炼铁总厂高炉冲渣水余热利用项目技术方案.docx
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炼铁总厂高炉冲渣水余热利用项目技术方案
高炉冲渣水余热利用项目
技术方案
1概述1
1.1项目名称1
1.2编写单位1
1.3设计依据1
1.4设计原则2
1.5设计围2
2技术条件及指标3
2.1气象资料3
2.2设计条件3
2.3项目简述4
2.4工艺简述4
3工艺技术方案6
3.1建筑物采暖热指标6
3.2供热能力分析7
3.3工艺技术方案8
3.4冲渣水换热站9
3.5备用热源11
3.6.能源介质管网11
3.7主要设备清单12
4土建部分13
4.1概述13
4.2主要设计依据13
4.3厂区自然条件13
4.4建构筑物14
4.5计算采用的程序14
5供配电设施15
5.1设计围15
5.2设计依据15
5.3供电及负荷计算15
5.4电气传动及控制16
5.5电缆敷设16
5.6照明17
5.7防雷与接地17
5.8电气设施防灾18
6自动化仪表及控制要求20
6.1设计围20
6.2装备水平20
6.3主要检测20
6.4控制要求20
6.5仪表选型21
6.6控制室21
6.7通讯21
7给水、排水22
7.1生产用水22
7.2生活给水22
7.3排水22
8采暖、通风、空调设施23
8.1采暖设施23
8.2通风设施23
8.3通风设施23
9项目组织机构和人员24
9.1施工条件24
9.2大件运输24
9.3建厂物资24
9.4劳动定员24
10运行管理26
10.1调试和试运行26
10.1日常运行管理26
10.3异常运行26
11投资概算27
11.1工程概况27
11.2编制依据27
11.3费用构成28
11.4成本及收益分析29
1概述
1.1项目名称
某集团炼铁总厂高炉冲渣水余热利用项目中新4#、5#2580m3高炉冲渣水余热利用工程。
1.2编写单位
XXXXXX
1.3设计依据
（1）依据某集团炼铁总厂新4#、5#2580m3高炉冲渣系统生产状况，及未来负责供热的建筑物热工情况等。
（2）甲方提供的厂区现状图；
（3）国家及相关行业颁发的政策。
《中华人民国循环经济促进法》；
《中国节能技术政策大纲》；
《大气污染防治行动计划》；
（4）国家现行有关设计规、技术标准。
《城镇供热管网设计规》CJJ34-2010；
《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T81-2013；
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规》GB50736-2012；
《建筑结构荷载规》GB50009-2001；
《建筑设计防火规》GB50016-2006；
《供配电系统设计规》GB50052-2009；
《建筑结构荷载规》GB50009-2001；
《混凝土结构设计规》GB50010-2002；
《工业金属管道设计规》GB50316-2000（2008年版）；
《钢铁企业节能设计规》GB50632-2010；
《钢铁企业给水排水设计规》GB50721-2011。
1.4设计原则
（1）根据采暖水对水质、水温、水压的不同要求，充分挖掘厂宝贵余热资源，设计了高炉冲渣余热利用循环系统，以实现冲渣水余热的二次利用、节约新水，减少环境污染的目的。
（2）结合区域水处理现状，充分发挥现有设施潜力，尽可能降低投资、减少占地面积。
（3）采用先进、高效、节能的设备和国外先进、可靠、成熟的水处理工艺进行相应的水处理设计。
（4）最佳的泵组组合和合理的调配方式满足某周边住宅小区冬季采暖要求系统投运后，不会给生产带来安全隐患。
1.5设计围
