北京中冶设备研究设计总院有限公司始建于1978年,1999年根据国务院机构改革和国家科技部的要求,转制为科技型企业,同年进入中国冶金科工集团公司。经过30年的发展,成为具有工程总承包、成套设备供货、工程设计、设备研究设计和设备制造等功能完善的科技型创新企业。成为集冶金设备的研究开发、工程设计、工程总承包、设备成套贸易、机械制造、项目咨询、施工监理和技术经营服务工作,集设计与制造、建筑工程设计与装饰、工程咨询、工程总承包及科研开发、成套及备品备件贸易为一体的综合性科研设计单位。

我院拥有多项自主知识产权的技术。

累计取得科研成果140余项,获省部级以上奖励87项,国家授权专利72项,其中发明专利12项。

  • 冶金甲级工程设计资质
  • 甲级建筑设计资质
  • 工程咨询资质
  • 甲级招标代理机构资质
  • 贸易流通进出口权
  • 特种设备制造许可证
  • 冶金机电产品质量第三方公证机构

我院依托雄厚的人才优势,大力发展节能环保技术,为企业的节能减排服务。采用当前余热利用的先进设计理念,结合钢铁行业烟气余热的特点,相应设计了焦炉、高炉、烧结环冷机、转炉、加热炉、矿热炉、车底炉、等余热利用系统。

本系统不需要消耗一次能源,不产生额外的废气、废渣、粉尘和其他有害气体,为企业创造了良好的效益。并具有充分利用富余煤气、高温烟气,变废为宝,净化环境的多重意义。

第一:降低工序能耗,促进资源节约,降低单位产值的能耗,增加企业的效益;

第二:有利于企业可持续发展目标的实现,减少由常规直接排放带来的CO2、SO2、NOX、粉尘之类的大气污染物,有助于改善当地的能源结构,提高能源安全。

高炉煤气是炼铁高炉生产中的副产品,主要成分是CO、CO2、N2、H2等,其中可燃成分是CO和H2,CO约占20~30%, H2约占1.0~8.0%,不可燃烧的惰性气体约占75%。高炉煤气可燃物含量少、燃烧性能差、发热量低,燃烧稳定性差。一般情况下,高炉煤气富裕总量大,属于重要的二次能源。

利用高炉富裕煤气进行发电主要工艺过程:煤气由厂区管网送至电厂煤气干管,经过电动调节阀、电动蝶阀 、速关阀和测量装置接往各燃烧器的支管。空气经送风机加压送往空气预热器,经空气预热器加热后的热风送往燃烧器,在燃烧器里与高炉煤气混合后送入炉膛燃烧。从锅炉尾部排出的烟气经引风机加压后,通过烟囱排往大气。燃气锅炉产生的中压或高压蒸汽由主蒸汽管道进入汽轮发电机组进行发电。

由于转炉余热品质较低,且受炼钢工艺的影响,蒸汽参数波动较大,大多数企业都是将回收的蒸汽并人蒸汽管网,供厂区生活使用,由于受季节等多方面因素的影响,大量蒸汽放散或者在蒸汽管网中冷凝成水排放,未能真正的体现负能炼钢的作用。

此外,目前国内很多钢厂对于转炉蒸汽的利用不尽理想,转炉蒸汽很多放散,既造成能源浪费,又对厂区环境造成污染。造成蒸汽放散主要有两方面原因:一是转炉蒸汽具有波动性,对蒸汽管网冲击大;二是蒸汽带水严重,蒸汽品质不高,只用于一些要求不高的用户。针对上述两方面问题可以采取以下措施:设置足够容积的蓄热器将间断、波动的转炉蒸汽变为连续、稳定的蒸汽源;优化汽包内部汽水分离装置结构或在汽包及蓄热器出口设置蒸汽滤洁器,脱除蒸汽中水分,提高蒸汽品质。

作为稳定发电系统的蓄热系统

从转炉汽包出来的间断、波动的蒸汽经蓄热器变成稳定、连续的汽源,经蓄热器出口压力调节阀供应蒸汽用户。为提高蒸汽品质,脱除蒸汽中水分和杂质,在蓄热器出口设置蒸汽滤洁器目前常用的蓄热器是变压式设计,即蒸汽蓄热器,蓄热器的工作压力在一定范围内波动。转炉吹炼时,从汽包来的蒸汽不间断地往蓄热器内充汽,直到两边压力平衡。汽包与蓄热器并联运行,若产汽量和外供用户流量平衡时,产汽全部供用户使用;若产汽量高于外供用户流量,则多余蒸汽充入蓄热器,蓄热器压力、水位增高;若产汽量小于外供用户流量,则蓄热器放出蒸汽,压力和水位降低。汽包和蓄热器出来的蒸汽为饱和蒸汽,如果用户要求蒸汽过热,需在调节阀后设置低阻损燃气式过热装置将蒸汽过热后再供给用户。

