燒結(jié)煙氣超低排放改造工程節(jié)能分析

聶勇民

(山西太鋼工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030009)

1 概述

為確保固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目合理利用并節(jié)約能源，推進(jìn)節(jié)能降耗，根據(jù)《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》及《山西省節(jié)約能源條例》，按照《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》及《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能審查辦法》第44號(hào)令[1]等文件的要求，進(jìn)一步搞好節(jié)能減排工作，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容：在現(xiàn)有脫硫脫硝除塵設(shè)施的基礎(chǔ)上，一級(jí)活性炭擴(kuò)容3個(gè)單元，新增低溫SCR工藝(180 ℃)、對(duì)項(xiàng)目改造工藝進(jìn)行總平面布置以及利用現(xiàn)有公輔設(shè)施進(jìn)行供配電、給排水系統(tǒng)技術(shù)改造。本文主要針對(duì)煉鐵廠燒結(jié)煙氣超低排放改造工程的用能狀況進(jìn)行分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)滿足節(jié)能要求，從節(jié)能角度對(duì)項(xiàng)目提出合理有效的節(jié)能措施和建議[2-4]。

2 項(xiàng)目消費(fèi)能源情況

2.1 電力

根據(jù)本工程工藝設(shè)備的配置，用電負(fù)荷計(jì)算如下(按需要系數(shù)法計(jì)算)：

總裝機(jī)容量：1 474.47 kW；總工作容量：1 470.07 kW。

有功功率：913.45 kW；無(wú)功功率：460 kvar。

視在功率：1 122.7 kVA；功率因數(shù)：0.93。

全年總電耗量652.2萬(wàn)kW·h。

項(xiàng)目廠區(qū)設(shè)置一座10 kV高壓配電室，為項(xiàng)目的所有10/0.4 kV電力變壓器及高低壓電機(jī)供電，可滿足項(xiàng)目新增用電需求，能保證項(xiàng)目正常用電。

2.2 焦?fàn)t煤氣

解析塔熱風(fēng)爐燃料用焦?fàn)t煤氣，焦?fàn)t煤氣的熱值為16 746 KJ/Nm3，壓力為15 000 Pa；焦?fàn)t煤氣常用量450 Nm3/h，最大用量900 Nm3/h，焦?fàn)t煤氣設(shè)計(jì)管徑DN250。

新建SCR脫硝裝置補(bǔ)熱爐點(diǎn)火氣源用焦?fàn)t煤氣自動(dòng)點(diǎn)火，焦?fàn)t煤氣消耗量為50 Nm3/h，最大消耗為100 Nm3/h，設(shè)計(jì)管徑為DN100。

本項(xiàng)目所用焦?fàn)t煤氣接自現(xiàn)活性炭解吸塔的焦?fàn)t煤氣管。

2.3 高爐煤氣

新建SCR脫硝裝置補(bǔ)熱爐燃料用高爐煤氣，高爐煤氣的熱值為3 139 KJ/Nm3，煤氣壓力為12 000 Pa。高爐煤氣用量32 000 Nm3/h，高爐煤氣設(shè)計(jì)管徑DN1 000，接自該區(qū)域的綜合管網(wǎng)高爐煤氣管。

上述焦?fàn)t、高爐煤氣熱值根據(jù)GB/T 34195—2017燒結(jié)工序能效評(píng)估導(dǎo)則[5]。

3 項(xiàng)目節(jié)能分析

3.1 項(xiàng)目建設(shè)方案

由于國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)煙塵超低排放并未全面展開(kāi)，都在計(jì)劃實(shí)施階段。針對(duì)燒結(jié)煙氣情況采用對(duì)現(xiàn)有活性炭裝置擴(kuò)容提效，提高脫硫、除塵效率，增設(shè)脫硝裝置。具體實(shí)施內(nèi)容活性炭裝置并聯(lián)擴(kuò)建3個(gè)吸附單元+低溫SCR工藝(180℃)的工藝路線。

