工业炉燃煤改气项目可行性研究报告.docx

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工业炉燃煤改气项目可行性研究报告

山西XXXX（集团）有限责任公司

工业炉燃煤改气项目

可行性研究报告

山西省XX环境工程设计院

附件：

附件一XXXX（集团）有限责任公司锅炉燃煤改气项目可行性研究委托书。

附图-1煤气管线厂区图

附图-2工业炉分布图

1总论

1.1概述

1.1.1项目名称

山西XXXX（集团）有限责任公司工业炉煤改气项目

1.1.2项目承办单位

山西XXXX（集团）有限责任公司

1.1.3设计单位

设计单位：

山西省XX环境工程设计院

1.1.4研究工作概况

本可研报告编制工作开始于2008年11月，主要工作阶段划分如下：

（1）基础调查

2008年11月，山西XXXX（集团）有限责任公司技术人员会同山西省环境工程设计院技术人员对公司现有工业炉、工业炉烟气处理工艺及设备的情况进行摸底调查，明确了目前存在的主要问题，问题归纳如下：

现有工业炉烟气采用麻石水膜除尘加碱性水脱硫，脱硫效率15％，设施处理效果不理想。

（2）工艺设备考察、调研

摸清基本情况找出现存主要问题后，我院技术人员先后到国内的一些同行企业进行了实地调研。

对同行业企业目前采用的工业炉工艺及设备进行多方面的技术、经济比较，获得了一些先进工艺、设备的运行资料，为本项目工艺路线的确定和设备的选型打下了良好的基础。

（3）技术方案的确定

在充分调查研究的基础上，结合本企业的工艺特征及当地的自然条件进行了多方案论证。

本着技术可靠、投资省、运行费用低、便于维护的原则。

确定了以下改造方案：

利用顺泰焦化公司副产焦炉煤气，将原有燃煤工业炉改造成燃气工业炉。

（4）报告编制

本报告的编写格式按照山西省环保局2006年编发的《环保专项资金项目可行性研究报告基本内容》进行编写，并结合本项目特点突出重点内容。

1.1.5项目建设单位基本情况

山西XXXX（集团）有限责任公司始建于1960年，是一家以生产经营染料、染料中间体、医药中间体为主的现代化工企业，于1992年底搬迁到尧庙刘村东南1Km处（现厂址）。

主要产品包括硫化、还原、冰染、分散、直接五大系列染料60多个品种，年生产能力2万吨；染料中间体6个品种，年生产能力1万吨；医药中间体3个品种，年生产能力1000吨。

产品远销欧美、日本、东南亚等20多个国家和地区，是国内染料行业的重点企业。

公司主要生产硫化黑、还原桃红、皮革黑、水溶黑等还原染料及2，4－二硝基氯苯中间体，其主要产品硫化黑系列染料为中国国内最大的生产企业，市场占有率在35%左右，还原桃红R系列染料产销量就居世界第一，产量占世界份额的50%，公司产品70%为出口，年销售额1.5亿，年利税率1500万元。

公司现有职工1000人，其中工程技术人员120人，2000年通过ISO9002质量体系认证，2003年通过质量体系ISO9001认证，2002年被山西省评为优秀企业，2001年环宇牌硫化黑（BR、B200%）被评为山西省标志性名牌产品。

1.2项目提出的背景和建设的必要性

1.2.1项目提出的背景

山西XXXX（集团）有限责任公司，主要产品为硫化黑、还原桃红、皮革黑、水溶黑等还原染料及2，4－二硝基氯苯中间体，公司现有10t/h循环流化床工业炉5台，二硝废液浓缩炉7台，硫化碱转炉5台，年用煤4.25万吨，目前燃煤使用情况见表1-1。

