空分改造项目 粗氩回收项目 锅炉技改项目 加热炉大修及蓄热式烧嘴改造项目

1. 空分改造项目 粗氩回收项目 锅炉技改项目 加热炉大修及蓄热式烧嘴改造项目

2. 1.项目单位情况： • 空分改造项目、粗氩回收项目及锅炉技术改造项目 • 所属公司：上海中远化工有限公司 • 公司地址：上海市长江西路1001号 • 上海中远化工有限公司隶属于上海华谊（集团）公司，是一家现代化专业精细化工国有企业（原吴淞化工厂创立于民国22年（1933年））。2001年，根据国家经贸委债转股的政策和优化国企资本结构的精神，与中国华融资产管理公司和中国信达资产管理公司实施债权转股权。实施债转股后，上海中远化工有限公司由国有独资公司，转为多元投资的国有控股公司，建立了现代企业管理制度。 • 公司注册资本4.32亿元，总资产达9.24亿元，占地面积 1000余亩（不含带征地）。

3. 生产工序和流程 空气由管网经空冷塔洗涤部分NOX、SO2、Cl+等有害杂质后进入分子筛纯化器，清除水份，二氧化碳和能吸附的碳氢化合物。 从纯化器流出的空气，一部份经主换热器换热进下塔，另一路去增压机，经主换热器进膨胀机，膨胀后的空气与换热器换热进上塔。 从分子筛出口总管抽取300m3/h加工空气作为仪表气和密封气。 空分改造项目

5. 加工空气经下塔精馏在其顶部获得纯氮气，除一小部份作为热源到纯氩塔外，其余被主冷凝蒸发器冷凝成液氮。 液氮中的一部份为下塔回流液，另一部分入过冷器过冷后，节流后作为上塔回流液入上塔顶部。 在下塔底部得到的富氧液空，经过冷器过冷后节流到上塔中部参与精馏。 空分项目生产工序和流程

7. 经上塔精馏，在顶部得到产品氮气；在上部得到污氮气。 氮气及污氮气经过过冷器和主换热交换器组复热，复热后的氮气除送入管网外，其余入水冷塔制冷。 而污氮气除一部份用作再生气外，其余也进水冷塔制冷。 在上塔底部得到氧气，经膨胀换热器、主热交换器组复热后去氧压系统。 少量液氧从主冷凝蒸发器底部抽出，去液氧贮槽，少量液氮经过冷器过冷后节流入液氮罐贮存。 空分改造项目生产工序与流程

10. 节能原理 • 项目改造前 • 采用冻结法去除增压后的空气中的水分，湿空气在换热器中换热时，其中的CO2和水分会在换热器管壁上凝结成干冰，随着干冰的厚度增加，管壁的换热效果逐渐降低，因此，每过3分20秒，将换热器关闭，为去除水分及杂质，将换热器及相关管道中的原料空气放散，用-180℃的污氮气反吹，将管壁上的干冰去除。每小时放散18次左右，每次放散128Nm3/hr左右，因此原料空气每小时总放散2300Nm3/hr。 • 项目改造后 • 采用分子筛去除水分和CO2，需要4小时进行切换，解吸附。所以空气4小时放散一次，放散量为700Nm3/hr，则平均每小时放散172 Nm3/hr。

11. 节能效果 • 每小时减少原料空气放散量2128Nm3/hr，整个装置的空分提取率提高了3%-4%，目前将10m3原料空气从常压增压到0.5 MPa需要消耗1kWh电。 • 增加蒸汽加热器，将污氮气加热到160℃之后送入分子筛吸附器器进行反吹解析，每小时需多用0.1575吨蒸汽。 • 该项目总计节能533吨标准煤 。

12. 生产工序与流程 上塔中部抽出占空气量30%的氩馏份气，进入粗氩塔（Ⅰ）进行精馏，使氧的含量降低。粗氩塔（Ⅰ）的回流液体是由粗氩塔（Ⅱ）底部引出经液体泵输送来的液态粗氩，粗氩塔（Ⅰ）底部的液体返回上塔参与精馏。 由粗氩塔（Ⅰ）顶部引出的粗氩气体进入粗氩塔（Ⅱ）底部并在其中进行更进一步的氩、氧分离。结果在其顶部得到的2PPM氩气，其中大部分被粗氩冷凝器冷凝成液体后作为回流液返回粗氩塔（Ⅱ）。 粗氩回收项目