3.2 工藝流程簡(jiǎn)述

本項(xiàng)目包括吸附系統(tǒng)：由吸收塔、NH3添加系統(tǒng)組成；解吸系統(tǒng)：吸附硫化物進(jìn)入解析塔；活性炭補(bǔ)給系統(tǒng)：為保證吸附效率不斷補(bǔ)充新活性炭；SCR脫硝系統(tǒng)：選擇性催化劑還原煙氣脫硝系統(tǒng)；氨氣系統(tǒng)：活性炭?jī)艋兔撓醴磻?yīng)氣；熱風(fēng)系統(tǒng)：提供脫硝反應(yīng)的熱風(fēng)系統(tǒng)；除塵系統(tǒng)：上料過(guò)程產(chǎn)生的粉塵處理等，工藝流程如圖1所示。

3.3 項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程中各工序能耗分析

項(xiàng)目各生產(chǎn)系統(tǒng)能耗均計(jì)算總體能耗，并進(jìn)行工序能耗指標(biāo)計(jì)算分析，各工序能耗匯總?cè)绫?所示。由表1可知，項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程中總耗電652.2萬(wàn) kW·h/a，工序能耗合計(jì)折標(biāo)煤801.55 t/a。高爐煤氣耗量27 200萬(wàn)Nm3/a，工序能耗合計(jì)折標(biāo)煤29 131.2 t/a。焦?fàn)t煤氣耗量382.5萬(wàn)Nm3/a，工序能耗合計(jì)折標(biāo)煤2 185.605 t/a。

表1 各工序能耗情況匯總

4 項(xiàng)目節(jié)能技術(shù)措施分析

4.1 工藝節(jié)能

1)項(xiàng)目采用“SCR中低溫脫硝工藝”，脫硝效率高，相比高溫脫硝能耗更低，對(duì)燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)。

2)工藝配置風(fēng)機(jī)采用變頻控制，降低電耗。選用節(jié)能型機(jī)電產(chǎn)品，降低各種動(dòng)力消耗。

3)控制活性炭流速，降低成本，有效利用氨水消耗量，減少蒸汽使用量，降低系統(tǒng)能耗。

4.2 電氣節(jié)能

1)根據(jù)用電設(shè)備的分布情況，廠區(qū)設(shè)1個(gè)無(wú)人值守的配電室，充分體現(xiàn)“供電電源深入負(fù)荷中心”的布置原則，以縮短供電半徑，減少電能損失。

2)選用符合國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)GB 20052—2006三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值中節(jié)能評(píng)價(jià)值的變壓器和低噪聲、低能耗、環(huán)保型電氣設(shè)備。選擇合理的變壓器負(fù)載率，使之在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式中運(yùn)行。提高功率因數(shù)，減少變壓器的銅損和線路的電能損失。

3)功率因數(shù)補(bǔ)償。

低壓側(cè)功率因數(shù)補(bǔ)償采用低壓并聯(lián)電容器，自動(dòng)補(bǔ)償方式，分別在各個(gè)低壓配電室或設(shè)備附近設(shè)置無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置，采用集中+分散補(bǔ)償方式，補(bǔ)償后在各配電室功率因數(shù)為0.95以上。

4)諧波預(yù)防及治理措施。

a.電容器串接調(diào)諧電抗器；

b.10/0.4 kV變壓器繞組采用D，yn11型接線；

c.預(yù)留或安裝有源/無(wú)源濾波器等抑制諧波設(shè)備；

d.盡量選用自帶諧波治理的設(shè)備，改善配電線路的三相不平衡度；

e.對(duì)諧波較嚴(yán)重且功率較大的設(shè)備從變壓器出線側(cè)采用專線供電。

f.對(duì)有可能產(chǎn)生諧波的照明、變頻器、電子產(chǎn)品供電回路采用帶諧波檢測(cè)的智能儀表。

5)電能計(jì)量。

供電部門(mén)電能計(jì)量點(diǎn)設(shè)在10 kV側(cè)，高供高計(jì)，計(jì)量柜內(nèi)設(shè)有功、無(wú)功電度表和峰谷電度計(jì)量裝置。根據(jù)供電部門(mén)要求，設(shè)置電力負(fù)荷管理終端。

