1080m3高炉煤气TRT建设项目可行性研究报告.docx
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1080m3高炉煤气TRT建设项目可行性研究报告
1080m3高炉煤气TRT建设项目可行性研究报告
第1章概述1
1.1工程概况1
1.2编制依据1
1.3设计范围2
1.4建设的必要性3
第2章建设条件及建设方案1
2.1建设条件1
2.2建设方案2
2.3高炉透平机发电机组选型2
第3章电力系统4
第4章燃料供应5
第5章厂址条件6
5.1概述6
5.2气象条件6
5.3工程地质概况6
5.4交通运输条件8
第6章工程设想9
6.1工艺系统9
6.2给排水部分14
6.3电气部分15
6.4热控部分19
6.5通风空调工程23
6.6土建部分24
6.7总图部分24
6.8保温及油漆25
第7章环境保护26
7.1工程概况26
7.2主要污染物污染源及其控制措施26
7.3环境管理与环境监测26
7.4绿化环境26
第8章消防27
8.1概述27
8.2工程概况27
8.3消防设计27
8.4消防给水系统28
8.5灭火器配置29
第9章劳动安全及工业卫生30
9.1概述30
9.2设计依据30
9.3不安全因素及职业危害分析30
9.4采取的主要防范措施31
第10章节能篇33
10.1能耗指标及能耗分析33
10.2节约用水33
10.3节约原材料33
10.4能源计量34
第11章劳动组织及定员35
11.1编制依据及原则35
11.2人员配备35
第12章工程实施条件和轮廓进度37
12.1工程的实施条件37
12.2施工组织构想37
12.3工程的轮廓进度37
第13章投资估算及财务评价39
13.1概述39
13.2投资估算编制依据及原则39
13.3工程投资估算39
第14章结论50
14.1技术优势50
14.2结论50
概述
工程概况
河北新钢钢铁有限公司简介
河北新钢钢铁有限公司（以下简称新钢公司）
工程背景
新钢公司现有两座1080m3高炉并计划新建一座1080m3高炉,现有高炉的高炉煤气净化采用布袋干法除尘系统,净化后的煤气通过减压阀组后进厂区煤气管网。
工程由来
为了充分利用高炉煤气的余压,节约能源,降低成本,实现循环经济,本TRT发电工程拟在现有高炉布袋除尘的西侧空地上配置2套4500kWTRT,将布袋干法除尘系统后的高炉煤气送入TRT系统用于发电。
这样能获得良好的社会效益和一定的经济效益,将是一项一举两得的资源综合利用工程。
本工程的主要任务是在尽量不影响高炉工艺的前提下,最大可能地利用高炉煤气的余压发电。
编制依据
依据性文件
新钢公司提供的1080m3高炉的技术数据。
新钢公司提供的当地总图、气象、地质等技术资料。
新钢公司的设计委托书及设计合同。
设计规范、标准、规定
《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）;
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）;
《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）;
《工业企业煤气安全规程》（GB6222-2005）;
《工业企业噪声控制设计规范》（GBJ87-85）;
《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）;
《动力机器基础设计规范》（GB50040-1996）;
《室外排水设计规范》（GBJ14-87）;
《电气装置安装工程施工及验收规范》GB50254~GB50259-96;
《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-1997;
《能量回收透平膨胀机》JB/T7676-95;
《润滑、密封、调节油系统》API614/JB4365?
86《冶金机械设备安装工程施工验收规范》YBJ207?
