熔煉電爐冷卻水余熱利用的工程實踐

何雁，郈愛杰

（中國汽車工業工程有限公司，天津 300113）

熔煉電爐冷卻水余熱利用的工程實踐

何雁，郈愛杰

（中國汽車工業工程有限公司，天津 300113）

結合鑄造車間熔煉電爐冷卻水余熱利用的工程實例，對電爐冷卻水余熱利用進行設計研究。余熱利用系統充分回收電爐冷卻水的余熱，并將其用于建筑物冬季空調的熱媒制備和浴室淋浴的熱水制備。余熱利用系統投入使用后效果良好。

冷卻水；余熱回收；節能環保

0 概述

某公司新廠區擬新建鑄造車間、機加車間和軸瓦車間，要求新建各車間附樓的辦公室設置空調，新建各車間生產區的操作崗位空調送風，并要求空調熱源盡量利用新建鑄造車間熔煉電爐冷卻水的余熱。

空調系統的冷源選用水冷螺桿式冷水機組。

空調系統的熱源按業主要求利用熔煉電爐冷卻水的余熱。新建鑄造車間內共設計有4臺套熔煉電爐（8個爐體）。經計算，新建三個車間的空調熱負荷與3臺套電爐（6個爐體）冷卻水的余熱量相近，用3臺套電爐冷卻水的余熱，制備新建車間冬季空調的熱媒。

用1臺套電爐（2個爐體）冷卻水的余熱，制備新建鑄造車間浴室淋浴的熱水，由給排水專業設計，這里不做詳細介紹。

以上熔煉電爐冷卻水余熱利用系統，建成并投入運行了三個年度，經了解，使用效果良好。

1 熔煉電爐冷卻水余熱的特點及利用的可能性

1.1 電爐冷卻水余熱的特點

鑄造生產線是連續流水作業的，處于流水生產線始端的熔煉電爐，也是連續工作的。熔煉電爐穩定工作時，將產生持續穩定的余熱，這個余熱由電爐冷卻水來接受和輸送，并通過電爐冷卻水系統的冷卻塔排放到大氣環境中。

熔煉電爐冷卻水系統，由電爐供應商配套設計施工，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運行時，可提供穩定的余熱，熱交換器二次側的出水溫度約45℃~50℃，因此，有可能將電爐冷卻水的余熱，用于冬季空調系統的熱媒制備和浴室淋浴的熱水制備。回收的余熱是低位熱能，將加大空調設備熱交換器面積，增加空調設備初投資，但新建建筑物冬季空調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。總體權衡后，電爐冷卻水余熱利用系統，不僅初投資省，而且常年運轉費低，是值得實施的較優設計方案。

2 熔煉電爐冷卻水余熱利用系統設計介紹

2.1 新建車間冷熱負荷

本項目新建建筑物冷負荷、熱負荷計算結果詳見下表1。

2.2 空調系統冷源、熱源確定

2.2.1 冷源

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

表1 新建建筑物冷負荷、熱負荷計算結果匯總表

2.2.2 熱源

冬季空調的熱源利用熔煉電爐冷卻水的余熱，計算如下：

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

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

共選3臺套板式換熱器，每臺套板式換熱器對應一個電爐冷卻水系統，換熱量計算如下：

一次側（失熱側）熱量：

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

二次側（得熱側）熱量：

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

冬季空調熱水的可供熱量為3×1 120=3 360 kW，與新建車間的冬季空調總熱負荷3 620 kW相近。

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

2.3 余熱利用系統流程

熔煉電爐冷卻水余熱利用系統流程原理詳見下圖1。

2.4 余熱利用系統主要設備選擇

(1)制冷機：按計算冷負荷，選用水冷螺桿式冷水機組，制冷量1 510 kW/臺,安裝功率263 kW/臺。共選用2臺，合計制冷量3 020 kW。

(2)冷凍水泵：根據冷水機組樣本冷凍水流量和管網計算阻力，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，2用1備。

(3)制冷系統冷卻泵和冷卻塔：由給排水專業設計，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熱水。電爐冷卻水的溫度隨電爐運行工況變化，參考已有熔煉電爐冷卻水的實測資料，電爐冷卻水進出溫度為52 ℃~60 ℃。