每一套電能計(jì)量裝置的電能表、聯(lián)合接線盒、失壓計(jì)時(shí)儀裝設(shè)在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電能計(jì)量柜內(nèi)，共設(shè)置2套電能計(jì)量柜，安裝在智能電力監(jiān)控中心內(nèi)。

10 kV進(jìn)、出線柜均裝設(shè)測(cè)量電流、電壓、有功電度等參數(shù)的多功能數(shù)顯表；在0.4 kV低壓進(jìn)線柜、照明柜、聯(lián)絡(luò)柜及各低壓動(dòng)力出線回路上裝設(shè)測(cè)量電流、電壓、有功電度等參數(shù)的多功能的數(shù)顯表，分車(chē)間、工段計(jì)量。

6)變頻節(jié)電。

本項(xiàng)目變頻調(diào)速主要針對(duì)除塵引風(fēng)機(jī)、脫硝鼓風(fēng)機(jī)等。針對(duì)風(fēng)機(jī)采取了變頻節(jié)電的措施。風(fēng)機(jī)均根據(jù)煙氣量的波動(dòng)一同進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)電率約為22.87%，根據(jù)上述計(jì)算年可節(jié)電量約133.62萬(wàn)kW·h，折合標(biāo)煤164.22 t。

5 項(xiàng)目實(shí)施后效果分析

依據(jù)項(xiàng)目基礎(chǔ)資料和選址情況等相關(guān)建設(shè)條件，根據(jù)中華人民共和國(guó)發(fā)展和改革委員會(huì)第44號(hào)令《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能審查辦法》及國(guó)家及行業(yè)相關(guān)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目總平面設(shè)計(jì)、建筑工程、公用工程、資源利用、能源消耗及管理節(jié)能等方面進(jìn)行分析論證、核算評(píng)價(jià)，能耗效果[6-8]分析如下：

1)項(xiàng)目能源消費(fèi)總量、結(jié)構(gòu)，以及對(duì)所在地總量控制及節(jié)能目標(biāo)等的影響。

項(xiàng)目能源消費(fèi)增量占山西省能源消費(fèi)增量控制數(shù)比例為0.11(m<1)，影響程度為較小，項(xiàng)目能源消費(fèi)在山西省能源消費(fèi)增量范圍內(nèi)；項(xiàng)目增加值能耗影響山西省單位GDP能耗的比例為0.02(n≤0.1)，對(duì)山西省能源完成節(jié)能目標(biāo)影響程度為較小。

2)項(xiàng)目能效指標(biāo)。

通過(guò)能效水平評(píng)價(jià)認(rèn)為項(xiàng)目實(shí)施后國(guó)內(nèi)、國(guó)際沒(méi)有采用此種工藝的同類(lèi)型企業(yè)，無(wú)法對(duì)比同行業(yè)企業(yè)能效水平。項(xiàng)目單位產(chǎn)品能耗7.13 kgce/t(當(dāng)量值)、7.37 kgce/t(等價(jià)值)，單位產(chǎn)品電耗為1.44 kW·h/t。項(xiàng)目噸燒結(jié)單位產(chǎn)品能耗為7.18 kgce/t(包括耗能工質(zhì))。

3)項(xiàng)目用能設(shè)備能耗指標(biāo)合理。

項(xiàng)目無(wú)國(guó)家明令淘汰和禁止的用能設(shè)備，項(xiàng)目工藝設(shè)備及電氣設(shè)備均選用能夠降低生產(chǎn)總裝機(jī)容量的新型節(jié)能產(chǎn)品，對(duì)于負(fù)荷波動(dòng)的設(shè)備采用變頻技術(shù)，無(wú)論從技術(shù)上還是設(shè)備上都做到節(jié)能降耗，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)符合《中國(guó)節(jié)能技術(shù)政策大綱》[9]、合理用能標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

綜上所述，該項(xiàng)目作為超低排放環(huán)保項(xiàng)目能源消耗單元?jiǎng)澐旨澳茉聪M(fèi)符合工藝要求，工藝路線選擇能實(shí)現(xiàn)超低排放目標(biāo)，項(xiàng)目實(shí)施后環(huán)境保護(hù)效益顯著。