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1、恒昌焦化焦炉烟气余热回收项目设计方案唐山德业环保设备有限公司二。一二年三月一. 焦化工艺概述：备煤车间送来的配合煤装入煤塔，装煤车按作业计划从 煤塔取煤，经计量后装入炭化室内。煤料在炭化室内经过一 个结焦周期的高温干馏制成焦炭并产生荒煤气。炭化室内的焦炭成熟后，用推焦车推出，经拦焦车导入 熄焦车内，并由电机车牵引熄焦车到熄焦塔内进行喷水熄 焦。熄焦后的焦炭卸至凉焦台上，令却一定时间后送往筛焦 工段，经筛分按级别贮存待运。煤在炭化室干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化室顶部 空间，经过上升管、桥管进入集气管。约800。左右的荒煤 气在桥管内被氨水喷洒冷却至84。左右。荒煤气中的焦油等 同时被冷凝下来
2、。煤气和冷凝下来的焦油等同氨水一起经过 吸煤气管送入煤气净化车间。焦炉加热用的焦炉煤气，由外部管道架空引入。焦炉煤 气经预热后送到焦炉地下室，通过下喷管把煤气送入燃烧室 立火道底部与由废气交换开闭器进入的空气汇合燃烧。燃烧 后的废气经过立火道顶部跨越孔进入下降气流的立火道，再 经蓄热室，又格子赚把废气的部分显热回收后，经过小烟道、 废气交换开闭器、分烟道、总烟道、烟囱排入大气。对于其中经总烟道进入烟囱热烟气的仍有较大的余热 回收价值。二、余热回收工艺流程图技术方案如下:该系统由热管蒸气发生器、软水预热器、 汽包、上升管、下降管、夕卜连管路和控制仪表等组成，并且 互相独立。主要技术特点：1、地下
3、烟道开孔技术：如何实现地下主烟道在焦炉正 常行产情况下在线开孔，是本项目成功实施的第一关键。我 公司根据多次地下烟道的开孔经验，成功总结出一套行之有 效施工方案。地下烟道路截面尺寸如上图所示。开孔及布筋图支模示意图50X70木枋300。48架管40X40X3钢板止水环 与对拉螺杆焊接。14钢筋（L=100mm） 与对拉螺杆焊接竹胶板612对拉螺杆70060X60X15木枋支撑系统图A 3厚300宽钢板止水带水平施工缝2, 防止地下烟道、余热回收设备、引风机间环流形成的技 术。由于地下烟道翻板阀与地下烟道周围的150-200的环 隙，在风机工作的过程中，风机出口压头大于风机进口压头， 且进口压头
4、低于烟囱吸力，因此在设备烟气进口处与风机出 口处间地下烟道有环流存在。经验告诉我们在这种情况下， 增大风机功率是没有作用的，因为随风机功率的增加，其环 量也在增加，其结局是或影响焦炉总烟道负压度从而影响焦 炉的正常生产，或影响余热回收的正常产汽量，这也是一般 设备制造厂家在焦炉余热回收上失败的原因之一。我们公司 科学严谨的技术分析，在工艺设计上采取安全保障措施，从 根本上避免了这一情况的发生。3、地下双烟道吸力不平衡调节技术。由于在实际生产过程 中，两个地下烟吸力往往是不一致的，而风机的进口吸力是 一样的，如何调整两个地下烟道吸是本项工程的另一关键技 术。三、余热回收工艺1、烟气工艺流程在地下
5、主烟道翻板阀前开孔，将主烟道路热烟气从地 下主烟道路引出，经余热回收系统换热降温后，将热烟气降 至约1701,经锅炉引风机再排入主烟道翻阀后的地下烟道， 经烟囱排空。2、水汽系统工艺流程夕卜来201的一次水经过软化水处理系统，到软化水箱， 由软化水箱经水泵进入除氧器，经除氧器除氧后。再由给水泵 补入软水预热器，然后进入锅炉汽包，汽包水和蒸汽发生器 内水自然循环在汽包内蒸汽与水分离产生0.5MPa饱和蒸 汽。 水系统的供水量每小时20吨，供水压力1.5MPa, 水源由软水总管供给软化水处理系统，然后经软化水箱进入 除氧器，除氧器提供补水管，将处理后的水补给软水预热器。 系统软化水采用全自动软水器
6、，他可将软水器运行 及再生的每一个步骤实现自动控制并采用流量感应器来启 动再生。 从软化水箱到除氧器和软水预热器的给水系统均配 两台电动给水泵（均为一开一备），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。 软水预热器、蒸汽发生器、汽包、软化水系统、除 氧器均设有排污出水口，可定期清除内部残留污物及水垢。 系统水箱设有给水取样；蒸汽聚集器设有水取样点，对换热 器水进行取样。余热回收系统主要设备1余热锅炉系统锅炉本体范围内的主要系统如下：（1）蒸汽及水加热系统：蒸汽输出；汽水取样系统：加药系统给水系统排污系统（2）疏放水系统锅炉本体范围内的各设备、管道的最
