鋼鐵企業高大廠房采暖方式分析

任樂

(中冶京誠工程技術有限公司,北京 100176)

鋼鐵企業高大廠房采暖方式分析

任樂

(中冶京誠工程技術有限公司,北京 100176)

針對鋼鐵企業高大廠房的特點,對當前主要的采暖方式進行分析和經濟性比較,得出輻射采暖為較佳的采暖方式,同時通過實際工程實例指出,廠房的圍護結構嚴密性是采暖效果的重要保障。

高大廠房輻射采暖經濟性比較 圍護結構

To the question of best heating method for huge building in iron/steel making plant, main heating methods were technically and economically analyzed compared with special structure. Radiant heating was put forward. According to the example of operating project, the importance of air-tightness for retaining structure was advanced to promise the effect of radiant heating.

Huge plant Radiant heating Economy compare Retaining structure

高大廠房由于空間大、墻體高,供暖熱負荷附加值多,且采暖過程中垂直溫度梯度大、分布不均勻,熱量大量消耗在建筑物上部,下部工作區域難以獲得足夠的熱量等問題,采用何種合理的供暖方式,成為了很多工程設計的首要難題。同時,還要綜合考慮減少能源的消耗和工程投資,滿足建筑物使用性能要求等問題。

本文即針對以上問題,結合鋼鐵企業高大廠房的特點進行分析,探尋合適于鋼鐵企業高大廠房的采暖方式。

1 鋼鐵企業高大廠房

鋼鐵企業多高大廠房,可以劃分為熱工藝車間和冷工藝車間。其中大部分熱工藝車間無需設置采暖系統,部分需求僅針對局部區域采暖,如熱軋廠內(流程為板坯加熱爐跨-軋機跨(配軋輥間)-冷床跨-精整熱處理(配檢驗跨)-成品庫)的軋輥間、檢驗跨車間需要采暖;冷工藝車間如冷軋廠需要全車間采暖(流程為原料跨-冷軋跨-罩式爐-平整跨-重卷分卷跨--酸洗-鍍鋅-成品車間)。另外,一些寒冷地區的軋管廠也需要局部區域采暖;鍛造工藝的鍛造廠需要全車間采暖(如鑄鋼車間、鉚焊車間、模型工段等),如鑄鋼車間砂型坑內采用砂子與水玻璃混和后凝固成模具以實現鋼水澆注成形,為了保證水玻璃與砂石混合均勻,一般要求水玻璃和砂石溫度必須在5℃以上。

由此可見,根據工藝設備或者工藝流程的需要,不同類型的廠房采暖要求也不一樣。有的要求設備表面保持一定的溫度,有的要求室溫保持在一定的范圍。因此,在選擇鋼鐵企業高大廠房采暖方式時,要綜合考慮工藝要求、廠房形式、當地氣候、資源條件等展開設計。

2 采暖方式分類及其利弊

目前,高大建筑物采暖方式主要有散熱器采暖、熱風采暖(或熱風與散熱器聯合采暖)以及輻射采暖等形式。以下分別予以解析:散熱器采暖:由于散熱器自身熱散熱量小,一般布置在靠墻的地面或者平臺上,通過自然對流換熱來提高室溫。自然對流換熱極易形成豎向溫度梯度,增加房屋上部的無效熱損失,造成能源的大量浪費;同時,高大建筑采用散熱器采暖時散熱器數量非常龐大,廠房的有效空間內有限,因此,散熱器采暖形式不適合高大廠房。熱風采暖:主要有送風機組管道送熱風、暖風機或者通風單元送熱風等形式,利用熱氣流強制對流換熱提高室溫。熱風采暖的單體設備散熱量較大,布置隨意,可用于高大廠房采暖。暖風機將室內空氣內循環加熱送出,在工作區形成環流,以便形成較為均勻的溫度分布,但是人體有較強的吹風感,而熱氣流極易上升,該方法同樣避免不了大量熱量的散失;送風機組管道送風相比暖風機,更加均勻和舒適,也適應局部采暖,效果較暖風機更好一些,但是也存在豎向溫度梯度的問題。相較于其他采暖方式,熱風采暖系統需要配置風機,將在廠房內產生一定的噪音,占用較多的空間;同時,敷設在車間內的送風管道體積龐大,分支繁多,影響車間美觀。熱風采暖系統雖然適用于高大廠房采暖,但當廠房內有有害氣體或者粉塵產生時,要充分考慮到循環風可能使有毒或者有害物濃度超限而對工作人員健康的影響,盡量避免熱風系統帶來的弊端。輻射采暖:主要有高、中、低溫輻射,適用于局部采暖或者高大廠房采暖。輻射采暖過程中熱量首先傳遞給輻射區域的實體,如維護結構和設備以及工作人員,設備與維護結構升溫后通過對流換熱來提高室內溫度,因此輻射采暖較前面兩種采暖,能較好的減少溫度梯度的影響。其中,低溫輻射(50-70℃)一般使用于地板采暖,鋼鐵廠房由于大宗設備以及基礎等條件限制,難以采用;中溫輻射(80-200℃)室內溫度的升高較慢,室溫較低,舒適性較差,特別在采暖系統間歇工作或者工作區穿堂風嚴重的情況下不建議使用。很多實踐證明,在高大建筑空間,特別是高大廠房中采用熱水或者蒸汽為熱媒的中溫輻射很難達到預期效果。高溫輻射(溫度200℃以上)一般采用燃氣為熱媒,熱輻射溫度較高,人體以及設備所接收的輻射熱較多,溫升較快,熱舒適感較強,因此推薦在高大建筑上使用;同時,高溫輻射采暖在一些特殊場合(比如局部采暖或者露天場所),也可以達到對流采暖難以實現的采暖效果。

