1、某钢铁集团生产系统余热余压利用技术改造工程可行性研究报告1概述1.1项目概况1.1.1厂址地理环境集团有限公司厂（以下简称西钢）位于小兴安岭南麓的伊春市西林区。北距伊春49km，南距南岔55km。地理位置为东经12917，北纬4727。四面环山，松花江支流汤旺河从厂东侧经过，汤旺河为西钢工业水源。西林河从厂区南侧经过并流入汤旺河。厂区距汤林线西林站西北约3km，汤林铁路、鹤伊（高等级）公路在厂区东侧经过，交通运输便利。1.1.2企业现状集团公司始建于1966年，经过40多年的发展建设，现已成为大型钢铁企业集团，是中国制造业500强，2006年排名第422位。集团现有总资产44亿元人民币，两个生
2、产基地分别位于伊春市和阿城市，形成由一个核心企业、五个全资子公司和两个控股子公司组成的企业集团。已形成年钢200万吨的综合生产能力，年钢产量占全省的70%左右，是黑龙江省最大的钢铁联合企业，是全国75家重点钢铁企业和黑龙江省属13家重点企业之一，也是黑龙江省唯一的建筑钢材和中型钢材生产基地。被省企业管理协会、企业家协会、工业经济联合会联合誉名为“龙江钢铁的脊梁”。企业是伊春市的重要经济支柱之一，税收约占全市的40%左右。西钢现有铁矿、石灰石矿、选矿、烧结、焦化、炼铁、转炉炼钢、电炉炼钢、轧钢等主体生产厂矿和辅料、动力、电力、制氧、运输及机修铸造等辅助生产厂，还有检化验、计控、通讯、安全环保、原
3、燃辅料供应与产品销售系统，是具有从采矿到轧材的全部主体工艺、辅助与公用设施各工序的钢铁联合企业。西钢1998年通过ISO19002质量体系认证，2002年完成了质量体系GB/T9001-2000标准转换。企业多年来先后获得“全国质量效益型先进企业”、“全国用户满意企业”、“黑龙江省用户满意企业”、“重合同守信誉企业”、“质量、品种、效益标兵企业”等诸多荣誉称号。有较高的知名度和信誉度。建筑钢材和中异型钢材质量稳定，获得了国家建筑钢材实物质量金杯奖，并获得国家产品质量免检证书。1.2项目建设的必要性、有利条件和意义1.2.1项目建设的必要性1.2.1.1顺应形势，落实节约资源的基本国策 我国经济
4、高速发展，能源消耗迅速增加，但能源的开发和生产却严重滞后于消费增长，使得供需矛盾日益突出。随着经济的发展，预计在“十一五”期间及以后相当长的的时间内，我国能源需求将呈强劲增长态势，供需矛盾继续加大。目前，我国单位国内生产总值的能耗比世界平均水平高2.4倍，与国际先进水平比则高出更多。能源的粗放利用，也带来了环境的严重污染。与此同时，国际国内市场能源价格大幅度攀升，使得一些高耗能企业的生产成本也大幅度上升。为此，国家提出了实现“十一五”GDP能耗降低20%左右的约束性目标目标。要实现节能降耗的目标，就必须做到资源开发与节约并举，把节约放在首位。就要以提高能源利用效率为核心，以企业为实施主体，大力
5、调整和优化结构，加快推进节能技术进步。企业余热余压利用工程是解决我国能源短缺，缓解能源供需矛盾，保障国家经济发展的重大措施之一。加大余热余压利用力度，对生产工艺过程中产生的可燃气体和压差加以回收利用，不仅可以提高生产企业的能源利用效率，节约大量的能源，而且可以降低生产成本，为企业创造可观的经济效益，增强企业竞争力。钢铁行业是耗能大户，占全国总能耗的14%（2003年）。近几年推行节能措施后，能耗虽逐年下降，但与先进国家相比仍有较大差距。目前，我国钢铁行业的余热余压还没有得到充分利用，如钢铁企业的高炉煤气、转炉煤气、高炉压差等。由此而产生的煤气的大量放空，不仅造成能源的严重浪费，同时也污染了环境