7、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。（3）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。在锅炉本体下部 配置1台定期排污扩容器才排污降温池布置在锅炉本体下部， 且预留好排污降温池位置。（4）汽水取样系统-锅炉本体汽水取样取样系统包括:给水取样：PH值、电导率、O2炉水取样：PH值、磷酸根、电导率2余热锅炉系统设计：（1）锅炉烟气进口至出口，烟气阻力小于800Pa。系统正常排污量不超过锅炉给水流量的1%。（3）锅炉疏放水系统能在一个小时内，将整台锅炉的水以 重力放空。（4）管道、阀门、排污扩容器及附件
8、的设计压力和设计温 度的确定符合标准规范有关确定。（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。（7）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）。（9）锅炉的取样点、监视点、加药点、排污点、放气 点及停炉放水点全部带有根部阀，如为法兰连接配带反向法 兰、垫片及紧固件。（10）供测量烟道及余热锅炉本体各段温度的测量元 件。（11）在符合设计条件及系统正常投运时，保证达到以 下运行性能： 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。 主蒸汽额定汽温偏差为51,在可能运行的条件工况 下，各段受热面
9、的金属壁温都在允许范围之内。 锅炉从启动到最大连续负荷范围内，水循环安全可 靠。 锅炉适用于露天布置，并采取适当防雨，避雷的措施。 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。 锅炉设计中有有效的停炉保护措施，并提供有关设备 及系统3余热锅炉汽水系统工艺及设备布置余热锅炉包括：蒸发器、省煤器、共三组受热面以及汽 包、除氧器。3、锅炉整体布置余热锅炉采取卧式布置。热管换热器分成热管联箱、热管支架等组件。水处理间布置中压锅炉给水泵、软水泵，软水箱、汽水 取样分析装置和锅炉锅内磷酸盐加药装置。（3）中压汽包及内
10、部装置中压汽包直段长度约为6000mm，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16MnR。该 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，汽包的中心线标高为12m。由省煤器来的水从汽 包前部进入分配管。汽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。汽包内设有磷酸盐加药管、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。（4）汽包及内部装置汽包直段长度约为6000mm，两端相配椭球
11、形封头，并 设有人孔装置。筒体和封头的材料均为16MnR。该汽包也 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，汽包的中心线标高为14m。为保证锅炉正常运行时获 得良好的蒸汽品质，该汽在其内部也设置了均汽孔板和丝网 捕沫装置。在汽包内部也设有给水分配管、加药管和排污管， 同时在该汽包上还设有水位计、压力表和安全阀（2个）等 装置，供锅炉运行时监督、控制用。五、锅炉本体的设备性能（1）蒸汽发生器的性能蒸汽发生器的原理为：热流体的热量由热管传给水套管 内的水（水由下降管输入），并使其汽化，所产汽、水混合物 经蒸汽上升管到达汽包，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输 出。这样由于热管不断将
