钢铁企业高大厂房采暖方式分析

任乐

(中冶京诚工程技术有限公司,北京 100176)

钢铁企业高大厂房采暖方式分析

任乐

(中冶京诚工程技术有限公司,北京 100176)

针对钢铁企业高大厂房的特点,对当前主要的采暖方式进行分析和经济性比较,得出辐射采暖为较佳的采暖方式,同时通过实际工程实例指出,厂房的围护结构严密性是采暖效果的重要保障。

高大厂房辐射采暖经济性比较 围护结构

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

高大厂房由于空间大、墙体高,供暖热负荷附加值多,且采暖过程中垂直温度梯度大、分布不均匀,热量大量消耗在建筑物上部,下部工作区域难以获得足够的热量等问题,采用何种合理的供暖方式,成为了很多工程设计的首要难题。同时,还要综合考虑减少能源的消耗和工程投资,满足建筑物使用性能要求等问题。

本文即针对以上问题,结合钢铁企业高大厂房的特点进行分析,探寻合适于钢铁企业高大厂房的采暖方式。

1 钢铁企业高大厂房

钢铁企业多高大厂房,可以划分为热工艺车间和冷工艺车间。其中大部分热工艺车间无需设置采暖系统,部分需求仅针对局部区域采暖,如热轧厂内(流程为板坯加热炉跨-轧机跨(配轧辊间)-冷床跨-精整热处理(配检验跨)-成品库)的轧辊间、检验跨车间需要采暖;冷工艺车间如冷轧厂需要全车间采暖(流程为原料跨-冷轧跨-罩式炉-平整跨-重卷分卷跨--酸洗-镀锌-成品车间)。另外,一些寒冷地区的轧管厂也需要局部区域采暖;锻造工艺的锻造厂需要全车间采暖(如铸钢车间、铆焊车间、模型工段等),如铸钢车间砂型坑内采用砂子与水玻璃混和后凝固成模具以实现钢水浇注成形,为了保证水玻璃与砂石混合均匀,一般要求水玻璃和砂石温度必须在5℃以上。

由此可见,根据工艺设备或者工艺流程的需要,不同类型的厂房采暖要求也不一样。有的要求设备表面保持一定的温度,有的要求室温保持在一定的范围。因此,在选择钢铁企业高大厂房采暖方式时,要综合考虑工艺要求、厂房形式、当地气候、资源条件等展开设计。

2 采暖方式分类及其利弊

目前,高大建筑物采暖方式主要有散热器采暖、热风采暖(或热风与散热器联合采暖)以及辐射采暖等形式。以下分别予以解析:散热器采暖:由于散热器自身热散热量小,一般布置在靠墙的地面或者平台上,通过自然对流换热来提高室温。自然对流换热极易形成竖向温度梯度,增加房屋上部的无效热损失,造成能源的大量浪费;同时,高大建筑采用散热器采暖时散热器数量非常庞大,厂房的有效空间内有限,因此,散热器采暖形式不适合高大厂房。热风采暖:主要有送风机组管道送热风、暖风机或者通风单元送热风等形式,利用热气流强制对流换热提高室温。热风采暖的单体设备散热量较大,布置随意,可用于高大厂房采暖。暖风机将室内空气内循环加热送出,在工作区形成环流,以便形成较为均匀的温度分布,但是人体有较强的吹风感,而热气流极易上升,该方法同样避免不了大量热量的散失;送风机组管道送风相比暖风机,更加均匀和舒适,也适应局部采暖,效果较暖风机更好一些,但是也存在竖向温度梯度的问题。相较于其他采暖方式,热风采暖系统需要配置风机,将在厂房内产生一定的噪音,占用较多的空间;同时,敷设在车间内的送风管道体积庞大,分支繁多,影响车间美观。热风采暖系统虽然适用于高大厂房采暖,但当厂房内有有害气体或者粉尘产生时,要充分考虑到循环风可能使有毒或者有害物浓度超限而对工作人员健康的影响,尽量避免热风系统带来的弊端。辐射采暖:主要有高、中、低温辐射,适用于局部采暖或者高大厂房采暖。辐射采暖过程中热量首先传递给辐射区域的实体,如维护结构和设备以及工作人员,设备与维护结构升温后通过对流换热来提高室内温度,因此辐射采暖较前面两种采暖,能较好的减少温度梯度的影响。其中,低温辐射(50-70℃)一般使用于地板采暖,钢铁厂房由于大宗设备以及基础等条件限制,难以采用;中温辐射(80-200℃)室内温度的升高较慢,室温较低,舒适性较差,特别在采暖系统间歇工作或者工作区穿堂风严重的情况下不建议使用。很多实践证明,在高大建筑空间,特别是高大厂房中采用热水或者蒸汽为热媒的中温辐射很难达到预期效果。高温辐射(温度200℃以上)一般采用燃气为热媒,热辐射温度较高,人体以及设备所接收的辐射热较多,温升较快,热舒适感较强,因此推荐在高大建筑上使用;同时,高温辐射采暖在一些特殊场合(比如局部采暖或者露天场所),也可以达到对流采暖难以实现的采暖效果。