表1-1公司燃煤使用情况

用煤单元

煤种

使用量（万t/a）

S%（%）

Va%（%）

工业炉

中煤

4.25

0.4—1

22—28

二硝浓缩炉

神木原煤

0.23

0.4—1

31

硫化碱转炉

原煤

0.78

0.4—1

16

合计

——

5.01

——

——

公司现有工业炉在生产中产生大量的二氧化硫及烟（粉）尘，日常运行时采用麻石水膜除尘加碱性水脱硫，脱硫效率为15%。

公司决定对现有5台循环流化床工业炉进行治理、改造。

1.2.2项目建设的必要性

1.改善环境质量的要求

山西XXXX（集团）有限责任公司现有供热、供汽工业炉，主要污染物为SO2、烟（粉）尘等。

日常运行时采用麻石水膜除尘加碱性水脱硫，脱硫效率为15%。

因此，山西XXXX（集团）有限责任公司煤改气项目的建设，可以减少新鲜水及煤炭的使用，同时又减少了污染物的排放。

2.温室气体减排的要求

企业工业炉在生产过程中需要燃烧大量的煤炭资源，并排放大量的CO2等温室气体，因此燃煤改气项目的社会环保效益十分明显。

燃煤改气项目实施后每年可节省标准煤约4.25万t，减少温室气体CO2排放量约5万t。

这不仅为全世界应对气候变化作出贡献，也能通过清洁发展机制每年为企业增加约400万元的CERs收益。

3.公司内部的要求

企业工业炉在生产过程中产生大量的SO2、烟（粉）尘等污染物，不仅造成空气污染，同时每年还需上缴大量的排污费用，对企业和社会都很不利。

随着国家、省、市环境保护管理力度的加大，企业环保意识增强。

山西XXXX（集团）有限责任公司从长远发展考虑，决定利用附近顺泰焦化公司副产焦炉煤气作为燃料，对公司现有工业炉进行改造。

该项改造措施既可以改善当地的空气环境、节约资源，又可以为企业节省一部分排污费用。

因此，山西XXXX（集团）有限责任公司煤改气工程是十分必要的。

1.3编制依据及研究范围

1.3.1编制依据

（1）《山西XXXX（集团）有限责任公司工业炉项目可行性研究委托书》；

（2）《环保专项资金项目可行性研究报告基本内容》（山西省环保局，2006年）；

（3）《关于推行清洁生产的若干意见》（国家环保总局环控[1997]0232号）；

（4）《排污费征收标准管理办法》

（5）《山西省建设工程计算依据—建筑工程消耗量定额》（2002年版）。

1.3.2研究范围

（1）工业炉改造基本条件；

（2）工业炉煤改气工艺方案的选择；

（3）材料的来源及供应；

（4）焦炉煤气的输送；

（5）投资估算及运行成本分析；

（6）对环境影响的分析。

1.4主要指导思想和技术原则

（1）贯彻执行国家、省、市有关环保法规和政策，坚持“节能减排”、“清洁生产”及“循环经济”原则。

（2）对工业炉改造工艺进行细致的技术、经济论证，有针对性地提出技术先进、经济可行的工艺方案。

（3）采用的工艺流程要合理、成熟、可靠，充分利用资源，在布局上留有发展余地。

（4）在工艺可靠、环保达标的前提下，尽可能降低工程投资，以期获得较好的经济效益。

1.5可行性研究结论

在前期较广泛的讨论、调研和考察基础上，本可研对工艺路线参数及经济指标进行了论证，最终确定技术工艺路线为：

利用顺泰焦化公司副产焦炉煤气为燃料，对公司现有循环流化床工业炉进行燃煤改气改造。

该方案具有运行费用低、运行管理简单、投资成本低、污染控制水平高，符合清洁生产工艺等特点，同时还减少了煤炭的使用量。

工程总投资4966万元，综合技术效益指标见表1-2。

表1-2综合技术效益指标表

序号

技术经济指标名称

单位

数量

备注

1

主要原材料消耗量

焦炉煤气

万元

1040.41

1040.41应改为1023.54

2

燃料、动力消耗定额

4.61

3

全厂定员

人

10

4

全年生产天数

日

300

5

总投资

万元

4966

5.1

固定资产投资

万元

4116

其中:

