熔煉電爐冷卻水余熱利用的工程實(shí)踐

何雁，郈愛杰

（中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

熔煉電爐冷卻水余熱利用的工程實(shí)踐

何雁，郈愛杰

（中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

結(jié)合鑄造車間熔煉電爐冷卻水余熱利用的工程實(shí)例，對(duì)電爐冷卻水余熱利用進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。余熱利用系統(tǒng)充分回收電爐冷卻水的余熱，并將其用于建筑物冬季空調(diào)的熱媒制備和浴室淋浴的熱水制備。余熱利用系統(tǒng)投入使用后效果良好。

冷卻水；余熱回收；節(jié)能環(huán)保

0 概述

某公司新廠區(qū)擬新建鑄造車間、機(jī)加車間和軸瓦車間，要求新建各車間附樓的辦公室設(shè)置空調(diào)，新建各車間生產(chǎn)區(qū)的操作崗位空調(diào)送風(fēng)，并要求空調(diào)熱源盡量利用新建鑄造車間熔煉電爐冷卻水的余熱。

空調(diào)系統(tǒng)的冷源選用水冷螺桿式冷水機(jī)組。

空調(diào)系統(tǒng)的熱源按業(yè)主要求利用熔煉電爐冷卻水的余熱。新建鑄造車間內(nèi)共設(shè)計(jì)有4臺(tái)套熔煉電爐（8個(gè)爐體）。經(jīng)計(jì)算，新建三個(gè)車間的空調(diào)熱負(fù)荷與3臺(tái)套電爐（6個(gè)爐體）冷卻水的余熱量相近，用3臺(tái)套電爐冷卻水的余熱，制備新建車間冬季空調(diào)的熱媒。

用1臺(tái)套電爐（2個(gè)爐體）冷卻水的余熱，制備新建鑄造車間浴室淋浴的熱水，由給排水專業(yè)設(shè)計(jì)，這里不做詳細(xì)介紹。

以上熔煉電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)，建成并投入運(yùn)行了三個(gè)年度，經(jīng)了解，使用效果良好。

1 熔煉電爐冷卻水余熱的特點(diǎn)及利用的可能性

1.1 電爐冷卻水余熱的特點(diǎn)

鑄造生產(chǎn)線是連續(xù)流水作業(yè)的，處于流水生產(chǎn)線始端的熔煉電爐，也是連續(xù)工作的。熔煉電爐穩(wěn)定工作時(shí)，將產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的余熱，這個(gè)余熱由電爐冷卻水來接受和輸送，并通過電爐冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔排放到大氣環(huán)境中。

熔煉電爐冷卻水系統(tǒng)，由電爐供應(yīng)商配套設(shè)計(jì)施工，其所提供的電爐冷卻水出水溫度為55 ℃~60℃，若利用板式換熱器回收余熱，則二次側(cè)的熱水溫度最多為45 ℃~50 ℃，可見，其所回收的余熱是低位熱能。

1.2 電爐冷卻水余熱利用的可能性

熔煉電爐冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可提供穩(wěn)定的余熱，熱交換器二次側(cè)的出水溫度約45℃~50℃，因此，有可能將電爐冷卻水的余熱，用于冬季空調(diào)系統(tǒng)的熱媒制備和浴室淋浴的熱水制備?；厥盏挠酂崾堑臀粺崮?，將加大空調(diào)設(shè)備熱交換器面積，增加空調(diào)設(shè)備初投資，但新建建筑物冬季空調(diào)熱媒和浴室淋浴熱水，若采用電爐冷卻水的余熱制備，就不需要新建鍋爐房?？傮w權(quán)衡后，電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)，不僅初投資省，而且常年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低，是值得實(shí)施的較優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

2 熔煉電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

2.1 新建車間冷熱負(fù)荷

本項(xiàng)目新建建筑物冷負(fù)荷、熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果詳見下表1。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)冷源、熱源確定