6、。因此，迫切需要采取措施，减少能源消耗。1.2.1.2抓住机遇，促进企业发展高炉炉顶余压发电技术（Top Gas Pressure Recovery Turbine简称TRT）是国家“十一五”十大重点节能环保推广项目，是利用高炉炉顶煤气的剩余压力，将高炉煤气导入透平膨胀机作功推动汽轮机转动，带动发电机发电。根据炉顶压力的不同，吨铁发电约2030kWh。该技术既回收原来由减压阀组泄放的能量，又降低噪音、同时稳定了炉顶压力，改善高炉生产条件，可实现不产生任何污染，做到无公害发电，是很有价值的二次能源回收及节能环保项目。TRT技术的先进性主要在于以下方面：1、不消耗任何燃料：TRT装置区别于传统的发
7、电装置，它利用减压阀组前后的煤气压力差，将净化后的煤气导入煤气透平机械，使气体在机械内膨胀做功，推动与透平同轴的发电机旋转发电。做功后的高炉煤气进入厂区的能源分配管网，整个工艺过程中高炉煤气始终在密闭的管道和密封程度很高的透平机内运行。2、无污染公害的最经济的发电工艺：采用TRT 技术后，高炉煤气减压过程产生的噪声由原采用减压阀组的110140 分贝降低到85 分贝以下，防止震动造成管道破裂而产生煤气泄露。 采用TRT 发电，可减少等量燃煤火力发电的发电量，可以减少向大气中排放大量的二氧化碳气体，这对改善环境污染都将发挥积极的作用。同时TRT发电属于二次能量回收，除必要的运行成本外不需消耗新的
8、能源，是最经济的发电工艺。转炉煤气是转炉在冶炼生产过程中产生的烟气，其平均热值约为8995KJ/m3（CO含量按70%计算），产量约为7090 m3/t钢。如能有效地加以利用，对企业节能降耗、降低生产成本、提高产品的市场竞争力将有极大的促进作用。与此同时，转炉高温烟气还带有大量的热能，其温度可达12001600，须将其冷却后方可进行除尘、回收利用。为了对这一部分热能进行回收，可在转炉炉口上部设置烟道式余热锅炉，既可利用炉气余热产生蒸汽，供发电VD炉等生产及制冷采暖等生活之用，又可将炉气冷却900以下，以满足除尘设施及回收煤气的要求，同时降低转炉炼钢成本。西钢本部现有550m3高炉1座，1080
9、m3高炉1座、120t转炉2座。目前，西钢的高炉炉顶压差、转炉煤气及其余热均未能加以利用。综上所述，开展生产系统余热余压利用，建设高炉炉顶压差发电工程和转炉煤气及其余热的回收利用工程，不仅是国家实行可持续发展战略的需要，也是企业自身发展的需要。不仅会给社会带来巨大节能效益和环境效益，也会为企业带来巨大的经济效益。因此，尽快实施此项工程，是摆在在西钢面前十分必要也是十分紧迫的任务。 1.2.2项目建设的有利条件和意义1）西钢具基础设施完备，水电供应充足，可满足项目建设需要；2）在西钢现有1座550m3高炉、1座1080m3高炉、2座120t转炉的基础上建设转炉煤气回收和高炉炉顶压差发电，不需要建
10、设配套公用辅助设施及生活设施，可节约大量资金；3）TRT项目实施后，可以解决西钢目前由于高炉所用的原料产地杂，炉顶压力波动，影响高炉发挥最佳效益的问题。改善高炉生产条件，提高高炉生产效率； 4）项目建成后，不仅可以回收利用大量的二次能源，进一步降低企业能耗和产品成本，提高产品的市场竞争能力和企业经济效益。而且可推进企业节能进步，并且使公司的装备水平和管理水平达到一个新的层面；5）本项目不仅具有显著的节能效益，同时也具有良好的环保效益，可做到节约能源与环保并举，实现真正的节能减排。1.3可行性研究的编制依据、原则及范围1.3.1编制依据1）国家有关法律、法规及相关设计规范； 2）工程设计委托书；