14. 粗氩回收项目 • 生产工序与流程 • 粗氩冷凝器的冷源是过冷液空，经粗氩气换热器蒸发后返回上塔参与精馏。 • 从粗氩（Ⅱ塔）冷凝器板式单元引出经过除氧的氩气，进入纯氩塔中部，进行氮—氩分离的精馏，在其底部得到合格的液氩，部分作为产品入液氩计量罐外，其余与来自下塔的中压氮气换热，使其蒸发作为上升气参与精馏。而冷凝液氮返回上塔参与精馏。 • 纯氩塔顶部设有纯氩冷凝器，使上升气氩冷凝成液体作为回流液返回纯氩塔，该冷凝器的冷源来自过冷后的液氮，蒸发气氮返回出上塔的污氮管线，从液氩计量罐出来的液氩作为产品引出冷箱在液氩槽中贮存。

15. 节能原理 • 08年3月1#空分大修,将5#空分装置的粗氩利用旧管道回收至1#空分，在1#空分的冷箱内该股粗氩气与出上塔的污氮气经过增加的特制的板翅式换热器换热，被冷却至-180℃左右，然后送到1#空分装置氩系统的粗氩1塔和粗氩2塔之间，并入到串联该二塔的氩馏分蒸汽中。利用1#空分再提炼,提高1#空分氩气产量。

16. 节能效果 • 改造后每天多产5吨液氩，每产1吨液氩，减少生产1吨液氧，2007年折合氧单耗为0.61 kWh，1Kg液氩=2.065 Nm3折合氧，1kg液氧=1.5 Nm3折合氧。 • 改造后节能量： • （2.065-1.5）×5000×365×0.61=63万kWh • 按电折标系数0.404kgce/kWh，折合为： • 63×10000×0.404÷1000=255吨标准煤

17. 锅炉技改项目 • 节能原理 • 主要采用了“双人字形宽煤节能炉拱技术”。 • 技术原理 • 理论研究和改炉实践证明，炉拱的换热遵循“再辐射”的传热原理，即炉拱首先吸收高温火焰的辐射热量，本身具有很高的温度，然后再以漫辐射的形式将热量向四面八方辐射出去。 • 显然，改变前拱的几何物理因素对换热的影响是极有限的，强化炉拱传热的根本途径是提高拱区温度，而拱区温度的高低，则主要取决于高温烟气深入到前拱区的程度及在那里的停留时间。

18. 显然这是一个空气动力学的问题。前后拱的形状和尺寸也就主要应根据空气动力学的原则来确定。 • 按这一设计思想指导下得出的双人字形炉拱如图1所示。该炉拱系由人字形前拱和人字形后拱组成，两者的总覆盖率在80%以上，直至全覆盖。 • 这种炉拱组能使后拱的高温烟气冲向前拱区，并形成强烈旋转的火球，使得烟气中的可燃气体和氧气充分混合而完全燃烧，发出白炽耀眼的高温火焰，从而使前拱的温度大大提高，辐射到新煤上的热量也增强，再加之后拱高温烟气伸入到前拱区的直接引燃作用，保证了新煤的顺利着火。 • 由于炉温高，加之超低长后拱的保温促燃作用，如果再辅助之以相应的配风方式，就能使炉渣中的残碳燃烧干净。 • 由于完全燃烧使得炉膛温度大大提高，从而使锅炉的出力也大大提高，因为炉膛的传热量和温度的四次方成正比，这一优点对于供气不足而又缺乏资金添置新设备的企业尤为重要。

20. 节能效果 • 改造后 • 由于“炉排配风技术”的应用，运行前的配风不均情况得以解决； • “双人字形宽煤节能炉拱技术”的应用，运行前的火床不平情况转为平整； • “燃烧寻优技术”的应用，使得燃烧更充分. • 炉膛火焰温度由1200℃上升到1400℃；锅炉平均热效率由71.67%升高到83.45%，锅炉平均热效率提高了11.78%。

21. 节能量计算 • 锅炉平均效率提高11.78%，按锅炉产汽量13.5吨/小时，吨煤产汽量5.1吨， • 按年运行6000小时计算： • 13.5÷5.1×11.78%×6000=1871吨原煤 • 原煤的折标系数0.7143kgce/kg，折合1337吨标准煤。