85《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GBJ93-86
《电力配备典型消防规程》（DL5027-93）;
《钢铁企业总图运输设计规范》YBJ52-88;
《采暖通风与空气调节设计技术规定》（DJ/T5035-95）。
设计范围
TRT煤气系统:
煤气总管至TRT装置的煤气管线,大型阀门和煤气管道系统。
氮气密封系统:
密封用氮气由新钢公司提供。
冷却水系统:
循环冷却水由煤气电站循环冷却水提供。
TRT发电系统的电气及控制系统。
包括本期发电接入现110kV变电站的电气系统的10kV高压系统。
控制系统包括TRT系统等的控制;
TRT发电系统所属的土建工程,包括TRT电站、循环水管道基础、厂区综合管架等设备基础;
TRT电站的煤气管道、水管道,TRT电站至冷却塔的水管道,以及其它在红线以内的管道;
不可见设施的改造;
发电机接入系统及上级变电站配套增加的保护装置。
建设的必要性
随着高炉大型化、炉顶煤气压力高压化,高炉炉顶煤气发生量剧增,煤气拥有的能量也大大增加。
所以20世纪60年代出现的将煤气物理能转换成电能的高炉煤气余压发电装置新技术（TRT）,立即受到重视。
这是一种能量纯回收装置,回收能量很大。
可以回收高炉煤气的压力和温度等物理能。
同时还可降低高炉煤气中的水份及含尘量,降低噪音,投资较少而回收期短,成为目前炼铁生产中节能效果最好、运转最成功的措施之一。
时值目前国家能源紧缺、大力提倡生产过程的节能降耗的关键时期,国家有关部门对企业节能指标提出了很高的要求。
在这样的形势和技术条件下,一些有远见的钢铁企业,迅速启动各种余热回收工程,不但解决了钢铁企业的节能降耗任务,同时也能为企业本身创造可观的经济效益。
高炉煤气余热的回收,是通过TRT装置回收回收煤气的余压,来推动发电机做功发电的最新成套技术;其与火力发电相比,不需要消耗一次能源,不产生额外的废气、废渣、粉尘和其它有害气体;它是当前工业企业节能和环保要求下的必然趋势和产物。
具体来讲建设高炉煤气TRT装置的意义体现在如下几个方面:
第一:
TRT的节能效率和环保效果良好,经济效益和社会效益显著,不但能回收煤气的余压进行高效发电,且有效地解决了减压阀组减压时产生的噪音污染和管道振动,对高炉的稳定生产也很有好处;
第二:
利用高炉煤气的余压发电,部分代替来自电网的以化石燃料为能源的供电量,从而起到减少温室气体排放的效果;
第三:
有利于企业可持续发展目标的实现,减少当地由常规火电厂带来的SO2、NOX、粉尘之类的大气污染物。
建设条件及建设方案
建设条件
新钢公司提供的1080m3高炉的煤气参数如表2.1-1所示。
表2.1-11080m3高炉的煤气参数
序号项目单位设计参数备注
1高炉炉顶压力kPa（G）210
2煤气流量万Nm3/h20~23.5
3煤气温度℃140~180
4布袋除尘器出口煤气含尘量mg/Nm3<10
5低压煤气管网压力kPa（G）15（可调节）
6干高炉煤气体积百分比%COCO2N2O2H2CH4
25.216.157.30.21.00.2
本工程根据上述1080m3高炉的煤气参数,确定本工程TRT装置进出口煤气设计参数如下表2.1-2所示。
表2.1-1TRT装置进出口煤气设计参数
序号项目单位设计参数备注
1高炉炉顶压力kPa（G）210透平入口煤气压力kPa（G）180~200设计点kPa（G）190
2煤气流量万Nm3/h20~23.5平均值万Nm3/h21.5设计点万Nm3/h21.5
3透平入口煤气温度℃140~180设计点℃160
4透平入口煤气含尘量mg/Nm3<10
5透平出口煤气压力kPa（G）15（可调节）