3 經濟性比較

以一層高10米,10000m2的高大廠房為例,分別就常規燃煤鍋爐、燃油鍋爐、天然氣鍋爐熱水采暖、電暖以及燃氣輻射采暖為例進行多項數據的經濟性比較(如表1):

表1

由以上列表可以看出,天然氣輻射采暖較常規燃煤鍋爐熱水采暖系統運行費用和投資基本相當,是高大廠房采暖的最佳選擇方式。

4 實例說明

(1)實例一:某熱軋板卷廠內成品庫、分卷跨、平整跨等多個高大廠房均采用高溫輻射采暖,氣源為天然氣,高溫輻射形式為高密度陶瓷管式燃氣紅外輻射裝置。該廠房冬季采暖效果較好,目前運行操作優勢主要體現在:其一,目前廠房內輻射采暖室溫控制在5-10℃,該套輻射裝置能完全覆蓋工作區域,沒有死角,能完全滿足工藝要求和人員舒適度要求。其二,與常規的熱水采暖系統相比,輻射采暖操作更加靈活,就地操作箱操作方便,可根據室溫自動調節天然氣流量和設備的啟停,冬季綜合運行時間是熱水系統的1/2左右,更加節能。其三,廠房封閉嚴實,漏風和熱量散失較少,廠房內垂直溫差較少,室溫控制較精準。

(2)實例二:某鍛造廠內鑄鋼車間砂型坑需要設置局部采暖,溫度控制在5-10℃,設計采用局部輻射采暖的方式,燃氣為天然氣,但是投運后輻射效果一直不理想。經實地考察,主要有以下幾個原因:其一,鑄鋼車間與冶煉車間和其他跨相通,沒有采取任何封閉措施,輻射采暖空間向非采暖空間不斷散熱;同時廠房封閉不嚴實,尤其是大門產生的穿堂風比較嚴重,采暖效果較差;其二,該地區屬于嚴寒地區,外線燃氣末端未設置調質調壓調溫,冬季天然氣含水較嚴重,影響其完全燃燒,燃氣損耗較大,運行不經濟。

由以上兩個實例可以看到,在進行廠區輻射采暖設計過程中,廠房的維護結構非常關鍵,維護結構的嚴密設計是采暖系統,尤其輻射采暖系統的重要保障。采用輻射采暖的高大建筑,一定要在以下幾個方面注意:①廠房大門盡量采用卷簾門,減少車輛進出大門開啟的空間;可設置有門斗,最大程度保證較少的冷風滲透,同時也可避免穿堂風的產生;②可在大門兩側設置熱風幕,阻隔大門開啟時的冷風灌入,避免產生穿堂風;③廠房外墻體要求嚴密安裝,盡量少設置通風外窗,采用采光帶替換,減少從窗戶、墻體產生的冷風滲透量;④屋面天窗改用雙層天窗進行通風換氣,夏季可全開啟,冬季可全關閉,密封嚴密,能有效防止高層熱氣流散出;⑤采暖輻射管或者輻射板的布置要方便檢修維護,可吊掛在屋面下或者廠房跨柱之間。

高大建筑的采暖設計是基于廠房維護結構特點、參數的前提下,進行詳盡的負荷計算并得到理論供熱量后,選取節能、環保的采暖方式,達到最大程度的采暖效果。如果設計參數與實際差距較大,將造成負荷計算偏離,負荷不足,因此,高大廠房的維護結構一定要在大門、屋面、墻體和窗戶等細節上考慮周全,盡量負荷設計要求,實現最大程度的節能降耗。

5 結語

基于以上說明,為達到較好的熱舒適型,鋼鐵企業高大廠房采暖方式應優先采用以下兩種方式:①高溫輻射采暖:適用于工藝需要提高廠房內室溫的建筑物、工藝需要提高設備溫度為主的建筑物,以及工藝需要局部區域采暖的建筑物。同時,采暖地區燃氣來源充足更應該考慮采用輻射采暖。②熱風采暖:適用于工藝需要提高廠房內室溫的建筑物,或者由于燃氣介質困難無法采用高溫輻射采暖的建筑物。不過,建筑物內應無有害粉塵或者有毒氣體產生。同時,為了減少熱能的損耗,滿足工藝要求,應采用多種措施降低高大建筑垂直溫度梯度,比如在廠房高層設置風機產生下射流,促進上層空氣層形成環流擾動;或者在中層部位設置風幕進行氣流阻隔,減緩熱氣流上升等。這些方法很多還停留在理論和實驗階段,也有待進一步的實施論證。