炼焦过程中需要燃烧大量的煤气,靠大量的煤气燃烧热加热焦煤产生焦炭,这样焦炉就产生大量的烟道废气。这些废气当中带有大量的显热,经测量烟道废气温度240-300℃左右,按焦炉小时产焦105t/h计算,烟气流量超过13万m3/h。焦炉烟道废气全部通过烟囱排空,大量的余热资源被白白浪费。

新的焦炉烟道余热利用技术,将烟道废气引入换热锅炉,直接产生蒸汽。

焦炉烟道余热利用项目在实现节能产生蒸汽的同时,也相对减少了锅炉烟气排放量,进而减少了锅炉燃煤灰渣、燃烧废气、粉尘等对环境的污染。 因此。该项目值得重视开发的好项目。

焦炉烟道余热利用安装系统图

焦炉烟道废气余热利用安装图

在钢铁企业中,烧结工序能耗占总能耗的10一12%,仅次于炼铁而居第二位,我国烧结生产的能耗指标和先进国家相比,差距较大。大体上而言,每吨烧结矿的平均能耗要高出20kg标煤。国内先进企业烧结工序的燃气单耗一般为0.065GJ/t,而先进国家的指标则已达0.025-0.03 GJ/t

烧结生产放散到大气中的气体显热为烧结总热耗的50%,其中冷却机废气带走的热量约占烧结总热量的30%左右,把这些气体的余热加以回收利用是烧结厂节能的重要途径

此部分热量又在冷却机的冷却过程中大部分变为200-400℃左右的热废气,最终散失在大气中。这部分低温余热数量大,是烧结工序节能和回收利用的重点。

双压系统

采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统,烧结余热锅炉生产两个不同的蒸汽,一为主蒸汽,另一个为低压补汽。由于设置了低压蒸发段,低压蒸汽压力:0.6Mpa,低压过热蒸汽温度200℃,再加上设置了低压省煤器,排烟温度能降到130℃左右。

在冷却机上布置有数个冷却风罩,过矿料层后的风温在第一风罩内一般可达250-400℃,第二风罩内风温一般为200℃左右。本技术通过对冷却车罩子、落矿斗、冷却风机进行适当的改造,使废气温度可提高到360℃-420℃左右,余热锅炉将产生1.25-2.45Mpa、330℃的过热蒸汽,确保冷却机余热的充分利用。

烧结工艺余热采用双压余热蒸汽发电回收热能

转炉煤气作为炼钢生产过程中的副产品,是钢铁企业重要的二次能源,转炉煤气回收占整个转炉工序能源回收总量的80%以上,是实现负能炼钢和降低工序能耗的关键环节。

转炉煤气的高效回收和合理利用,不仅能降低炼钢工序能耗,缩减生产成本,为实现负能炼钢奠定基础,而且能极大地降低废气排放量,使企业中较为严重的大气污染得到有效控制,周边环境得到改善,实现清洁生产。

煤气系统:

转炉煤气经过转炉煤气柜收集并缓冲压力,出口设置转炉煤气加压机输送至锅炉煤气烧嘴,与热风充分混合燃烧,在锅炉炉膛燃烧放热后,形成的烟气进入锅炉尾部受热面,依次通过一次空气预热器 二次空气预热器 省煤器 放热加热助燃风或软化水,再经引风机排入大气。

汽水系统:

从软化水系统来的软化水,经除氧水泵打入大气热力式除氧器除氧,再经锅炉给水泵进入转炉煤气锅炉锅筒底部,进行锅炉本体的自然循环。锅筒出汽口出来的中温中压蒸汽,经锅炉主蒸汽阀门,进入汽轮机主进汽口作功发电。蒸汽在汽轮机内作功后变成冷凝水,进入凝汽器,经凝水泵抽出来,进入凝结水箱,再经除氧给水泵进入除氧器 锅炉,实现一个完整的热力循环。

循环冷却水系统:

经冷却塔冷却后的水通过收集水盘自流至循环水泵吸水池,经循环水泵升压后通过压力管道送至凝汽器、辅机冷却器,水携带热量后再通过压力管道送至冷却塔冷却,此后进行下一次循环。

化学水系统:

