余熱回收用于供暖的水系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

朱 佩 璋

(山西太鋼工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030009)

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余熱回收用于供暖的水系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

朱 佩 璋

(山西太鋼工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030009)

結(jié)合工程實(shí)例，介紹了工業(yè)余熱回收后與現(xiàn)有集中供熱系統(tǒng)并網(wǎng)供熱、滿足供熱區(qū)域擴(kuò)容的水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并針對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，提出了解決策略，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)。

余熱回收，集中供熱，水系統(tǒng)，節(jié)能減排

1 工程概況

太原市北沙河區(qū)域緊靠太原鋼鐵集團(tuán)有限公司，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有約600×104m2建筑為太鋼高爐沖渣水余熱集中供熱，由于太原市城市建設(shè)快速發(fā)展，隨著北中環(huán)道路的建成通車，附近區(qū)域相當(dāng)多的用戶集中供熱需求增長(zhǎng)迅速，但由于沖渣水余熱能力限制，供熱需求不能得到滿足，用戶多采用自建小鍋爐房和小煤爐自行供熱，致使能源浪費(fèi)、環(huán)境污染嚴(yán)重，這不但影響了太原市的城市形象，也在一定程度上阻礙了其經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。針對(duì)這一情況，太原市政府于2015年1月對(duì)太鋼提出集中供熱擴(kuò)網(wǎng)任務(wù)。

根據(jù)市政府的這一要求，同時(shí)也出于“增熱不增污”的目的，我們對(duì)太鋼公司內(nèi)部各冶金工序進(jìn)行了調(diào)研，最終決定對(duì)焦化干熄焦(CDQ)空冷島乏汽冷卻和三燒機(jī)頭脫硫脫硝后部煙道進(jìn)行改造，回收此兩處余熱進(jìn)行供熱，增加集中供熱面積，減少小鍋爐小煤爐的使用，降低能耗，提高環(huán)保水平。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)調(diào)研，太鋼焦化干熄焦(CDQ)配套1臺(tái)50 MW高溫、高壓、單缸、抽汽空冷凝汽式汽輪機(jī)。冬季運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)排出大量約70 ℃的乏汽，通過一條DN3 000大直徑的排汽管道進(jìn)入空冷島使蒸汽得到冷凝，冷凝水通過凝結(jié)水管道系統(tǒng)自流到凝結(jié)水箱，經(jīng)處理后送回到鍋爐給水系統(tǒng)。經(jīng)計(jì)算，如在冬季采暖時(shí)通過用凝汽器替代空冷島，利用乏汽加熱采暖回水，能回收約58.4 MW的乏汽冷凝潛熱，同時(shí)節(jié)約空冷風(fēng)機(jī)耗電480 kW。

太鋼三燒450 m2燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣經(jīng)脫硫脫硝后煙氣溫度在130 ℃以上，幾乎不含有SO3，煙氣露點(diǎn)溫度較低，如在脫硫脫硝出口的DN6 400主管道上安裝煙氣—水換熱器進(jìn)行換熱，將煙氣溫度降低到約100 ℃后從煙囪排出，按60%設(shè)計(jì)工況計(jì)算，則約有11.09 MW的余熱可供回收，但因增加阻損，風(fēng)機(jī)耗電增加950 kW。

上述兩處含余熱工序，距離太鋼供北沙河區(qū)域的集中供熱管道較近。該供熱管道為利用太鋼公司5號(hào)高爐的沖渣水余熱進(jìn)行供熱，供熱面積原為160×104m2，設(shè)計(jì)采暖水循環(huán)量2 900 m3/h；供熱主管管徑DN1 200。納入新增余熱系統(tǒng)后，可滿足該供熱區(qū)域擴(kuò)容200×104m2后的供熱需求。

新增余熱系統(tǒng)中，CDQ的余熱量較大，但只能將水溫最高提升至約70 ℃；此溫度的余熱，只能用于采暖、洗浴等一般生活用熱，基本無其他用途，品位較低；三燒余熱量較小，溫度較高，為避免換熱器局部過冷凝露，三燒系統(tǒng)煙氣限制最低出口溫度，故要求進(jìn)入換熱器水溫應(yīng)在60 ℃以上，出口水溫最高可達(dá)100 ℃以上，除生活用熱外，尚可用于工藝加熱、制冷、發(fā)電等用途，品位相對(duì)較高。

