北京中冶設備研究設計總院有限公司始建于1978年,1999年根據國務院機構改革和國家科技部的要求,轉制為科技型企業,同年進入中國冶金科工集團公司。經過30年的發展,成為具有工程總承包、成套設備供貨、工程設計、設備研究設計和設備制造等功能完善的科技型創新企業。成為集冶金設備的研究開發、工程設計、工程總承包、設備成套貿易、機械制造、項目咨詢、施工監理和技術經營服務工作,集設計與制造、建筑工程設計與裝飾、工程咨詢、工程總承包及科研開發、成套及備品備件貿易為一體的綜合性科研設計單位。

我院擁有多項自主知識產權的技術。

累計取得科研成果140余項,獲省部級以上獎勵87項,國家授權專利72項,其中發明專利12項。

  • 冶金甲級工程設計資質
  • 甲級建筑設計資質
  • 工程咨詢資質
  • 甲級招標代理機構資質
  • 貿易流通進出口權
  • 特種設備制造許可證
  • 冶金機電產品質量第三方公證機構

我院依托雄厚的人才優勢,大力發展節能環保技術,為企業的節能減排服務。采用當前余熱利用的先進設計理念,結合鋼鐵行業煙氣余熱的特點,相應設計了焦爐、高爐、燒結環冷機、轉爐、加熱爐、礦熱爐、車底爐、等余熱利用系統。

本系統不需要消耗一次能源,不產生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體,為企業創造了良好的效益。并具有充分利用富余煤氣、高溫煙氣,變廢為寶,凈化環境的多重意義。

第一:降低工序能耗,促進資源節約,降低單位產值的能耗,增加企業的效益;

第二:有利于企業可持續發展目標的實現,減少由常規直接排放帶來的CO2、SO2、NOX、粉塵之類的大氣污染物,有助于改善當地的能源結構,提高能源安全。

高爐煤氣是煉鐵高爐生產中的副產品,主要成分是CO、CO2、N2、H2等,其中可燃成分是CO和H2,CO約占20~30%, H2約占1.0~8.0%,不可燃燒的惰性氣體約占75%。高爐煤氣可燃物含量少、燃燒性能差、發熱量低,燃燒穩定性差。一般情況下,高爐煤氣富裕總量大,屬于重要的二次能源。

利用高爐富裕煤氣進行發電主要工藝過程:煤氣由廠區管網送至電廠煤氣干管,經過電動調節閥、電動蝶閥 、速關閥和測量裝置接往各燃燒器的支管。空氣經送風機加壓送往空氣預熱器,經空氣預熱器加熱后的熱風送往燃燒器,在燃燒器里與高爐煤氣混合后送入爐膛燃燒。從鍋爐尾部排出的煙氣經引風機加壓后,通過煙囪排往大氣。燃氣鍋爐產生的中壓或高壓蒸汽由主蒸汽管道進入汽輪發電機組進行發電。

由于轉爐余熱品質較低,且受煉鋼工藝的影響,蒸汽參數波動較大,大多數企業都是將回收的蒸汽并人蒸汽管網,供廠區生活使用,由于受季節等多方面因素的影響,大量蒸汽放散或者在蒸汽管網中冷凝成水排放,未能真正的體現負能煉鋼的作用。

此外,目前國內很多鋼廠對于轉爐蒸汽的利用不盡理想,轉爐蒸汽很多放散,既造成能源浪費,又對廠區環境造成污染。造成蒸汽放散主要有兩方面原因:一是轉爐蒸汽具有波動性,對蒸汽管網沖擊大;二是蒸汽帶水嚴重,蒸汽品質不高,只用于一些要求不高的用戶。針對上述兩方面問題可以采取以下措施:設置足夠容積的蓄熱器將間斷、波動的轉爐蒸汽變為連續、穩定的蒸汽源;優化汽包內部汽水分離裝置結構或在汽包及蓄熱器出口設置蒸汽濾潔器,脫除蒸汽中水分,提高蒸汽品質。