3 经济性比较

以一层高10米,10000m2的高大厂房为例,分别就常规燃煤锅炉、燃油锅炉、天然气锅炉热水采暖、电暖以及燃气辐射采暖为例进行多项数据的经济性比较(如表1):

表1

由以上列表可以看出,天然气辐射采暖较常规燃煤锅炉热水采暖系统运行费用和投资基本相当,是高大厂房采暖的最佳选择方式。

4 实例说明

(1)实例一:某热轧板卷厂内成品库、分卷跨、平整跨等多个高大厂房均采用高温辐射采暖,气源为天然气,高温辐射形式为高密度陶瓷管式燃气红外辐射装置。该厂房冬季采暖效果较好,目前运行操作优势主要体现在:其一,目前厂房内辐射采暖室温控制在5-10℃,该套辐射装置能完全覆盖工作区域,没有死角,能完全满足工艺要求和人员舒适度要求。其二,与常规的热水采暖系统相比,辐射采暖操作更加灵活,就地操作箱操作方便,可根据室温自动调节天然气流量和设备的启停,冬季综合运行时间是热水系统的1/2左右,更加节能。其三,厂房封闭严实,漏风和热量散失较少,厂房内垂直温差较少,室温控制较精准。

(2)实例二:某锻造厂内铸钢车间砂型坑需要设置局部采暖,温度控制在5-10℃,设计采用局部辐射采暖的方式,燃气为天然气,但是投运后辐射效果一直不理想。经实地考察,主要有以下几个原因:其一,铸钢车间与冶炼车间和其他跨相通,没有采取任何封闭措施,辐射采暖空间向非采暖空间不断散热;同时厂房封闭不严实,尤其是大门产生的穿堂风比较严重,采暖效果较差;其二,该地区属于严寒地区,外线燃气末端未设置调质调压调温,冬季天然气含水较严重,影响其完全燃烧,燃气损耗较大,运行不经济。

由以上两个实例可以看到,在进行厂区辐射采暖设计过程中,厂房的维护结构非常关键,维护结构的严密设计是采暖系统,尤其辐射采暖系统的重要保障。采用辐射采暖的高大建筑,一定要在以下几个方面注意:①厂房大门尽量采用卷帘门,减少车辆进出大门开启的空间;可设置有门斗,最大程度保证较少的冷风渗透,同时也可避免穿堂风的产生;②可在大门两侧设置热风幕,阻隔大门开启时的冷风灌入,避免产生穿堂风;③厂房外墙体要求严密安装,尽量少设置通风外窗,采用采光带替换,减少从窗户、墙体产生的冷风渗透量;④屋面天窗改用双层天窗进行通风换气,夏季可全开启,冬季可全关闭,密封严密,能有效防止高层热气流散出;⑤采暖辐射管或者辐射板的布置要方便检修维护,可吊挂在屋面下或者厂房跨柱之间。

高大建筑的采暖设计是基于厂房维护结构特点、参数的前提下,进行详尽的负荷计算并得到理论供热量后,选取节能、环保的采暖方式,达到最大程度的采暖效果。如果设计参数与实际差距较大,将造成负荷计算偏离,负荷不足,因此,高大厂房的维护结构一定要在大门、屋面、墙体和窗户等细节上考虑周全,尽量负荷设计要求,实现最大程度的节能降耗。

5 结语

基于以上说明,为达到较好的热舒适型,钢铁企业高大厂房采暖方式应优先采用以下两种方式:①高温辐射采暖:适用于工艺需要提高厂房内室温的建筑物、工艺需要提高设备温度为主的建筑物,以及工艺需要局部区域采暖的建筑物。同时,采暖地区燃气来源充足更应该考虑采用辐射采暖。②热风采暖:适用于工艺需要提高厂房内室温的建筑物,或者由于燃气介质困难无法采用高温辐射采暖的建筑物。不过,建筑物内应无有害粉尘或者有毒气体产生。同时,为了减少热能的损耗,满足工艺要求,应采用多种措施降低高大建筑垂直温度梯度,比如在厂房高层设置风机产生下射流,促进上层空气层形成环流扰动;或者在中层部位设置风幕进行气流阻隔,减缓热气流上升等。这些方法很多还停留在理论和实验阶段,也有待进一步的实施论证。