；牵车台及焦罐检修站；供水系统；能源动力介质系统；相应的供配电、电气仪表、自动化控制、电讯设施；红线内配套适应性改造设施；CDQ区域内的土建工程、道路、给排水、消防、安全、环保、卫生、照明设施及红线内综合管网（热力管网除外）等。
本干熄焦装置新建一套除盐水站，与75t／h干熄焦装置共用，包括除盐水的输送和储存问题，各项指标要实现满足各装置正常使用除盐水的目标。
以上内容均为中冶焦耐公司的工作范围。
1.6初步设计文件组成
本初步设计共分三部分组成
第一部分第一篇总论
第二篇工程设计说明
第三篇主要设备表
第二部分环境保护专篇
劳动安全专篇
消防专篇
职业卫生专篇
第三部分初步设计附图
2
原材料、燃料的来源及需要量
2.1原料
本装置的原料为安钢7、8号焦炉的红焦，温度为950~1050℃，小时处理量为129.105t。
2.2燃料
干熄炉在开工或年修时，需要蒸汽和煤气烘烤，均由焦化厂现有设施供给。
3
主要产品品种、产量
a）焦炭1097855.72t/a
b）焦粉21735t/a
4
车间组成及工程项目内容
4.1车间组成
本工程由干熄焦装置、除盐水及循环水系统、除尘系统及生产辅助设施组成。
4.2工程项目内容
4.2.1干熄焦装置
包括红焦运送系统、焦炭的装入和排出系统，焦炭的冷却系统以及循环气体中焦粉除尘系统。
4.2.2干熄焦锅炉、发电配套设施
包括除盐水站、循环水系统。
4.2.3运焦系统
包括与湿熄焦汇合转运站前的皮带机通廊。
4.3生产辅助设施
包括综合电气室、给排水系统、总图运输、外部管线（部分）、牵车台等。
5
工艺流程及主要装备
5.1工艺流程
干熄焦工艺分为干熄和循环气体两大部分。
装满红焦的焦罐车由电机车牵引至提升井架底部，由提升机将焦罐提升到干熄炉顶，通过装入装置将焦炭装入干熄炉内，在干熄炉中焦炭与惰性气体直接进行热交换，焦炭被冷却至200℃左右，经排焦装置卸到带式输送机上，然后送往焦处理系统。
循环风机将冷却焦炭的惰性气体从干熄炉底部的供气装置鼓入干熄炉内，与红热焦炭逆流换热。
自干熄炉排出的热循环气体的温度约为880～960℃，经一次除尘器除尘后进入干熄焦锅炉换热，温度降至130～135℃。
由锅炉出来的冷循环气体经干熄焦专用除尘器除尘后，由循环风机加压，进入干熄炉循环使用。
5.2主要装备
经过几年的开发研制工作，干熄焦的大部分设备已实现国产化，但为确保干熄焦装置稳定、可靠、连续的操作运行，对非常重要的、关键设备和元件进行引进。
下表是拟引进设备清单。
干熄焦引进设备分交表
序号
名称、规格
单位
数量
备注
1
装入装置用电动缸（含变频调速系统）
套
1
2
排出装置用振动给料器（含控制器﹑检修台车及上下补偿器）
套
1
3
循环风机（含风机本体，入口电动挡板，风机轴承用温度计、振动传感器及其显示盘）
套
1
干熄焦装置的主要装备如下：
a）电机车用于牵引和操纵焦罐车和湿熄焦车，因此，既能满足干法熄焦的作业要求，又可满足湿法熄焦的要求，具有运行速度快，调速性能好，对位准确，行车安全的特性。
b）焦罐车是由圆形焦罐及运载车组成，焦罐主要由焦罐体及摆动的底闸门和吊杆组成，焦罐两侧设有导向辊轮供升降导向，还设有与底闸连动的提吊罐体的吊杆，在罐体底部设有中隔梁将焦炭导向对开底闸门。
c）自动对位装置（A.P.S）主要由液压站和液压缸组成，它用于确保焦罐车在干熄站的准确对位和操作安全。
d）提升机用于将装满红焦的焦罐提升并横移至干熄炉顶，将红热焦炭装入干熄炉内，装完红焦后将空焦罐放回到运载车上。
由PLC与其它设备联动。
e）干熄炉外壳用钢板制做，内衬耐磨粘土砖及断热砖等，上部为预存室，中间是斜道区，下部为冷却室。
JNG90-2型干熄焦装置耐火材料量
序号
名称
单位
数量
1
AN粘土砖
t
156.0
2
BN粘土砖
t
308.4
3
隔热砖
t
114.2
4
A级莫来石粘土砖
t
407.1
5
B级莫来石粘土砖
t
63.0
6
莫来石-碳化硅砖
t
110.3
7
玄武岩铸石板
t
3.1
8
隔热砖粒
m3
103.3
9
耐火浇注料
m3
48.2
10
火泥
t
124.8
11
陶瓷纤维
m3
