大烟道余热锅炉..

一、项目可行性方案

一、总述

1. 项目实施企业简介

XX公司新建336㎡烧结机投产已经接近一年，原建设时同步配套建设了烧结环冷机余热利用锅炉项目，余热锅炉为双压锅炉，中压1.6MPa用于拖动两台烧结主抽风机的汽轮机，低压0.5MPa用于炼铁厂生产用气。配套两套烧结主抽风机为汽轮机、电机、风机、变速离合器同轴设备。风机参数为：入口流量17500 m3/min，压力17KPa。大烟道分两侧布置，每套风机对应一个烧结大烟道。

烧结机共有22个风箱，最后三个风箱（20#、21#、22#）长4米、宽4米，对应烧结机共12米长，烧结面积48㎡。三个风箱的烟气温度分别为：380±20℃、400±20℃、420±20℃，每个风箱分两侧共6个烟气支管，每个烟气支管的工况烟气流量大约为3～4万m3/h。

烧结烟气余热系统投用后，产生的中压过热蒸汽，并入烧结蒸汽管网，拖动烧结主抽风机的汽轮机等。

2. 设计依据

xxx公司，提供336㎡烧结大烟道余热锅的设计依据。

3. 设计原则

3.1 采用已有的成熟技术，注重技术的适用性、可靠性、经济性和先进性，工艺技术及装备水平达到国内先进水平；

3.2 设备选型原则：设备以国产化为主，尽量考虑设备的大型化；

3.3 布置原则：考虑未来发展，合理使用场地，工艺布置和物料流程合理、通畅，尽量避免各工序间的相互干扰；

3.4 整套系统工程的设计符合国家标准。

4. 主要设计内容

余热回收系统：余热锅炉系统、给水系统、除尘系统、烟道系统、控制系统；

5. 设计概要

利用烧结主抽烟道内的高温段废气进行余热回收。

二、系统设计方案

1、工程概述

钢铁冶金企业是国家支柱产业，在现代化建设中起着重要作用，同时这些企业也是耗能大户，能耗占产品成本比例较大。因此企业的节能降耗显得尤其重要。烧结工序是高炉矿料入炉前的准备工序，有块状烧结和球团状烧结两种。

烧结工序能耗在钢铁企业中仅次于炼铁而居第二位，在烧结总能耗中，冷却机废气带走的显热约占总能耗的20～28％，而其排放的余热约占总能耗热能的49%，回收和利用这些余热，显然极为重

要。

余热回收主要在烧结矿成品显热及冷却机的排气显热两个方面。目前余热回收技术主要应用在冷却机的排气显热回收上。烧结机生产时，热烧结矿经过滑车在轨道上移动，通过鼓风机吹风，使冷却风强制穿过料矿层，经料矿加热后，冷却风温一般温度可达300～400℃，最高可达450℃左右。这部分的冷却风都可以利用其余热。

烧结主抽烟道内的高温段废气热量回收有很大潜力，机尾处烟箱的平均温度为380-420℃（实测温度），流量为180000-220000m3/h，采用热管式蒸汽回收装置回收烟气余热，在主抽烟道余热回收段加旁通管及阀门保证大烟道内排烟温度不低于130℃（露点温度以上）。

2、工程项目基础参数

2.1、自然条件

地震烈度：本地区地震基本烈度为7度，加速度值0.05g，建筑场地类别II类。

风荷载：0.50KN/m2(n=50) 雪荷载0.70KN/m2(n=50)