2.2.1 冷源

夏季空調(diào)的冷源選用水冷螺桿式冷水機(jī)組，名義制冷量1 510 kW/臺(tái)，共2臺(tái)，這里不詳述。

表1 新建建筑物冷負(fù)荷、熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果匯總表

2.2.2 熱源

冬季空調(diào)的熱源利用熔煉電爐冷卻水的余熱，計(jì)算如下：

電爐冷卻水：冷卻水流量3×130 m3/h，溫度60℃-(53~52) ℃，溫度降7℃~8 ℃。

冬季空調(diào)熱水：熱水流量3×175 m3/h，溫度40℃-(45~46) ℃，溫度升5℃~6 ℃。

共選3臺(tái)套板式換熱器，每臺(tái)套板式換熱器對(duì)應(yīng)一個(gè)電爐冷卻水系統(tǒng)，換熱量計(jì)算如下：

一次側(cè)（失熱側(cè)）熱量：

130×1×（7~8）×1.163≈ 1 060～1 210 kW，平均1 135 kW。

二次側(cè)（得熱側(cè)）熱量：

175×1×（5~6）×1.163 ≈1 020～1 220 kW，平均1 120 kW。

冬季空調(diào)熱水的可供熱量為3×1 120=3 360 kW，與新建車間的冬季空調(diào)總熱負(fù)荷3 620 kW相近。

由以上計(jì)算可見，利用熔煉電爐冷卻水的余熱量，可基本滿足本項(xiàng)目新建車間冬季空調(diào)的用熱量。

2.3 余熱利用系統(tǒng)流程

熔煉電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)流程原理詳見下圖1。

2.4 余熱利用系統(tǒng)主要設(shè)備選擇

(1)制冷機(jī)：按計(jì)算冷負(fù)荷，選用水冷螺桿式冷水機(jī)組，制冷量1 510 kW/臺(tái),安裝功率263 kW/臺(tái)。共選用2臺(tái)，合計(jì)制冷量3 020 kW。

(2)冷凍水泵：根據(jù)冷水機(jī)組樣本冷凍水流量和管網(wǎng)計(jì)算阻力，選用立式離心水泵，流量280 m3/h，壓頭44 m，安裝功率55 kW。共選用3臺(tái)，2用1備。

(3)制冷系統(tǒng)冷卻泵和冷卻塔：由給排水專業(yè)設(shè)計(jì)，不詳述。

(4)板式換熱器：板式換熱器利用電爐冷卻水余熱制備冬季空調(diào)熱水。電爐冷卻水的溫度隨電爐運(yùn)行工況變化，參考已有熔煉電爐冷卻水的實(shí)測(cè)資料，電爐冷卻水進(jìn)出溫度為52 ℃~60 ℃。

圖1 熔煉電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)流程原理圖

板式換熱器一次側(cè)（高溫端，電爐冷卻水）：進(jìn)出溫度為60 ℃~52 ℃，水流量130 m3/h；

板式換熱器二次側(cè)（低溫端，冬季空調(diào)熱水）：進(jìn)出溫度為40 ℃~46 ℃，水流量175 m3/h；

板式換熱器換熱量：1 200 kW/組套。

供應(yīng)商根據(jù)以上參數(shù)，按本企業(yè)的板式換熱器產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)，確定板式換熱器面積和型號(hào)。

(5)熔煉電爐冷卻水系統(tǒng)水泵和冷卻塔：與鑄造工藝設(shè)備熔煉電爐配套采購，不詳述。

(6)選用設(shè)備時(shí)均考慮節(jié)能因素：采用低噪聲節(jié)能產(chǎn)品設(shè)備；冷凍水制備設(shè)備采用能效高的水冷式冷水機(jī)組，其能效比符合國(guó)家相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求。

以上余熱利用系統(tǒng)主要設(shè)備選擇匯總詳見下表2。

表2 余熱利用系統(tǒng)主要設(shè)備匯總表

2.5 夏季工況運(yùn)行、冬季工況運(yùn)行轉(zhuǎn)換

空調(diào)供冷水泵與空調(diào)供暖水泵設(shè)計(jì)為同一水泵。通過系統(tǒng)管路上各閥門的開關(guān)切換，余熱利用系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為夏季工況供冷系統(tǒng)，或冬季工況供暖系統(tǒng)。

車間和附樓空調(diào)在夏季和過渡季不需熱媒時(shí)，通過管道上的閥門切換，使熔煉電爐的冷卻水，進(jìn)入電爐冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔降溫，保證電爐的安全運(yùn)行。

余熱利用系統(tǒng)夏季工況運(yùn)行、冬季工況運(yùn)行轉(zhuǎn)換，各設(shè)備啟停和閥門開關(guān)情況詳見下表3。

2.6 余熱利用系統(tǒng)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制

2.6.1 主要的自動(dòng)控制

冷凍水（熱水）系統(tǒng)的管路上設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)實(shí)際反饋信號(hào)和設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)冷媒（熱媒）流量，使系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行：各建筑物入口的回水管上設(shè)數(shù)字鎖定平衡閥，杜絕因供、回水壓差大，造成流量偏大的能源浪費(fèi)現(xiàn)象；各車間送風(fēng)機(jī)組的回水管上設(shè)電動(dòng)三通閥，根據(jù)實(shí)際的空氣冷卻（加熱）負(fù)荷，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)表冷器（加熱器）的冷媒（熱媒）水流量，保證送風(fēng)溫度，防止送風(fēng)過冷（過熱）現(xiàn)象，使車間送風(fēng)機(jī)組節(jié)能運(yùn)行；各風(fēng)機(jī)盤管的回水管上設(shè)電動(dòng)二通閥，根據(jù)房間溫度，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)盤管的冷媒（熱媒）水流量，保證房間達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。

