2023年氢气锅炉可行性研究.docx
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1、钢城集团科研工程可行性争论报告编号:工程名称: 工程单位: 合作单位: 编制时间:氢气锅炉可行性争论报告攀枝花钢企欣宇化工/ 2023 年 11 月目录1、总论11.1 概述11.2 工程提出的背景12、蒸汽使用现状12.1 蒸汽装置状况12.2 蒸汽需求状况23、燃氢锅炉规模33.1 氢气量计算33.2 燃氢锅炉规模44、建设燃气锅炉技术条件分析54.1 氢气管道核算54.2 氢气洗涤塔核算64.3 氢气压缩机组64.4 锅炉水处理64.5 氯碱氢气系统掌握74.6 其他公辅条件746 建设条件分析结论75、燃氢锅炉系统85.1 燃氢锅炉系统85.2 燃氢锅炉生产厂家105.3 立式锅炉和卧
2、式锅炉比较146、原辅料、选址和人员166.1 原辅料供给166.2 动力供给166.3 选址和消防1664 定员177. 工程施工方案177.1 建设手续177.2 工程施工组织178、投资估算及资金筹措188.1 投资估算188.2 投资说明189. 财务分析199.1 生产本钱错误!未定义书签。9.2 效益分析错误!未定义书签。10、结论20I氢气锅炉可行性争论报告 1、总论1.1 概述工程名称:氢气锅炉可行性争论报告工程单位:攀枝花钢企欣宇化工建设地点:欣宇化工氯碱车间工程投资:585 万元营业利润:334 万元碱 4 万/年1.2 工程提出的背景欣宇化工烧碱生产过程中,除局部氢气用于
3、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,则有 100.14kg/h(1125.21 Nm3/h) 的氢气排空,铺张的氢气量约占 65%。氢气是一种极为优越的能源,燃烧热值高,每千克热值为143103KJ,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抱负的选择。从 2023 年上海氯碱化工在国内首创氢气锅炉来,局部氯碱厂也先后跟进并成功运用,到2023 年,国内已有30 多家氯碱厂
4、用氢气锅炉,技术和安全上均到达国际水平。氯碱企业广泛运用氢气锅炉的条件已经成熟。欣宇从 2023 年开头进展氢气锅炉的调研,分别跟重庆重锅锅炉、杭州特富锅炉、上海德洲科技进展和南京丰工业锅炉进展过技术询问,对氯碱运行燃氢锅炉条件进展论证,做了一些根底工作。2、蒸汽使用现状2.1 蒸汽装置状况最初,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本钱较高。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,2023 年检测不合格,被市有关部门制止使用。东力化工目前生产负荷低,断断续续开启,牢靠性得不到保证,常常
5、在欣宇运行时而无蒸汽供给。氯碱建有 2 台 1 吨小锅炉,在停汽时使用,由于环保因素承受无烟煤,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。72.2 蒸汽需求状况1、蒸汽总体用量状况氯碱蒸汽主要用点为:蒸发岗位蒸发 42%和 48%碱,电解岗位保证盐水温度E150、E153 和氯酸盐分解,盐水岗位保证化盐温度E101 和配置麸皮用,液氯岗位处理钢瓶和汽扮装置,系统开车用,洗澡和蒸饭。必需保证的是盐水温度 E150、E153 和 E101。统计近几年的蒸汽用量如下:2023 年2023 年2023 年2023月份耗汽量月耗汽量(吨)月份耗汽量(吨)
6、月份耗汽量(吨)(吨)份127701228312493126642367723430.622107229733292931979319793224944002423664299842694532505257551880526146284862505617886237073246717997198172639837588151481828822339285791692917949233110239710187310169010245211731111990111789111635129011224731241112200合计33366-26479-22738-27054价格万450.44-357