2.2、气候条件：

（1）用户提供当地气候条件

（2）、设计原始条件及要求

一座336m2，设计参数按相同考虑，由于本工程为改造工程，

空间狭窄，余热锅炉的外形尺寸设计要紧凑。

a、烟气参数

b、蒸汽要求

（3）、其它性能参数

①、烟气特性

a、烟气量工况波动按20%考虑。

b、烟气成份：N2、O2、H2O，其中N2占78%，O2占21%，H2O 占1%，

烟气含灰量为1g/ Nm3。成分为铁矿石烧结熟料，粒径为100μm。

②、蒸汽品质

钠≤15μg/kg

二氧化硅≤20μg/kg

③、所提供软化水水质参数：（使用环冷余热锅炉热力除氧水）

锅炉给水、锅水质量标准执行《工业锅炉水质》（GB/T1576-2008）中有关规定。

锅炉正常连续排污率：≤2%

硬度：≤3μe/L

油：＜1mg/L 铁：≤50μg/L

铜：≤10μg/L 钠：≤15μg/kg

SiO2：≤20μg/kg PH值：8.5～9.2

④、电源

动力电源：10.5kV±7%/380V±15%

直流电源：220V/24V

3、设计要求及区域范围

3.1、设计要求

3.1.1主要执行标准及规范

《污水综合排放标准》（GB8978-1996）

《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-90）

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

《低压配电装置规范》（GB50054-95）

《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-93）

《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）

《钢制化工容器结构设计规范》（HG20583-1998）

《化工装置设备布置设计工程规定》（HG20546.2-1992）

《钢制化工容器设计基础规定》（HG20580-1998）

《钢制低温压力容器技术规定》（HG20585-1998）

《钢制立式圆筒形固定顶储罐系列》（HG21502.1-1992）

《化工设备基础设计规定》（HGT20643-1998）

《化工装置管道机械专业提出的设计条件》（HGT20645.4-1998）

《钢制有缝对焊管件》（HGT21631-1990）

《钢制压力容器》（GB150-1998）

3.1.2项目设计指标

烧结大烟道余热回收系统蒸汽总产量为10t/h、1.6Mpa、350℃，蒸汽全部进入公司蒸汽管网。此数据为保守值，当烟气量增多或烟气温度增高时。蒸汽量会相应增加；当烟气减少或温度降低时，蒸汽量会相应减少。

3.1.3项目设计原则

结合用户现场状况及项目设计目标，采取系统安全，技术先进、工艺可靠、经济合理的设计原则确定本项目的建设方案。

3.1.4系统安全

a、系统设计时，通过科学计算，确保生产系统正常运行；

b、烟气温度在蒸发器内放热后，烟气温度降低到200度以上，保证后续设备不受腐蚀。

3.1.5工艺可靠

系统通过省煤器、蒸发器等设备组合、系统控制部分，使烟气余热得到最大限度的利用，确保蒸汽蒸发量的稳定可靠。整个系统工艺设计、施工严谨、紧密可靠。

3.2、设计区域范围

1、烟气系统：从烧结烟道取口处阀门开始，至循环烟道进口阀门止（含阀门、膨胀节、除尘器、余热回收装置、烟道等）；

2、汽水系统：由界区内除氧水系统的进水口开始至汽包出口法兰（含阀门）；

3、钢构：余热回收装置本体钢架的设计制作；

4、其它：负责余热回收界区内的电气自动控制系统；

5、土建基础施工；

6、运输、安装、调试及人员培训。

4、余热回收工艺系统

4.1、工艺组成

根据现场情况，余热锅炉可采用卧式结构。工艺上采用单压自然循环余热回收系统，利用烟气余热产蒸汽，实现余热回收。系统由蒸汽发生器、省煤器、汽包、上升管、下降管、汽水管路、电控系统、钢架等组成。

4.2、工艺流程

烟气系统流程：来自烧结大烟道的混合烟气380℃--420℃（1区20#--380℃，2区21#--400℃，3区22#--420℃）左右，先经蒸发

器、在进入省煤器，烟气温度降到200℃左右从余热锅炉下部排出，经原进风管道，经烟道连接实现烟气余热利用。

水汽系统流程：外来104℃的除氧水，经水给泵补入省煤器后进入蒸汽聚集器，然后通过下降管进入低压蒸汽发生器，吸收烟气中的热量后形成汽水混合物通过上升管进入蒸汽聚集器；在蒸汽聚集器内蒸汽与水分离产生1.6MPa过热蒸汽外输用于生产。