高炉冲渣水换热站的工艺设计，包括冲渣水换热系统、采暖循环系统、备用蒸汽系统，站房建筑、结构，电气及自动控制系统等。
2技术条件及指标
2.1气象资料
（1）室外计算温度
年平均温度9.6℃
供暖室外计算温度-15.1℃
冬季通风室外计算温度-8.6℃
冬季空气调节室外计算温度-18.3℃
（2）风向、风速
冬季室外平均风速2.9m/s
冬季最多风向NE
冬季最多风向的频率14%
冬季室外最多风向的平均风速3.5m/s
（3）冬季日照百分率60%
（4）最大冻土深度118cm
（5）冬季室外大气压力1018.5hPa
（6）极端最低气温-26.9℃
（7）其它
年平均最大降雨量533.7mm
月平均最大降雨量286.2mm
最大积雪深度70mm
基本风压0.55KN/m2
基本雪压0.25KN/m2
2.2设计条件
2.2.1高炉冲渣水基本参数
某集团炼铁总厂高炉冲渣水换热项目技术参数表
（由甲方提供）
项目名称
单位
系统参数
高炉编号
4#高炉
5#高炉
高炉容积
2580m3
2580m3
冲渣方式
因巴法
嘉恒法
产渣量
t/h
74.2
74.2
利用系数
2.3
2.3
熔渣温度
℃
1650
1650
冲渣泵参数
1200m3/h,50m
1200m3/h,50m
冲渣泵运行制度
2用1备
2用1备
冲渣水循环水量
t/h
1300～1600
1300～1600
冲渣水循环水温度
℃
70/55
70/55
2.2.2备用饱和蒸汽
供汽量：
30t/h；
供汽压力：
0.3MPa；
温度：
133.5℃。
2.3项目简述
本项目计划利用某集团炼铁总厂xin4#、5#高炉冲渣水系统余热及剩余蒸汽做为热源，向城区采暖用户供热。
本项目充分响应我国关于环境治理有关政策及号召，减少能源浪费及污染物排放，拓展企业经营思路、获取新的利润增长点。
4#、5#高炉容积均为2580ｍ３高炉。
根据甲方提供的高炉生产状况，两座高炉日出铁量5934吨，日产渣量1780.2吨，高炉热熔渣的物理平均温度约为1650℃，冲渣水循环量为1000～1200m3/h。
冬季冲渣循环水温：
高炉出渣时冲渣水平均温度为76℃～78℃，未出渣时平均温度为66℃～68℃，本项目中选取平均温度70℃为计算温度。
2.4工艺简述
为了企业能够健康稳定发展，降低能源及水资源消耗，增加企业效益，减少环境污染，本项目计划采用公司所属高炉的冲渣水做热源，在不影响公司正常生产的前提下，将冲渣水与高效换热器换热，将换热后的二次水接入厂区采暖循环供热管网向厂区建筑物供热。
项目的构成及流程见下图：
冲渣水余热回收、利用系统
另外，高炉冲渣水余热回收利用项目符合相关产业政策，本项目能较好的利用厂区现有生产设施，具有一定的可行性。
本方案编制过程中拟选用设备先进、安全，工艺较成熟，同行业已有较多先例，各类设施能够满足实际需要。
节能方面满足各级政府及行业相关技术要求，环境保护及安全生产均有可靠保障。
是国家鼓励，企业迫切需要的节能环保项目，项目具有较强的可实施性。
3工艺技术方案
3.1建筑物采暖热指标
由于城市集中供热系统一般具有供热围广，供热面积大的特点，很难于准确统计所有单体建筑的采暖耗热量，不能详细、精确计算每栋建筑物的热负荷。
因此城市集中供热系统中采暖建筑物的热负荷常常采用估算法。
本项目建筑物热负荷计算，采用面积指标估算法。
该方法计算简便、误差小，在国外集中供热工程中普遍采用。
民用住宅、公共建筑按地块功能及容积率确定。
根据《建筑气候区划标准》、《民用建筑节能设计标准（采暖居住部分）》、《公共建筑节能设计标准》的要求，市建筑气候属于严寒地区，建筑物的热工能性要求见下表:
建筑物维护结构传热系数限值K—W∕（㎡•K）
建筑属性
屋面
外墙
外窗
外门
地面