42.0
f）装入装置安装在干熄炉操作台上，主要由炉盖台车和带料钟的装入料斗台车组成，两个台车连在一起，由一台电动缸驱动。
g）排焦装置位于干熄炉的底部，将干熄炉下部冷却的焦炭连续密封地排出，它由平板闸门、电磁振动给料器、旋转密封阀和排焦溜槽等设备组成。
h）一次除尘器为重力沉降式除尘装置，用于除去循环气体中所含的粗粒焦粉。
i）二次除尘器采用了多管旋风分离式除尘器，将循环气体中的粗粒焦粉进一步分离出来。
使入循环风机的气体粉尘含量小于1g/m3，多管旋风除尘器主要由单体旋风器、旋风子固定板、导气管固定板、外壳、下部灰斗及进出口变径管等构成。
旋风器的旋风子及导向器采用高铬合金镀部分镍、钼合金元素，可提高其耐磨性提高使用寿命。
j）循环风机是气体循环部分的核心，安装在二次除尘器和给水预热器之间，接触气体部分的材质要求耐磨，风机结构为离心风机，采用变频调速。
k）干熄焦余热锅炉是干熄焦装置余热回收的重要设备，额定蒸发量为80±5t/h，P=3.82MPa，t=450℃，采取了蒸汽超温、超压、锅炉液位过高、过低报警和联锁保护等措施，确保干熄焦锅炉安全稳定运行。
6
公用及生产辅助设施
6.1总图运输
安阳钢铁股份有限公司焦化厂干熄焦工程根据业主要求在焦化厂厂内建设。
本工程包括140t/h干熄焦装置及配套设施。
工程用地东面紧靠8号焦炉，南为燃气车间，西邻厂内铁路，北面是装煤出焦地面站及焦油车间。
场地自然标高为84.10m。
现有的焦化厂已形成完整的铁路和道路运输系统，交通运输较为方便，可满足本工程的需要。
本地区主导风向：
西北风。
场地可利用面积：
13300ｍ2
6.2电气及电信
本工程大部分负荷属于一、二级负荷，因此干熄焦综合电气室10kV受电电源为两回路独立电源，两路10kV电源分别引自动力厂西110kV变电站的两段10kV母线，且每路电源皆能承担100%的负荷。
另外汽轮发电机经断路器接于干熄焦配电室10kVI段母线，并通过10kV联络线并入电力系统。
联络线兼做电源线能承担100%的外送电量。
本工程电信设计内容：
通信系统、安全消防报警系统、工业电视系统、电信外部线路。
。
6.3仪表自动化
对于工艺操作需要监控的各操作参数，均送入计算机控制系统，并视其重要程度分别进行指示、调节、记录、报警及联锁等，参与经济核算的计量仪表均设积算功能。
6.4通风及除尘
为消除车间内的各种有害气体和粉尘，设计采用自然通风、机械通风和机械除尘等措施。
经通风换气、降低了室内有害气体浓度，改善了操作区的环境，使操作区的有害气体浓度，低于国家规定的允许值。
对产尘点进行机械除尘，使操作区粉尘浓度不超过国家卫生标准，经除尘净化后的排出气体粉尘浓度低于国家规定排放标准。
6.5热力
140t/h干熄焦所需热力介质有蒸汽、氮气、压缩空气、除盐水、采暖热水等，各种热力介质消耗量详见表：
140t/h干熄焦热力介质消耗量表
序号
介质名称
参数
年消耗
备
注
压力
（MPa）
温度
（℃）
流量
1
蒸汽
0.4～0.6
饱和
11.68t/h
54651t
2
压缩
空气
生产用
0.6
40
8.41m3/min
402072m3
标态
3
氮气
生产用
0.6
40
6.57m3/min
事故状态31.57m3/min
3234672m3
标态
仪表用
0.6
40
11.33m3/min
5583168m3
除尘用
0.6
40
6m3/min
3153600m3
4
采暖热水
0.5
95/70
400kW
6952GJ
循环量
13.76t/h
5
除盐水
0.2
常温
54.5t/h
最大76.5t/h
444720t
6.6给水排水
本设计是为7#、8#焦炉，配置处理能力1套140t/h干熄焦及汽轮发电装置配套的给排水设计。
给排水系统设有生产消防给水系统、生活给水系统、干熄焦循环水系统及汽轮发电站循环水系统、排水系统。
生产消防水、生活水均由焦化厂相应系统供给，供水接点设在干熄焦工段边界处。
生产给水接点处供水压力应不小于0.30MPa，生活给水接点处供水压力应不小于0.30MPa，其水质、水量、水温均应满足国家现行的生产、生活饮用水水质标准。