作為穩定發電系統的蓄熱系統

從轉爐汽包出來的間斷、波動的蒸汽經蓄熱器變成穩定、連續的汽源,經蓄熱器出口壓力調節閥供應蒸汽用戶。為提高蒸汽品質,脫除蒸汽中水分和雜質,在蓄熱器出口設置蒸汽濾潔器目前常用的蓄熱器是變壓式設計,即蒸汽蓄熱器,蓄熱器的工作壓力在一定范圍內波動。轉爐吹煉時,從汽包來的蒸汽不間斷地往蓄熱器內充汽,直到兩邊壓力平衡。汽包與蓄熱器并聯運行,若產汽量和外供用戶流量平衡時,產汽全部供用戶使用;若產汽量高于外供用戶流量,則多余蒸汽充入蓄熱器,蓄熱器壓力、水位增高;若產汽量小于外供用戶流量,則蓄熱器放出蒸汽,壓力和水位降低。汽包和蓄熱器出來的蒸汽為飽和蒸汽,如果用戶要求蒸汽過熱,需在調節閥后設置低阻損燃氣式過熱裝置將蒸汽過熱后再供給用戶。

煉焦過程中需要燃燒大量的煤氣,靠大量的煤氣燃燒熱加熱焦煤產生焦炭,這樣焦爐就產生大量的煙道廢氣。這些廢氣當中帶有大量的顯熱,經測量煙道廢氣溫度240-300℃左右,按焦爐小時產焦105t/h計算,煙氣流量超過13萬m3/h。焦爐煙道廢氣全部通過煙囪排空,大量的余熱資源被白白浪費。

新的焦爐煙道余熱利用技術,將煙道廢氣引入換熱鍋爐,直接產生蒸汽。

焦爐煙道余熱利用項目在實現節能產生蒸汽的同時,也相對減少了鍋爐煙氣排放量,進而減少了鍋爐燃煤灰渣、燃燒廢氣、粉塵等對環境的污染。 因此。該項目值得重視開發的好項目。

焦爐煙道余熱利用安裝系統圖

焦爐煙道廢氣余熱利用安裝圖

在鋼鐵企業中,燒結工序能耗占總能耗的10一12%,僅次于煉鐵而居第二位,我國燒結生產的能耗指標和先進國家相比,差距較大。大體上而言,每噸燒結礦的平均能耗要高出20kg標煤。國內先進企業燒結工序的燃氣單耗一般為0.065GJ/t,而先進國家的指標則已達0.025-0.03 GJ/t

燒結生產放散到大氣中的氣體顯熱為燒結總熱耗的50%,其中冷卻機廢氣帶走的熱量約占燒結總熱量的30%左右,把這些氣體的余熱加以回收利用是燒結廠節能的重要途徑

此部分熱量又在冷卻機的冷卻過程中大部分變為200-400℃左右的熱廢氣,最終散失在大氣中。這部分低溫余熱數量大,是燒結工序節能和回收利用的重點。

雙壓系統

采用補汽式汽輪機的雙壓單級補汽系統,燒結余熱鍋爐生產兩個不同的蒸汽,一為主蒸汽,另一個為低壓補汽。由于設置了低壓蒸發段,低壓蒸汽壓力:0.6Mpa,低壓過熱蒸汽溫度200℃,再加上設置了低壓省煤器,排煙溫度能降到130℃左右。

在冷卻機上布置有數個冷卻風罩,過礦料層后的風溫在第一風罩內一般可達250-400℃,第二風罩內風溫一般為200℃左右。本技術通過對冷卻車罩子、落礦斗、冷卻風機進行適當的改造,使廢氣溫度可提高到360℃-420℃左右,余熱鍋爐將產生1.25-2.45Mpa、330℃的過熱蒸汽,確保冷卻機余熱的充分利用。

燒結工藝余熱采用雙壓余熱蒸汽發電回收熱能

轉爐煤氣作為煉鋼生產過程中的副產品,是鋼鐵企業重要的二次能源,轉爐煤氣回收占整個轉爐工序能源回收總量的80%以上,是實現負能煉鋼和降低工序能耗的關鍵環節。

轉爐煤氣的高效回收和合理利用,不僅能降低煉鋼工序能耗,縮減生產成本,為實現負能煉鋼奠定基礎,而且能極大地降低廢氣排放量,使企業中較為嚴重的大氣污染得到有效控制,周邊環境得到改善,實現清潔生產。