工艺流程图：

4.3、余热锅炉辅助系统

疏放水系统--锅炉本体范围内的各设备、管道的最低点设置疏、放水点，确保各下降管、省煤器、蒸发器等的进出口联箱疏、放水的畅通。

放汽系统--在系统的最高点，设置放气点，当上水和启动时，排去锅炉内空气和不凝结气体。

排污系统--在汽包的盐段设连续排污，在水系统的下联箱设定期排污，排去适量的锅炉污水以确保蒸汽品质。在锅炉下部配置的定期排污扩容器。

事故放水--当锅炉汽包水位高于紧急水位时，打开电动事故放水阀，防止汽包满水。

蒸汽放散--当设备故障时，中蒸汽能够通过锅炉的集汽箱实现

紧急快速放散蒸汽。。

5、余热回收系统的设计

5.1、系统型式

采用单压、自然循环余热回收系统。利用烧结烟气余热产生蒸汽，实现余热回收。

5.2、余热回收系统组成

本系统是该项目中的核心部分余热回收产出1.6Mpa、350℃过热蒸汽并入管网。

由蒸发器、省煤器、汽包、以及上升管、下降管。

设备辅助系统包括汽水管路、定连排、水泵、仪表系统、钢架等组成。

5.3、余热锅炉系统设计

5.3.1锅炉烟气进口至出口，烟气阻力小于1000Pa。

5.3.2系统正常排污量不超过锅炉给水流量的3～5%。

5.3.3锅炉疏放水系统确保能在一小时内将整台锅炉的水以重力放空。

5.3.4管道、阀门及附件的设计压力和设计温度的确定符合标准规范有关规定。

5.3.5负责提供锅炉与其它设备之间的接口设计，并提供锅炉接口清单表。

5.3.6锅炉设有水压试验接口，提供试验方法和详细说明（包括试验用水的水质和水温）。

5.3.7供测量烟道及余热锅炉本体各段温度的测量元件。

5.3.8在符合设计条件及正常投运时，保证达到以下运行性能：

①、锅炉在设计工况参数下能达到额定值。并保证长期安全运行，所有附件及配供的测控设备均能正常投运。

②、主蒸汽额定汽温偏差为±5℃，在可能运行的条件工况下，各段受热面的金属壁温都在允许范围之内。

③、确保锅炉从启动到最大连续负荷范围内，水循环安全可靠。

④、锅炉露天布置，采取可靠的防雨，避雷措施。

⑤、锅炉设计在定压运行下有良好的对负荷变动的适应性，在变负荷运行时，锅炉应有足够的安全可靠性，以适应系统或控制装置在运行中产生的偏差。

⑥、锅炉设计有有效的停炉保护措施，并提供有关设备及系统。

5.4、系统计算产出的热工性能参数（单套）

6、系统主要设备及用途

6.1烟气循环系统管路

6.1.1、烟道部分包括：热烟气管道、余热锅炉过渡烟道、余热锅炉烟气通道、余热锅炉出口烟道。

热烟气管道和余热锅炉出口烟道均采用钢制密封壳体形式，采用外部保温结构，保温层外部设置彩钢板保护层。

余热锅炉过渡烟道、余热锅炉烟气通道采用外加强-内保温的一体化护板结构，由内衬钢板、绝热层、外壳体以及支撑钢结构组成。内衬板为搭接结构，可以在热态下很好地吸收膨胀。

6.1.2、柔性膨胀节

所有的膨胀接均采用非金属柔性膨胀节，用以吸收本系统热态运行时所产生的向上及向后的双向位移量，这种膨胀节具有万向补偿和避免产生由热膨胀引起的推力的功能，同时具有吸收膨胀量大、隔震、减噪、结构轻巧、自重轻等优点。非金属柔性膨胀节的使用寿命为4年。

6.2烟气管道阀门

在大烟气管道上设置电动调节阀。

余热回收系统运行时，设备进口开关阀打开，大烟道调节阀关

闭。

如果锅炉设备需要正常的检修或由于问题停车时，开关阀关闭，调节阀打开，烟气走回原烟道，保证烧结正常生产。

阀门的选取与管道尺寸相符。

在阀门的选取上注意漏风率≤2%。

6.3锅炉系统

6.3.1主要设备及性能参数

余热锅炉系统

阻力≤1000Pa

6.3.2 设备的主要特点

余热回收装置是本项目的核心部分。

其主要由：过热器、蒸发器、省煤器、蒸汽聚集器、支架平台爬梯和设备附助系统等组成。

6.4.1蒸发器

蒸发器为热管结构，螺旋翅片管受热面结构，分为两组，受热面卧室布置。

蒸发器的集箱管均设置了定期排污管道阀门。

蒸发器置于烟气出口的高温烟道旁路。

6.4.2省煤器

省煤器为热管结构，螺旋翅片管受热面结构，分为两组，受热面卧室布置。

省煤器的集箱管均设置了定期排污管道阀门。

省煤器同样为全疏水结构。

省煤器置于蒸发器后的烟道内。

6.4.3蒸汽聚集器（汽包）

汽包两端相配椭球形封头，并设有人孔装置。筒体和封头的材料均为345R。汽包通过两个支座（一个活动支座，一个固定支座）搁置在钢架梁上。由省煤器来的水从汽包前部进入分配管，包内的汽水分离元件为均汽孔板和丝网捕沫器，布置在汽包顶部。汽包正常水位在汽包中心线以下100mm处，正常水位范围为±75mm。

