淺談電爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的余熱利用問題

孫紹明

天津鋼管集團(tuán)股份有限公司

淺談電爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的余熱利用問題

孫紹明

天津鋼管集團(tuán)股份有限公司

本文對電爐循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)進(jìn)行了概述，同時結(jié)合某鋼廠的電爐循環(huán)水余熱回收改造工程的實際案例來探究了電爐余熱回收的方法，希望為相關(guān)專業(yè)的同仁提供一些參考借鑒。

前言

目前我國對電爐煙氣余熱回收的研究成果和工程應(yīng)用較豐富，而對電爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)余熱利用的研究和應(yīng)用較少。國內(nèi)已有鋼鐵廠引進(jìn)了相關(guān)電爐循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)，從當(dāng)前來看，該系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1　電爐循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)概述

高功率和超高功率電爐爐體分為上下兩段，下部外殼為鋼板制作，內(nèi)砌耐火材料，上部為管式水冷爐壁，爐蓋也是管式水冷。電爐排出煙氣溫度達(dá)1200～1400 ℃，因此爐頂彎管也要設(shè)水冷夾套冷卻。電爐燃燒室應(yīng)保證室內(nèi)有恒定的最低煙氣溫度要求，以燒除煙氣中的有害氣體。

考慮到電爐循環(huán)水溫度太高將直接加劇設(shè)備的結(jié)垢，影響設(shè)備的冷卻效果，為了延長設(shè)備的大修周期，冷卻用水采用除鹽水，既可保證冷卻效果， 又不會導(dǎo)致結(jié)垢。某鋼廠根據(jù)設(shè)備用水要求和當(dāng)?shù)厮垂┧畻l件選擇了除鹽水閉路循環(huán)水系統(tǒng)。該鋼廠超高功率電爐循環(huán)冷卻水余熱回收系統(tǒng)見圖1。

圖1　某鋼廠超高功率電爐循環(huán)冷卻水余熱回收系統(tǒng)流程示意圖

該閉路循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要供給電爐爐蓋、電爐爐頂水冷彎管、電爐水冷爐壁、燃燒室和LF 爐爐蓋等設(shè)備的冷卻水，設(shè)計供水量2200 m3/h，水壓0.7MPa，進(jìn)口水溫65 ℃，出口水溫80 ℃。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件冷卻設(shè)備選用干式空氣冷卻器。非采暖期用戶回水經(jīng)空冷器冷卻后通過冷卻水循環(huán)泵加壓送往用戶循環(huán)使用，循環(huán)水泵入口壓力定為0.15 MPa，水溫65 ℃。由于是閉路循環(huán)，該循環(huán)水未受污染，設(shè)計平均補水量約3.3 m3/h（按0.15%）。采暖期用戶的部分回水經(jīng)板式換熱器與采暖回水（≤55 ℃）換熱后與剩余部分回水共同進(jìn)入空冷器，然后通過冷卻水循環(huán)泵加壓送往用戶循環(huán)使用。為保障電爐各冷卻設(shè)備的安全，該系統(tǒng)設(shè)有一臺柴油動力泵，可自動啟動，流量800 m3/h，壓力0.4 MPa，可連續(xù)運行2 h。

采暖循環(huán)水系統(tǒng)回水溫度55 ℃，熱回收循環(huán)水泵入口壓力定位0.15 MPa，出口壓力0.65 MPa，經(jīng)過板換與電爐循環(huán)水換熱后送給采暖用戶，冷卻后的采暖回水經(jīng)過熱回收循環(huán)水泵加壓后送入板式換熱器循環(huán)使用，考慮電爐檢修、極端氣候等因素，設(shè)置了汽水換熱器，作為系統(tǒng)補熱或者備用熱源。

3　某鋼廠電爐循環(huán)水余熱回收改造工程實例分析

某鋼鐵廠配套2 臺同等規(guī)模電爐，1# 電爐和2#電爐，1# 電爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)未設(shè)計余熱回收系統(tǒng)，2# 電爐配套了相關(guān)循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)，但由于間斷性生產(chǎn)等原因，連續(xù)多年采用蒸汽作為熱源進(jìn)行汽水換熱，本工程擬將1# 電爐循環(huán)水接入2# 電爐配套余熱回收系統(tǒng)，實現(xiàn)余熱供暖，不僅可以節(jié)約蒸汽還能降低換熱站運行成本。