煤氣系統:

轉爐煤氣經過轉爐煤氣柜收集并緩沖壓力,出口設置轉爐煤氣加壓機輸送至鍋爐煤氣燒嘴,與熱風充分混合燃燒,在鍋爐爐膛燃燒放熱后,形成的煙氣進入鍋爐尾部受熱面,依次通過一次空氣預熱器 二次空氣預熱器 省煤器 放熱加熱助燃風或軟化水,再經引風機排入大氣。

汽水系統:

從軟化水系統來的軟化水,經除氧水泵打入大氣熱力式除氧器除氧,再經鍋爐給水泵進入轉爐煤氣鍋爐鍋筒底部,進行鍋爐本體的自然循環。鍋筒出汽口出來的中溫中壓蒸汽,經鍋爐主蒸汽閥門,進入汽輪機主進汽口作功發電。蒸汽在汽輪機內作功后變成冷凝水,進入凝汽器,經凝水泵抽出來,進入凝結水箱,再經除氧給水泵進入除氧器 鍋爐,實現一個完整的熱力循環。

循環冷卻水系統:

經冷卻塔冷卻后的水通過收集水盤自流至循環水泵吸水池,經循環水泵升壓后通過壓力管道送至凝汽器、輔機冷卻器,水攜帶熱量后再通過壓力管道送至冷卻塔冷卻,此后進行下一次循環。

化學水系統:

根據水源資料,綜合鍋爐水質和汽機用汽品質要求,本項目采用二級反滲透化學水處理系統。其工藝方案流程為:

水源來水→原水箱→原水泵→多介質過濾器活性碳過濾器→保安過濾器→高壓泵→一級反滲透裝置→高壓泵→二級反滲透裝置→純水箱→純水泵→用水點。

由我院自主研究開發的高爐渣處理及余熱利用項目,經北京科技大學實驗室試驗效果很好,目前已全面進入工業試驗及市場推廣過程中。

高爐煉鐵、轉爐煉鋼每年產生大量的高爐渣,目前我國每煉1噸生鐵約產生260-400kg左右的高爐渣,每煉1噸鋼約產生100-130kg左右的鋼渣。全國每年粗鋼產量按6.8億噸計算,則每年產生的高爐渣達到2.38億噸,鋼渣0.816億噸。這些高爐渣、鋼渣冶煉過程中帶有大量的顯熱,經計算每煉1噸生鐵產生的高爐渣顯熱相當于58kg標準煤的熱量,全國鋼鐵產量按6.8億噸計算,每年僅高爐渣帶走顯熱相當于0.3944億噸標準煤的熱量。

新的蒸汽法渣處理工藝方法就是利用渣水淬產生蒸汽吸熱多的特點,采用渣入高溫水中直接水淬產生蒸汽,通過蒸汽及過熱蒸汽帶走渣熱,產生的水渣脫水后輸出,由于該方法直接把水變成蒸汽進行熱利用,因此該方法具有節水、裝置簡單、占地面積小等特點。由于該方法依然采用的是水淬渣,因此產生的水渣的物性沒有改變,對高爐渣后續利用沒有影響。

該方法可直接產生高溫高壓蒸汽,可直接用于發電。

該項目符合國家產業政策,投資省,投資回收期短,投資回收期約1.5-2年左右。

干熄焦技術是利用冷的惰性氣體(燃燒后的廢氣),在干熄爐中與赤熱紅焦換熱從而冷卻紅焦。吸收了紅焦熱量的惰性氣體將熱量傳給干熄焦鍋爐產生蒸汽,被冷卻的惰性氣體再由循環風機鼓入干熄爐冷卻紅焦。干熄焦鍋爐產生的蒸汽或并入廠內蒸汽管網或送去發電。