建设期利息

万元

166

5.2

铺底流动资金

万元

850

6

年销售收入

万元

0

7

年总成本

万元

-211.53

8

年利润总额

万元

211.53

其中：

税后利润

万元

158.6

9

年上缴税金

万元

0

其中：

增值税

万元

0.0

所得税

万元

52.9

销售税金及附加

万元

0

10

财务内部收益率

%

8.32

11

财务净现值

万元

-833

12

盈亏平衡点（生产能力利用率）

%

56.5

13

投资回收期（含建设期）

年

9.57

项目完成后，可大量减少山西XXXX（集团）有限责任公司工业炉烟气中的SO2、烟（粉）尘等污染物，符合“节能减排”、“清洁能源”及“循环经济”的政策要求。

因此，该项目实施建设是切实可行的。

2项目目标及效果分析

2.1国家发展规划以及有关政策法规

落实国家对建设项目“节能减排”、“清洁能源”及“循环经济”的政策要求，山西省环境保护局和XX市环境保护局相继出台了一系列政策性文件对汾河干流3公里范围内的工业企业实施分类处置。

2.2污染现状及存在的环保问题

山西XXXX（集团）有限责任公司现有供热、供汽工业炉情况及存在的环保问题为：

山西XXXX（集团）有限责任公司现有循环流化床工业炉，主要污染物为SO2、烟（粉）尘等。

日常运行时采用麻石水膜除尘加碱性水脱硫，脱硫效率为15%。

2.3本项目拟实现的目标和预期效果

2.3.1本项目拟实现的目标

执行《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）表1中的二级标准，见表2-1

表2-1大气污染物排放标准

污染物

颗粒物

SO2

标准值

排放浓度（mg/m3）

150

700

排放速率

（kg/h）

18m

4.1

3.0

20m

6.9

5.1

本项目实施后，执行《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）中Ⅱ时段标准，见表2-2.

表2-2工业炉大气污染物排放标准单位：

mg/m3

污染物

烟（粉）尘

SO2

NO2

标准值

50

100

400

2.3.2预期效果

山西XXXX（集团）有限责任公司现有循环流化床锅炉然煤改气项目完成后大气污染物污染物排放浓度可达达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）中燃气锅炉中的Ⅱ时段标准。

2.4从清洁生产可持续发展的角度阐述项目建设的必要性

本次供汽、供热工业炉燃煤改气项目利用厂址东南3km处顺泰焦化公司副产焦炉煤气，改造完成后可大量减少公司大气污染物的产生量。

本项目的建设最大限度的减少对环境的影响，符合“清洁生产”、“清洁能源”及“循环经济”等政策要求。

因此该项目的建设是必要的。

2.5达标排放、减少污染、治理效果等情况

2.5.1达标排放

工程的实施后，工业炉大气污染物排放执行《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）中燃气锅炉中的Ⅱ时段标准。

2.5.2污染物排污量

公司工业炉燃煤改气项目实施后年削减SO2:

404.6t，有效的改善了当地大气环境。

3工程技术方案

3.1现有工业炉概况

山西XXXX（集团）有限责任公司，主要产品为硫化黑、还原桃红、皮革黑、水溶黑等还原染料及2，4－二硝基氯苯中间体，公司现有10t/h循环流化床锅炉5台，二硝废液浓缩炉7台，硫化碱转炉5台，年用煤5.01万吨，目前燃煤使用情况见表3-1。