12、热量输入水套管内的水，并通过外 部汽水管道的上升及下降完成基本的汽水循环，达 到将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。、焦炉设计参数（单台，共两台）:（2）热管省煤器的性能原理为：热流体的热量由翅片热管传给管内的水，水吸 收热量，使热流体降温，达到预期的效果。六、钢架、平台扶梯本体钢架采用全钢结构，按七度地震烈度设防。钢架采用大 型H型钢制成。本体钢架采用桁架式结构，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
13、采用不透孔的花钢板结构，其余平台、步道及扶梯均采 用适栅格结构，步道宽度为1000mm，扶梯宽度为800mm， 斜度为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。七. 设备的主要特点提到设备的特点，就要先介绍一下热管技术和特点：1、热管(1) .工作原理热管是一种独立、密封的管子，内部抽成真空后，充入工 质，工质以蒸发冷凝的循环过程将热量从管的一端传到 管子的另一端。由于蒸发冷凝过程，内部工质多处于饱 和状态，因此热管几乎是在等温下传递热量，具有热超导 体”之称。(2、寺点 、极高的传热性能 随管内工质的不同，传热系数达 107W/m2.C
14、,是普通碳钢的数万倍。 、低温差下高传输热量能力 一根直径12.7mm，长 1000mm的紫铜棒，两端温差100C时传输30W的热量； 而一根直径、长度的热管传输100W的热量，两端温差只需几度； 、换热两流体均走管外，可以翅片化以强化传热； 、单管作业性 由热管组成的换热设备单根热管损坏对 设备的换热影响不大，即使部分热管损坏也不会影响的政正 常运行； 、热源分汇在设计可以随意调整热管冷却段和蒸汽段的 换热长度，以控制热管的壁温，因此可以使热管换热器避开 露点。这样就可避开露点腐蚀、不易积灰； 、热管与换热器单支点焊接，避免由热帐冷缩造成的应力。2、根据热管的这些特点，从而决定了热管余热锅炉
15、的特点;(1X传热系数高。废气和水及水蒸气的换热均在热管的外 表面进行，而且废气热管外侧为翅片，这样换热面积增大， 传热得到强化，因而使换热系数得到了很大的提高。(2X彻底解决泄漏问题：由于热管是单管作业，令热流体 完全隔开，有效防止水汽系统的泄漏。在运行时，废气的大 量冲刷，即使管子一端被腐蚀传，只能使该热管失效，而管 子另一端是完好的，不会造成冷侧的气水泄漏到热侧，确保 了系统的安全运行，彻底解决了设备泄漏问题。(3X减轻露点腐蚀：热管余热锅炉每一根管子的壁温是一 个值，这就使相当一批热管在酸露点以上工作，当壁温比酸 露点高rc以上时，就可以避免露点腐蚀。通过调节热管令 热段受热表面的比例
16、来调整管壁温度，避开最大腐蚀区。(4 X减轻积灰、堵灰及解决灰堵问题：热管余热锅炉避开 了露点，管壁不结露，就大大减少了灰的附着力，而且热管 余热锅炉从设计上更科学合理，使其本身就具有一定的自吹 灰能力。(5 X单根或多根热管的损坏不影响设备整体使用。(6X采用了新型镣基钎焊管技术：表面增加了硬度，而且 光滑，大大减少了积灰、磨损和腐蚀，延长了设备的使用寿 叩。3、采用热管余热锅炉安全可靠：由于热管余热锅炉解决管 子的磨损、腐蚀，设备的积灰、灰堵，延长了设备使用寿命， 所以选用此设备安全可靠。八、电气部分：工程电气、热工自动化设计范围包括锅炉、及其辅助设 备和系统的启停、联锁及所有热工过程工艺
17、参数的监控、调 节、保护等。380V电源由买方提供。电气、照明、通讯我方提供余热利用系统内电气、照明、通讯设备的选型、 供货、安装、调试。所有电气设备均选用国内知名品牌的产品。如果调试、试运行需要双方配合，买卖双方必须进行协 调、相互合作。(2)自动控制、仪表我方为本工程提供自动化仪表的选型、供货、安装、校 验、调试、试运行。自动化仪表均选用国内知名品牌的产品。重要的过程应设置视频显示，诸如汽包水位。上位机放置在控制室内。5.2电气技术方案(1)电气主接线380V电源由买方提供。(2) 主要设备选择继电器选用欧姆龙产品并带指示灯。(3) 低压厂用电接线低压厂用电电压采用380/220V，动力与