干熄焦余熱回收運行系統圖

由焦爐生產的溫度約為1000℃的赤熱焦炭排出裝入焦罐車中,焦罐經牽引、提升移送至熄槽上部,從加焦口將焦炭放入干熄槽預存室,預存一定時間后下行至熄焦室,并與逆流的惰性循環氣體N2進行熱交換,冷卻后的焦炭經排焦裝置從排焦口排出,再經皮帶轉運至篩焦樓篩焦、儲存,供煉鋼(煉鐵)用。

二者在逆向運動中,焦炭逐漸被冷卻,然后由爐底的卸料裝置排出;同時,惰性氣體(或廢煙氣)被加熱到,從干熄爐斜道口經過一次除塵器后進入干熄焦鍋爐;在鍋爐中,水被熱氣流加熱產生蒸汽,同時氣體被冷卻,再經二次除塵由循環風機重新送入干熄爐內循環使用。

鋼鐵廠在高爐煉鐵工藝中,產生的爐渣溫度大約為1000℃。目前,大多數煉鐵企業的處理方法是:將此爐渣在沖渣箱內由沖渣泵提供的高速水流急冷沖成水渣并粒化,以供生產水泥之用。這一過程中能夠產生大量溫度在80~95℃的熱水。通常,為了保證沖渣水的循環利用效果,需要將這部分沖渣水在沉淀過濾后引入空冷塔,降溫到50℃以下再次循環沖渣。這樣就使得很大一部分熱量在空冷塔中流失,既造成了能源的浪費,又對環境造成了熱污染。若能將這部分熱能用來給采暖用戶供熱將實現節能的目的,且這一工藝代替了以前的蒸汽和換熱器采暖,能減少燃煤鍋爐的投入,避免了供暖鍋爐生產過程中對環境造成的污染。

采用新型高爐渣處理工藝和密閉循環采暖系統,可以防止沖渣水對供熱末端設備的堵塞、結垢和腐蝕等問題出現。

沖渣水的溫度隨沖渣情況波動,渣的80%余熱可以被利用,采暖年余熱利用率在23%左右,其利用率與采暖的地區和利用情況有關。

采用一類溴化鋰熱泵機組,可以把65℃/45℃余熱水提高到95℃/70℃熱水,其COP在1.8左右。余熱回收供熱系統可節省約50%的蒸汽,增加65℃/45℃供暖面積,可以減少蒸汽用量,減少設備投資,提高余熱的利用率。

余熱回收供熱系統與蒸汽-水供熱系統比較,減少了蒸汽能源和渣處理補水的消耗和運行費用,其投資回收年限在1~2年。

國內鐵合金行業約90%產品采用礦熱爐(又稱鐵合金電爐)電熱法生產,屬高耗能、高污染的冶金生產。礦熱爐在生產時產生大量高溫煙氣,煙氣帶走的熱能相當于輸入礦熱爐全部熱能的40%~50%。對其進行余熱發電,不僅可使企業多生產一些附加值高的產品,理論上余熱利用效率可達60%以上,減少資源的消耗和對環境的污染,也符合節能減排、能源綜合利用的國家政策。

上世紀80年代起,我國就有相關企業實施礦熱爐的余熱回收試驗,由于礦熱爐爐型結構落后、余熱鍋爐清灰不理想等原因,未能有成功的余熱發電工程應用。取得了不錯的經濟效益和社會效益。

隨著“十二五”節能減排力度的加大、余熱發電技術的成熟及電站設備水平的改進和提高,解決了余熱鍋爐所存在的許多重大技術問題和難題,隨著科學技術的進步,余熱發電技術日趨成熟,國外已有很多運行多年的成功案例,國內近幾年相續在廣西、寧夏、內蒙、山西等地建設了硅鐵合金、高硅硅錳合金、錳硅合金、電石等礦熱爐余熱發電項目,運行都比較穩定。

礦熱爐余熱發電電站建設按煙氣狀況不同,有以下幾種余熱利用發電方式:

1、雙壓鍋爐配補汽式汽輪發電機組:

采用適用于低溫煙氣的余熱回收及帶除塵的雙壓無補燃自然循環余熱鍋爐。其產生的兩路不同的壓力蒸汽。全部是過熱蒸汽,或者主蒸汽為過熱蒸汽、補汽為飽和汽。完全能夠滿足普通低壓汽輪機的進汽要求。與閃蒸飽和蒸汽余熱鍋爐相比,不但大幅度降低了汽輪機的造價,同時還提高了汽輪發電機的發電效率。該方式適應于煙氣溫度較高,如600℃左右,且煙氣量較大的礦熱爐。該工藝能有效克服煙氣溫度波動大的問題。

2、雙壓鍋爐配純凝式汽輪發電機組

高壓蒸汽通過如下過程產生:除鹽水與汽輪機熱井的凝結水混合后送入大氣式除氧器。被低壓(0.6 MPa)飽和蒸汽加熱至104 ℃。除氧后由給水泵送入省煤器.水溫升到略低于汽包壓力下的飽和溫度,從省煤器進入高壓汽包。再進入高壓蒸發器,高壓蒸發器內水吸熱部分水變成汽。汽水混合物離開高壓蒸發器進入高壓汽包內汽水分離,蒸汽從高壓汽包頂部進入過熱器。在過熱器內吸收熱量.飽和蒸汽變成過熱蒸汽。供給蒸汽輪機發電。

除氧器的水經低壓汽包給水泵送入低壓汽包。低壓汽包的出水經低壓熱水循環泵進入低壓蒸發器,在低壓蒸發器內產生水蒸汽后經汽水分離,產生飽和蒸汽,低壓飽和蒸汽供除氧器除氧。

高壓蒸汽進入純凝式汽輪機組進行發電。整個系統達到了能源的梯級利用。

3、單壓余熱鍋爐配置純凝式汽輪發電機組:若煙氣的熱量能完全被吸收,且則可改為單壓系統,單壓余熱鍋爐產生蒸汽供汽輪發電機組發電。

該工藝可廣泛應用于鐵合金、電石、電解鋁、電解銅、黃磷等高能耗企業的余熱發電項目。

車底式焙燒爐(簡稱車底爐)廢煙氣經焚燒爐處理后,煙氣余熱可達850℃~1000℃,由于煙氣溫度高,屬高品位的熱源。但車底爐的開啟式隨機的,從煙氣通道排出的煙氣量波動范圍大,容易造成焚燒生產產生的熱源不穩定。從而余熱鍋爐產生的蒸汽溫度、壓力等參數波動大,給能量回收系統的安全可靠工作造成困難。

在實際工程應用中,采取如下措施提高該工藝的余熱發電穩定性:

1、通過余熱鍋爐結構設計消耗一部分煙氣量變化,減小煙氣波動影響;

2、車底爐焚燒生產線可調噴嘴采取閉式循環控制,實時補償車底爐爐膛內的壓力溫度增減;

3、在車底爐起爐階段合理配置切入點工藝,使各臺車底爐爐膛溫度錯峰增溫,以使整體煙氣量趨于平衡。

洸遠180平燒結余熱發電工程

勝寶制管燒結廠1臺180m2燒結環冷機配套余熱發電后,機組最大發電量6MW,所需要的熱能來自燒結環冷機余熱煙氣,不但不需要消耗任何化石燃料,而且變廢為寶,節約了能源。

系統采用雙壓余熱鍋爐配套補氣凝氣式汽輪發電機組,對能源進行了梯級利用,最大限度地進行發電。裝機工藝方案如下圖所示:

裝機工藝方案

該機組的運行,年節約軟水26.13×104t,標煤26.13×104t,減排CO2 5.53×104t/a。具體指標見下表:

序號 項目 減排指標
kg/kW.h
減排結果
萬t/a
1 CO2  kg/kW.h 0.997 3.42968
2 SO2  kg/kW.h 0.03 0.1032
3 碳粉塵  kg/kW.h 0.272 0.93568
4 標準煤  kg/kW.h 0.404 1.38976
洸遠2×240燒結余熱發電工程