6干高炉煤气体积百分比%COCO2N2O2H2CH4
25.216.157.30.21.00.2
建设方案
新钢公司现有两座1080m3高炉,高炉煤气净化采用布袋干法除尘系统,净化后的煤气通过减压阀组后进厂区煤气管网。
为了充分利用高炉煤气的余压,节约能源,降低成本,实现循环经济,本工程拟在现有高炉布袋除尘的西侧空地上配置两套4500kWTRT发电装置,将布袋干法除尘系统后的高炉煤气送入TRT系统用于发电,TRT装置排出的低压煤气进新钢公司现有的低压煤气管网。
现有的煤气减压阀组经过改造后处于备用状态。
新钢公司在高炉方面有较丰富的管理和操作经验,高炉利用系数高、炉况稳定,这为TRT长期高效运行提供了保证。
目前,国内外冶金行业的大、中型高炉煤气净化系统后均配备有TRT发电机组,其原因在于:
TRT的节能效率和环保效果良好,经济效益和社会效益显著,不但能回收煤气的余压进行高效发电,且有效地解决了减压阀组减压时产生的噪音污染和管道振动,对高炉的稳定生产也很有好处。
高炉透平机发电机组选型
TRT是一种以高炉煤气为工质的透平膨胀机,是由转子和静叶等组成。
煤气从转子（动叶）边缘通过叶片流向透平转子中心,再流至透平外壳。
由于是反向流动,使气体原有的压力能经过不可逆绝热膨胀作功,将压力能转变为速度能,驱动透平转子旋转,从而带动发电机对外输送电能。
煤气透平回收功率是根据煤气流量、压力、温度加以确定的。
从热力学观点来看,煤气流经透平膨胀做功时,煤气与环境之间基本无热量传递的交换,可视为理想气体的绝热过程。
根据热力学第一定律,可得出以下计算式:
计算公式:
Lη.Q.CP.T.[1-（P2/P1）（K-1）/K]÷860
经计算,透平机输出功率3950kW（最大可达5003kW）,故选用4500kW的透平机组,并配置额定功率为4500kW的发电机。
主要设计参数见表2.3-1。
表2.3-1高炉透平机发电机组参数表
序号项目单位设计参数备注
1高炉炉顶压力kPa（G）210透平入口煤气压力kPa（G）180~200设计点kPa（G）190
2煤气流量万Nm3/h20~23.5平均值万Nm3/h21.5设计点万Nm3/h21.5
3透平入口煤气温度℃140~180设计点℃160
4透平入口煤气含尘量mg/Nm3<10
5透平出口煤气压力kPa（G）15（可调节）
6干高炉煤气体积百分比%COCO2N2O2H2CH4
25.216.157.30.21.00.2
7透平机功率正常kW3950
8透平机功率最大kW5003
9装机容量kW4500
10发电机容量kW4500
11正常额定发电功率kW3792
12最大发电功率kW4803
13净输出功率kW3792
14年运行时间小时7920330天（正常年）
15年发电量万kWh3003.3一台TRT
16年节约标煤量t11412.4一台TRT
电力系统
本工程建设在新钢公司高炉生产线区域范围内TRT发电机所发电量,除自用部分外,其余约7MW接入新钢公司110kV变电站。
新钢公司电力负荷很大,其生产工艺耗电量远远超过7MW,本工程共设置设置2台4.5MW发电机组,平均发电量约为7MW,发电机组出口电压采用10.5kV,发电机出线拟接入新钢公司110kV变电站的10kV高压母线。
从上述的电力平衡来看,本工程的发电量远远不能满足新钢公司的用电需求,大量的电力依然需要电网供给。
燃料供应
由于本工程利用高炉煤气的余压发电,不消耗任何燃料,属于资源回收型的环保型、节能型电站,没有燃料供应问题。
厂址条件
概述
文安县新钢钢铁集团有限公司地处廊坊市文安县新钢工业园,北倚津保高速公路西与106国道和京九铁路毗邻。
本工程的拟建场地位于文安县新钢钢铁集团有限公司区域范围内,本区域范围内已经设计了完善的道路交通以及供、排水体系。