依据规
体形系数
S≤0.3
S＞0.3
S≤0.3
S＞0.3
S≤0.3
S＞0.3
居住
0.60
0.40
0.65
0.50
3.00
2.50
0.30
JGJ26—95
公建
0.45
0.35
0.50
0.45
2.6
2.0
－
－
GB50189—2005
针对本工程的实际情况，本设计热负荷均为采暖热负荷，按照国家节约能源的法规政策、《建筑气候区划标准》、《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》、《公共建筑节能设计标准》、《城市热力网设计规》以及市建筑物围护结构实际情况和气象条件、室外采暖计算温度、已有建筑物的实际建筑结构型式、相邻区域已经实施集中供热的实际供热指标等综合考虑，建筑物的采暖热指标采取以下数值：
（1）采取节能措施前:
2008年以前（含2008年）
民用住宅55W/m2;
公共建筑75W/m2;
综合指标57.4W/m2;
建筑属性比例：
住宅：
公建=8.8:
1.2。
（2）采取节能措施:
2008年以后：
民用住宅50W/m2;
公共建筑65W/m2;
综合指标51.8W/m2;
建筑属性比例：
住宅：
公建=8.8:
1.2
（3）采取节能措施前后（旧有建筑+规划新建筑）：
旧建筑与新建筑比例为6.0：
4.0，经过整理分析和计算本区域的综合热指标为55.16W/m2。
3.2供热能力分析
3.2.1冲渣水供热能力分析
依据某集团公司现有产能规模和未来几年的发展规划，结合高炉系统的生产现状，对高炉冲渣水余热回收能力进行评估，可回收热量值见下表4-1。
冲渣水可回收热量（根据甲方提供的基本参数计算得出）
名称
炉容
（m3）
实际冲
渣水量
（t/h）
水温
围
（℃）
冲渣供回水
温度（℃）
二次侧供回水
温度（℃）
可回收的热量（MW）
备用
4#高炉
2580
1300～1600
70～75
70/55
63/48
22.75～28.0
5#高炉
2580
1300～1600
70～75
70/55
63/48
22.75～28.0
本项目可回收利用的热量合计：
45.5～56.0MW
各高炉正常稳定运行时，能够回收利用的冲渣水余热总量为35.0～42.0MW，可以供应的市政建筑约70.1～85.6万m2（其中还充分考虑换热器换热效率及采暖热媒循环过程中热损失，对计算结果进行适当修正，修正系数为0.85）。
3.2.2备用蒸汽供热能力分析
厂区饱和蒸汽管网可以每小时提供30t饱和蒸汽（蒸汽压力：
0.3MPa，温度为133.5℃），作为高炉修风等原因停产时的保安热源，防止管网或设备因结冰而损坏；并作为冬季极寒季时的补充热源。
饱和蒸汽可提供的总热量为18.0MW。
3.3工艺技术方案
3.3.1工艺流程简介
将高炉冲渣水池符合回收条件的高炉冲渣水由冲渣水余热回收循环泵加压送至安装于冲渣水换热站的渣水过滤器，经过滤后，进入渣水换热器中与给采暖循环水交换热量。
渣水在完成热交换后，通过渣水循环管道再次回到高炉冲渣系统，再次冲渣、加热，回流至高炉冲渣水池，进行第二次循环。
采暖循环系统中采暖供水，则通过采暖循环管道送至集中供热管网，经各类采暖设备散热后，水温降至设计值，再通过管道回到冲渣水换热站，经换热器加热后，使其温度恢复到设计值后，由采暖循环泵加压后再次循环使用。
为了保证采暖系统符合城市集中供热系统的统一要求，并保证冬季运行时的安全性和稳定性，从厂区蒸汽管网上接出一趟蒸汽管道，送至冲渣水换热站，作为冬季保安蒸汽和补充热源。
在各个换热过程中，各种热媒的温度分别为：
高炉冲渣循环水：
70/55℃；
补充蒸汽：
压力：
0.3MPa，温度为133.5℃；
采暖循环水供回水温度：
63/48℃。
3.4冲渣水换热站