11、 3）建设单位提供的有关资料。1.3.2编制原则根据集团的实际情况和发展要求，本工程设计遵循以下设计原则：1）严格执行国家、部门、行业和地区现行的有关设计规范、标准及规定；2）采用成熟、先进、适用的工艺技术和设备，确保工程投产后能够可靠、安全、稳定、连续地生产，达到预期的设计效果；3）充分考虑公司的资金状况、承受能力、场地问题和实际需求的具体情况，充分利用西钢现有的工艺设备和公用辅助设施。在各个方面合理掌握降低造价，尽最大努力减少工程投资。4）综合布局、整体协调，总图布置合理，力争节省投资和建设用地；5）确保工艺顺畅，与所依托的主体工程合理对接，且充分考虑建设时不影响已运行设施的正常生产；6）
12、在设计中严格执行国家和行业在环保、职业安全卫生、消防设计等方面的有关规定。1.3.3设计范围根据西钢设计委托书要求，本可行性研究范围包括：西钢现有1座550m3高炉、1座1080m3高炉配套的高炉压差发电工程、现有2座120t转炉产生的转炉煤气回收利用工程的工艺及相关内容的设计。2工艺设计方案2.1高炉煤气余压透平发电装置（TRT）2.1.1主要建设内容和生产规模本项目主要建设内容为集团公司现有的1座550m3高炉和1座1080m3高炉分别各自配套建设1套高炉煤气余压透平发电装置（TRT）。 550m3高炉煤气余压透平发电装置（TRT）发电能力为3500kW，1080m3高炉煤气余压透平发电装
13、置（TRT）发电能力为6000kW，本项目发电能力合计为9500 kW，全部输送并入国网。2.1.2高炉煤气余压透平发电装置（TRT）概述TRT的主要媒质为高炉煤气，传统的高炉煤气是经调压阀组减压后并入高炉煤气低压管网供用户使用的。高炉煤气余压发电，是钢铁企业一项有效的能源回收措施，高炉煤气余压透平发电装置（TRT）是国际公认的钢铁企业重大能量回收装置，它是利用高炉煤气具有的压力能、热能，把煤气导入透平机膨胀，使压力能、热能转化为机械能，驱动发电机发电的一种装置。这种装置既回收了减压阀组白白泄放的能量，使投入高炉鼓风机的能量实现部分回收，二次能源的循环梯阶利用，又净化了煤气、降低了噪音、大大改
14、善了高炉炉顶压力控制的品质。它具有结构简单、污染少、容量大、寿命长和节能显著的优点，因此在能源综合利用上获得越来越广泛的应用。TRT技术是先进的、成熟的。TRT的主要媒质为高炉煤气，传统的高炉煤气是经调压阀组减压后并入高炉煤气低压管网供用户使用，TRT装置就是利用高压高炉煤气到低压煤气用户的差压的能量进行节能发电的一套装置。其主要工艺流程为：高炉煤气经重力除尘、干法布袋除尘后分为两路：一路经TRT入口蝶阀、电动插板阀、快速切断阀后进入TRT透平机做功，并带动发电机做功发电。TRT装置设旁通快开阀、以保护机组的安全运行。TRT透平机出口设电动插板阀、电动蝶阀等设施与低压煤气管网相连。干法除尘后另
15、一路作为TRT发电装置的备用系统，经电动减压阀组将高压煤气减为低压煤气后与低压煤气管网相连。高炉煤气余压透平发电装置（TRT）不仅可以回收煤气的压力能和热能，又可净化煤气，降低噪音污染，同时TRT装置在正常运转时能代替减压阀组，很好地调节和稳定高炉炉顶压力，对保证高炉顺行、增产有良好的作用。高炉煤气余压透平发电装置（TRT）在保持回收发电功能基础上，通过对高炉炉顶压力进行高精度的智能控制，不仅可以升高高炉炉顶压力的设定值，增大高炉送风的质量流量，从而提高高炉冶炼强度，达到提高高炉利用系数、降低焦比的功效。高炉煤气余压透平发电装置（TRT）主要包括透平主机、液压伺服控制系统、润滑油系统、大型阀门
16、、无刷励磁发电机组、氮气密封系统、给水系统、自动控制系统、高低压发配电系统等。 高炉煤气余压透平发电装置（TRT）在生产运行中不产生污染，不消耗燃料，无公害，具有显著的经济效益和社会效益。2.1.3西钢高炉现状集团公司现有1座550m3高炉和1座1080m3高炉。550m3高炉利用系数3.8t/m3d，年有效工作天数为355天，生铁生产能力为74.2万t/a，高炉煤气净化采用干式除尘工艺，高炉煤气从炉顶导出后，先经过重力除尘器，再经过高炉煤气布袋除尘器，煤气中的含尘量降至10mg/ m3以下，最后经过减压阀组减压后通过管道送往煤气用户。550m3高炉煤气产生量为17万m3/h，煤气中的含尘量小
