氢气锅炉可行性研究

钢 城 集 团 科 研 项 目可行性研究报告编号：项目名称：氢气锅炉可行性研究报告项目单位：攀枝花钢企欣宇化工有限公司合作单位：/编制时间： 2016 年11月1、总 论 错误！未定义书签。1. 1概述2. 2项目提出的背景2、蒸汽使用现状3. 1蒸汽装置情况4. 2蒸汽需求情况3、燃氢锅炉规模3. 1氢气量计算5. 2燃氢锅炉规模4、建设燃气锅炉技术条件分析4. 1氢气管道核算4. 2氢气洗涤塔核算4. 3氢气压缩机组4. 4锅炉水处理4. 5氯碱氢气系统控制4. 6其他公辅条件6. 6建设条件分析结论5、燃氢锅炉系统5. 1燃氢锅炉系统5. 2燃氢锅炉生产厂家7. 3立式锅炉和卧式锅炉比较 6、原辅料、选址和人员8. 1原辅料供应6. 2动力供应6. 3选址和消防6. 4定员7.项目施工方案7. 1建设手续8. 2项目施工组织8、投资估算及资金筹措9. 1投资估算10. 2投资说明9.财务分析11. 1生产成本12. 2效益分析10、结论氢气锅炉可行性研究报告1、总 论1.1 概述项目名称：氢气锅炉可行性研究报告项目单位：攀枝花钢企欣宇化工有限公司建设地点：欣宇化工氯碱车问项目投资：585万元营业利润：334万元(碱4万/年)1. 2项目提出的背景欣宇化工烧碱生产过程中，除部分氢气用于生产盐酸外，目前还没有用氢 的下游产品，只有白白放空到大气，当三台电解槽满负荷生产时，可产氢气 153.226kg/h(1721.66Nm3/h)。按年产盐酸 5 万吨，贝U有 100.14kg/h(1125.21 Nm3/h)的氢气排空，浪费的氢气量约占 65%氢气是一种极为优越的新能源，燃烧热值高，每千克热值为143X 103KJ,约为汽油的3倍，焦炭的4.5倍，燃烧的产物是水，不会造成污染，是最干净的能 源。因此，在无用氢的下游产品时，将氢气用于燃烧生产蒸汽是理想的选择。从2003年上海氯碱化工在国内首创氢气锅炉来，部分氯碱厂也先后跟进并 成功运用，到2013年，国内已有30多家氯碱厂用氢气锅炉，技术和安全上均达 到国际水平。氯碱企业广泛运用氢气锅炉的条件已经成熟。欣宇从2011年开始进行氢气锅炉的调研，分别跟重庆重锅锅炉有限公司、 杭州特富锅炉有限公司、上海德洲科技发展有限公司和南京新丰工业锅炉有限 公司进行过技术咨询，对氯碱运行燃氢锅炉条件进行论证，做了一些基础工 作。2、蒸汽使用现状2. 1蒸汽装置情况最初，欣宇建有15吨的循环流化床锅炉，主要是保证当电解槽满负荷运行 时蒸发片碱用，但循环流化床锅炉运行成本较高。目前，欣宇蒸汽主要是外购，一处是东力化工，一处是德铭化工。德铭化 工化工蒸汽管道建成较早，2013年检测不合格，被市有关部门禁止使用。东力 化工目前生产负荷低，断断续续开启，可靠性得不到保证，经常在欣宇运行时 而无蒸汽供应。氯碱建有2台1吨小锅炉，在停汽时使用，由于环保因素采用无烟煤，燃值低，达不到使用要求，开启时间又过长，约 2小时，不能保证树脂塔E153的温 度要求。3. 2蒸汽需求情况1、蒸汽总体用量情况氯碱蒸汽主要用点为：蒸发岗位蒸发 42%F口 48%,电解岗位保证盐水温度 E15R E153和氯酸盐分解，盐水岗位保证化盐温度 E101和配置萩皮用，液氯岗 位处理钢瓶和汽化装置，系统开车用，洗澡和蒸饭。必须保证的是盐水温度 E15R E153 和 E101。