干熄焦培训课件.ppt

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1、钢铁企业余能回收,(烧结、干熄焦、转炉)大唐时代节能科技有限公司2012年12月,钢铁生产流程示意图,钢铁生产过程中的二次能源,钢铁生产过程中还会产生大量的二次能源,体现在产品的余热(红焦炭、赤热的炉渣,烧结矿和球团矿的显热、液态的铁水和钢水的显热,以及铸坯的热量等),外排废气的显热(包括烧结、球团、热风炉、加热炉、焦炉等)、高炉炉顶煤气的压力能,以及冶炼设备冷却水所带走的热量,以及炉体散热等形式。总体来讲,钢铁工业生产过程中,所用的能量约有70%左右是要转换为各种形式的二次能源。这里有占34%的副产煤气,炉渣显热约占9%等。国内外钢铁工业公认,现可以回收利用的二次能源量(不包括副产煤气)约占

2、钢铁企业总用能的15%左右。新日铁已将这15%中的92%加以回收利用,宝钢为77%,大多数我国钢铁企业是在50%以下。这就是我国钢铁企业还有节能潜力所在。,高炉、烧结机、焦炉、转炉数量多,节能潜力大,2010-09-21,目前我国有高炉1370多座,大于1 000 m3以上容积的高炉有227座,比上年增加36座。沙钢5 800 m3高炉于2009年投产,首钢京唐钢铁公司曹妃甸2号5500 m3高炉和首钢迁钢4 000 m3高炉均于2010年投产;使我国成为已拥有近20座4000 m3以上容积高炉的国家( 据不完全统计, 世界有51 座4000 m3以上容积的高炉)。我国拥有500多台烧结机,其

3、中大于180 m2的有105台,大于130 m2的有150多台,大于400 m2的有20多台。中国现有大小焦化厂140余家,400余座焦炉,其中大、中型以上焦炉120余座。我国目前氧气顶吹转炉有400多座,其中100t以上的转炉有约150座,最大公称吨位为300t。,一、烧结矿生产余热回收,烧结矿主要化学成分(%) :TFE( 57.0)FeO( 8.0)CaO(9.18)SiO2( 5.1)MgO(2.0)S( 0.018) P( 0.051) CaO/SiO2(1.8) 含铁原料、熔剂(白云石和生石灰)、 燃料(碎焦或无烟煤)、钢渣铁灰。1、烧结工艺流程图2、烧结余热回收原理3、烧结余热利

4、用技术4、烧结余热回收关键技术5、烧结厂的主要技术经济指标6、燃料理论燃烧温度和焓7、烧结机余热回收功率估算8、烧结抽风机轴功率9、汽轮机功率计算,1、烧结工艺流程图(圆筒造球机、振动筛),2、烧结余热回收原理,(1)原理。烧结机尾卸落的烧结饼温度高达600-800 ,高温烧结矿冷却的过程中,热烧结矿和冷空气间进行热交换,热空气中的大量热能就能被我们用来发电。吸收烧结矿潜热后温度升高的热空气从环冷机风道排出后,进入烧结余热锅炉进行换热,锅炉产生的蒸汽进入汽轮机带动发电机发电,从烧结余热锅炉冷却后的热空气进入循环风机重新鼓入环冷机。 余热利用方式。 名称 高温段 中温段 低温段 温度/ 450-

5、300 300-200 200-150 回收方式 热交换 直接利用 直接利用 用途 余热发电 热风烧结,热风点火 料矿预热,原料,烧结余热利用,3、烧结余热利用技术, 利用鼓风环冷机的废气余热回收方案。 二道冷却(加热)方式余热回收技术。 废气循环加热方式余热回收技术。, 利用低沸点有机工质循环的余热发电装置(简称ORCS)。 烧结低温余热热水驱动透平发电。,(1)利用鼓风环冷机的废气余热回收方案,1979年在日本入幡厂建成世界上第一台烧结矿低温余热透平,发电能力5700千瓦。该装置是利用鼓风环冷机的300-400度的废气(35万标立米/时)获得250度的饱和蒸汽(约140吨/时)驱动透平发电