22. 蓄热式烧嘴改造项目 • 项目基本情况 • 宝山钢铁股份有限公司（以下简称宝钢）是中国最大、最现代化的钢铁联合企业。 • 宝钢钢铁主业立足于生产高技术含量、高附加值钢铁精品，已形成普碳钢、不锈钢、特钢三大产品系列，广泛应用于汽车、家电、石油化工、机械制造、能源交通、建筑装潢、金属制品、航天航空、核电、电子仪表等行业。 • 目前宝钢净资产2430亿元，从业人员总数为106914人，在2009年，宝钢产钢3887万吨，用能总量1420.39万吨标煤，位列全球钢铁企业第三位。实现营业总收入1953亿元，利润总额149亿元，资产总额4020亿元。

23. 加热炉生产工序和流程 • 此项目为2050热轧加热炉区域四座加热炉中的1号加热炉。 • 其工艺流程为推钢机推钢、步进梁运送板坯、板坯加热、抽钢机抽出送轧线轧制。 • 其重点耗能设备为加热炉的燃烧烧嘴，它为炉内板坯的加热炉提供热量，从而达到提高钢的塑性、降低变形抗力的目的，为后序的轧制提供保证。 • 生产工艺如图示：

25. 项目基本情况 • 项目改造前 • 项目实施前1号加热炉为常规加热炉，分8个段。由于加热炉生产时间长，设备的老化现象日趋严重，期间虽经例行多次维护还在继续运行，但已经出现许多如烧嘴砖脱落、水冷梁易漏水等影响正常生产的问题。 • 现取改造前的06年2050热轧运行数据与改造后08年数据进行比较。06年热轧厂的年产钢量589.3万吨，热轧工序能耗72.9kgc.e/t，产蒸汽量0吨。表3为1号加热炉在改造前与3号加热炉吨钢燃耗年生产的运行数据比较表。

26. 改造前1号加热炉与3号加热炉的燃耗比较表

27. 项目实施后 • 基本达到设计的要求。 • 其中，蓄热式烧嘴与传统烧嘴相比在操作控制上实现了自动调节，而且全 炉的NOx排放水平和燃耗水平有了明显降低，有效改善了环境； • 汽化冷却工艺为2050热轧回收了大量蒸汽，节约了能源； • 7段平焰烧嘴分左右、中部控制，大大提高了头尾及中部的温度控制灵活性。 • 其喷嘴改造形式布置如图。

29. 改造后1号加热炉与3号加热炉的燃耗比较表 • 改造后08年2050热轧1号加热炉的钢年产量为585.0吨，热轧工序能耗为68.6kgc.e/t，年产蒸汽量46421吨。根据企业计量得出1号加热炉改造后与3号加热炉2008年的吨钢燃耗比较表。

30. 技术原理 • 1）蓄热式烧嘴 • 目前蓄热式烧嘴所采用的蓄热体有:蜂窝体和氧化铝小球两种。 • 蜂窝体的蓄热能力较高，相同能力的烧嘴蜂窝体的体积较小，其缺点是寿命较短，维护量较大，因此较适合双蓄热并且炉温不是很高的使用工况； • 氧化铝小球蓄热体的蓄热效率能力相对低一些，但其使用温度高，可以反复清洗使用，使用寿命长，成本低，较适合单蓄热并且炉温高的使用工况。

31. 因此1号炉改造选择氧化铝小球体作为蓄热式烧嘴的蓄热体。 • 该类型烧嘴成对使用，采用周期换向燃烧，即对在炉两侧对称安装的每对烧嘴分别进行控制，从而用烟气加热空气，获得高温助燃空气。 • 其技术原理如图所示：

32. 2）汽化冷却系统 • 汽化冷却技术是利用水变成蒸汽时吸收大量的汽化潜热，使冷却构件得到充分的冷却。汽化冷却与水冷相比，具有耗水量少、热量利用好、延长冷却构件寿命、减轻板坯水梁“黑印”等优点。 • 对于2050热轧1号步进梁式加热炉，汽化冷却系统设计为强制循环系统，系统产生的过热蒸汽送入公司蒸汽管网。 • 企业采用强制循环的汽化冷却装置。强制循环的动力是由循环泵产生的，循环泵迫使工质从汽包经下降管、循环泵、炉内水梁和上升管，再回到汽包形成密闭循环，其原理图循环走向如图所示，而汽包内的汽水混合物在汽包中被分离成蒸汽和水，蒸汽通过管路并入公司总网，从而达到节能的目的。

34. 节能量计算 • 1)吨钢燃耗节能效果（1号炉改造后与3号炉同时期同一生产条件下比较） • 年节约燃耗折合标煤4015.2吨标煤 • 2)汽化冷却回收蒸汽效益 • 年回收蒸汽折合至标煤4906.7吨标煤 • 两者合计： • 1号炉改造年节能量8921.9 吨标煤