17、于6mg/ m3，经过高炉煤气布袋除尘器后的煤气压力正常值为120kPa，最大值为150kPa，煤气温度正常值为145，最大值为180。1080m3高炉利用系数2.8t/m3d，年有效工作天数为355天，生铁生产能力为107.4万t/a，高炉煤气净化采用干式除尘工艺，高炉煤气从炉顶导出后，先经过重力除尘器，再经过高炉煤气布袋除尘器，煤气中的含尘量降至10mg/ m3以下，最后经过减压阀组减压后通过管道送往煤气用户。1080m3高炉煤气产生量为25万m3/h，煤气中的含尘量小于10mg/ m3，经过高炉煤气布袋除尘器后的煤气压力正常值为150kPa，最大值为180kPa，煤气温度正常值为150，
18、最大值为200。2.1.4高炉煤气余压透平发电装置（TRT）设计参数550m3高炉煤气余压透平发电装置（TRT）设计参数见表21，1080m3高炉煤气余压透平发电装置（TRT）设计参数见表22。550m3高炉TRT设计参数 表2-1项目单位设计参数透平入口煤气量m3/h170000透平入口煤气压力kPa120透平出口口煤气压力kPa10透平入口煤气温度145透平入口煤气含尘量mg/ m310透平输出轴功率kW4500发电量kWh/h35001080m3高炉TRT设计参数 表2-2项目单位设计参数透平入口煤气量m3/h250000透平入口煤气压力kPa150透平出口口煤气压力kPa10透平入口煤
19、气温度150透平入口煤气含尘量mg/ m310透平输出轴功率kW8000发电量kWh/h60002.1.5高炉煤气余压透平发电装置（TRT）工艺流程 本项目高炉煤气余压透平发电装置（TRT）采用“单炉单机”干式透平发电工艺。经过高炉煤气布袋除尘器后的高温高压干燥洁净的煤气经DN1800入口电动蝶阀、电动插板阀、快速切断阀进入透平膨胀机，透平的第一级静叶可调，用其调节进透平膨胀机的煤气流速，并用其控制炉顶压力。通过倒流器使煤气转向，轴向进入叶栅，煤气在静叶栅和动叶栅组成的流道中不断膨胀作功，压力和温度降低，转化为动能作用于工作叶轮使之旋转，工作叶轮通过连轴器带动发电机一起转动而发电，膨胀后的煤气
20、压力约为10kPa，经过出口电动插板阀、出口电动蝶阀接入厂区煤气管网。当TRT发生故障时，引起快速切断阀动作时，快速切断阀在0.5s内关闭，此时连锁旁通快开阀打开，使高炉煤气短时间内快速减压至低压煤气总管压力，避免炉顶压力突然升高，同时打开减压阀组，旁通快开阀逐步关闭。炉顶压力转换至高炉侧控制。确保炉顶压力的稳定和TRT机组的安全。2.1.6高炉煤气余压透平发电装置（TRT）主要设备组成及设备选型550m3高炉煤气余压透平发电装置（TRT）设备型号选择为GT60WD，1080m3高炉煤气余压透平发电装置（TRT）设备型号选择为GT90WD，具体技术参数见表23。高炉煤气余压透平发电装置（TRT
21、）设备技术参数 表23序号项目名称参数一参数二1高炉有效容积（m3）55010802设备型号GT60WDGT90WD3常用透平出力（kW/h）450080004适用发电量（kW/h）25006000350080005转速（r/min）30003600300036006级数227适用煤气量（104m3/h）17258常用TRT进口压力（MPa）0.120.159常用TRT进口温度（）15015010TRT最大进口温度（）200200高炉煤气余压透平发电装置（TRT）主要由以下设备组成：透平主机、发电机、润滑油站、液压伺服控制系统、氮气密封系统、循环冷却水系统、大型阀门系统、自控系统和高低压发配电