兩臺電爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)基本一樣，改造內(nèi)容比較少，只需將進(jìn)空冷器的回水管道上加一臺DN600 電動調(diào)節(jié)閥，閥前接一DN500管道至2# 電爐熱回收系統(tǒng)板換入口總管，板換出口總管接回至DN600 電動調(diào)節(jié)閥閥后。經(jīng)過熱負(fù)荷計算，增加了部分熱用戶，該部分熱用戶目前由是汽水換熱站供給，每個換熱站都配套3 臺循環(huán)水泵，單臺水泵流量200 m3/h，揚程32 mH2O，軸功率約22 kW，電機(jī)功率30 kW，2 用1 備。本工程在保留原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，增加了等徑的循環(huán)水泵旁通管和汽水換熱器旁通管，可以根據(jù)實際情況靈活調(diào)節(jié)。

電爐循環(huán)冷卻水原設(shè)計供回水溫度為65/80℃，根據(jù)以往運行經(jīng)驗，冬季實際供回水溫度為56/60 ℃，熱回收系統(tǒng)所供現(xiàn)有用戶熱負(fù)荷1.63 MW，擬增加現(xiàn)有2 個汽水換熱站的熱負(fù)荷3.16 MW，合計4.8 MW。熱回收系統(tǒng)設(shè)計定為6 ℃溫差（58/52℃）運行，新增加的熱用戶離熱回收系統(tǒng)較遠(yuǎn)，單程距離約1.6 km，管道選DN400 焊接鋼管，熱回收水泵1 臺運行，其余備用，板式換熱器2 臺運行，1 臺備用。經(jīng)過計算現(xiàn)有熱回收循環(huán)水泵揚程能滿足改造后的管網(wǎng)運行要求，現(xiàn)有汽水換熱站內(nèi)設(shè)備仍留做備用。

改造完成后系統(tǒng)運行效果較好，電爐循環(huán)冷卻水實際供/回水溫度為57/65 ℃，流量約1800 m3/h，電動調(diào)節(jié)閥開度約40%時，進(jìn)板式換熱器的流量約為560 m3/h，供/回水壓力0.72/0.6 MPa。熱回收系統(tǒng)新增用戶端實際供/回水溫度為54/48 ℃，供水流量約600 m3/h，供/回水壓力0.56/0.16 MPa。熱回收系統(tǒng)現(xiàn)有用戶未設(shè)置流量計等測量設(shè)施，相關(guān)數(shù)據(jù)無法獲得，現(xiàn)有用戶離熱回收系統(tǒng)較近，室內(nèi)溫度基本能滿足要求。

該項目僅使用了1 臺電爐循環(huán)水總量的1/3，即可在每個采暖季節(jié)約蒸汽約20000 t，兩個汽水換熱站內(nèi)循環(huán)水泵節(jié)約電能345600 kWh。蒸汽單價按120 元/t，節(jié)約的蒸汽約237 萬元，電價按0.6 元/ kWh，節(jié)約的電能約15 萬元，此外檢修成本也能適當(dāng)降低，還能減少運行人員數(shù)量。該廠有2 臺電爐，如果都配套建設(shè)余熱回收系統(tǒng)，更大限度的回收電爐循環(huán)水中的余熱，降本增效成果將更加顯著。

4　結(jié)論分析

（1）電爐循環(huán)冷卻水余熱回收系統(tǒng)運行情況表明，各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，保障了電爐煉鋼安全生產(chǎn)。

（2）電爐循環(huán)冷卻水余熱回收系統(tǒng)將循環(huán)冷卻水的顯熱充分回收，變廢為寶，使之轉(zhuǎn)化為可以利用的熱量，節(jié)省了大量蒸汽，從而降低了電爐煉鋼運行成本和企業(yè)的生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（3）電爐循環(huán)冷卻水余熱回收系統(tǒng)的成功應(yīng)用，具有較高的社會效益，是我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的重大突破。

5　結(jié)束語

綜上所述，在鋼鐵工業(yè)回收余熱余能時，根據(jù)余熱熱源的特點和用戶對熱量品質(zhì)的要求，在供需之間做到能級匹配、溫度對口和梯級利用，在滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)的要求下，最大限度的回收余熱余能是目前我國鋼鐵企業(yè)的主要發(fā)展方向。

［1］楊琦.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的余熱利用探討［J］.給水排水，2009，02:80-82.

［2］李楊.煉鋼煙氣余熱資源的回收及利用［D］.東北大學(xué) ，2009.

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