分别在4#、5#高炉冲渣系统附近，新建一座冲渣水换热站。
4#高炉配套冲渣水换热站建筑物尺寸为：
长×宽=25×12，室净高5m，为地上单层建筑物；5#高炉配套冲渣水换热站建筑物尺寸为：
长×宽=25×10，室净高5m，建筑物架空布置，底标高不小于5.5m。
新建冲渣水换热站设必要的吊装设备和通风装置。
冲渣水换热系统的全部工艺设备均安装于换热站。
主要设备包括：
渣水过滤器、渣水换热器、采暖补水水泵、水处理设施、起重机、控制系统、供配电系统等。
3.4.1过滤装置
过滤装置采用高炉冲渣水专用复合过滤装置，分为粗过滤器和精过滤器两种。
针对高炉冲渣水的悬浮物特点进行分级处理，确保处理后水中悬浮物含量不大于20mg/L，并能实现装置全自动反冲洗，过滤效率高、性能稳定。
粗过滤装置为一级过滤，安装在高炉冲渣水余热回收系统冲渣水管路入口处。
该装置为可拆卸型，装置部滤芯可拆卸，便于清洁及维护。
精过滤装置安装在粗过滤装置后。
本装置针对高炉冲渣水中渣棉及小颗粒悬浮物具有捕捉率高的特点，并可实现自动在线反冲洗，将拦截的悬浮物快速排出，减少对本装置维护所需的人力、物力。
冲渣水粗过滤器：
3台，处理水量1000m3/h，二用一备；
冲渣水精过滤器：
3台，处理水量1000m3/h，二用一备。
3.4.2换热器
目前在实际应用中有两大类换热器用于冲渣水换热，分别是管壳式换热器和板式换热器。
前者外形尺寸较大，换热量较小，传热效果较差，但对水质要求较低，工艺流程较简单，适用于供热面积较小，一次热媒充足，建设场地限制较少的项目。
本次项目有两大特点：
一、供热面积较大；二、冲渣水的温度较低，可以提取和利用的温度围不大。
为了更好回收和利用这部分热量，本项目将选用水/汽—水板式换热器作为热回收设备，尽量提高热量回收率，减少浪费，减小两种介质的端差值，扩大热能的运用围。
由于高炉冲渣水中含有大量杂质，包括：
固定颗粒、悬浮物、碱性水溶物等，极易对设备壁造成磨损和结垢，减少设备使用寿命和降低传热效果。
为了克服这一问题，在本次项目中将采用高炉冲渣水专用板式散热器。
本项目中每座换热站将设8台BR1.05型高炉冲渣水专用板式换热器，5用3备。
3.4.3采暖循环泵
换热站外供的采暖循环水在采用洁净水，水源可采用厂区净环生产水或生活水。
外供的采暖循环水总量约1300～1600m3/h。
新4#高炉配套新建的冲渣水采暖换热站中采暖循环水泵选用DFW300-500/4/132型立式清水离心泵，流量：
750m3/h，扬程50m，配用电机功率为：
132KW，数量：
4台，3用1备。
新5#高炉配套新建的冲渣水采暖换热站中采暖循环水泵选用DFW300-500/4/132型立式清水离心泵，流量：
750m3/h，扬程50m，配用电机功率为：
132KW，数量：
3台，2用1备。
3.4.4水处理系统
本项目中采暖系统的补充和定压水采用软化水。
软水器采用TKF-2900A型全自动软水器，额定流量14～18m3/h；软水箱采用不锈钢水箱，有效容积为20m3；补水泵采用DFG100-160/2/15型立式清水离心泵，流量：
XXXXm3/h，扬程38m，配用电机功率：
15KW，数量：
2台，1用1备。
3.5备用热源
本项目中计划从厂区蒸汽管网调配约30t/h蒸汽，做为高炉修风等原因停产时的保安热源，防止管网或设备因结冰而损坏；并作为冬季极寒季时的补充热源。
蒸汽管道采用无缝钢管，规格为DN350，保温材料为复合硅酸盐，保温厚度为60mm，保护层为镀锌铁皮。
蒸汽冷凝水经收集后进入软水箱，做为采暖系统补水。
3.6.能源介质管网
3.6.1冲渣水管网
高炉冲渣水通过供水管道送至换热站；经换热后的冲渣水再通过回水管道回到冲渣水池。