18、照明合并供电。(4) 自动装置水泵就地设操作箱。(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二流经接 地装置的入地短路电流)。(6) 照明和检修网络 正常照明供电电压为交流380/220V。照明系统控制 开关按区域分点进PLC模块，由上位机画面控制。电气室设 应急照明，维持一个小时。 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。5.3电气主要设备控制方式给水泵系统采用两台给水泵。一用一备变频起动方式运行。电 压为380
19、V交流电源。由卖方统一配置开关柜。具备必要的保护连锁功能和故障报警及响应功能。远程控制方式及运行信息全部由中控室PLC系统完成。(2) 除氧器上水泵系统采用两台除氧器上水水泵。一用一备变频起动方式 运行。电压为380V交流电源。由卖方统一配置开关柜。具备必要的保护连锁功能和故障报警及响应功能。远程控制方式及运行信息全部由中控室PLC完成。(3) 其它低压电气(4) 电气控制柜选用GGD交流配电柜体，电器元件选用 西门子或施耐德等品牌。由我方自行完成电气配套及设计。PLC柜统一配套。磷酸盐加药装置、汽水取样缝隙装置、吹灰装置等的电 源均接至热工电源柜。照明电源、检修电源等均由我方自行统一考虑。热
20、控技术方案概述本热控系统是为实现余热锅炉监测、控制、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PLC的要求。PLC系统配置a）本工程PLC系统共一个工作站，锅炉控制柜布置低 压配电间。工控机要求用知名品牌产品，同时配置一台激光 A4打印机用于打印生产报表。工作站既能完成系统程序编 程又能实现系统操作工作。b）控制系统采用西门子S7-300系列产品，控制器选用 CPU315-2DP （带PROFIBUS通讯口）产品，在保证与工 控机通讯的同时，可实现与用户总控室得的连续通讯。控制 模块、电源等相
21、关设备均选用同系列产品。c）编程软件采用Step7 5.3版本的系统软件，画面组态 软件采用SIEMENS WINCC6.0完全版本。d）现场变送器、测温元件、各辅机阀门挡板的状态信息 以及PLC输出指令全部采用硬接线完成，可实现PLC远控。考虑到可能发生的PLC故障，设置紧停装置。主要仪表选型a. 压力、差压变送器选用国内知名品牌产品；b. 测温热电偶、热电阻等选用国内知名品牌产品；c. 流量计、孔板选用国内知名品牌产品；d. 电动阀、电动执行机构选用国内知名品牌产品。（2）热工自动化主要功能数据采集（DAS）DAS将按照所要求的采样速度，模/数转换精度及扫描 周期，对生产过程的各种信息量（
22、模拟量、开关量、脉冲量） 进行采集、处理、运算、巡检及储存等，并以文字、图表、 曲线等形式组态成各种画面，通过LCD屏幕显示出来，向工 作站及时提供机组运行状态的信息。具体功能有：a）数据采集并处理：包括正确性判断、数字滤波、非线 性修正、工程单位变换、参数补偿、限值比较、越限时间累 计及二次参数计算等。b）LCD各画面，图表显示：包括模拟图、曲线图、条 形图（棒状图）、趋势图、成组参数显示及目录与一览表等。c）记录与报表：包括系统事件记录、趋势记录、报警记 录、事件顺序记录、事件追忆记录、定时制表、请求制表、 及历史数据的存储和检索。d）报警管理：包括报警确认、多种报警、可变的报警设定值、报
23、警组报警优先级、报警总貌显示及报警闭锁。e）操作指导：机组启停过程中，通过LCD画面和文字 显示，显示启动条件，操作流程。当操作过程中程序中断或 报警，将显示报警原因，闭锁程序，防止误操作。模拟量控制（MCS）MCS主要包括如下系统：余热锅炉中压锅筒水位调节系统除氧器水位调节系统其他单项控制系统顺序控制（SCS）SCS控制对象包括机炉辅机的电动机、电动门、电磁阀 和执行器等。本工程仅按子组级控制、单项控制方式考虑。 各子组级控制的启、停能独立进行。运行人员能在LCD键盘 上选择自动程序控制或手动操作方式。在程序自动执行过程 中，出现任何故障或运行人员发出中断指令，可使正在运行 的程序中断并回到