表3-1公司燃煤使用情况

用煤单元

煤种

使用量（万t/a）

S%（%）

Va%（%）

工业炉

中煤

4.25

0.4—1

22—28

二硝浓缩炉

神木原煤

0.23

0.4—1

31

硫化碱转炉

原煤

0.78

0.4—1

16

合计

——

5.01

——

——

公司现有工业炉在生产中产生大量的二氧化硫及烟（粉）尘，日常运行时采用麻石水膜除尘加碱性水脱硫，脱硫效率为15%。

（1）工业炉烟气排放量

烟气量的大小和煤质情况、燃烧方法及工业炉设备的严密性等因素有关。

工业炉通常按下式近似计算烟气量。

式中：

－过剩空气系数，取1.4；

－燃煤的收到基低位发热量，（5000Kcal/Kg）；

－每公斤煤的理论烟气量，Nm3/Kg；

－燃烧每公斤煤的理论烟气量，Nm3/Kg；

－每公斤煤的实际烟气量，Nm3/Kg；

工业炉烟气量为11040Nm3/h。

（2）年SO2排放量=B×S％×80％×2×（1－q）

=4.25×104×0.7％×80％×2×（1-15％）

＝404.6t/a

式中：

B－燃料耗量t/h；

S％－燃料中全硫百分数；

（3）NO2排放量

主要来源于燃料燃烧时空气中的氮在高温下氧化生成的NO2，燃烧温度是影响NO2排生成的最主要因素。

循环流化床锅炉的燃烧温度只有815~900℃，大大降低了NO2产生量，根据资料介绍，循环流化床锅炉的NO2的排放量浓度可控制在150ppm以下，折算质量浓度为308mg/Nm3。