气象条件
文安县新钢钢铁集团有限公司座落在河北省廊坊市文安县境内,属于暖温带半湿润区,最高气温40.4℃,最低气温-28.2℃,年平均气温10.1℃。
风速风向:
冬季多西北风,夏季多西南风,最大风速为20m/s。
降水量:
年平均降水量610.5mm,最大降水量1162.6mm,年最小降水量288.2mm,日最大降水量234.7mm。
根据当地气象站的观测统计资料,本区域主要气象要素如下:
冬季采暖室外计算温度:
-10℃
室外冬季最冷月平均相对湿度:
49%
室外夏季最热月平均相对湿度:
80%
冬季室外平均风速:
2.6m/s
夏季室外平均风速:
2.3m/s
冬季大气压力:
1029.4hpa
夏季大气压力:
1002.2hpa
极端温度最低:
-28.2℃
最大冻土深度:
80cm
基本雪压:
0.35kN/m2
基本风压:
0.40kN/m2
工程地质概况
场地位于滨海平原地带,钻探资料分析表明,拟建场地表层普遍分布第①层杂填土,以下自上而下分为第四系全新统海陆交互沉积的第③层粉质粘土、第④层细砂、第⑤层细砂、第⑥层粉质粘土、及第四系上更新统海陆交互沉积的第⑦层细砂。
第①杂填土:
杂色;稍湿;松散;主要由碎石、钢渣及建筑垃圾组成,混少量粉土。
厚度:
1.20~2.80。
第③层粉质粘土:
黄褐~灰黑色;软塑~可塑;切面光滑,有光泽,塑性高,韧性好,含贝壳;地表埋深1.57m~-0.01m,层厚0.6m~3.30m。
地基承载力特征值fk120kpa。
第④层细砂:
灰褐~灰黑色;饱和;松散~稍密;石英长石质,均粒结构,次棱角状;含贝壳,局部夹薄层粉土或粉质粘土。
地表埋深-0.06m~-2.26m,层厚0.90m~2.50m。
地基承载力特征值fk130kpa。
第⑤层细砂:
灰褐色,饱和,中密~密实;石英长石质,均粒结构,次棱角状;含贝壳,局部夹薄层粉土或粉质粘土。
地表埋深-1.66m~-3.76m,层厚2.40m~4.50m。
地基承载力特征值fk180kpa
第⑥层粉质粘土:
灰褐色;软塑~可塑;切面光滑,有光泽,塑性高,韧性好,含贝壳;地表埋深-5.52m~-7.02m,层厚2.10m~4.40m。
地基承载力特征值fk120kpa。
第⑦层细砂:
灰~灰黄色,饱和,密实;石英长石质,均粒结构,次棱角状;局部夹薄层粉土或粉质粘土。
地基承载力特征值fk340kpa。
⑤、⑦层可做为浅基础或桩基持力层。
地下水位埋深介于2.3~2.7m,水位绝对标高介于0.04~0.44m之间。
主要含水层为细砂层,夹有粉土与粉质粘土弱透水层与相对隔水层。
地下水来源补给为大气降水入渗、地下越流、地表水渗补给,向渤海排泄。
建设场地环境类型为:
Ⅱ类。
根据地区建设经验,地下水位以上土对钢筋混凝土结构及钢筋混凝土结构的钢筋均具有弱腐蚀性。
交通运输条件
厂内运输主要采用新钢钢铁公司现有的道路系统,新钢钢铁公司的现有道路系统比较完善,主要构筑物四周设有环形道路相连接,可满足消防要求,新建建构筑物的道路与现有的道路相连即可。
道路路面结构和厂区现有道路一致,便于全厂统一管理、施工、养护。
工程设想
工艺系统
工艺流程简介
煤气膨胀透平机是TRT最关键的设备,它是将高炉煤气的物量能转换为机械能,从而驱动发电机发电。
主机为全干式二级轴流反动式透平,径向进、排气,一级静叶实现自动可调,适应工作介质为设计参数规定的干式高炉煤气。
透平入口压力145kPa,温度140℃,流量17万Nm3/h;透平出口压力20kPa（根据管网压力可调节）,温度120~140℃;透平效率85%。
透平主轴及可调静叶都采用氮封和机械密封。
透平出口管采取了隔音措施。