6、。排出的蒸汽经汽水分离后,蒸汽(压力0.596MPA,25.6吨/时)进入闪蒸透平的第一级,经逐段闪蒸(降压蒸发)后,顺序进入透平的后三段,透平共有6级。 酒泉钢铁集团烧结低温环形冷却机余热利用发电工程,1号汽轮机:进汽2.3MPa,320;2号汽轮机:进汽0.8MPa,225。,兴宝钢铁公司余热利用工艺流程图,(2)二道冷却(加热)方式余热回收技术,为了提高排气温度,将冷却机罩分段,使低温段的冷却空气空气通过高温段以后再排出,日本人把这种方式称作二道冷却方式。二道方式虽比一道方式的设备复杂一些,但对于同同样的传热容积,其气体流速为一道方式的二倍,回收的热量比一道方式增加40-50%。,(3)

7、 废气循环加热方式余热回收技术,日本住友鹿岛3号烧结机的废热回收系统,将余热锅炉排出的140170度的热废气,鼓入带式冷却机的前段,加热至388度,再返回余热锅炉,废气量为500000立米/时,可产生蒸汽量59吨/时,蒸汽压力0.9MPA,蒸汽用于发电。,(4)利用低沸点有机工质循环的余热发电装置(简称ORCS),日本新日铁君津厂1981年在3号烧结机的环形冷却机上,建成一套利用低沸点有机工质F-85循环的余热发电装置,简称ORCS,功率为12500千瓦,设备费25亿日元,三年收回投资。 烧结矿冷却机废气(69万标立米/时,345)送入锅炉,废气余热使低沸点介质变为蒸汽,带动蒸汽透平发电。 使

8、用后的低沸点介质在冷凝器内冷凝后返回锅炉循环使用。由于这种媒体的沸点比水低,蒸发潜热小,加之其比容仅为水的五分之一,所以发电效率高,在同一条件下,其发电效率比蒸汽高10-15%,且不自燃,无毒,无腐蚀性,是理想的工质,缺点是价格较高。,(5)烧结低温余热的热水驱动透平发电,热水透平的效率虽然比蒸汽透平低,但是热水的回收率高,回此这种热水发电方式对大量的中低温余热源来说,还是很有前途的。另外,该系统是用水作工质,其成本比有机工质便宜得多,为了进一步提高效率,可采用蒸汽热水混合喷射透平,也可考虑与热水供应系统结合,组成复合系统。 日本于1979年在入幡厂建成世界上第一台烧结矿低温余热热水发电透平,

9、发电能力5700千瓦。该装置是利用鼓风环冷机的300-400度的废气(35万标立米/时)获得250度的饱和水蒸汽(约140吨/时),用它驱动透平发电。排出的蒸汽经汽水分离后,蒸汽(压力0.596MPA,25.6吨/时)进入闪蒸透平的第一级,热水经逐段闪蒸(降压蒸发)后,顺序进入透平的后三段,透平共有6级。广东省丰顺利县1982年投产运行热水电站,利用95地温热水经过闪蒸气产生蒸汽带动汽轮机机组发电,设计装机容量300kW,直到2006年稳定运行了20多年,目前情况不清楚。汽轮机由中科院广州能源所设计,广州汽轮机厂制造。,热水发电系统流程图,4、烧结余热回收关键技术,目前,我国生产和在建的烧结余

10、热回收装置约有80套,占烧结机总数(重点企业)的15%。大多数企业的烧结余热回收装置没有达到设计水平,烧结余热资源具有品质较低、波动大等特点,回收的关键技术: (1)烧结机烟气余热收集与烟气处理; (2)烧结余热源参数预测; (3)烧结余热回收工艺与废气温度调节; (4)废气循环对烧结矿质量影响与烧结冷却制度优化; (5)冷却机余热回收锅炉、回收系统选型与优化等; (6)开发余热发电系统的稳定运行调控技术。 烧结余热回收应以冷却机废气余热回收为主, 并重点保证系统稳定运行、提高回收效率, 其中, 热源参数预测技术是基础, 热风循环技术是有效手段, 余热锅炉和发电系统热力参数优化、参数匹配和动态