7、.47-306.96-碱产量2628822568.8723854.952、蒸汽使用安排状况2023-2023 年碱产量及蒸汽分布为:工程30%42%48%总蒸汽蒸发用其它20236-12 月1326633%1059934%979136%182201451580%370520%20232971835%1849931%1782034%333662592978%743722%20235730071%1052018%554211%264791101442%1546558%上表中,蒸发蒸碱耗蒸汽量计算过程如下:1 吨折百 42%碱需蒸发水量为:1/0.30-1/0.42=0.9523 吨1 吨折百 48
8、%碱需蒸发水量为: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%碱需蒸汽量为:0.95230.65=0.6190 吨即 1 吨折百 48%碱需蒸汽量为:1.250.65=0.8125 吨2023 年蒸发用蒸汽量:105990.6190+97910.8125=14515 吨, 占 80%2023 年蒸发用蒸汽量:184990.6190+178200.8125=25929 吨,占 78%2023 年蒸发用蒸汽量:105200.6190+55420.8125=11014 吨,占 42%3、蒸汽需求分析依据上面分析,全年蒸
9、汽耗量在 3 万吨左右,依据目前外购蒸汽价格 135 元/吨,2023 年是 450 万,2023 年 357 万,2023 年 306 万元。2023 年因碱产量削减,42%和 48%碱少,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 2023 年开氯酸盐分解时间增加。其他蒸汽耗量依据前 2 年比重扣除后,多耗蒸汽量假设依据 30%计算,约 26479 30%135=107 万。当开三台电解槽时,蒸发岗位蒸 48%碱用蒸汽 4.98 吨/小时,蒸 42%碱用蒸汽 3.79 吨/小时。3、燃氢锅
10、炉规模3.1 氢气量计算1. 电解槽每天产碱量效率 92%,吨(1) 一台电流 12.2KA: 1.49212212.20.9224/1000=49.033 吨折百碱(2) 两台电流 12.2 KA: 49.0332=98.066 吨折百碱(3) 三台电流 12.2KA 49.0333=147.099 吨折百碱2. 电解槽每天产氢气Kg2NaCl + 2HO = 2NaOH + H2280: 2+ Cl2一台:49.033/401000=1225.825Kg/天=51.08Kg/h 两台:98.066/401000=2451.65Kg=102.15Kg/h三台:147.099/401000=3
11、677.475 Kg=153.23Kg/h3. 盐酸合成炉每天消耗氢量(1) 年产盐酸按 3 万吨考虑, 3000010000.3136.5330=772.105Kg/天=32.17Kg/h(2) 年产盐酸按 5 万吨考虑年产盐酸 5 万吨时:5000010000.3136.5330=1286.84Kg/天=53.62 Kg/h4. 剩余氢气量开一台电解槽时:1225.825-772.105=453.72Kg/天每小时:18.91Kg/h开两台电解槽时:2451.65- 772.105=1679.545Kg/天每小时:69.98Kg/h2451.65-1286.84=1164.81 Kg/天每
12、小时:48.53Kg/h开三台电解槽时:3677.475-772.105=2905.37 Kg/天每小时:121.96Kg/h 3677.475-1286.84=2390.635Kg/天每小时:99.61Kg/h5. 剩余氢气标况流量 Nm3/h1 摩尔氢气,体积 22.4L,质量 2g,1000 摩尔氢气,体积 22.4m3,质量 2Kg 也就是说 2Kg 氢气在 0,101Kpa 下,体积 22.4m3剩余氢气标况流量 Nm3/h:开一台电解槽:18.905/222.4=211.74Nm3/h即:0211.74 Nm3/h开两台电解槽:48.534/222.4=543.58 Nm3/h69
13、.981/222.4=783.79 Nm3/h 即:543.58783.79 Nm3/h开三台电解槽:99.61/222.4=1115.63 Nm3/h121.96/222.4=1365.95 Nm3/h 即:1115.631365.95 Nm3/h汇总如下表:分项产氢气盐酸消耗量剩余氢气量可产蒸汽Kg/hKg/hKg/hNm3/小时吨/h一台电解槽51.0832.1751.08018.910211.74两台电解槽三台电解槽102.15153.2332.1753.6232.1753.6248.5369.9899.61121.96543.58783.791115.631365.951.942.8
