熔炼电炉冷却水余热利用的工程实践

何雁，郈爱杰

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

熔炼电炉冷却水余热利用的工程实践

何雁，郈爱杰

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

结合铸造车间熔炼电炉冷却水余热利用的工程实例，对电炉冷却水余热利用进行设计研究。余热利用系统充分回收电炉冷却水的余热，并将其用于建筑物冬季空调的热媒制备和浴室淋浴的热水制备。余热利用系统投入使用后效果良好。

冷却水；余热回收；节能环保

0 概述

某公司新厂区拟新建铸造车间、机加车间和轴瓦车间，要求新建各车间附楼的办公室设置空调，新建各车间生产区的操作岗位空调送风，并要求空调热源尽量利用新建铸造车间熔炼电炉冷却水的余热。

空调系统的冷源选用水冷螺杆式冷水机组。

空调系统的热源按业主要求利用熔炼电炉冷却水的余热。新建铸造车间内共设计有4台套熔炼电炉（8个炉体）。经计算，新建三个车间的空调热负荷与3台套电炉（6个炉体）冷却水的余热量相近，用3台套电炉冷却水的余热，制备新建车间冬季空调的热媒。

用1台套电炉（2个炉体）冷却水的余热，制备新建铸造车间浴室淋浴的热水，由给排水专业设计，这里不做详细介绍。

以上熔炼电炉冷却水余热利用系统，建成并投入运行了三个年度，经了解，使用效果良好。

1 熔炼电炉冷却水余热的特点及利用的可能性

1.1 电炉冷却水余热的特点

铸造生产线是连续流水作业的，处于流水生产线始端的熔炼电炉，也是连续工作的。熔炼电炉稳定工作时，将产生持续稳定的余热，这个余热由电炉冷却水来接受和输送，并通过电炉冷却水系统的冷却塔排放到大气环境中。

熔炼电炉冷却水系统，由电炉供应商配套设计施工，其所提供的电炉冷却水出水温度为55 ℃~60℃，若利用板式换热器回收余热，则二次侧的热水温度最多为45 ℃~50 ℃，可见，其所回收的余热是低位热能。

1.2 电炉冷却水余热利用的可能性

熔炼电炉冷却水系统运行时，可提供稳定的余热，热交换器二次侧的出水温度约45℃~50℃，因此，有可能将电炉冷却水的余热，用于冬季空调系统的热媒制备和浴室淋浴的热水制备。回收的余热是低位热能，将加大空调设备热交换器面积，增加空调设备初投资，但新建建筑物冬季空调热媒和浴室淋浴热水，若采用电炉冷却水的余热制备，就不需要新建锅炉房。总体权衡后，电炉冷却水余热利用系统，不仅初投资省，而且常年运转费低，是值得实施的较优设计方案。

2 熔炼电炉冷却水余热利用系统设计介绍

2.1 新建车间冷热负荷

本项目新建建筑物冷负荷、热负荷计算结果详见下表1。

2.2 空调系统冷源、热源确定

2.2.1 冷源

夏季空调的冷源选用水冷螺杆式冷水机组，名义制冷量1 510 kW/台，共2台，这里不详述。

表1 新建建筑物冷负荷、热负荷计算结果汇总表

2.2.2 热源

冬季空调的热源利用熔炼电炉冷却水的余热，计算如下：

电炉冷却水：冷却水流量3×130 m3/h，温度60℃-(53~52) ℃，温度降7℃~8 ℃。

冬季空调热水：热水流量3×175 m3/h，温度40℃-(45~46) ℃，温度升5℃~6 ℃。

共选3台套板式换热器，每台套板式换热器对应一个电炉冷却水系统，换热量计算如下：

一次侧（失热侧）热量：

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

二次侧（得热侧）热量：

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

冬季空调热水的可供热量为3×1 120=3 360 kW，与新建车间的冬季空调总热负荷3 620 kW相近。

由以上计算可见，利用熔炼电炉冷却水的余热量，可基本满足本项目新建车间冬季空调的用热量。

2.3 余热利用系统流程

熔炼电炉冷却水余热利用系统流程原理详见下图1。

2.4 余热利用系统主要设备选择

(1)制冷机：按计算冷负荷，选用水冷螺杆式冷水机组，制冷量1 510 kW/台,安装功率263 kW/台。共选用2台，合计制冷量3 020 kW。

(2)冷冻水泵：根据冷水机组样本冷冻水流量和管网计算阻力，选用立式离心水泵，流量280 m3/h，压头44 m，安装功率55 kW。共选用3台，2用1备。

(3)制冷系统冷却泵和冷却塔：由给排水专业设计，不详述。

(4)板式换热器：板式换热器利用电炉冷却水余热制备冬季空调热水。电炉冷却水的温度随电炉运行工况变化，参考已有熔炼电炉冷却水的实测资料，电炉冷却水进出温度为52 ℃~60 ℃。