11、特性优化是核心。,5、烧结厂的主要技术经济指标,1、台时利用系数:1m2抽风面积在1h内的产量,它一般为1.5-2.0t/m2.h; 2、作业率:年实际作业时间与日历时间的比值,作业率反映了烧结机连续作业水平;3、质量合格率:理化性能符合要求的烧结矿量与总产量之比称为烧结矿合格率。检测烧结矿理化性能的项目主要有全铁(TFe)、亚铁(FeO)、碱度、含硫量、转鼓指数(大于5mm)和粉末等。,6、燃料理论燃烧温度和焓,燃料理论燃烧温度 燃料理论焓,7、烧结机余热回收功率估算,1、知道烧结机面积,计算年产量: 年产量(t)=烧结机面积(m2)利用系数烧结机年作业小时数 例如:国内现有烧结厂小球烧结生

12、产经验,大型烧结机利用系数为1.60t/(m2h),本烧结机作业率为90.4%(即330d/a),则烧结机面积为: S=1.0228x104/(1.624330) =180m2选取烧结机面积为2台90 m2,年产量: Q=290243301.6 =228.1万t 2、国外先进企业每吨烧结矿可回收余热蒸汽80100kg。,8、烧结抽风机轴功率,9、汽轮机功率计算,通过水蒸气的h-s图查取。 状态1:根据t1,p1,查 得h1,s1; 状态2:根据p2及s2= s1, 查得h2、t2 及x2; 汽轮机输出功: w= h1-h2 (kJ/kg)。 循环效率: t=(h1-h2)(h1-120)。 其

13、中:h焓;s熵; t1汽轮机进口温度; p1 汽 轮机进口压力; p2 汽轮机出 口压力; t2 汽轮机出口温度;X 蒸 汽干度。,二、干熄焦余热发电,焦炭是高温干馏的固体产物,主要成分是碳,是具有裂纹和不规则的孔孢结构体(或孔孢多孔体)。 干法熄焦是目前国外较广泛应用的一项节能技术,其英文名称为 Coke Dry Quenching,简称CDQ 。到2010年底,我国共投产的干熄焦105套 ,占我国焦炭产能的27%。1050.27=389套。 1、炼焦工艺流程及主要设备简图 2、焦碳生产的工艺流程 9、每1t干熄焦焦碳产中高压蒸汽量 3、干熄焦余热利用原理 10、干熄焦的气料比 4、干熄焦的

14、技术特点 11、循环风机风量计算附件 5、干熄焦流程图 12、干熄焦的社会效益 6、干熄焦发电工艺流程 7、余热蒸汽发电工艺流程图 8、干熄焦的关键技术,1、炼焦工艺流程及主要设备简图,2、焦碳生产的工艺流程,炼焦煤:按照煤炭用途进行划分,作为生产原料,用来生产焦炭,进而用于钢铁行业的煤炭种类。 现代焦碳生产过程分为洗煤、配煤,炼焦和产品处理等工序,工艺流程如下: 原煤场洗煤贮煤场配煤 干燥粉碎贮煤塔焦炉 初冷器 饱和器 终冷器洗苯塔 焦炉煤气 焦炉熄焦筛分焦碳烧结厂 炼焦煤主要包括:贫瘦煤、瘦煤、焦煤、1/3焦煤、肥煤、气煤、气肥煤七种。,3、干熄焦余热利用原理,干法熄焦是将红热的焦碳放入熄