根据水源资料,综合锅炉水质和汽机用汽品质要求,本项目采用二级反渗透化学水处理系统。其工艺方案流程为:

水源来水→原水箱→原水泵→多介质过滤器活性碳过滤器→保安过滤器→高压泵→一级反渗透装置→高压泵→二级反渗透装置→纯水箱→纯水泵→用水点。

由我院自主研究开发的高炉渣处理及余热利用项目,经北京科技大学实验室试验效果很好,目前已全面进入工业试验及市场推广过程中。

高炉炼铁、转炉炼钢每年产生大量的高炉渣,目前我国每炼1吨生铁约产生260-400kg左右的高炉渣,每炼1吨钢约产生100-130kg左右的钢渣。全国每年粗钢产量按6.8亿吨计算,则每年产生的高炉渣达到2.38亿吨,钢渣0.816亿吨。这些高炉渣、钢渣冶炼过程中带有大量的显热,经计算每炼1吨生铁产生的高炉渣显热相当于58kg标准煤的热量,全国钢铁产量按6.8亿吨计算,每年仅高炉渣带走显热相当于0.3944亿吨标准煤的热量。

新的蒸汽法渣处理工艺方法就是利用渣水淬产生蒸汽吸热多的特点,采用渣入高温水中直接水淬产生蒸汽,通过蒸汽及过热蒸汽带走渣热,产生的水渣脱水后输出,由于该方法直接把水变成蒸汽进行热利用,因此该方法具有节水、装置简单、占地面积小等特点。由于该方法依然采用的是水淬渣,因此产生的水渣的物性没有改变,对高炉渣后续利用没有影响。

该方法可直接产生高温高压蒸汽,可直接用于发电。

该项目符合国家产业政策,投资省,投资回收期短,投资回收期约1.5-2年左右。

干熄焦技术是利用冷的惰性气体(燃烧后的废气),在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦。吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦锅炉产生蒸汽,被冷却的惰性气体再由循环风机鼓入干熄炉冷却红焦。干熄焦锅炉产生的蒸汽或并入厂内蒸汽管网或送去发电。

干熄焦余热回收运行系统图

由焦炉生产的温度约为1000℃的赤热焦炭排出装入焦罐车中,焦罐经牵引、提升移送至熄槽上部,从加焦口将焦炭放入干熄槽预存室,预存一定时间后下行至熄焦室,并与逆流的惰性循环气体N2进行热交换,冷却后的焦炭经排焦装置从排焦口排出,再经皮带转运至筛焦楼筛焦、储存,供炼钢(炼铁)用。

二者在逆向运动中,焦炭逐渐被冷却,然后由炉底的卸料装置排出;同时,惰性气体(或废烟气)被加热到,从干熄炉斜道口经过一次除尘器后进入干熄焦锅炉;在锅炉中,水被热气流加热产生蒸汽,同时气体被冷却,再经二次除尘由循环风机重新送入干熄炉内循环使用。

钢铁厂在高炉炼铁工艺中,产生的炉渣温度大约为1000℃。目前,大多数炼铁企业的处理方法是:将此炉渣在冲渣箱内由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化,以供生产水泥之用。这一过程中能够产生大量温度在80~95℃的热水。通常,为了保证冲渣水的循环利用效果,需要将这部分冲渣水在沉淀过滤后引入空冷塔,降温到50℃以下再次循环冲渣。这样就使得很大一部分热量在空冷塔中流失,既造成了能源的浪费,又对环境造成了热污染。若能将这部分热能用来给采暖用户供热将实现节能的目的,且这一工艺代替了以前的蒸汽和换热器采暖,能减少燃煤锅炉的投入,避免了供暖锅炉生产过程中对环境造成的污染。

采用新型高炉渣处理工艺和密闭循环采暖系统,可以防止冲渣水对供热末端设备的堵塞、结垢和腐蚀等问题出现。

冲渣水的温度随冲渣情况波动,渣的80%余热可以被利用,采暖年余热利用率在23%左右,其利用率与采暖的地区和利用情况有关。

采用一类溴化锂热泵机组,可以把65℃/45℃余热水提高到95℃/70℃热水,其COP在1.8左右。余热回收供热系统可节省约50%的蒸汽,增加65℃/45℃供暖面积,可以减少蒸汽用量,减少设备投资,提高余热的利用率。