统计近几年的蒸汽用量如下：2012 年2013 年2014 年2015月份耗汽量 （吨）月 份耗汽量（吨）月份耗汽量（吨）月份耗汽量（吨）1277012283124931266423677 12P 3430.622107:2297332929 3197931979P 3224944002423664299842694532505257551880526146284816P 250561788P 62370732467179971981726398375881514818288223392857916929179492331102397 1101873101690P 10245211731111990111789111635129011224731241112200合计33366 1- 26479-22738-27054价格（万）450.44-357.47-306.96-碱j里2628822568.8723854.952、蒸汽使用分配情况2011-2013年碱产量及蒸汽分布为:项目30%42%48%总蒸汽蒸发用其它2011（6-12 月）132661059997911822014515370533%34%36%80%20%20122971818499178203336625929743735%31%34%78%22%201357300105205542264791101415465171%18%11%42%58%上表中，蒸发蒸碱耗蒸汽量计算过程如下:1吨折百42%!需蒸发水量为：1/0.30-1/0.42=0.9523 吨1吨折百48%!需蒸发水量为：1/0.30-1/0.48=1.25 吨双效逆流蒸发工艺蒸发1吨水需要蒸汽为0.6-0.65吨，即1吨折百42%!需蒸汽量为：0.9523 X0.65=0.6190吨即1吨折百48%!需蒸汽量为：1.25 X 0.65=0.8125吨2011年蒸发用蒸汽量 2012年蒸发用蒸汽量2013年蒸发用蒸汽量 3、蒸汽需求分析10599X 0.6190+9791 义 0.8125=14515 吨，占 80%18499X 0.6190+17820X0.8125=25929 吨，占 78%10520X 0.6190+5542X0.8125=11014 吨,占 42%根据上面分析，全年蒸汽耗量在3万吨左右，按照目前外购蒸汽价格135元 /吨，2012年是450万，2013年357万，2014年306万元。2013年因碱产量减少，42%口 48%!少，故总蒸汽量少，但是其它点蒸汽量 比重大幅度增高，占到58%可能有两个因素：一是当蒸汽不大量使用蒸碱时， 蒸汽在管道内转化成冷凝水耗掉增加；二是 2013年开氯酸盐分解时间增加。其他蒸汽耗量按照前2年比重扣除后，多耗蒸汽量如果按照 30刈算，约26479X 30%3.0251.0-3.0150.3Mpa, DN40置换3压缩空气0.4Mpa, DN40吹扫4仪表空气0.6Mpai, DN32调节阀压缩空气、仪表空气和氮气管网可以就近岗位上接入，瓶装液化汽攀枝花 能购买到，不需要上其他装置。4. 6建设条件分析结论根据前面的分析，建设燃氢锅炉需增加氢气压缩机组一套和锅炉水处理， 并对氢气系统的控制方式做全面分析。因氢气管道属于特种设备的压力管道和氯碱系统做工艺变更，设计方面燃 氢锅炉装置由供货方设计，厂区内的氢气工艺管线等由设计院进行设计。5、燃氢锅炉系统5. 1燃氢锅炉系统燃氢锅炉由以下几部分组成：见工艺流程图：(1)给水系统水处理后的水和冷凝液回水进入软水箱，用泵打到除氧气器，在除氧气器 中用蒸汽加热升温析出氧气后，用加压泵进预热器(跟烟气交换热)进入锅炉汽包，通过冷水壁产生蒸汽后回到汽包，蒸汽进入蒸汽分配台。(2)锅炉主体含预热管、锅炉汽包、烟道、钢支架等。