图1 熔炼电炉冷却水余热利用系统流程原理图

板式换热器一次侧（高温端，电炉冷却水）：进出温度为60 ℃~52 ℃，水流量130 m3/h；

板式换热器二次侧（低温端，冬季空调热水）：进出温度为40 ℃~46 ℃，水流量175 m3/h；

板式换热器换热量：1 200 kW/组套。

供应商根据以上参数，按本企业的板式换热器产品技术参数，确定板式换热器面积和型号。

(5)熔炼电炉冷却水系统水泵和冷却塔：与铸造工艺设备熔炼电炉配套采购，不详述。

(6)选用设备时均考虑节能因素：采用低噪声节能产品设备；冷冻水制备设备采用能效高的水冷式冷水机组，其能效比符合国家相关节能标准的要求。

以上余热利用系统主要设备选择汇总详见下表2。

表2 余热利用系统主要设备汇总表

2.5 夏季工况运行、冬季工况运行转换

空调供冷水泵与空调供暖水泵设计为同一水泵。通过系统管路上各阀门的开关切换，余热利用系统转换为夏季工况供冷系统，或冬季工况供暖系统。

车间和附楼空调在夏季和过渡季不需热媒时，通过管道上的阀门切换，使熔炼电炉的冷却水，进入电炉冷却水系统的冷却塔降温，保证电炉的安全运行。

余热利用系统夏季工况运行、冬季工况运行转换，各设备启停和阀门开关情况详见下表3。

2.6 余热利用系统自动控制和手动控制

2.6.1 主要的自动控制

冷冻水（热水）系统的管路上设自动调节阀，根据实际反馈信号和设定值自动调节冷媒（热媒）流量，使系统节能运行：各建筑物入口的回水管上设数字锁定平衡阀，杜绝因供、回水压差大，造成流量偏大的能源浪费现象；各车间送风机组的回水管上设电动三通阀，根据实际的空气冷却（加热）负荷，控制系统自动调节表冷器（加热器）的冷媒（热媒）水流量，保证送风温度，防止送风过冷（过热）现象，使车间送风机组节能运行；各风机盘管的回水管上设电动二通阀，根据房间温度，控制系统自动调节盘管的冷媒（热媒）水流量，保证房间达到设计温度。

表3 余热利用系统运行转换设备启停和阀门开关表

2.6.2 主要的手动控制

通过手动打开、关闭冷冻水（热水）系统的管路阀门，使空调冷媒、热媒实现转换，即在夏季空调运行工况时供冷，在冬季空调运行工况时供热。

当电炉冷却水的余热量偏大时，手动打开板式换热器一次侧进出水的旁路阀门，使部分电炉冷却水不经板式换热器，而直接进入电炉冷却水系统的冷却塔，多余的废热通过冷却塔排到大气环境，保证熔炼电炉安全运行。

3 熔炼电炉冷却水余热利用系统节能环保效果

3.1 电炉冷却水余热利用-冬季空调热媒制备

本项目利用3台套熔炼电炉（6个炉体）冷却水的余热，采用板式换热器制备冬季空调热媒，用于新建三个车间的冬季空调，共计利用余热量为3× 1 100=3 300 kW。电炉冷却水余热利用系统空调热媒制备，仅冬季采暖期运行，全年运行天数100天/年（采暖期天数-采暖期节假日天数）。新建铸造车间三班制生产，熔炼电炉工作时间20小时/天。标准煤发热量为7 000 kcal/kg（1 kcal =4.186 8 kJ）。

利用的余热量折合标煤为：

3.2 电炉冷却水余热利用-全年淋浴热水制备

本项目利用1台套熔炼电炉（2个炉体）冷却水的余热，采用板式换热器制备淋浴热水，用于新建铸造车间浴室淋浴。铸造车间人员400，淋浴热水量20 t/d。电炉冷却水余热利用系统淋浴热水制备，为全年运行，全年运行天数300天/年（365-节假日）。新建铸造车间三班制生产，熔炼电炉工作时间20小时/天。自来水反复循环被加热至淋浴热水，按最不利工况计算：冬季自来水温度5 ℃，淋浴热水温度45 ℃。

利用的余热量折合标煤为：

由计算可知，1台套电炉冷却水的余热量，远远大于铸造车间浴室淋浴热水的加热量。对电炉冷却水的多余热量，通过板式换热器一次侧进出水管的旁路，将多余热量经电炉冷却水系统的冷却塔排到大气环境；或将制备的多余热水，送至厂区中心浴室的热水箱。

3.3 电炉冷却水余热利用系统节能环保效果

经计算，熔炼电炉冷却水余热利用系统，回收的余热量相当于845 t/a标煤，做到了变废为宝、节能减排和保护环境。

熔炼电炉冷却水余热利用系统，虽增加了板式换热器和阀门管道等，但相对增加锅炉房提供空调热媒和淋浴热水方案，能节省可观的建设投资。余热利用系统增加的板式换热器和阀门管道等投资，在余热利用系统投入使用后，会很快得到回收。

[1] 高肃正.冲天炉余热利用[J]. 铸造机械,1981(3).

[2] 张明,张严波.冲天炉热风换热器的设计 [J].中国铸造装备与技术, 2001(1).

[3] 何雁,杨鹏玺. 冷风冲天炉烟气净化与余热利用的研究设计[J].中国铸造装备与技术,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

稿件编号:1612-1619

何雁（1956—），男，高级工程师，主要从事大气污染治理工程和暖通工程设计、施工安装和调试工作.