高炉产生的高炉煤气经重力除尘器、布袋除尘器处理后,进入高压管网,通过高压管网送至TRT系统和减压阀组。
TRT与高炉减压阀组并联,当TRT处于停机状态时,高炉煤气经减压阀组减压后进入低压管网;当TRT正常运行时,减压阀组关闭,来自1080m3高炉的煤气,经布袋干法除尘系统后的煤气管道直径为φ1820X8,接入TRT系统煤气管道为φ1420X8。
高炉煤气经过DN1400电动蝶阀、DN1400电动插板阀及紧急切断阀后,进入透平主机并带动发电机做功,将煤气的压力能及热能转化为电能。
高炉煤气则从透平径向排出,经过DN1600电动蝶阀、DN1600电动插板阀后,由φ1620X8管道送出,接至直径为φ1820X8的低压煤气管道总管。
工艺流程方块图见图6.1-1。
图6.1-1TRT工艺流程方块图
大型阀门系统
入口电动蝶阀1台
结构型式:
电动金属硬密封三偏心蝶阀
PN:
0.3MPaG
通径:
DN1400
介质温度:
≤250℃
敞开式入口电动插板阀1台
介质温度:
≤250℃
通径:
DN1400
公称压力:
PN0.25MPa
适用介质:
高炉煤气
全关泄漏量:
零泄漏
驱动方式:
电动顶开（可手动）,电动行走（可手动）
入口紧急切断阀1台
通径:
DN1400mm
公称压力:
PN0.25MPaG
介质温度:
≤250℃
快关时间:
0.5~1秒可调
慢关时间:
~40S可调
特点:
动作灵活、性能稳定、可靠
驱动方式:
液动（液动顶开、弹簧关闭）
敞开式出口电动插板阀1台
介质温度:
≤250℃
通径:
DN1600
公称压力:
PN0.05MPa
适用介质:
高炉煤气
全关泄漏量:
零泄漏
驱动方式:
电动顶开（可手动）,电动行走（可手动）
出口电动金属硬密封三偏心蝶阀1台
通径:
DN1600
介质温度:
≤250℃
公称压力:
PN0.05Mpa
适用介质:
高炉煤气
驱动方式:
电动
旁通快开阀2台
结构型式:
液动金属硬密封蝶阀
PN:
0.25MPaG
通径:
DN600
介质温度:
≤250℃
可接收4~20mA标准控制信号、并反馈4~20mA标准阀位信号。
煤气旁路系统
煤气旁路系统
将现有的煤气减压阀组系统最为煤气旁路系统,煤气旁路系统的作用是:
当透平故障跳闸时,设在透平前的快切阀在0.5秒内快速切断煤气。
减压阀组控制系统
功能及控制要求:
单座高炉减压阀组由液动快开阀和气动调节阀组成。
当透平正常运行时,该阀门处于关闭状态,只是在透平故障跳闸时,液动快开阀阀门在2.5~5秒内快速打开（具备手动调节功能）。
阀组的控制必须满足TRT调节和工艺要求,由高炉控制室进行控制。
在高炉操作台上设有“高炉/TRT”转换开关,当炉顶压力在高炉侧控制时,转换开关置于“高炉”状态,减压阀组接受高炉侧控制信号;当TRT正常生产时,转换开关置于“TRT”状态,减压阀组同时接受高炉和TRT的控制信号,但TRT侧信号与高炉侧信号有一个差值,使TRT对炉顶压力的控制有优先权。
液动快开阀和气动调节阀需在高炉控制室设置自动/手动控制功能,当干式TRT停运的情况下,由高炉控制室选择控制方式。
其中气动调节阀,应同时满足一用一备的自动/手动调节功能;液动快开阀除具备一用一备电液快开功能外,还考虑了手动开关和调节的可靠性,故各阀门开关角度均设置了显示信号,并在高炉控制室内增设了TRT故障的报警显示信号,供高炉应急判断操作。
当TRT紧急故障时,TRT侧发出一前馈信号至液动快开阀,通过高炉侧控制器在2.5~5秒内快开至相应开度,开度大小由前馈信号长短决定,以保护设备安全。
两台快开阀一用一备,由高炉控制系统自动选择。
备用快开阀也可作手动调节阀使用,以使打开的快开阀锁定在快开角度位置,然后根据实际情况由操作员手动关回。