锅炉本体含有上下两个纵置汽包，上下汽包间有胀接对流管束，对流管束 对面与两侧受热面采用膜式水冷壁共同围成燃烧室(见图1和图2)。燃烧室呈立方体形状，底部筑有一层5 cm厚耐火高温浇注料， 燃烧器四周也有一层环状 浇注料，以保护膜式受热面承受燃烧器高温侵蚀。由于锅炉本体由对流和辐射 两部分组成，炉膛空间大，燃烧充分，炉膛内的简单结构可确保没有残余氢气 滞留。(3)燃烧器燃烧器是燃氢锅炉的关键设备，如上图。进入燃烧器的管路有氮气、氢气、天然气，点火用天然气四条管路，皆用 柔性软管与器内正中间的总进气管路相连。由鼓风机送入的空气通过环状分配 管和汽轮机叶片状导向叶片被均匀地呈螺旋状进入炉膛并与燃料气均匀混合。 点火燃料从燃烧器中心进入炉膛内部，而电子脉冲点火枪离燃烧器中心有一段 距离，靠近燃料分配管边缘。点火燃烧的火焰由紫外线探测仪负责检测，点火 火焰随鼓风机送入的空气呈螺旋状分布于进气管路附近，就像狐狸的尾巴在摆 动。另一火焰检测器距离燃烧器中心较远，负责检测主火焰。2个紫外线探测仪方向性很强， 必须保证探测方向正对点火火焰，否则就会由于检测不到火焰 而发生停止点火过程的情况，即使用肉眼已经观察到火焰也无济于事，因为锅炉的BM为否继续进行下去完全依赖于仪表监测结果或监测数据。两个主火焰 监测器与点火火焰检测器在点火过程的监测数据体现在BMS控制柜上就是0-100%勺数值。正常情况下点火检测器只测量点火火焰。主燃料燃烧后两个检 测数值同时为100%表明点火过程成功。实际工作中，经常发生因两监测器引 线接反、探测器未对准、波长调整偏差等情况而出现的点火困难，此时会出现监测器指针剧烈波动的现象，如果不能得到稳定将导致点火失败。由于上述情 况曾多次出现，必须引起足够重视。(4)控制系统包含仪器仪表、控制阀和智能性控制柜等。6. 2燃氢锅炉生产厂家根据前期了解的有三个厂家：重庆重锅锅炉有限公司、杭州特富锅炉有限 公司、上海德洲科技发展有限公司和南京新丰工业锅炉有限公司。杭州特富锅炉和上海德洲科技以前是合作单位，后由于各种原因分家，特 富本身就是做锅炉的，德洲没有制作锅炉的条件，都是经营进口燃烧器；南京 新丰工业锅炉有限公司是中韩合资企业，燃烧器主要是进口的，锅炉本体自 产；重庆重锅氢气锅炉室经过燃气锅炉改造而来的，这从他们的供货范围也可 以看的出来。以前氯碱企业使用最多是立式底烧单回程的 10t/h氢气锅炉，以浙江特富生 产的居多，这类锅炉的安全性比较高，基本不会出任何安全问题，但这种锅炉 又高又大。现在已经发展成第四代技术，由燃烧器和炉窑系统、氢气输送和氢 气收集处理系统、仪表控制系统和炉窑系统组成，逐步开始有卧式锅炉。四家单位最初报价分别如下：杭州特富锅炉氢气锅炉分项报价10吨（2015年前报价）序号主要部件型号及规 格制造商单价数量（台/套）小计备注说明 或参数一主机部分1锅炉本体浙江特富18800002预热器浙江特富13400012000带控制:3分汽缸浙江特富15004小计926000二辅机1燃烧器特富专配1680000氢气炉专 配2钢架平台扶梯2300003一次仪表阀门600004电器控制柜和仪表控 制系统特富专配1460000特富专配56鼓风机风力嘉142000防暴电机取样器专配230007锅炉给水泵恩达泵业224000防暴电机8除氧器江苏华宇专配162000除氧控制柜180009除氧水泵恩达泵业专配专配专配29000防暴电机10全自动水处理180000双罐流量11连续排污扩容器荣达11200012鼓风烟道6米1200013烟囱8米22000DN800小计1704000三设备运输就位146000卸货就位四安装部分1电气仪表、安装材 