22、系统。1）透平主机：采用干式轴流、两级反动式透平；两级静叶可调方式。采用静叶可调不仅能够扩大调节工况范围，减少噪音，提高效率、回收功率，而且可以更好地控制炉顶压力，减少压力波动。2）发电机：发电机带双轴承座，轴瓦强制油润滑和冷却。发电机的冷却，采用封闭自闭循环通风，热空气由空气冷却器冷却，冷却水温度按35计算。冷却为下置式。发电机采用带主、辅励磁机的无刷励磁方式，满足自动和手动励磁调节及灭磁、强励磁的要求，并且设有按恒电压、恒无功、恒功率因数自动调节的功能。自动准同期并网技术，通过自动调节发电机转速，控制发电机升压、降压，实现发电机自动跟踪电网电压。3）润滑油站：提供透平机、发电机等设备的润滑
23、油。油站油泵采用两台电动油泵形式，两台电动油泵互为备用，同时系统配备有高位油箱。即系统采用主、辅电动油泵加高位油箱的润滑油系统。该系统同时向透平主机和发电机提供润滑油，透平机正常运转时，由主油泵供润滑油。在透平机启动、停机及主油泵发生故障时，由辅助油泵供润滑油。高位油箱在主、辅油泵同时发生故障时，提供机组惰走所需的润滑油量。润滑油站由三螺杆油泵、油箱、高位油箱、油冷却器滤油器(九通风机、加热器、调节阀、油箱测温热电阻等组成。4）液压伺服控制系统：控制对象为两级静叶可调机构、入口蝶阀、紧急切断阀、旁通阀。由动力油站、静叶可调伺服控制系统、入口蝶阀伺服控制系统等组成。5）氮气密封系统：透平工质为高
24、炉煤气，属于可燃有毒气体，故决不能让其外泄，其密封介质为氮气。透平轴端密封支路：气源氮气压力为0.4-0.5 MPa，经气动调节阀调压后送至密封处的氮气压力高于被密封的煤气压力0.020.03 MPa左右，以保证煤气不外泄。6）循环冷却水系统一套“TRT”发电工程、循环冷却水主要用于润滑油站、动力油站、发电机的空气冷却器。循环冷却水量总计为：300 m3/h。2.1.7高炉煤气余压透平发电装置（TRT）操作TRT正常操作在TRT控制室内通过机组自控系统完成，高炉中控室仅保留减压阀组控制，TRT正常工作时高炉控制室不得擅自操作减压阀组，TRT开机或紧急停机， TRT控制室发出信号或信息，高炉控制
25、室配合TRT控制室操作减压阀组。2.1.8工艺厂房布置在550m3高炉煤气布袋除尘器附近建设TRT厂房，厂房尺寸为2418.0m，16/3.2t检修吊车轨面标高15m，厂房端头设副跨306.0m，机轴线与副跨长度方向垂直布置，采用岛式基础，设标高为5.0m的运行平台，平台下布置润滑油站、动力油站，副跨分二层：一层布置变压器、低压配电室、高压配电室、二层为煤气净化控制室、更衣室、值班室、卫生间等，平台上副跨设“TRT”控制操作室、值班室、休息间。在1080m3高炉煤气布袋除尘器附近建设TRT厂房，厂房尺寸为3021.0m，20/5t检修吊车轨面标高15m，厂房端头设副跨367.0m，机轴线与副跨
26、长度方向垂直布置，采用岛式基础，设标高为6.0m的运行平台，平台下布置润滑油站、动力油站，副跨分二层：一层布置变压器、低压配电室、高压配电室、二层为煤气净化控制室、更衣室、值班室、卫生间等，平台上副跨设“TRT”控制操作室、值班室、休息间。2.1.9主要技术经济指标主要技术经济指标见表24。 主要技术经济指标表 表24序号指标名称单位数量1高炉数量座22高炉有效容积合计m316303高炉煤气发生量合计万Nm3/h424TRT装置数量套25TRT装置发电量万kWh/a80946主要动力消耗7电力万kWh/a1008新水m3/a70009氮气万m3/a5110新增劳动定员人12 2.2转炉煤气回收