当TRT紧急故障时,快速打开快开阀的同时,TRT侧的炉顶压力调节器控制信号,通过高炉侧控制减压阀组中的调节阀;当TRT长期不运行时,减压阀组应能自由接受高炉控制信号,使减压阀组接受控制。
设备制造厂商应保证整个减压阀组成套供货,以保证系统的完整性。
润滑油系统
润滑油系统:
由离心式主油泵、三螺杆油泵、主油箱、高位油箱、油冷却器、滤油器、通风机、加热器、油箱测温热电阻等组成。
采用轴端直联、离心式主油泵。
润滑油站上辅助油泵选用三螺杆泵,为主油泵的备用泵。
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。
高位油箱其储油量足以保证机组停机而辅助油泵因停电不能启动时机组各润滑点的短时期润滑供油。
主、辅油泵可实现无扰动切换。
润滑油供油流量:
360L/min;
润滑油压力为:
0.5MPa;
高位油箱容积:
~1000L;
主油箱容积:
~4000L;
油过滤精度:
30μm;
油箱材质为碳钢衬玻璃钢、管路管件材质:
不锈钢。
润滑油站安装在TRT进气端（主油泵下）,高位油箱距离主机平台高度大于5米。
液压伺服控制系统
控制对象为两级静叶可调机构、紧急切断阀和旁通快开阀。
系统由动力油站、静叶可调伺服控制阀台、紧急切断阀台、旁通快开阀伺服控制阀台组成,系统参数:
供油流量:
70L/min
供油压力:
12MPa
滤油精度:
5μm
油箱容积:
1000L
油箱、管路及管件材质:
不锈钢。
油的清洁度标准按NAS1638-6级。
在TRT自控调节信号指令下（也可手动操作）通过液压系统向透平及各大液压阀的油缸供油。
各装置所需的压力油是统一的液压油站供应,可使静叶实现伺服控制、点动、快关三项操作、紧急切断阀快速关闭、旁通阀快速打开、各种液压设备正常启闭。
油站由油箱、恒压变量油泵、滤油器、电加热器、蓄能器、阀门、连接管道及就地检测组件等组成;能按系统要求的油流量大小而变量供油,保持供油压力稳定。
当发生停电或其它的故障使油泵不能供油时,能及时发出要求紧急停机信号,并能通过蓄能器能使透平主机能安全地停止工作。
过程检测和自动控制系统
本系统主要由透平转速、功率、炉顶压力、前馈等四个自动控制系统各过程检测仪表组成。
新增减压阀组中的量程自动调节及快开功能在本次设计统一考虑。
设计选用PLC控制系统。
循环冷却水系统
TRT系统主要循环冷却水用水户有发电机冷却、液压站及润滑站冷却用水。
供水压力:
0.3MPa,总冷却水量300t/h。
循环冷却水来自煤气电站。
氮气密封系统
TRT的工质是剧毒和可燃的高炉煤气,不允许从透平和阀门中泄漏。
设高低压密封两个支路。
TRT工程的氮气系统供给的氮气主要用在密封组中堵封高炉煤气。
另外用于透平检修揭盖前吹扫煤气。
透平密封有轴端密封和静叶可调腔密封。
透平轴端密封的氮气随煤气流向下游。
气源氮气压力经自力式调压阀调节为0.3~0.4MPa,再经电动调压阀使密封处的氮气压力高于排气端煤气压力的0.02~0.04MPa,这样既保证煤气无外泄,又可减少氮气耗量。
密封氮气用量:
60Nm3/h
置换氮气用量:
300Nm3/h（停车时置换30分钟）
氮气拟从就近管道上接出,接管直径DN100。
给排水部分
概述
本工程新建发电机组,发电机容量为4500KW,10KV,增加的给排水设施主要有:
供TRT机组润滑油站、动力油站和发电机生产使用的净循环冷却水及TRT区域的生产消防给排水、TRT主控楼的生活给排水。
生产净循环冷却水系统
水质要求:
PH值:
7.5
CI-:
105~129mg/L
悬浮物:
≤10mg/L
总硬度
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