本工程锅炉以排放浓度300mg/Nm3计算，得到NO2的排放量为3.31kg/h（28.9t/a）。

（4）烟尘

烟气中烟尘量主要取决于燃烧方式和煤质情况。

通常，燃煤锅炉中的烟尘排放量按下列公式计算：

式中：

Ma－随烟气排放的烟尘量，t/h；

B－燃煤消耗量，t/h；

－燃料的收到基灰分，％；

q－机械未完全燃烧损失百分比，％；

－烟气中的烟尘占灰分的百分比，％；

烟气中烟尘占灰分的百分比（即燃料中的灰分变成飞灰的份额）与炉型无关。

固体排渣煤粉炉为0.85~0.90；沸腾炉为0.4~0.6，燃烧效率一般可达97~99％，q取2％。

燃烧中煤产生的烟（粉）尘量为2.65Kg/h。

锅炉配套麻石水膜除尘设备，处理后的烟（粉）尘浓度可达到260g/m3。

现有锅炉烟（粉）尘量总计2870.4Kg/h。

3.2锅炉燃煤改气工艺

3.2.1焦炉煤气的特性

作为副产品产生的高炉、焦炉煤气其CO、N含量符合城市燃气标准，从充分利用能源及环境保护的角度出发，以其环保、高效及燃料适用性好得到广泛的应用。

顺泰焦化公司副产焦炉煤气热值为4360kcal/m3，其成分见表3-2。

表3-2焦炉煤气成分表

组分

H2

CH4

CO

O2

CnHm

NO2

体积分数（%）

55-60

23-27

5-8

0.3-0.8

2-4

3-7

山西XXXX（集团）有限责任公司，目前5台10t/h工业炉需要热量2951×104Kcal/h，需要燃烧焦炉煤气6769m3/h。

3.2.2锅炉参数

①额定出力10t/h

②额定工作压力1.25Mpa

③给水温度105℃

④设计效率≥90%

⑤使用燃料燃煤

⑥燃料消耗量5t标准煤/吨蒸汽

⑦燃烧方式为室燃

⑧电能消耗（风系统）96.4Kw

3.2.3改造要求

山西XXXX（集团）有限责任公司要求将现有的5台10t/h燃煤蒸汽锅炉改造为燃气锅炉。

并达到如下目标：

①保持原工业炉的额定参数（如汽温、汽压、给水温度等不变）

②保持或提高原工业炉的出力和效率

③通过改造达到消除烟尘，满足环保要求

④改造方案简单易行，投资少、见效快，工期短，因此改炉时涉及面越小越好。

改造时不超出工业炉本体基本结构之外。

3.2.4主要设备选型

工业炉改造设备型号、数量及价格见表3-3。

表3-3单台工业炉改造设备明细表

序号

名称

规格型号

单位

数量

单价（元）

总价（元）

1

蝶阀

BN150D373H-16C

个

2

1800

3600

2

电动蝶阀

DN1501973U-16

个

2

2300

4600

电机

TDF-WF211-4/0.18KW

台

2

800

1600

阀门电动装置

Q40

台

2

3600

7200

3

气动球阀

DN150Q641F-16

个

4

2600

10400

气动执行器

CF-160-AT

个

4

4000

16000

4

电磁阀

DN150ZCM

个

4

1800

7200

5

差压变送器

FB1151GP3E22B3C1d

个

2

3800

7600

6

压力表

Y-10016KPa

块

2

130

260

7

压力表三通旋塞

DN15X14H-2.5

个

2

86

172

8

铜球阀（内螺纹）

DN20

个

6

45

270

9

铜球阀（内螺纹）

DN15

个

4

40

160

10

不锈钢球阀（内螺纹）

DN15

个

4

40

160

11

点火变压器

KLDDH-20J

个

1

4600

4600

12

螺纹管

Φ273

米

14

4025

13

螺纹管

Φ159

米

12

1235

14

焊管

3/4n

米

30

295

15

冲压弯管

Φ273

个

2

60

120

16

冲压弯管

Φ159

个

2

40

80

17

燃烧器

个

6

50000

300000

合计

369577

3.3燃气管道流程及设备

本次改造工程焦炉煤气接自顺泰焦化公司焦炉煤气管道为中压，为达到工业炉燃烧器前的压力要求，同时又可以防止燃气压力的上下波动，需要在厂区设置一台落地式燃气调压计量柜，该调压柜可完成过滤、调压、稳压、计量、安全切断等功能。

为保证向工业炉24小时不间断供气，可采用3+1型式，及双回路加旁通。

燃气管道设备见表3-4。

表3-4燃气管道设备表

序号

名称

规格型号

单位

数量

单价

（万元）

总价

（万元）

备注

1

煤气调压站

8000m3/h

套

1

200

200

3开1背

2

煤气管网

DN600-ф630mm

米

2980

0.45

1348

3

管道支架

套

60

0.8

48.00

4

煤气流量计

2000m3/h

台

5

40

200

5

煤气控制阀

个

5

332.4

332.4

气动调节阀

6

燃气报警系统

套

5

0.66

3.3

7

电控系统

套

5

40

200

合计

2331.7

3.4改造技术方案

3.4.1工业炉改造注意要点

（1）燃烧器的选型和布置与炉膛型式关系密切，应使炉内火焰的充满度好，不形成气流死角；避免相临燃烧器的火焰相互干扰；低负荷时保持火焰在炉膛中心位置，避免火焰中心偏离炉膛对称中心；未燃尽的燃气空气混合物不应接触受热面，以免形成气体不完全燃烧；高温火焰要避免高速冲刷受热面，以免受热面强度过高使管壁过热等。

燃烧器的布置还要考虑燃气管道和风道的布置合理，操作、检修和维修方便。

（2）燃气工业炉炉膛出口烟气温度不会受积灰和高温腐蚀等限制，一般允许在1300℃左右的较高范围。

（3）一般燃煤工业炉改造成燃气工业炉后，由于受热面和积灰明显减轻，传热条件改善，不完全热损失也可控制得较小，所以工业炉效率可提高约5%~10%。

3.4.2技术方案

（1）炉膛设计考虑焦炉煤气燃烧的火焰直径（φ1100mm）和火焰长度（5000mm），使炉膛空间与火焰的充满度达到最佳。

炉膛容积热负荷设计为≤100×104cal/m3·h

（2）考虑到焦炉煤气主要成份为H2，其燃烧后产生的H2O，蒸汽份额较大，故其辐射能力较强，炉膛受热可适当增加，以充分利用其辐射传热，提高热效率，降低钢材消耗，确保工业炉出力，并可能提高工业炉出力。

（3）工业炉炉膛内采用微正压燃烧。

要求工业炉的炉墙，密封性能要加强。

（4）由于燃气工业炉的空气过剩系数较小，只有1.05~1.2之间，燃烧所需风量较少一些，以及烟道系统烟尘较小，所以烟道阻力较小，引风机风量有较多的富余采用档板风门调节，功率损耗较大，建议可考虑采用变频调速方式对引风机进行调控。