15、焦炉内,用惰性气体循环回收焦炭的物理热,时间为2-4小时。在干熄焦过程中,红焦从干熄炉的顶部装入,低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内,冷却后的焦炭从干熄炉底部排除;吸收红焦潜热后温度升高的惰性气体从干熄炉环形烟道排出后,进入干熄焦余热锅炉进行换热,锅炉产生的蒸汽进入汽论机带动发电机发电,从干熄焦余热锅炉冷却后的惰性气体进入循环风机重新鼓入干熄炉。,4、干熄焦的技术特点,利用熄焦产生的大量余热用来发电,实行热电联产是比较好的热能利用方式。它可以降低企业电耗,发电后的蒸汽还可以用到其它生产工序中。降低企业成本,提高企业经济效益。采用干熄焦可回收80%的红焦显热,平均每熄1吨焦炭可回收3

16、.9MPa、 450的蒸汽0.45吨-0.6吨。对规模为年产100万吨焦炭的焦化厂而言,采用干熄焦每年可以减少8-10万吨动力煤燃烧向大气排放的各种污染物。国际上公认,大型高炉采用干熄焦焦炭可使其焦比降低2%,使高炉生产能力提高1%。在保持原焦炭质量不变的条件下,采用干熄焦可以降低强粘结性的焦、肥煤配入量10-20%,有利于保护资源和降低焦炭成本。,5、干熄焦流程图,6、干熄焦发电工艺流程,加入红焦,熄焦炉,除尘器,余热锅炉,循环风机,汽轮机,给水泵,排出冷焦,7、余热蒸汽发电工艺流程图,8、干熄焦的关键技术,工艺参数的优化。干熄焦工艺流程紧密,技术参数相互制约性强。以焦炭的烧损为例,我国与国

17、际先进水平仍存在一定差距,最好的烧损率一般在2.0%左右,但从我国已投产的干熄焦装置实际运行统计结果看,吨干熄焦焦炭烧损为0.025吨,产出中高压蒸汽在0.53吨0.58吨波动,焦炭烧损大,产出蒸汽少,影响干熄焦装置整体效益的发挥。安全长寿运行的攻关。干熄炉内可燃气体的控制,制约着干熄焦装置的安全和寿命。采用导入空气燃烧法稀释炉内一氧化碳气和氢气,此方法虽然经济有效,提高了产汽量,但又增加了焦炭的烧损。正在研发一种导入空气量与循环气体量相对应的智能化控制技术,来降低焦炭烧损率。压力9.8兆帕次高压干熄焦锅炉。此技术被列入国家鼓励推广节能技术中。循环风机、主要阀门、部分电控部件等关键设备的质量使

18、用寿命短。我国干熄焦设备的国产化率已达97%,在我国干熄焦技术大型化应用的进程中,此外还存在着干熄炉环形烟道损坏严重这一突出问题,威胁着干熄炉的寿命,成为干熄焦技术推广应用的“瓶颈”,其材质及设计亟须优化,要求攻关,年修时间由1.5年延长到2年以上 。,9、每1t干熄焦焦碳产中高压蒸汽量,用干法熄焦替代传统的湿法熄焦工艺,可回收红焦约80%的显热,平均每熄1吨红焦可回收4.0兆帕、450蒸汽0.50 t 。武钢干熄焦:排焦量 136.8 t/h主蒸汽流量73 t/h,主蒸汽温度430 ,平均0.534t蒸汽 t焦。(宝钢为0.568 t蒸汽 t熄焦,日本为0.60.7 t蒸汽 t焦)。我国已投

19、产的干熄焦装置实际运行统计结果看, t干熄焦焦炭烧损为0.025 t ,产出中高压蒸汽在0.530.58 t蒸汽。 干熄焦装置额定处理能力140t/h,采用带横移的旋转焦罐及高温高压自然循环余热锅炉,产生蒸汽最大80.5t/h,实际71.87t/h,主蒸汽调节阀后压力9.5MPa,温度540。配置1套25MW抽凝式汽轮发电机组用来发电和供热。,10、干熄焦的气料比,武钢干熄焦:排焦量 136.8 t/h ,循环风量 16.2万Nm3/h,平均为1184.2Nm3t,排焦温度150以下 。 我国140 t/h以上大型干熄焦装置的主要性能指标达到了国际先进水平,如干熄炉冷却室高径比达到0.9,气料

