淺談電爐循環冷卻水系統的余熱利用問題

孫紹明

天津鋼管集團股份有限公司

淺談電爐循環冷卻水系統的余熱利用問題

孫紹明

天津鋼管集團股份有限公司

本文對電爐循環水余熱利用系統進行了概述，同時結合某鋼廠的電爐循環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，希望為相關專業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用較豐富，而對電爐循環冷卻水系統余熱利用的研究和應用較少。國內已有鋼鐵廠引進了相關電爐循環水余熱回收系統，從當前來看，該系統具有良好的經濟效益和社會效益。

1　電爐循環水余熱利用系統概述

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1200～1400 ℃，因此爐頂彎管也要設水冷夾套冷卻。電爐燃燒室應保證室內有恒定的最低煙氣溫度要求，以燒除煙氣中的有害氣體。

考慮到電爐循環水溫度太高將直接加劇設備的結垢，影響設備的冷卻效果，為了延長設備的大修周期，冷卻用水采用除鹽水，既可保證冷卻效果， 又不會導致結垢。某鋼廠根據設備用水要求和當地水源供水條件選擇了除鹽水閉路循環水系統。該鋼廠超高功率電爐循環冷卻水余熱回收系統見圖1。

圖1　某鋼廠超高功率電爐循環冷卻水余熱回收系統流程示意圖

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

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

3　某鋼廠電爐循環水余熱回收改造工程實例分析

某鋼鐵廠配套2 臺同等規模電爐，1# 電爐和2#電爐，1# 電爐循環冷卻水系統未設計余熱回收系統，2# 電爐配套了相關循環水余熱回收系統，但由于間斷性生產等原因，連續多年采用蒸汽作為熱源進行汽水換熱，本工程擬將1# 電爐循環水接入2# 電爐配套余熱回收系統，實現余熱供暖，不僅可以節約蒸汽還能降低換熱站運行成本。

兩臺電爐循環冷卻水系統基本一樣，改造內容比較少，只需將進空冷器的回水管道上加一臺DN600 電動調節閥，閥前接一DN500管道至2# 電爐熱回收系統板換入口總管，板換出口總管接回至DN600 電動調節閥閥后。經過熱負荷計算，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 臺循環水泵，單臺水泵流量200 m3/h，揚程32 mH2O，軸功率約22 kW，電機功率30 kW，2 用1 備。本工程在保留原系統的基礎上進行了改造，增加了等徑的循環水泵旁通管和汽水換熱器旁通管，可以根據實際情況靈活調節。

電爐循環冷卻水原設計供回水溫度為65/80℃，根據以往運行經驗，冬季實際供回水溫度為56/60 ℃，熱回收系統所供現有用戶熱負荷1.63 MW，擬增加現有2 個汽水換熱站的熱負荷3.16 MW，合計4.8 MW。熱回收系統設計定為6 ℃溫差（58/52℃）運行，新增加的熱用戶離熱回收系統較遠，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。經過計算現有熱回收循環水泵揚程能滿足改造后的管網運行要求，現有汽水換熱站內設備仍留做備用。

改造完成后系統運行效果較好，電爐循環冷卻水實際供/回水溫度為57/65 ℃，流量約1800 m3/h，電動調節閥開度約40%時，進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。熱回收系統現有用戶未設置流量計等測量設施，相關數據無法獲得，現有用戶離熱回收系統較近，室內溫度基本能滿足要求。

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

4　結論分析

（1）電爐循環冷卻水余熱回收系統運行情況表明，各項指標均達到設計要求，保障了電爐煉鋼安全生產。

（2）電爐循環冷卻水余熱回收系統將循環冷卻水的顯熱充分回收，變廢為寶，使之轉化為可以利用的熱量，節省了大量蒸汽，從而降低了電爐煉鋼運行成本和企業的生產成本，經濟效益顯著。

（3）電爐循環冷卻水余熱回收系統的成功應用，具有較高的社會效益，是我國鋼鐵工業節能和環保技術的重大突破。

5　結束語

綜上所述，在鋼鐵工業回收余熱余能時，根據余熱熱源的特點和用戶對熱量品質的要求，在供需之間做到能級匹配、溫度對口和梯級利用，在滿足技術經濟的要求下，最大限度的回收余熱余能是目前我國鋼鐵企業的主要發展方向。

［1］楊琦.循環冷卻水系統中的余熱利用探討［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 ，2009.

［3］李國盛， 黃偉， 楊明華， 吳仕明.電爐煙氣余熱回收裝置的研發與工程實踐［J］，冶金能源，2009，28（1）：41-53.