冲渣水循环管道选用保温管道，主管材采用螺旋焊管，规格为DN700。
管道连接采用焊接，主保温材料为聚氨酯，保护层采用玻璃钢。
3.6.2采暖循环水管道
采暖循环水管道选用保温管道，主管材采用螺旋焊管，规格为DN600。
管道连接采用焊接，主保温材料为聚氨酯，保护层采用玻璃钢。
3.6.3蒸汽管网
本项目中蒸汽管道架空敷设，管材选用无缝钢管，管道规格D377×9，保温材料为复合硅酸盐，保护层为镀锌铁皮。
蒸汽冷凝水经收集后送回软化水箱，管道规格D100×4.5，保温材料采用聚氨酯发泡，保护层采用高密度聚乙烯管。
3.7主要设备清单
本项目中每座换热站主要设备选用情况见下表:
新4#高炉配套冲渣水换热站主要设备表
序号
名称
型号及基本参数
单位
数量
备注
1
渣水专用板式换热器
工作压力：
1.6MPa，渣水侧：
70/60℃；
二次侧温度:
65/50℃；
台
8
5用3备
2
渣水过滤器（粗过滤）
工作介质：
高炉冲渣水，工作压力：
1.6MPa；工作温度：
100℃
台
3
2用1备
3
渣水过滤器（精过滤）
工作介质：
高炉冲渣水，工作压力：
1.6MPa；工作温度：
100℃
台
3
2用1备
4
采暖循环泵
Q=720m3/h；H=50m；P=132kW;N=380V
台
4
3用1备
5
全自动软水器
制水能力：
14～18m3/h
台
1
6
变频补水泵
Q=100m3/h；H=50m；P=11kW;N=380V，
台
2
1用1备
7
起重机
起重量：
3t
台
3
8
轴流风机
T35-11
台
4
新5#高炉配套冲渣水换热站主要设备表
序号
名称
型号及基本参数
单位
数量
备注
1
渣水专用板式换热器
工作压力：
1.6MPa，渣水侧：
70/60℃；
二次侧温度:
65/50℃；
台
8
5用3备
2
渣水过滤器（粗过滤）
工作介质：
高炉冲渣水，工作压力：
1.6MPa；工作温度：
100℃
台
3
2用1备
3
渣水过滤器（精过滤）
工作介质：
高炉冲渣水，工作压力：
1.6MPa；工作温度：
100℃
台
3
2用1备
4
采暖循环泵
Q=720m3/h；H=50m；P=132kW;N=380V
台
3
2用1备
5
全自动软水器
制水能力：
14～18m3/h
台
1
6
变频补水泵
Q=100m3/h；H=50m；P=11kW;N=380V，
台
2
1用1备
7
起重机
起重量：
3t
台
3
8
轴流风机
T35-11
台
4
4土建部分
4.1概述
本工程主要建（构）筑物为换热站，主要由过滤间,循环泵房,换热间及配电室等相关功能房间组成。
4.2主要设计依据
（1《建筑结构荷载规》GB50009-2012
（2《混凝土结构设计规》GB50010-2010
（3《建筑抗震设计规》GB50011-2010
（4《建筑地基基础设计规》GB50007-2011
（5《建筑桩基技术规》JGJ94-2008
（6《钢结构设计规》GB50017-2003
（7《砌体结构设计规》GB50003-2011
（8《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS138:
2002
（9《建筑设计防火规》GB50016-2006
（10《建筑地基处理技术规》JGJ79-2012
4.3厂区自然条件
4.3.1气象条件
（见总论）
4.3.2主要设计参数
基本风压0.55KN/m2
基本雪压0.25KN/m2
4.3.3地质情况
以本工程的详勘报告为准。
本工程建、构筑物抗震烈度按7度设防，设计基本地震加速度为0.15g，划分为第一组；设计特征周期可采用Tg=0.45s，水平地震影响系数最大值αmax=0.12。
4.4建构筑物
新建换热站均为单层布置，新4#高炉配套冲渣水换热站建筑物尺寸为：