27、 西钢现有120t转炉2座，转炉煤气净化系统已随主体工程建成投产，本工程是为其配套的余热回收利用工程。2.2.1转炉煤气回收量及煤气成分根据转炉车间操作参数计算：年产转炉钢201.8万t/a，吨钢回收煤气量约为80 m3/t，平均每小时可回收转炉煤气24914m3/h，年最多回收161.44106 m3转炉煤气。转炉煤气成分：CO(%)CO(%)N2(%)O2(%)701514.50.452.2.2转炉煤气回收系统工艺流程转炉煤气（即转炉烟气）首先经过煤气净化系统进行净化。当净化后的煤气符合回收条件时，由三通阀切换至水封逆止阀，经过水封逆止阀和气柜进口水封后被送往煤气柜；当煤气不符合回收条件时
28、，煤气经旁通阀、三通阀切换至放散烟囱，然后通过排放烟囱点火放散。被送入煤气柜的煤气含尘量100mg/m3，压力5500Pa，热值7.73MJ/ m3。从煤气柜出来的煤气再经过电除尘器，使煤气的含尘量由100 mg /m3进一步降至10mg/m3。被进一步净化后的煤气经煤气加压机加压至10kPa后送往各用户。其流程为：转炉煤气净化系统转炉煤气柜电除尘器煤气加压机用户。西钢目前仅采用全湿法“OG”（即：“二文一塔”）工艺将转炉煤气进行初步净化后，高空放散点火烧掉。为了使转炉煤气达到回收利用的要求，本工程需新建配套的转炉煤气储柜、电除尘器和煤机加压站。2.2.3转炉煤气柜西钢炼钢车间的2座120t转
29、炉采用2吹2生产制度，转炉煤气是周期性间断回收。为保证转炉煤气用户连续使用要求，需设置转炉煤气柜1座。2.2.3.1柜容的确定转炉煤气柜的容积应包括以下几部分：1）调节煤气发生量和使用量不平衡所需的容量即变动调节量；2）突发性安全量： 由于炉口喷渣等事故使煤气回收中断，煤气回收量突然减少，为了应付上述情况，气柜需要一定的储备量，以便对煤气进行调度，这部分储备量为突发性安全容量； 3）气柜上下限安全容量，一般各取5% 。本工程转炉煤气小时回收量为24914 m3，经计算选用容积50000m3气柜一座可以基本满足储气要求。2.2.3.1气柜选型煤气柜分干式与湿式两种，本工程选用橡胶膜封型干式转炉煤
30、气柜。干式转炉煤气柜与普通的湿式煤气柜相比具有以下优点：1）占地面积小。干式煤气柜的高径大于湿式煤气柜，因此相同容积的干式柜与湿式柜相比较，干式柜占地面积比湿式柜小。 2）煤气吞吐量大干式煤气柜活塞及侧板组装要求精度高，活塞升降速度快，因此煤气吞吐量大。3）含酚污水量少湿式煤气柜水封需经常加水、排水量多，气柜检修时大量的污水很难处理。而干式煤气柜只有少量的煤气冷凝水析出，容易处理。4）节能效果好北方地区湿式柜冬天需要防冻，消耗大量热能，而橡胶膜封型干式柜则无此需要，可节约大量的能源。5）使用年限长目前干式煤气柜使用寿命已有超过60年的，而湿式煤气柜使用寿命一般为2030年。6）橡胶膜封型干式煤气柜与其他干式柜相比，还具有塔体及基础构造简单，维修工作量小，造价和操作维护费较低的优点。2.2.3.2 50000 m3干式转炉煤气柜主要技术参数型式： 干式橡胶膜密封储存介质： 转炉煤气公称容积： 50000 m3煤气压力： 25003500Pa气柜直径： 46.573m气柜侧板高度： 38.1 m气柜全高： 38.1 m活塞行程： 30.5 m 底面积： 1703 m22.2.3.3煤气柜工艺及附属设施1）侧板侧板是组成气柜外壳的主要部分，侧板全高1 /3的下半部与煤气直接接触，要求气密，所余2 /3的上半部及规定不要求气密，当作通风罩使用，在侧板上备有加强环，留有为了活塞上部空间换