表3 余熱利用系統(tǒng)運(yùn)行轉(zhuǎn)換設(shè)備啟停和閥門開關(guān)表

2.6.2 主要的手動(dòng)控制

通過手動(dòng)打開、關(guān)閉冷凍水（熱水）系統(tǒng)的管路閥門，使空調(diào)冷媒、熱媒實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，即在夏季空調(diào)運(yùn)行工況時(shí)供冷，在冬季空調(diào)運(yùn)行工況時(shí)供熱。

當(dāng)電爐冷卻水的余熱量偏大時(shí)，手動(dòng)打開板式換熱器一次側(cè)進(jìn)出水的旁路閥門，使部分電爐冷卻水不經(jīng)板式換熱器，而直接進(jìn)入電爐冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔，多余的廢熱通過冷卻塔排到大氣環(huán)境，保證熔煉電爐安全運(yùn)行。

3 熔煉電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效果

3.1 電爐冷卻水余熱利用-冬季空調(diào)熱媒制備

本項(xiàng)目利用3臺(tái)套熔煉電爐（6個(gè)爐體）冷卻水的余熱，采用板式換熱器制備冬季空調(diào)熱媒，用于新建三個(gè)車間的冬季空調(diào)，共計(jì)利用余熱量為3× 1 100=3 300 kW。電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)空調(diào)熱媒制備，僅冬季采暖期運(yùn)行，全年運(yùn)行天數(shù)100天/年（采暖期天數(shù)-采暖期節(jié)假日天數(shù)）。新建鑄造車間三班制生產(chǎn)，熔煉電爐工作時(shí)間20小時(shí)/天。標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱量為7 000 kcal/kg（1 kcal =4.186 8 kJ）。

利用的余熱量折合標(biāo)煤為：

3.2 電爐冷卻水余熱利用-全年淋浴熱水制備

本項(xiàng)目利用1臺(tái)套熔煉電爐（2個(gè)爐體）冷卻水的余熱，采用板式換熱器制備淋浴熱水，用于新建鑄造車間浴室淋浴。鑄造車間人員400，淋浴熱水量20 t/d。電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)淋浴熱水制備，為全年運(yùn)行，全年運(yùn)行天數(shù)300天/年（365-節(jié)假日）。新建鑄造車間三班制生產(chǎn)，熔煉電爐工作時(shí)間20小時(shí)/天。自來水反復(fù)循環(huán)被加熱至淋浴熱水，按最不利工況計(jì)算：冬季自來水溫度5 ℃，淋浴熱水溫度45 ℃。

利用的余熱量折合標(biāo)煤為：

由計(jì)算可知，1臺(tái)套電爐冷卻水的余熱量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鑄造車間浴室淋浴熱水的加熱量。對(duì)電爐冷卻水的多余熱量，通過板式換熱器一次側(cè)進(jìn)出水管的旁路，將多余熱量經(jīng)電爐冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔排到大氣環(huán)境；或?qū)⒅苽涞亩嘤酂崴?，送至廠區(qū)中心浴室的熱水箱。

3.3 電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效果

經(jīng)計(jì)算，熔煉電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)，回收的余熱量相當(dāng)于845 t/a標(biāo)煤，做到了變廢為寶、節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境。

熔煉電爐冷卻水余熱利用系統(tǒng)，雖增加了板式換熱器和閥門管道等，但相對(duì)增加鍋爐房提供空調(diào)熱媒和淋浴熱水方案，能節(jié)省可觀的建設(shè)投資。余熱利用系統(tǒng)增加的板式換熱器和閥門管道等投資，在余熱利用系統(tǒng)投入使用后，會(huì)很快得到回收。

[1] 高肅正.沖天爐余熱利用[J]. 鑄造機(jī)械,1981(3).

[2] 張明,張嚴(yán)波.沖天爐熱風(fēng)換熱器的設(shè)計(jì) [J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù), 2001(1).

[3] 何雁,楊鵬璽. 冷風(fēng)沖天爐煙氣凈化與余熱利用的研究設(shè)計(jì)[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2008(3).

Engineering practice on waste heat utilization of cooling water from smelting electric furnace

HE Yan,HOU AiJie
( China Automobile Industry Engineering Company Limited, Tianjin 300113,China )

Combined with an engineering practice on waste heat utilization of cooling water of smelting electric furnace in the foundry shop, a waste heat utilization system of cooling water of smelting electric furnace is designed and discussed in this paper. The waste heat of electric furnace, which is fully recovered by the the waste heat utilization system, is used to the preparation of the heat medium for winter air conditioning and the preparation of the hot water for shower. The waste heat utilization system shows good effect in use.

cooling water； waste heat utilization; energy conservation and environmental protection

TG28；

B；

1006-9658（2017）04-0082-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.04.025

2016-12-20

稿件編號(hào):1612-1619

何雁（1956—），男，高級(jí)工程師，主要從事大氣污染治理工程和暖通工程設(shè)計(jì)、施工安裝和調(diào)試工作.