根據(jù)上述余熱資源的特點(diǎn)及要求，新增余熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)為：將CDQ余熱用作新增系統(tǒng)主熱源，三燒余熱系統(tǒng)作為補(bǔ)熱熱源串聯(lián)在CDQ余熱熱源之后；新增余熱系統(tǒng)與原高爐沖渣水余熱系統(tǒng)并聯(lián)作為多熱源共同在采暖季向外供熱；同時(shí)保留三燒余熱系統(tǒng)在非采暖季作為其他用途熱源的可能性。

系統(tǒng)運(yùn)行流程為：采暖季系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，采暖回水先進(jìn)入CDQ余熱系統(tǒng)進(jìn)行吸熱升溫。采暖季初末期供熱負(fù)荷較小的時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)出水直接供往熱用戶，CDQ多余乏汽仍送至空冷島進(jìn)行冷卻；在極寒季負(fù)荷升高、超出CDQ余熱熱量后，系統(tǒng)出水將部分引至三燒區(qū)域進(jìn)行再加熱，再返回主循環(huán)系統(tǒng)與其余未再加熱部分混合，提高供水水溫以滿足負(fù)荷需求。非采暖季期間，由于CDQ余熱品位過低無法利用，只能仍送至原空冷島冷卻；三燒系統(tǒng)品位略高，可利用于低溫發(fā)電或熱水型制冷等系統(tǒng)，直至負(fù)荷需要時(shí)并入供熱網(wǎng)絡(luò)。

工藝流程示意圖見圖1。

具體實(shí)施方案為：

從DN1 200北沙河供熱主管道的回水管道上抽出一根DN1 000甩頭經(jīng)三燒區(qū)域送往CDQ，設(shè)計(jì)水量約為4 000 m3/h；在新建凝汽器與乏汽換熱升溫至68 ℃左右，向回敷設(shè)至三燒西側(cè)，此處新建一座總加壓泵站對(duì)CDQ出水進(jìn)行加壓，加壓前分流一部分約1 000 m3/h 水經(jīng)加壓泵送至三燒機(jī)頭煙氣余熱回收，在煙氣—水換熱器內(nèi)經(jīng)煙氣加熱升溫至約77.1 ℃后敷設(shè)回泵站，與另支主管道采暖水(水量2 900 m3/h)混合，總水溫約70 ℃，通過新建總加壓泵加壓后敷設(shè)至DN1 200總管接點(diǎn)處，與原高爐沖渣水余熱系統(tǒng)碰頭混合，混合后的總水量6 900 m3/h，共同送往市政接點(diǎn)供用戶使用。

在新建系統(tǒng)中，由于凝汽器與三燒煙氣換熱器尚存在增設(shè)并列余熱熱源的可能，因此新建系統(tǒng)主管線管徑均進(jìn)行預(yù)留擴(kuò)徑。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既符合兩處熱源各自的特點(diǎn)及不同要求，又能夠最大限度地回收余熱熱量，同時(shí)做到了根據(jù)需求能源的品位進(jìn)行合理配置，最大限度地回收余熱。

3 系統(tǒng)難點(diǎn)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在原有單熱源集中供熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了新的熱源與分支，各熱源之間同時(shí)存在著并、串聯(lián)情況，而各熱源設(shè)備的耐壓、所處標(biāo)高又各自不同，市政接點(diǎn)處對(duì)資用壓頭有嚴(yán)格要求，因此，調(diào)整好系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)壓力，在符合不超壓、不倒空情況下，又能符合市政接點(diǎn)處資用壓頭的要求，還能保證各路熱源系統(tǒng)水量滿足要求，是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

經(jīng)水力計(jì)算，舊有系統(tǒng)由總接點(diǎn)至沖渣水熱源分支總阻損為50.16 m；總接點(diǎn)至市政接點(diǎn)阻損4.3 m；外網(wǎng)要求市政接點(diǎn)處資用壓頭為30 m；定壓值為35 m；新系統(tǒng)在不考慮將來預(yù)留熱源的情況下，由總接點(diǎn)至CDQ熱源分支(不含三燒余熱系統(tǒng))總阻損為25.82 m。