14、3.984.883.2 燃氢锅炉规模1. 依据热值计算氢气热值 143kJ/g,即 143000 kJ/ Kg,1.0Mpa 蒸汽热焓 2777.67kJ/Kg, 剩余氢气量最大 121.96 Kg/h,锅炉热效率依据 75%计算,每小时可产蒸汽量为: 121.9614300075%/2777.67=47019Kg=4.7 吨2. 厂家供给资料依据厂家供给资料,280 Nm3/h 产蒸汽 1 吨, 每小时可产蒸汽量为:1365.95/280=4.88 吨3. 燃氢锅炉规模依据计算,最大可产蒸汽 4.88 吨/小时,选择 6T/h 的锅炉。4. 可产蒸汽费用计算产蒸汽费用计算不承受 8000 小
15、时,也不承受最大负荷计算,而是依据氯碱实际生产负荷计算,这样计算结果符合目前生产实际。按年打算产量 40000 吨折百碱考虑,依据目前三台电解槽规模,生产时间为6400 小时,产蒸汽 3.984.88 吨/小时。64003.98=25472 吨,64004.88=31232 吨2547213510000=343.872 万元, 3123213510000=421.632 万元故年可节约蒸汽费用 343.872421.632 万元。4、建设燃气锅炉技术条件分析4.1 氢气管道核算依据GB50177-2023 氢气站设计标准碳素钢管中氢气最大流速规定为:设计压力 Mpa3.0 1.0-3.01.0
16、最大流速m/s2515依据压力降确定备注一般取 8-12 m/s。依据上面计算三台电解槽产氢气量 153.23 Kg/小时,即 1716.176 Nm3/h,0.4767 Nm3/S,电解水封后氢气到洗涤塔,温度 85,6Kpa,工况流量: 1010.4767(273+85)/(273107)=0.59 m3/S管道 DN150,流速 33.40 m/S, 管道 DN200,流速 18.79 m/S, 管道 DN250,流速 12.03 m/S, 管道 DN300,流速 8.35 m/S,所以依据上面计算,可知原氢气总管到氢气洗涤塔前DN150 不适合,应选用DN250 以上的管道,目前该管道
17、已改成了 DN300。经洗涤塔冷却除水除杂后,温度 45,6Kpa,工况流量: 1010.4767(273+45)/(273107)=0.5241 m3/S管道 DN150,流速 33.40 m/S, 管道 DN200,流速 18.79 m/S, 管道 DN250,流速 10.68m/S所以依据上面计算,可知氢气洗涤塔到氢气压缩机入口DN350 适合,但氢气压缩机入口 DN150 不适合,承受 DN250。氢气压缩后,温度 45,100Kpa,工况流量: 1010.4767(273+45)/(273201)=0.279m3/S管道 DN125,流速 22.75 m/S, 管道 DN150,流速
18、 15.8 m/S, 管道 DN200,流速 8.89m/S,所以依据上面计算,可知氢气压缩机出口 DN100 不适合,应承受 DN200。氢气压缩后,氢气安排台至锅炉,最大流量为 1365.95 Nm3/h,即 0.3794 Nm3/S,温度 45,100Kpa,工况流量:1010.3794(273+45)/(273201)=0.222m3/S管道 DN125,流速 18.1 m/S, 管道 DN150,流速 12.57 m/S,所以依据上面计算,可知原电解至氯氢处理的氢气主管DN150,可以作为氢气安排台至燃氢锅炉的返氢管道。4.2 氢气洗涤塔核算依据氢气锅炉要求,为确保氢气燃烧稳定,氢气
19、压力应为 0.05-0.20 MPa, 质量分数必需到达92%。氢气工况流量 0.59 m3/S。氢气洗涤塔进口 DN400现在是变径 DN150400,过小,应恢复原进口管道直径,出口 DN350,接口适合。氢气洗涤塔直径1600,填料高度 2500,两层,承受50PP 十字球环,洗涤循环液 DN125,泵流量 Q70m3/h,换热器面积 F17.1 m2。计算洗涤过程简单,但我们可以通过氯气洗涤塔进展比照: 氯气工况流量1010.56942(273+85)/(273100)=0.7542m3/S氯气洗涤塔1800,填料高度 2500,两层,承受51CPVC 花环;洗涤循环液 DN150,泵
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