长×宽=25×12，室净高5m，为地上单层建筑物；新5#高炉配套冲渣水换热站建筑物尺寸为：
长×宽=25×10，室净高5m，建筑物架空布置，底标高不小于5.5m。
结构形式为钢筋混凝土框架结构。
外墙采用多孔砖砌筑，屋面为现浇混凝土结构。
设备基础采用钢筋混凝土独立结构。
4.4.1主要结构件材料选用
普通钢筋：
HPB300（Φ），HRB400（Φ）；钢材Q235B，焊条E43型。
混凝土强度等级
基础C30，±0.000以下柱C30，基础垫层C15，主体梁、板、柱：
为C30其他次要构件如：
构造柱、圈梁、腰带、过梁等采用C20。
填充墙、隔墙
建筑物±0.000以上填充墙为M5混合砂浆砌250厚粒砼砌块，±0.000以上砌体墙均采用M5水泥砂浆砌MU10烧结页岩砖。
±0.000以下采用M5水泥砂浆砌MU10烧结页岩砖。
4.4.2地基处理
由于缺乏建设区域的地勘资料，本方案中未考虑地基处理方式及费用。
4.5计算采用的程序
计算采用中国建筑科学院编制的2010版PKPM系列（PMCAD、SATWE、JCCAD）设计软件。
5供配电设施
5.1设计围
本工程设计围包括：
新4#高炉换热站、新5#高炉换热站用电设备供电及传动；换热站照明、防雷及接地等设计。
5.2设计依据
《通用用电设备配电设计规》GB50055-2012
《建筑物防雷设计规》GB50057-2010
《钢铁冶金企业设计防火规》GB50414-2007
《电力装置的继电保护和自动装置设计规》GB/T50062-2008
《供配电系统设计规》GB50052-2009
《低压配电设计规》GB50054-2012
《10KV及以下变电所设计规》GB50053-94
《建筑照明设计标准》GB50034-2004
《电力工程电缆设计规》GB50217-2007
各专业的委托。
5.3供电及负荷计算
5.3.1负荷分类
该工程按三级负荷进行设计。
5.3.2供配电系统
5.3.2.1供电电源
本设计根据工艺要求配置单回路供电系统。
区域用电设备的电压等级为～380V/220V；
照明系统电压为～220V（检修照明电压为36V），控制系统电压为～220V，检修电源电压为～380V/220V。
5.3.2.2电压等级
交流：
380V；220V；12V
电源频率：
50Hz
5.4电气传动及控制
本工程中高压电机采用直接起动方式，低压电机大于90KW电机采用软起动，90KW及以下电机采用直接起动方式。
电气系统采用机旁控制和PLC集中控制（集中软手动、自动），集中软手动由PLC系统实现。
机旁控制做为试车调试及检修用，正常工作时由PLC系统控制。
根据工艺流程的要求，各用电设备之间设置必要的联锁，联锁控制由PLC编程实现。
相互间联锁控制的设备，设置起车声光报警信号、故障信号，以上信号均由PLC系统输入；手动/自动选择、运行信号、过热，由电气控制系统提供给PLC系统。
正常生产时，通过PLC进行集中联锁控制和监视。
每台设备的控制方式的选择开关装在机旁箱上，在控制室可以监视该选择开关的位置状态。
5.5电缆敷设
低压动力线路采用YJV-0.6/1kV电力电缆沿电缆桥架或电缆支架明敷设，局部采用穿焊接钢管敷设，或采用YJV22-0.6/1kV电力电缆直埋敷设；控制电缆采用KVV-0.45/0.75kV型控制电缆，敷设方式同低压动力线路。
移动设备采用橡套软电缆，仪表电缆与强电电缆分开敷设。
5.6照明
5.6.1照明电源与电压
照明电源均取自就近电气室。
照明网路电压为AC380/220V,灯具电压为AC220V；检修照明电压为AC36/24V。
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