舊采暖系統(tǒng)雖然水量較小，但建設(shè)較早，且總接點(diǎn)至熱源段總阻損較高，配置有定壓補(bǔ)水系統(tǒng)，故仍將其作為主循環(huán)系統(tǒng)，新余熱回收系統(tǒng)作為循環(huán)分支，設(shè)置加壓循環(huán)泵。

根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果，總接點(diǎn)處采暖供回水壓差值減去新系統(tǒng)總阻力損失即為新系統(tǒng)所需的加壓泵揚(yáng)程。因CDQ存在負(fù)荷變動(dòng)情況，故將總加壓泵流量適當(dāng)放大，選擇4臺(tái)流量Q=1 600m3/h、揚(yáng)程H=35 m的泵，三用一備，變頻運(yùn)行。

三燒余熱系統(tǒng)，在本次余熱回收系統(tǒng)中作為對(duì)吸收CDQ乏汽余熱后的采暖水中的一部分進(jìn)行二次加熱的補(bǔ)充熱源，回收設(shè)備位置處在40 m高度，原系統(tǒng)定壓不足，因此增設(shè)了一套加壓泵，對(duì)三燒余熱系統(tǒng)循環(huán)水進(jìn)行單獨(dú)加壓。同時(shí)在分支回水管上設(shè)置調(diào)壓裝置，以保證回水壓力與新系統(tǒng)主管道壓力匹配。根據(jù)計(jì)算，考慮未來并列熱源預(yù)留情況，選擇3臺(tái)流量Q=750 m3/h、揚(yáng)程H=30 m的加壓泵，兩用一備，變頻運(yùn)行。泵與調(diào)壓閥組連同除污器、總加壓泵等布置在新增循環(huán)泵房?jī)?nèi)。同時(shí)，由于三燒余熱系統(tǒng)受生產(chǎn)工況影響較大，需要頻繁調(diào)整通過余熱換熱器水量，故在換熱器處設(shè)置有采暖水流量調(diào)整裝置，通過流量監(jiān)測(cè)以及調(diào)整泵的運(yùn)行頻率、進(jìn)出口閥門與旁通閥的開度來控制水量，保證該分支水量與生產(chǎn)工藝匹配。

通過上述配置，能夠滿足新增系統(tǒng)各處的壓力要求，達(dá)到節(jié)能最大化，同時(shí)在重點(diǎn)部位水量控制，確保余熱回收的同時(shí)對(duì)工藝系統(tǒng)不產(chǎn)生大的影響，基本解決了系統(tǒng)的難點(diǎn)問題。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)于2015年實(shí)施，2015年—2016年采暖季投運(yùn)，兩個(gè)采暖季運(yùn)行良好。新系統(tǒng)供熱水溫71 ℃～72 ℃，滿足供熱溫度要求，總回收余熱量達(dá)到76 MW以上，滿足區(qū)域擴(kuò)容200×104m2后的供熱需求；本項(xiàng)目利用低品位的廢熱資源，變廢為寶，開發(fā)供熱新熱源，節(jié)約高品位熱能，為太原市集中供熱提供了有力支持，改善了周邊區(qū)域由舊有供熱燃煤小鍋爐帶來的能源浪費(fèi)和污染物排放現(xiàn)象，是一項(xiàng)典型的服務(wù)大眾造福社會(huì)、節(jié)能減排環(huán)保降碳工程。

On water system design for waste heat recycled in heat supply

Zhu Peizhang

(Shanxi Taiyuan Steel Engineering Co., Ltd, Taiyuan 030009, China)

Combining with the engineering examples, the paper introduces the design scheme for integrating the industrial waste heat recycling and the central heat-supply system and the water system meeting the heat supply region expansion, and points out the solution strategies according to the design difficulties of the system, so as to realize the aims of the energy-saving and emission reduction.

waste heat recycling, central heat, water system, energy-saving and emission reduction

1009-6825(2017)08-0130-02

2017-01-05

朱佩璋(1973- )，男，高級(jí)工程師

TU833

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