廊坊市圣馳金屬制品有限公司2條240m2燒結生產線。余熱電站裝機規模為15MW。電站為二爐一機配建,配套2臺雙壓余熱鍋爐和1臺補汽凝汽式汽輪發電機組。

為了提高和穩定進入余熱鍋爐煙氣的溫度,以及提高整個發電機組的運轉率,余熱鍋爐的排風采用熱風循環的技術。環冷機余熱鍋爐回收的次中壓過熱蒸汽作為主蒸汽,低壓蒸汽作為補汽,送入汽輪發電機組發電。

電站全年向公司提供電量7344×104kW.h,折合年節約標煤量達1.82萬噸。

圣馳高爐煤氣發電工程

勝寶鋼鐵目前存在大量的煤氣放散現象,既嚴重污染環境,威脅人身健康,又造成大量能源浪費,為提高大氣環保水平,節約能源,利用剩余高爐煤氣發電,減少污染,為企業增加效益。

每年高爐煤氣放散量約13.44億Nm3,既造成環境污染,又造成大量能源浪費。為此,建設了煤氣發電站,煤氣發電站按如下規模建設:

1×150t/h燃高爐煤氣鍋爐

1×30 MW凝汽式汽輪發電機組

其工藝方案見下圖:

該工程屬節能減排項目,符合國家產業政策。

本工程煤氣電站屬于業主方生產供配電系統中的小型自備電站,全部發電量供業主方生產自用。該電站年對外供電約2.4889×108Kw.h/a,折合成燃煤發電機組的標準煤耗,每年可節約標煤量10.05萬噸,減少SO2排放0.75萬噸,減少CO2直接排放24.81萬噸,減少碳粉塵6.77萬噸。

圣馳轉爐加熱爐飽和蒸汽發電工程

圣馳煉鋼廠3座60t轉爐煙道汽化冷卻系統蒸汽回收量60t/h,壓力1.6MPa,余熱沒有全部回收利用,蒸汽部分采暖與供辦公樓空調。2座12m2豎爐蒸汽沒有利用,其工藝方案如下表所示:

減少排放按下表所示:

序號 項目 減排指標
kg/kW.h
減排結果
萬t/a
1 CO2
kg/kW.h
0.997 4.332666888
2 SO2
kg/kW.h
0.03 0.13037112
3 碳粉塵
kg/kW.h
0.272 1.182031488
4 標準煤
kg/kW.h
0.404 1.755664416
眉山士達新材料車底爐余熱發電工程

眉山士達新材料有限公司投建2萬噸/年φ550mm及以上超高功率電極生產線,為2010年度國家火炬計劃立項項目(項目編號:2010GH031650),該生產線配套建設了焚燒生產線余熱發電工程項目。車底爐產生的廢煙氣經過焚燒爐處理后,進入余熱鍋爐產汽用于發電。

電站配套15t/h中溫中壓余熱鍋爐、3MW全凝式汽輪機發電機組及處理水量1600t/h的循環冷卻水系統。

該項目運行后,節能量指標:年發電量1700萬kW.h/a(折合節能量1800tce(當量值))。

項目投資利潤率為44%,財務內部收益率為34%,財務凈現值(ic=10%)為2678萬元,投資回收期1.69年(不含建設期)。該項目充分利用余熱發電,降低能源消耗,符合國家的產業政策,社會效益明顯。

石鋼330平燒結余熱發電工程

石鋼燒結廠1臺330m2燒結環冷機配套燒結余熱發電系統,裝機規模9MW,所需要的能源來自燒結環冷機余熱煙氣,不需要消耗任何化石燃料,變廢為寶,節約了能源,保護了環境。

系統采用雙壓余熱鍋爐配套補汽凝汽式汽輪發電機組,對能源進行了梯級利用,最大限度地進行發電。裝機工藝方案如下圖所示:

系統運行后節能減排指標如下表:

序號 項目 減排指標
kg/kW.h
減排結果
萬t/a
1 CO2 kg/kW.h 0.997 5.205
2 SO2 kg/kW.h 0.03 0.1566
3 碳粉塵 kg/kW.h 0.272 1.42
4 標準煤 kg/kW.h 0.404 2.109

工程靜態投資回收期2.2年,具有“短平快”的特點,具有良好的經濟效益、環境效益和社會效益。

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