7
资金筹措
本工程总投资18695.64万元，其中固定资产投资18630.90万元，铺底流动资金64.74万元。
工程投资组成表
费用名称
投资（万元）
比例（%）
建设投资
18630.90
100
其
中
建筑工程
2620.88
14.07
安装工程
2885.58
15.49
设备购置费
11334.52
60.84
其它费用
902.73
4.85
预备费
887.19
4.76
8
环境保护、劳动安全卫生及消防
8.1环境保护
8.1.1大气
为了控制干熄焦系统排出的焦尘，在工艺设计上采取以下措施：
干熄炉炉顶装焦口设置了环形水封座，防止粉尘外溢。
为尽量减少水封盖与接焦漏斗替换过程中的粉尘扩散，炉顶压力在水封盖揭开前保持在-30Pa至-50Pa，而且料斗与炉盖采用联动机构，缩短了替换时间，使炉内气体尽可能不外逸。
排焦装置采用的格式密封阀式连续排出装置，能够封住排焦时产生的烟尘；同时向排焦装置的壳体内充入氮气，顶住炉内气体的压力，避免循环气体向外窜漏。
在干熄炉装焦口、排焦口、预存室放散气口、熄焦循环气体放散口等处设烟尘捕集装置，将产生的烟尘、粉尘送干熄焦地面除尘站除尘。
设计在干熄炉顶部装焦处、槽底出焦处、出焦口皮带、循环风机放散口以及转运站等处设置烟尘捕集装置，将生产过程产生的烟尘收集后送至干熄焦地面除尘站。
其排放口粉尘排放浓度和排放速率均符合《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）表2中的二级标准要求。
干熄焦后，所用的惰性气体经一次除尘后、由干熄焦锅炉回收余热，再经二次除尘后循环使用。
另外，对主要扬尘场所设置洒水抑尘措施，以减少运焦过程粉尘外排量。
焦炭运输通廊采取封闭式设计。
除尘器卸灰采用加湿卸灰方式，减少粉尘排放。
8.1.2水体
本工程生产新水主要为除盐水站用水以及干熄焦和发电站循环水补充水，其用水量为401m3/h，工艺循环水量为6015m3/h（汽轮发电站环水量为5900m3/h，干熄焦循环水量为115m3/h）。
水重复利用率为94%，生活用水量14m3/d（最大2.6m3/h）。
干熄炉水封水排水送水处理系统经沉淀处理后循环使用。
清洗地坪废水排至粉焦沉淀池处理后，上清液部分外排。
除盐水站离子交换器排水由中和水池中和后送除尘地面站作为加湿卸灰和干熄焦皮带熄红焦用水。
本工程产生的生产废水（81m3/h）及少量生活污水11m3/d（0.458m3/h）混合后排入厂区现有排水管网。
经采取控制措施后，本工程排水量约为81.458m3/h，其排水水质情况见表1-3。
其水质可满足《钢铁工业水污染物排放标准》（GB13456-92）焦化行业二级标准的要求。
8.1.3固体废弃物
干熄焦除尘地面站除尘器回收的粉尘量约为4830t/a，经加湿处理后用罐车外运销售，符合有关废渣的处理规定。
干熄焦系统惰性气体一次除尘、二次除尘器回收的粉尘量约为11070t/a，经加湿处理后用罐车外运销售，符合有关废渣的处理规定。
8.1.4噪声
采取的噪声控制措施如下：
1）声源治理
在满足工艺设计的前提下，在设备选型时尽量选用低噪声产品，并在气动性噪声设备上设置相应的消声装置：
除尘风机出口设消声器消音。
排焦装置、除尘风机及除尘风机管道、循环风机及循环气体管道等处均采取隔声措施。
2）减振与隔振
机械设备产生的噪声不仅能以空气为媒介向外传播，还能直接激发固体构件振动以弹性波的形式在基础、地板、墙壁、管道中传播，并在传播过程中内外辐射噪声。
为了防止振动产生的噪声污染，设计采取相应的减振措施：
各除尘风机、干熄炉循环风机及泵类设置单独基础或减振措施；除尘风机、循环风机强振设备与管道间采取柔性连接方式，以防止振动产生噪音。
3）其它
在平面设计中，充分考虑地形、声源方向性及噪声强弱，利用建构筑物、绿化植物等对噪声的屏蔽、吸纳作用，进行合理布局，以起到降低噪声影响的作用。
经采取上述措施后，本工程环境噪声强度将大为降低，各高噪声设备产生的噪声得到控制，厂区边界噪声昼夜预计可分别低于65dB（A）和55dB（A），符合《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-90）中的Ⅲ类区标准限值。