料、电线及锅炉至电 控柜的电缆特富专业 锅炉安装 公司1500000交钥匙工 程（包括办 证费用交 特检院的 费用）2锅炉管道、锅炉保温 材料、防腐3安装、调试、代办办 证、培训五总计3176000上海德洲科技发展有限公司（2015年前报价）序号项目名称数量总价产地/品牌1总价含燃氢蒸汽锅炉炉体（6t/h , 1.25mPa）、 锅炉一次仪表阀门、特种燃氢燃烧器（原装进口分体型）、控 制系统（PLC+PC 、人员流转、现场施工指导、开车调试、操作培训等不包含辅机设备1套1,520,000.00上海德洲2运输费1台代办托运德洲水国3氢气收集、管道敷设、系统安装及 施工材料、鼓风机、除氧器等辅机1套约 300,000.00用户自理合计：约RMB 1,820,000.00 （大写人民币：壹佰捌拾贰力圆整）重庆重锅锅炉有限公司2016年3月6吨氢气锅炉报价序号主要部件型号及规格制造商单价数量（台/套）小计备注说明或参数一主机部分1锅炉本体SZS6-1.25-Q 氢重锅公司76176含燃烧室，平台扶 梯,泄压门2节能器JNQ6-QW重锅公司5.015.03冷凝器LNQ6 QW重锅公司8.618.64分汽缸FG（）600 X 2350 X 12重锅公司1.311.3含分汽缸阀门5锅炉消音器重锅公司0.710.76小计大写：玖拾壹万陆仟元整91.6二辅机1天然气/氢气两用 燃烧器6t/h配套重锅配套56.0156.02电器控制柜和仪 表控制系统6t/h配套重锅配套28.028.0含变频控制3鼓风机6t/h配套重锅配套2.312.3含变频4引风机6t/h配套重锅配套2.812.8含变频5仪表阀门箱6t/h配套重锅配套4.614.66取样器6t/h配套重锅公司0.120.2炉水蒸汽各1只7锅炉给水泵6t/h配套南方泵业1.222.48热水循环泵6t/h配套南方泵业0.4520.99电源动力柜6t/h配套重锅配套4.014.0含变频控制10水封箱及附件6t/h配套重锅配套1.0011.0011鼓风烟道6t/h配套重锅公司0.8010.8012引风烟道6t/h配套重锅公司0.910.9013烟囱15m重锅公司2.012.0014氢气缓冲罐1立方重锅公司2.812.815定期排污扩容器随机配套重锅公司1.811.816脱盐水箱10立方重锅公司2.212.217汽、水管道随机配套重锅公司3.113.118小计大写：壹佰壹拾伍万捌仟元整。115.8三设备运输含下车就位费4.214.2四锅炉房设计10五安装部分1电气仪表、安装 材料、电线及锅 炉至电控柜的电 缆1、整个锅炉系统 用电负荷容量为75KW。重锅配套15115供方所供设备之 间连接的电缆由 供方承担，系统 外的电源电缆、 现场桥架由买方 提供2安装、调试、办 证、培训费六工程总包共计人民币大写：贰佰叁陆万陆仟元整236.6南京新丰工业锅炉有限公司2016年3月6吨氢气锅炉报价燃氢锅炉供货报价分析：(1)上海德洲科技和杭州特富锅炉报价为前期(2015年前)调研报价，可比性较差，2016年找这两家单位报价时，未予回复。(2)重庆重锅锅炉有限公司和南京新丰工业锅炉有限公司的报价为2016年3月份所报，但不含水处理系统和氢气处理系统费用。(3)四家单位均不含土建费用，土建内容包括基础、操作控制室。(4)预计总费用约585万元5. 