汽包内设有加药管、连续排污管、紧急放水管、再循环管。底部为集中下降管。在汽包上还设有双色水位计、压力表和安全阀（2个）等装置，以供锅炉运行时监督、控制用。

6.4.4设备外壳

（1）余热锅炉外壳全密封，采用全焊结构。

（2）余热锅炉外壳的设计可以防止烟气流动引起的振动，并可以防止由锅壳和其他部件膨胀而引起的碰撞。

（3）支吊架设计能够调整由热胀、温度、压力及地震等引起的影响。为方便检查和维修设备装有检查门及人孔。

6.4.5支架、平台扶梯

由于设备比较重且具有一定高度，为支撑设备和方便检修维护，设备用支架支撑，并辅以平台和爬梯等。

本体钢架采用全钢结构，按七度地震烈度设防。主钢架采用大型H型钢制成，采用桁架式结构。本体钢架将支撑整台锅炉正常运行时所产生的允许载荷以及风载、地震等载荷，并将其平稳地传递至地面基础，确保锅炉在允许载荷范围内长期安全可靠的运行。锅炉外围采用紧身封闭式结构。本锅炉在运行操作及检修所需的各部位均布置了平台，检修平台采用不透孔的花钢板结构，其余平台、步道及扶梯均采用栅格板结构，步道宽度1000mm，扶梯宽度800mm，斜度45°，平台的允许载荷为2kPa（200kgf/m2），同时承载面积按不超过20%平台总面积计。

6.4.6其它辅助系统设备

6.4.6.1阀门（安全阀）系统

（1）安全阀及其他阀门的选择满足需方可接受的规范要求。

（2）为保证系统安全运行，蒸汽聚集器上所装全部安全阀均为全启式的，其排放量的总和大于锅炉额定蒸发量。

（3）按规范要求提供安全阀的整定压力调整及校验数据，安全阀的回座压力按启闭压差为整定压力的4%~7%，最大不超过10%计算。安全阀的运行压力下应有良好的密封性能。

（4）安全阀都配有防止安全阀调整后偏离整定值的装置或措施。

（5）安装安全阀的联箱和管座能承受安全阀动作时的反作用力。

（6）阀门的驱动装置与阀体的要求相适应，安全可靠，动作灵

活。

（7）所有阀门在出厂时均达到不须解体的安装使用条件。焊接连接的阀门，其焊口处做好坡口。用法兰连接的阀门，配以成对的法兰和所需的螺栓、垫片。

（8）阀体上要有指示工质流动方向的标志，并注明额定压力，额定温度，公称直径。

（9）阀门的严密性符合有关标准的规定。

6.4.6.2系统水管路

水连接管路通畅，流速平稳，满足系统供水需要。

6.4.6.3水泵

系统给水配两台电动给水泵（一开一备），水泵扬程除满足系统压力外，还要克服水柱爬升高度及沿程阻力，型号为DG型锅炉给水泵。

6.4.6.4防雨棚

设备汽包设有防雨棚，采用型钢支架、人字梁支撑、C型钢檩条、彩钢压型板屋面。

6.4.6.5保温

设备本体和连接管道、汽水管路均需要保温。外防护板（采用国产彩色钢板）所选颜色与环境协调。

6.4.6.6油漆

设备和管道表面上的涂层根据相关的标准规范执行。

6.5余热锅炉设备：

（1）、结构合理先进，能够适应环冷机负荷变化频繁情况，满足运行快速起停要求，并且运行操作简便，维护方便，性能稳定，能确保蒸汽稳定、可靠、高效的输出，设备可用率不小于96%。