24、安全状态，同时LCD上显示程序中断的故 障原因。当选择手动操作方式时，SCS系统设置的许可条件， 可预防运行人员误操作。设备的联锁、保护指令具有最高优 先级，手动指令则比自动指令优先，被控设备的启动、停 止或开”、关指令互相闭锁，且使被控设备向安全方 向动作。SCS的保护和闭锁功能始终有效，不允许运行人员手动切除。(3) 自动控制回路锅筒水位控制：测量元件采用变送器将锅筒的水位转换成电信号，传至 PLC控制模块，经运算输出电信号至变频器，控制锅筒水位 在给定范围内。锅筒水位控制回路采用三冲量调节方式，即 控制模块采用锅炉主蒸汽流量、锅炉水位、锅炉给水流量三 个信号进行运算。能够很好的消除虚假水
25、位的影响，其中对 锅炉水位信号进行压力补偿，对主蒸汽流量信号进行温度、 压力补偿。(4) 远方控制通过工控机操作界面可以实现以下阀门的开关操作以 及设备的启、停操作：汽包给水泵的启、停、互备投入；除氧器给水泵的启、停、互备投入；现场电动调节阀、电磁阀的启、停及调节。其他电气设备。(5) 热工测量为使余热利用系统可靠运行，对过程中各种参数进行必 要的测量，除了配备必要的就地现场直读仪表外，还配备了 远传测量手段，所有重要参数均能够在PLC画面上实现显 示，远传仪表的信号采用标准信号、分度号，与PLC相配套。主要监测项目见下表:热工监测项目一览表序号参数名称指示报警信号类型备注1烟道烟气温度V热电
26、偶K或 Pt100共6点2除氧器水温VVPt100共1点3给水温度VPt100共1点4省煤器出水温度VPt100共1点5锅筒给水压力VV420mA共1点6炉锅筒压力VV420mA共1点7软水箱水位VV420mA共1点8除氧器水位VV420mA共1点9汽包水位VV420mA共1点10锅炉给水流量V420mA共1点11出口蒸汽流量V420mA共1点12磷酸盐溶液箱水位V420mA共1点余热锅炉热工参数指示、报警 无论操作员控制台上显示器显示的是何种画面，当重要参数 达到或超过报警值时，应在显示器上立即以声光信号对该参 数进行报警。九、技术经济指标130万/年吨焦化余热回收270000 Nm3/h1
27、、原始工艺参数：烟气量：烟气温度：全年工作天数2、余热回收系统参数：热管换热器出口烟气温度 热管换热器进出口压损290C360天Md/Hi或 ffi (2r 淋B lAJn IW13W5爵116W2)2)B 箍 啊奋 成BiH+lAJnHS 血3、PLC系统序号名称单位数量型号品牌（一）硬件1CPU315-2DP只16ES7 315-1AG10-0AA0国内名牌2SM321-16DI只16ES7 321-1BL00-0AA0国内名牌3SM322-16DO只16ES7 322-1BL00-0AA0国内名牌4SM331-8AI只26ES7 331-7KF02-0AB0国内名牌5SM331-8AI(
28、RTD)只16ES7 331-7PF01-0AB0国内名牌6SM332-8AO只26ES7 332-5HF00-0AB0国内名牌7PS307-10A只16ES7 307-1KA01-0AA0国内名牌8MMC-128K只16ES7 953-8LG11-0AA0国内名牌9前连接器40针只56ES7 392-1AM00-0AA0国内名牌10前连接器20针只26ES7 392-1AM00-0AA0国内名牌11DIN530只16ES7 390-1AF30-0AA0国内名牌12DP总线连接器只26ES7-972-0BA12-0XA0国内名牌13CP5611（工控机通讯卡）只16GK1561-1AM01国内名牌14通讯电缆米106XV1 830-0EH10国内名牌15工控机台2160G/2G/DVD国内名牌1621 LED台2三星21寸液晶国内名牌（二）软件国内名牌1编程软件套1STEP7 V5.4国内名牌2工控组态软件套1WINCC 6.0国内名牌4、视频监控系统序号名称单位数量规格型号1摄像机只1国内名牌2镜头只1国内名牌3保护罩及支架套14视频电缆米10075-5同轴电缆5电源电缆米1006接头等附件套27监控显示器只1液晶19寸5、高压电机控制序号设备名称型号规格数量参数品牌备注1高压变频柜2000X3000X8001450KW,10KV国内名牌