3立式锅炉和卧式锅炉比较比较如下表：序 号项目卧式立式比较卧式立式1锅炉 结构 组成上下二个锅 筒纵置式单锅筒对流循环好，汽室大， 蒸汽含水量小，液位波 动平稳、容易控制，热 交换回布置合理对流循环差，汽室小，蒸汽含 水量大，液位波动很大、难控 制，热交换回布置无法合理两回程单回程烟气流程长，热损小， 热效率高，90%92%烟气滞留时间短，热损大，热 效率低， 85%水管式火管蒸汽出汽快，78分钟就可以出汽，使用寿 命20年，检修成本低， 检修简单，局部更换就 可15分钟才出蒸汽，使用寿命 1012年，检修困难、成本 高，应力不均匀，必须整体更 换燃烧器侧装燃烧器底装安装位置便于观察，便 于安装维修和保养，不 会由于炉膛内异物掉落安装、维修和保养难，操作不 便，容易由于炉膛内异物掉落 往下影响正常燃烧序 号项目卧式立式比较卧式立式影响正常燃烧膜式壁结构上升管、下降 管、火管与底 部环形集箱热交换回布置合理，炉 内循环良好热交换面布置不合理，炉内循 环不良2炉膛 燃烧 室膜式壁全封 闭耐火混凝土浇 筑密封性好，充分吸收热 量，保温性能好，火焰 充满度好，锅炉受热均 匀，NOx排放易设计控 制，一般为 100 ppm以 下（50 ppm以下需特别 设计），锅炉效率高容易烟气泄漏，必须现场浇 筑，对现场施工质量要求高， 有热量损失，保温性能差，需 要现场较复杂工艺的烘炉操作 才能使用，火焰充满度差，锅 炉受热不均匀，锅筒底部管板 容易过热变形，NOx排放设计 控制难度很大，排放量大，大于 100Ppm3制造 成本有/抗风抗地震 要求制造成本低比卧式高60%4安装整机出厂，现场无需拼 装分几段出厂，必须现场施工 拼装工作量小，方便，安装 周期短，费用低同心度要求高，难度很大，工 作量大，安装周期长，费用 高，比卧式大100%5运输结构紧凑 体积小，重 量轻，整机 安装在底部 支架上，整 体运输与卧式相反方便运输和安全，费用 低需要几段运输，超长，不方便 和不安全，费用高6安装 基础炉体重量由 4根工字钢 呈“井”字 横卧地面， 承受无需特别处理炉体重量由4 根钢筋混泥土 立柱支撑，应 力非常集中， 必须严格的预埋打桩和地面接触面大，基础 要求低，只需要考虑地 面的承载和平整度就 可，简单，成本低对基础的抗震、抗风、垂直度要求高，设备重量全部在 4根 基桩上，承载要求很高，复 杂，成本高7排烟 温度150 c 160 c240 c 250 c热损小热损高8结论卧式锅炉与立式锅炉相比较，在制造成本、热效率、安装成本、施工、操作运行和管理等各个方面后绝对优势，卧式锅炉已成为燃氢蒸汽锅炉的换代产品，替代老式的立式结 构。通过上面的对比，氯碱采用卧式锅炉比较适合。6、原辅料、选址和人员6. 1原辅料供应本项目使用的主要原料电解氢气，三台电解槽运行时最大剩余量 1365.95Nm3/h,用管道进行输送。原料、产品动力能源消耗平衡厅P原料数量来源用途1氢气1365.95Nm3/ h自产燃料2生产水6.5 吨/h厂内管网锅炉用水3蒸汽(0.5-0.8MPa)4.9 吨/h给厂内供汽4电75kw/h提用M5氮气少量厂内管网置换6液化气少量外购点火7压缩空气少量厂内管网吹扫8仪表空气少量厂内管网控制6. 2动力供应用电设备主要为给水泵和助燃风机，采用欣宇现有供电系统，用电负荷最大 75kw/h。锅炉用水量6.5m3/h ,所需水压为0.45Mpa,欣宇供水系统能满足要求。7. 3选址和消防根据其他厂的建设，燃氢锅炉占地 25mx 15m氯碱车间锅炉工序外废料场比较适合建设燃氢锅炉，远离生产区，初步定 在锅炉工序外废料场。氢气属于易爆，应配备氢气报警仪，消火栓数量为 2个，厂房按防火规范设 计和施工。8. 4定员不需要单独设立班组，挂靠氯碱车间蒸发班。由于自动化程度高，设操作 人员每班1人，共4人，能满足倒班要求。7.项目施工方案9. 1建设手续10. 