（2）、余热回收设备以运输所允许的最大尺寸出厂，保证现场安装时组装焊接工作量为最少。所有对应零件按标准规格制造，能够互换，并可靠近，方便进行检查和修理。设备部件的制造过程加工准确，有良好工艺和光洁度、合适的公差配合，对于易于磨损、腐蚀、老化，或需要调整、检查、更换的部件提供备品，并能比较方便地拆卸，更换和修理，安装或维修时有便于起吊或搬运措施（如吊耳、环形螺栓等）。

（3）、余热回收设备主要承压部件使用寿命不低于10年；大修期不低于5年。

（4）、采取有力措施减小余热锅炉及其配套辅助设备、阀门的噪声，在距离设备外壳1m处不大于85dB(A)。

（5）、制造过程中采取严格的质量保证/质量控制体系，包括一切必须的检验和试验。

（6）、设备发送前进行性能试验，试验项目应经双方同意，并将完整的试验报告提交给需方工程师。

7、余热锅炉控制及仪表

7.1、建设范围

余热利用系统工程范围内的低压电气部分，仪表检测及自动化控制及液位监控部分。

7.1.1、低压电气及通讯部分

余热利用系统内电气、通讯设备的设计、选型、制作、供货、校验、调试、试运行。所有设备均选用知名产品。

7.1.2、检测仪表及自动控制部分

余热利用系统内仪表检测及自动化控制的设计、选型、制作、供货、校验、调试、试运行。检测仪表均选用先进产品。汽包水位设置视频监控系统。

7.1.3、电气控制室

余热电气控制室设备就近放置，低压电气室和控制操作室，分别隔离放置。上位机放置在控制操作室内。

7.2、总体技术标准

7.2.1、进线电源

本工程需外部提供电压等级为：AC220V、AC380V，此总电源进线由买方提供。

7.2.2、主要设备选择:

自动化控制系统选用SIEMENS S7-200系统系列产品，设置工业以太网通讯控制器。

低压电气元件选用施耐德产品。

继电器选用欧姆龙产品并带指示灯。

7.2.3、电力使用标准

本工程配电室母线电压为AC380V ，容量为100KW 及以上交流电动机采用380V，其余为配电。

照明电源电压为AC220V，检修照明电压为AC24V。

7.2.4、动力设备控制方式及检测仪表

水泵等动力设备分为就地\远程控制；其中就地设操作箱，现场操作为就地控制；远程即人机界面操作，分为自动和手动控制，可实现手\自动两种控制方式

根据系统控制要求，对系统的水位、压力、流量、温度、震动等参数实施检测和控制，选用专用仪表进行检测，实现信号的传输、显示、控制及报警。

7.2.5、接地装置设计原则

为保证人身和设备安全，所有电力设备外壳都应可靠接地。

本工程的接地装置采用水平接地体为主、垂直接地体为辅的复合接地网。总的接地电阻要求小于2000/I（I=流经接地装置的入地短路电流），接地工作由土建完成。

7.2.6、照明和检修网络

①正常照明供电电压为AC220V,控制室内设应急照明。

②照明、检修网络供电方式。

本工程采用照明、检修与动力合并的供电方式。事故照明采用应急灯。

7.3、主要电气设备控制

7.3.1、给水泵

系统配置两台给水泵，为汽包供水专用泵。一用一备，变频控制运行；电压为AC380V电源；统一配置开关柜。

水泵设置就地\远程控制，就地设置操作箱，远程控制及运行信息全部由控制室PLC系统完成，可实现手动或自动稳定控制，同时对水泵及变频器状态进行监控，具备连锁保护、故障报警及响应功能。

自动控制方式，既根据汽包水位、蒸汽流量和进水流量等三冲量调节变频频率，控制给水泵供水量，从而保证汽包水位稳定。

7.3.2、卸灰阀除渣机控制

设置现场操作箱，具备就地\远程、手动\自动的控制功能。

7.3.3、电气控制柜均选用标准GGD柜,电器元件选用施耐德产品。

7.4、PLC控制系统

7.4.1、概述

余热换热部分由换热器、锅筒、省煤器、水泵等设备组成。锅筒生产蒸汽，蒸汽压力为1.6 MPa，产量≧10t/h；

PLC控制系统是为实现对余热利用范围内设备的监测、控制及保护而专门设计配套的。

整个余热锅炉内各控制回路、各类热工参数以及阀门等的控制与检测全部由PLC来完成。各类一次仪表及执行机构的信号完全满足