8.2劳动安全卫生
为了保障职工在生产中的安全与健康，避免各种危害因素对操作人员造成有害影响，本工程依照有关法规对各种危害因素采取了相应的防范与保护措施。
8.3消防
根据国家消防法及有关防火规范、法规，遵照“预防为主，消防结合”的方针，本工程从工艺、建筑与结构、总图、消防给水、电气与电信等专业对不同场所从各种角度对火灾、爆炸危险场所采取了切实可行的安全防范措施。
9
节能
干熄焦装置是能源回收装置，回收赤热焦炭的显热，并利用回收的显热生产蒸汽。
生产过程中所消耗的能源及耗能工质有焦炭烧损、水、电、蒸汽、压缩空气、氮气、除盐水等。
干熄焦能耗计算范围为干熄焦工段（不含发电）。
计算结果，本工程所消耗的能源和耗能工质折标准煤为24189t标准煤，产出的能源折标准煤为67069t标准煤，回收能源为42880t标准煤，单位回收能源为38kg标准煤。
详见能耗计算表。
10
主要技术经济指标
技术经济指标表
序号
指标名称
单位
指标
备注
一、装置能力
1
干熄焦装置炉型
JNG90-2型
2
发电功率
MW
25
二、产品产量
1
发电量
103kwh
159000
2
焦粉
t/a
21735
三、原材料消耗
1
焦炭烧损
t/a
10151
2
氨液
t/a
3.5
3
盐酸
t/a
119
4
NaOH（40%）
t/a
109
5
杀菌剂（NaClO5%）
m3/a
39.3
6
还原剂（NaHSO334%）
t/a
16.06
7
阻垢剂
t/a
2.7
8
复合药剂
t/a
30
四、动力消耗
1
水
生产用水
m3/h
401
发电站循环水
m3/h
5900
干熄焦循环水
m3/h
115
2
电
干熄焦有功功率
kW
4134
干熄焦视在功率
kVA
5036
非干熄焦有功功率
kW
31.4
非干熄焦视在功率
kVA
62.6
年耗电量
103kwh
16662.4
3
蒸汽（0.4~0.6MPa）
t/a
54651
4
压缩空气
m3/min
8.41
5
生产用氮气
m3/min
6.57
6
仪表用氮气
m3/min
11.33
7
除尘用氮气
m3/min
6
8
除盐水
m3/h
54.5
年耗量
103m3/a
444.72
9
焦炉煤气
103m3/a
129
五、投资
1
固定资产投资
万元
18630.90
2
流动资金
万元
215.79
六、财务预测指标
1
销售收入
万元/a
9383.36
达产年
2
销售税金及附加
万元/a
1034.80
达产年
3
原料费用
万元/a
963.71
达产年
4
动力费用
万元/a
1104.86
达产年
5
总成本费用
万元/a
3972.10
年平均
6
利润总额
万元/a
4292.97
年平均
7
所得税
万元/a
1073.24
年平均
8
税后利润
万元/a
3219.73
年平均
9
全投资内部收益率（税前）
%
26.31
10
全投资内部收益率（税后）
%
21.40
11
自有资金内部收益率
%
21.48
12
全投资回收期（税前）
年
4.83
13
全投资回收期（税后）
年
5.60
14
自有资金回收期
年
5.57
15
净现值（ic=7%，税前）
万元
33589
16
净现值（ic=7%，税后）
万元
23574
17
自有资金净现值
万元
23560
18
投资利润率
%
22.78
19
投资利税率
%
28.21
20
资本金利润率
%
22.96
七、其他指标
1
生产人员
人
97
2
工程用地面积
m2
13300
3
建构筑物用地面积
m2
6600
4
建筑系数
％
50
5
厂区道路及回车场
m2
800
6
绿化用地面积
m2
1084
11
财务计算及评价
从以上计算结果可以看出，本项目全投资内部收益率（税后）为21.40%，高于期望预期内部收益率7%。
经初步估算，每年的二氧化碳减排量为133363t，根据目前的市场
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