20、比达到1200Nm3/ t焦,干熄率达93%,排焦温度200。干熄炉冷却室容积480m3(直径8.9m高7.68m)。,11、循环风机风量计算,VL=Q(t2 -t1) C3 式中: VL干熄焦理论循环风量,m3h; Q 循环气体吸收的热量,KJ h; t1 进干熄炉循环气体的温度,; t2 出干熄炉循环气体的温度,; C3循环气体的平均比热,kJ/kg; 循环气体的密度,kg / m3 。 VF=qVL 式中: VF 循环风机风量,m3h; q 风量安全系数,一般取为1.5。,12、干熄焦的社会效益,高温高压锅炉的干熄焦装置,可产生10兆帕、450的蒸汽,与背压发电相比,可使干熄焦吨焦发电量

21、提高15%。每吨干熄焦炭可以减排0.1吨0.18吨二氧化碳 。每吨焦炭可省去15 18m3 的熄焦水。 对焦炭规模为100万吨/年焦化厂而言,采用干熄焦技术,每年可以减少8万吨10万吨动力煤燃烧对大气的污染,相当于少向大气排放160吨烟尘和140吨二氧化硫,尤其是每年可以减排12万吨二氧化碳,减少240吨NOx排放量。,三、转炉炼钢余热回收发电,我国目前粗钢产量近10亿吨,80%以上由转炉生产。转炉在吹炼时会产生大量的高温和高浓度的一氧化碳烟气(1300以上),烟气中可燃性气体成分高达85%,可以作为工业燃料,但是烟气中还含有大量高浓度金属粉尘,因此必须对高温烟气进行冷却以便除尘及回收煤气。为

22、降低烟气温度、回收高温烟气中的余热,转炉配套设置了烟道式汽化冷却余热锅炉。 干式除尘吨钢用水量约为0.053,是湿式系统的1/5左右;吨钢耗电量为3.05,较湿式系统吨钢节电3.72。 在烟气冷却过程中还可以利用余热通过余热锅炉回收系统回收烟 气余热生成的蒸汽。 转炉设计了转炉煤气回收系统和转炉烟气余热回收系统 。转炉煤气中的CO含量最高可达75% 。转炉煤气回收占转炉工序能量回收的80%以上。,主要内容,1、转炉炼钢生产工艺流程图 2、转炉炼钢的工艺流程 3、转炉炼钢的炼钢原料 4、转炉裙式活动单烟罩示意图 5、转炉烟气汽化冷却回收蒸汽量 6、转炉炼钢回收煤气的数量 7、转炉煤气回收量 8、

23、转炉湿法煤气处理系统 9、转炉干法煤气处理系统 10、转炉干法与湿法的经济指标对比 11、转炉烟气余热回收工艺流程简述 12、转炉汽化冷却饱和蒸气发电系统 13、转炉过热蒸汽发电热力系统 14、转炉煤气回收及余热利用系统 15、转炉煤气利用方向,1、转炉炼钢生产工艺流程图,2、转炉炼钢的工艺流程,氧气顶吹转炉炼钢设备工艺,如图4所示。按照配料要求,先把废钢等装入炉内,然后倒入铁水,并加入适量的造渣材料(如生石灰等)。加料后,把氧气喷枪从炉顶插入炉内,吹入氧气(纯度大于99%的高压氧气流),使它直接跟高温的铁水发生氧化反应,除去杂质。在除去大部分硫、磷后,当钢水的成分和温度都达到要求时,即停止吹