余热回收供热系统与蒸汽-水供热系统比较,减少了蒸汽能源和渣处理补水的消耗和运行费用,其投资回收年限在1~2年。

国内铁合金行业约90%产品采用矿热炉(又称铁合金电炉)电热法生产,属高耗能、高污染的冶金生产。矿热炉在生产时产生大量高温烟气,烟气带走的热能相当于输入矿热炉全部热能的40%~50%。对其进行余热发电,不仅可使企业多生产一些附加值高的产品,理论上余热利用效率可达60%以上,减少资源的消耗和对环境的污染,也符合节能减排、能源综合利用的国家政策。

上世纪80年代起,我国就有相关企业实施矿热炉的余热回收试验,由于矿热炉炉型结构落后、余热锅炉清灰不理想等原因,未能有成功的余热发电工程应用。取得了不错的经济效益和社会效益。

随着“十二五”节能减排力度的加大、余热发电技术的成熟及电站设备水平的改进和提高,解决了余热锅炉所存在的许多重大技术问题和难题,随着科学技术的进步,余热发电技术日趋成熟,国外已有很多运行多年的成功案例,国内近几年相续在广西、宁夏、内蒙、山西等地建设了硅铁合金、高硅硅锰合金、锰硅合金、电石等矿热炉余热发电项目,运行都比较稳定。

矿热炉余热发电电站建设按烟气状况不同,有以下几种余热利用发电方式:

1、双压锅炉配补汽式汽轮发电机组:

采用适用于低温烟气的余热回收及带除尘的双压无补燃自然循环余热锅炉。其产生的两路不同的压力蒸汽。全部是过热蒸汽,或者主蒸汽为过热蒸汽、补汽为饱和汽。完全能够满足普通低压汽轮机的进汽要求。与闪蒸饱和蒸汽余热锅炉相比,不但大幅度降低了汽轮机的造价,同时还提高了汽轮发电机的发电效率。该方式适应于烟气温度较高,如600℃左右,且烟气量较大的矿热炉。该工艺能有效克服烟气温度波动大的问题。

2、双压锅炉配纯凝式汽轮发电机组

高压蒸汽通过如下过程产生:除盐水与汽轮机热井的凝结水混合后送入大气式除氧器。被低压(0.6 MPa)饱和蒸汽加热至104 ℃。除氧后由给水泵送入省煤器.水温升到略低于汽包压力下的饱和温度,从省煤器进入高压汽包。再进入高压蒸发器,高压蒸发器内水吸热部分水变成汽。汽水混合物离开高压蒸发器进入高压汽包内汽水分离,蒸汽从高压汽包顶部进入过热器。在过热器内吸收热量.饱和蒸汽变成过热蒸汽。供给蒸汽轮机发电。

除氧器的水经低压汽包给水泵送入低压汽包。低压汽包的出水经低压热水循环泵进入低压蒸发器,在低压蒸发器内产生水蒸汽后经汽水分离,产生饱和蒸汽,低压饱和蒸汽供除氧器除氧。

高压蒸汽进入纯凝式汽轮机组进行发电。整个系统达到了能源的梯级利用。

3、单压余热锅炉配置纯凝式汽轮发电机组:若烟气的热量能完全被吸收,且则可改为单压系统,单压余热锅炉产生蒸汽供汽轮发电机组发电。

该工艺可广泛应用于铁合金、电石、电解铝、电解铜、黄磷等高能耗企业的余热发电项目。

车底式焙烧炉(简称车底炉)废烟气经焚烧炉处理后,烟气余热可达850℃~1000℃,由于烟气温度高,属高品位的热源。但车底炉的开启式随机的,从烟气通道排出的烟气量波动范围大,容易造成焚烧生产产生的热源不稳定。从而余热锅炉产生的蒸汽温度、压力等参数波动大,给能量回收系统的安全可靠工作造成困难。

在实际工程应用中,采取如下措施提高该工艺的余热发电稳定性:

1、通过余热锅炉结构设计消耗一部分烟气量变化,减小烟气波动影响;

2、车底炉焚烧生产线可调喷嘴采取闭式循环控制,实时补偿车底炉炉膛内的压力温度增减;

3、在车底炉起炉阶段合理配置切入点工艺,使各台车底炉炉膛温度错峰增温,以使整体烟气量趋于平衡。

洸远180平烧结余热发电工程

胜宝制管烧结厂1台180m2烧结环冷机配套余热发电后,机组最大发电量6MW,所需要的热能来自烧结环冷机余热烟气,不但不需要消耗任何化石燃料,而且变废为宝,节约了能源。

系统采用双压余热锅炉配套补气凝气式汽轮发电机组,对能源进行了梯级利用,最大限度地进行发电。装机工艺方案如下图所示:

装机工艺方案

该机组的运行,年节约软水26.13×104t,标煤26.13×104t,减排CO2 5.53×104t/a。具体指标见下表:

序号 项目 减排指标
kg/kW.h
减排结果
万t/a
1 CO2  kg/kW.h 0.997 3.42968
2 SO2  kg/kW.h 0.03 0.1032
3 碳粉尘  kg/kW.h 0.272 0.93568
4 标准煤  kg/kW.h 0.404 1.38976
洸远2×240烧结余热发电工程

廊坊市圣驰金属制品有限公司2条240m2烧结生产线。余热电站装机规模为15MW。电站为二炉一机配建,配套2台双压余热锅炉和1台补汽凝汽式汽轮发电机组。

为了提高和稳定进入余热锅炉烟气的温度,以及提高整个发电机组的运转率,余热锅炉的排风采用热风循环的技术。环冷机余热锅炉回收的次中压过热蒸汽作为主蒸汽,低压蒸汽作为补汽,送入汽轮发电机组发电。

电站全年向公司提供电量7344×104kW.h,折合年节约标煤量达1.82万吨。

圣驰高炉煤气发电工程

胜宝钢铁目前存在大量的煤气放散现象,既严重污染环境,威胁人身健康,又造成大量能源浪费,为提高大气环保水平,节约能源,利用剩余高炉煤气发电,减少污染,为企业增加效益。

每年高炉煤气放散量约13.44亿Nm3,既造成环境污染,又造成大量能源浪费。为此,建设了煤气发电站,煤气发电站按如下规模建设:

1×150t/h燃高炉煤气锅炉

1×30 MW凝汽式汽轮发电机组

其工艺方案见下图:

该工程属节能减排项目,符合国家产业政策。

本工程煤气电站属于业主方生产供配电系统中的小型自备电站,全部发电量供业主方生产自用。该电站年对外供电约2.4889×108Kw.h/a,折合成燃煤发电机组的标准煤耗,每年可节约标煤量10.05万吨,减少SO2排放0.75万吨,减少CO2直接排放24.81万吨,减少碳粉尘6.77万吨。

圣驰转炉加热炉饱和蒸汽发电工程

圣驰炼钢厂3座60t转炉烟道汽化冷却系统蒸汽回收量60t/h,压力1.6MPa,余热没有全部回收利用,蒸汽部分采暖与供办公楼空调。2座12m2竖炉蒸汽没有利用,其工艺方案如下表所示:

减少排放按下表所示:

序号 项目 减排指标
kg/kW.h
减排结果
万t/a
1 CO2
kg/kW.h
0.997 4.332666888
2 SO2
kg/kW.h
0.03 0.13037112
3 碳粉尘
kg/kW.h
0.272 1.182031488
4 标准煤
kg/kW.h
0.404 1.755664416
眉山士达新材料车底炉余热发电工程

眉山士达新材料有限公司投建2万吨/年φ550mm及以上超高功率电极生产线,为2010年度国家火炬计划立项项目(项目编号:2010GH031650),该生产线配套建设了焚烧生产线余热发电工程项目。车底炉产生的废烟气经过焚烧炉处理后,进入余热锅炉产汽用于发电。

电站配套15t/h中温中压余热锅炉、3MW全凝式汽轮机发电机组及处理水量1600t/h的循环冷却水系统。

该项目运行后,节能量指标:年发电量1700万kW.h/a(折合节能量1800tce(当量值))。

项目投资利润率为44%,财务内部收益率为34%,财务净现值(ic=10%)为2678万元,投资回收期1.69年(不含建设期)。该项目充分利用余热发电,降低能源消耗,符合国家的产业政策,社会效益明显。

石钢330平烧结余热发电工程

石钢烧结厂1台330m2烧结环冷机配套烧结余热发电系统,装机规模9MW,所需要的能源来自烧结环冷机余热烟气,不需要消耗任何化石燃料,变废为宝,节约了能源,保护了环境。

系统采用双压余热锅炉配套补汽凝汽式汽轮发电机组,对能源进行了梯级利用,最大限度地进行发电。装机工艺方案如下图所示:

系统运行后节能减排指标如下表:

序号 项目 减排指标
kg/kW.h
减排结果
万t/a
1 CO2 kg/kW.h 0.997 5.205
2 SO2 kg/kW.h 0.03 0.1566
3 碳粉尘 kg/kW.h 0.272 1.42
4 标准煤 kg/kW.h 0.404 2.109

工程静态投资回收期2.2年,具有“短平快”的特点,具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

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