圖1 熔煉電爐冷卻水余熱利用系統流程原理圖

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

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

板式換熱器換熱量：1 200 kW/組套。

供應商根據以上參數，按本企業的板式換熱器產品技術參數，確定板式換熱器面積和型號。

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

(6)選用設備時均考慮節能因素：采用低噪聲節能產品設備；冷凍水制備設備采用能效高的水冷式冷水機組，其能效比符合國家相關節能標準的要求。

以上余熱利用系統主要設備選擇匯總詳見下表2。

表2 余熱利用系統主要設備匯總表

2.5 夏季工況運行、冬季工況運行轉換

空調供冷水泵與空調供暖水泵設計為同一水泵。通過系統管路上各閥門的開關切換，余熱利用系統轉換為夏季工況供冷系統，或冬季工況供暖系統。

車間和附樓空調在夏季和過渡季不需熱媒時，通過管道上的閥門切換，使熔煉電爐的冷卻水，進入電爐冷卻水系統的冷卻塔降溫，保證電爐的安全運行。

余熱利用系統夏季工況運行、冬季工況運行轉換，各設備啟停和閥門開關情況詳見下表3。

2.6 余熱利用系統自動控制和手動控制

2.6.1 主要的自動控制

冷凍水（熱水）系統的管路上設自動調節閥，根據實際反饋信號和設定值自動調節冷媒（熱媒）流量，使系統節能運行：各建筑物入口的回水管上設數字鎖定平衡閥，杜絕因供、回水壓差大，造成流量偏大的能源浪費現象；各車間送風機組的回水管上設電動三通閥，根據實際的空氣冷卻（加熱）負荷，控制系統自動調節表冷器（加熱器）的冷媒（熱媒）水流量，保證送風溫度，防止送風過冷（過熱）現象，使車間送風機組節能運行；各風機盤管的回水管上設電動二通閥，根據房間溫度，控制系統自動調節盤管的冷媒（熱媒）水流量，保證房間達到設計溫度。

表3 余熱利用系統運行轉換設備啟停和閥門開關表

2.6.2 主要的手動控制

通過手動打開、關閉冷凍水（熱水）系統的管路閥門，使空調冷媒、熱媒實現轉換，即在夏季空調運行工況時供冷，在冬季空調運行工況時供熱。

當電爐冷卻水的余熱量偏大時，手動打開板式換熱器一次側進出水的旁路閥門，使部分電爐冷卻水不經板式換熱器，而直接進入電爐冷卻水系統的冷卻塔，多余的廢熱通過冷卻塔排到大氣環境，保證熔煉電爐安全運行。

3 熔煉電爐冷卻水余熱利用系統節能環保效果

3.1 電爐冷卻水余熱利用-冬季空調熱媒制備

本項目利用3臺套熔煉電爐（6個爐體）冷卻水的余熱，采用板式換熱器制備冬季空調熱媒，用于新建三個車間的冬季空調，共計利用余熱量為3× 1 100=3 300 kW。電爐冷卻水余熱利用系統空調熱媒制備，僅冬季采暖期運行，全年運行天數100天/年（采暖期天數-采暖期節假日天數）。新建鑄造車間三班制生產，熔煉電爐工作時間20小時/天。標準煤發熱量為7 000 kcal/kg（1 kcal =4.186 8 kJ）。

利用的余熱量折合標煤為：

3.2 電爐冷卻水余熱利用-全年淋浴熱水制備

本項目利用1臺套熔煉電爐（2個爐體）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淋浴熱水制備，為全年運行，全年運行天數300天/年（365-節假日）。新建鑄造車間三班制生產，熔煉電爐工作時間20小時/天。自來水反復循環被加熱至淋浴熱水，按最不利工況計算：冬季自來水溫度5 ℃，淋浴熱水溫度45 ℃。

利用的余熱量折合標煤為：

由計算可知，1臺套電爐冷卻水的余熱量，遠遠大于鑄造車間浴室淋浴熱水的加熱量。對電爐冷卻水的多余熱量，通過板式換熱器一次側進出水管的旁路，將多余熱量經電爐冷卻水系統的冷卻塔排到大氣環境；或將制備的多余熱水，送至廠區中心浴室的熱水箱。

3.3 電爐冷卻水余熱利用系統節能環保效果

經計算，熔煉電爐冷卻水余熱利用系統，回收的余熱量相當于845 t/a標煤，做到了變廢為寶、節能減排和保護環境。

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

[1] 高肅正.沖天爐余熱利用[J]. 鑄造機械,1981(3).

[2] 張明,張嚴波.沖天爐熱風換熱器的設計 [J].中國鑄造裝備與技術, 2001(1).

[3] 何雁,楊鵬璽. 冷風沖天爐煙氣凈化與余熱利用的研究設計[J].中國鑄造裝備與技術,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:1612-1619

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