（5）在炉膛和后烟室看火门处，增加一个至两个防爆门，提高工业炉的抗爆性能。

（6）新增加燃烧器控制系统与原有的工业炉控制有机结合在一起，具有燃烧程控功能，能预吹扫自动点火，火焰检测器自检，负荷自动调节，火焰监测故障报警联锁停炉。

燃气阀阻检漏，压力高低报警，水位调节水位高低报警，极低水位停炉。

蒸汽压力超高炉膛温度超高报警，引风机与燃烧机顺控联锁功能。

3.4.3改造内容

（1）配置进口燃气燃烧器：

“芬兰”“奥林”GP-700M，DN100一体化全自动燃烧器及包括，组合电磁阀调压阀、过滤器、检漏装置，高压气压开关，气压表及连杆等组成阀组一套，该机输出功率2-8.4MW，火焰尺寸Φ1500×4800

（2）拆除煤斗：

在原工业炉基础平面±0.00处以上到工业炉前炉墙面板以前煤斗部分前落灰斗，以及炉排的全轴部分。

（3）拆除炉排中间的风箱组成燃烧室空间：

根据火焰的尺寸要求，将上下炉排中间的风箱部分拆除，形成一个圆弧形炉膛底部。

（4）密封炉排下面的落灰室以及管部的排渣斗，用炉渣将炉排底部的落灰室和后部的渣斗堵住并在炉渣上部放置保温混凝土80mm厚，再在混凝土上放置两层耐火砖（圆弧形放置），最后用耐火混凝土浇注抹面形成耐火保温炉膛底。

（5）制作全炉墙及燃烧器的连接面板：

用厚度为16mm的钢板在炉座基础平面处以上与工业炉全炉墙平面处进行焊接固定（与钢架相连焊接）根据燃烧头的安装固定尺寸要求，开孔并钻四个固定螺栓孔（攻丝），用耐火砖在钢板内侧砌筑耐火前墙（在钢板与耐火砖之间适当留50~80mm间隙用来填充保温材料和原有前炉墙，以及新做炉底相连，形成完全密封的新前炉墙。

（6）用原有左侧和后部的看火门，改成两个防爆门。

（7）拆除原有的鼓风机，除尘器，以及空气预热器，将原有的鼓风机及送风道全部拆除（预热器可根据情况考虑），原除尘器被拆除后，钢制烟道将原除尘器卷入口和出口之间空间进行连接。

形成完整烟道。

（8）清除炉内水冷壁管对流管束等受热面上的烟垢，同时将工业炉内水侧的水垢进行清洗，提高工业炉受热面的传热能力。

（9）对所有的炉墙及炉门进行密封：

由于燃气工业炉在微正压状态运行，为了安全，需要对所有的炉墙及炉门进行密封。

（10）安装燃烧机：

先将燃烧头拆下，装在前炉墙上的燃烧器连接面板上，并用耐火材料将燃烧筒与炉墙处进行密封；然后按要求依次装上燃气阀组及附件，最后装上燃烧机主体部分。

（11）根据燃烧机要求，结合原有的控制系统，设计制作新的控制系统，充分利用原有的系统保留部分的控制器件，新增加部分重新做一个控制柜，将新控制柜与原有控制内保留部分结合，形成新的完整控制系统，能达到如下功能：

a.水位自动调节，指示。

b.水位高低报警，极低水位报警联锁停炉。

c.炉膛出口温度超高报警，停炉。

d.蒸汽压力超压报警，停炉。

e.燃烧负荷自动调节，大、小火自动转接。

f.根据压力，工作性自动起停。

g.燃烧程控自动控制，自动实现预吹扫，高压点火，火焰自检，火焰监测，故障熄火报警停炉联锁。

h.燃气高、低压报警。

i.燃气系统泄漏报警，停炉。

j.燃烧机停炉后吹扫。

k.引风机与燃烧机顺控联锁，起动时引风机先开，燃烧器后开，停炉时燃烧器先停，引风机后停。

l.所需的电机控制回路，都有短路，缺相，过载等保护功能。

（12）调试时要对引风机的风量和压头进行调整：

由于改造后引风机有较大富裕量，需要将引风门关小到一定程度，以减少风量和降低风压。

（13）引风机改为变频控制：

由于引风机功率较大，且改燃气后风量要求较燃煤时少，拆除除尘器和空预器的烟道阻力减小，引风机富裕量较大，采用加挡板调节