境审批中华人民共和国环境影响评价法：锅炉房项目必须先进行环评环评内容包括：（1）选址的环境合理性分析；（2）生产工艺流程分析；（3） 主要污染物及达标排放分析；（4）环境保护措施；（5）总量控制指标；（6） 选址要求不能对环境敏感区产生影响，总量控制指标符合要求，环保措施的有 效性分析。符合包含以上内容的环评批复文件（环评报告书、表、登记表）后，锅炉房 才能开工建设，在投产运行前还需要进行环境保护验收。11. 防审批虽然整个厂区的消防审批，在氯碱建设时，已通过市消防的验收（市 2007116号），但是，该新建燃氢锅炉是否需要审批还需要咨询消防大队。 3、安全审批据前期咨询该项目需要进行安全评价。7. 2项目施工组织燃氢锅炉项目建设周期拟分四个阶段，即前期准备、设计阶段、施工安装 和试车阶段。1、前期准备主要是论证建设具备的条件和投资渠道。2、选择供货方和设计院，出具设计图纸，落实建设手续。3、施工安装阶段安装关键是外管线的制作和安装，因为氢气管道安装影响现在的生产，为 了不影响生产，建议分阶段分时段进行，分阶段是先制作外管廊架上管道，分 时段是关键点如氢气水封和氢压机管线需停车后才能施工。锅炉本体建设卧式锅炉只需一个月就可安装完成，土建一个月。因此，施工安装阶段是制订氢气管线和氢压机的安装，需要生产部制订详细的施工组织方案。4、员工培训可以和安装同步进行，制订试车方案后实施。7. 3项目施工进度前期准备和设计院出设计图需要 40天，材料采购需要15天，正式安装需要 60天,试车5天。8、投资估算及资金筹措8. 1投资估算项目投资估算表在舁 厅P名称数量总价(万元)备注1氢气锅炉系统1340规格6T/t1.1锅炉主体1.2燃烧器1.3水处理系统1.4控制系统1.5给水泵1.6辅助风机1.7仪表2氢压机240氢气系统改造3管道和安装904外电缆等105安全设施56土建307钢构厂房508设计20合计585万8. 2投资说明(1)管道和管件折算，DN30%要120米，DN20M要220米，约80万，施工10万。(2)燃氢锅炉系统340万估算，包含所有。(3) 土建包含场平，设备基础和操作室。(4)设计费用20万。9.效益分析9.1 生产单耗生产消耗在舁 厅P用料耗量单价元总价元备注1氢气1115Nm3/h自产2用水3.87 吨/h2.1520136400小时3蒸汽3.87 吨/h4电75kw/h0.542592006400小时5氮气30m395028500一年开停车6液化气30瓶1103300一年开停车7压缩空气8仪表空气9合计(元/年)3430139.2生产成本估计按照生产蒸汽3.87吨/h ,年生产成本估计生产成本估计在舁 厅P名称指标名称单位单耗总价万元一设备投资585二生产成本34.3二制造费用1人工和福利5202维修投资的3%17.553折旧10年折旧58.5小计96.05四 五 六管理费用 财务费用 销售及其他 合计130.359.3 经济效益分析(1)收入：按照产蒸汽3.87吨/h,蒸汽费135元/吨，时间6400小时计算:6400X 3.87=24768 吨，24768X 13510000=334.368 万元。(2)根据成本估算表年生产成本为130.35万元(含运行成本、维护费用、 折旧、工资福利等)。(3)年节约蒸汽成本为：334.368-130.35=204.018 万元。(4)投资回收期：585+204.018=2.87 (年)=3 (年)9.4 、社会效益：生产过程绿色环保，无三废排放，属于国家推广项目。10、结论综上所述，本项目具有较好的建设条件，建议予以批准建设。