24、炼,提升喷枪,准备出钢。出钢时使炉体倾斜,钢水从出钢口注入钢水包里,同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后,可以浇成钢的铸件或钢锭,钢锭可以再轧制成各种钢材。,3、转炉炼钢的炼钢原料,金属料:铁水、废钢、铁合金;非金属料:造渣料(如生石灰 等) 、熔剂、冷却剂;气体:氧气、氮气、氩气、二氧化碳等。,4、转炉裙式活动单烟罩示意图,5、转炉烟气汽化冷却回收蒸汽量,钢厂转炉烟气余热从20世纪70年代开始才由水冷烟罩、烟道改为汽化冷却方式回收利用蒸汽,但大多数以12kg/cm2的低压饱和蒸汽方式回收,并入企业的动力管网利用。少数钢厂采用25-45kg/cm2的中压回收蒸汽,却要通过减压才能并入公

25、司蒸汽管网回收利用,浪费了大量能源。回收的转炉蒸汽直接用来发电,我国转炉冶炼蒸汽回收量还较低,一般80kg/t钢,最大94.4kg/t钢与日本普遍100kg/t钢的水平还有较大差距。,6、转炉炼钢回收煤气的数量,转炉回收的能量主要包括:转炉煤气和蒸汽回收。转炉煤气回收量主要受到生产操作水平、供氧强度、原料条件、装备水平等因素的影响。 转炉负能炼钢技术清洁生产指标:煤气平均回收量达到90 m3/吨钢;回收煤气的热值应大于7MJ/m3(CO含量应大于55%);按热值2000kcal/m3折算成的标准煤气量(Nm3)来统计,水平高的可达110Nm3/t钢,水平差的则60Nm3/t钢。大多数钢厂100

26、Nm3/t钢,最好为107.9Nm3/t,与日本钢厂普遍110Nm3/t钢的水平还有很大的差距。,7、转炉煤气回收量,式中: QlDC转炉煤气回收量; Tb铁水比; Tc 铁水含碳量; Gc碳质发热剂量; wc钢水含碳量。,8、转炉湿法(OG)煤气处理系统OG(Oxygen Gas Recovery System),转炉湿法(OG)煤气处理系统,9、转炉干法(LT)煤气处理系统,转炉干法煤气处理系统,10、转炉干法与湿法的经济指标对比,11、转炉烟气余热回收工艺流程简述,转炉设计了转炉煤气回收系统和转炉烟气余热回收系统 。转炉烟气余热回收系统采用烟道式余热锅炉回收烟气余热。烟道式余热锅炉设置于

27、转炉炉顶,汽包、蒸汽蓄热器设置于距地面50 m的位置。烟道式余热锅炉的汽化冷却装置将烟气中的热量回收后,汽化冷却管道中的水变为汽水混合物,汽水混合物由自然循环或循环泵强制循环进入汽包,由汽包将汽水混合物分离。分离出的饱和蒸汽经管道送至蓄热器,薄膜调节阀调节压力后,由管道送至汽轮机。,12、转炉汽化冷却饱和蒸气发电系统,13、转炉过热蒸汽发电热力系统,14、转炉煤气回收及余热利用系统,15、转炉煤气利用方向,转炉煤气的热值在66887106KJm3。宝钢代表了国内的最高水平,其转炉煤气热值达到了约8360 kJm3。 (1)替代焦炉煤气或天然气用于炼钢烘烤。转炉煤气可用于钢包烘烤;与焦炉煤气混合可用于中间包烘烤。 (2)用于活性石灰生产。转炉煤气可以替代传统的焦炭和煤粉用于石灰生产,该技术已经十分成熟。和焦炉煤气、高炉煤气比较,转炉煤气热值适中非常适合气烧石灰窑的生产需要;并且转炉煤气中基本不含S,是生产炼钢用低硫石灰的优质燃料。 转炉煤气可用于钢包烘烤;与焦炉煤气混合可用于中间包烘烤。 (4)转炉煤气含CO较高,是一种优质的化工原料。,电炉饱和蒸汽发电热力系统,电炉过热蒸汽发电热力系统,加热炉单压余热发电热力系统,谢谢!,

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