煉鋼循環(huán)水余熱在采暖系統(tǒng)上的有效利用

梁繼明

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司天津300301）

煉鋼循環(huán)水余熱在采暖系統(tǒng)上的有效利用

梁繼明

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司天津300301）

本文論述天津鋼管集團(tuán)股份有限公司（下稱鋼管公司）加大節(jié)能減排力度，強(qiáng)化對(duì)余熱資源的回收使用，實(shí)施煉鋼循環(huán)水余熱綜合利用項(xiàng)目，利用煉鋼電爐本體循環(huán)水余熱資源進(jìn)行采暖，替代原有汽水換熱站，減少蒸氣資源消耗和燃煤鍋爐開(kāi)啟，降低了一次能源消耗。項(xiàng)目采用合同能源管理模式，減少企業(yè)因?qū)嵤┕?jié)能技改項(xiàng)目過(guò)程中的資金占用，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

電爐；余熱；采暖

1前言

鋼管公司現(xiàn)有2臺(tái)20噸、3臺(tái)35噸燃煤鍋爐，屬于國(guó)家級(jí)控制污染源排放點(diǎn)。鋼管公司積極響應(yīng)國(guó)家和天津?qū)?jié)能減排工作的號(hào)召，研究利用現(xiàn)有余熱資源實(shí)施燃煤鍋爐替代。針對(duì)該項(xiàng)重點(diǎn)工作，鋼管公司能源部成立專業(yè)工作小組，對(duì)公司蒸氣生產(chǎn)供應(yīng)、輸送分配、終端用戶等環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理，平衡分析現(xiàn)有蒸氣供需狀況，從增加汽源、強(qiáng)化輸送效果、減少末端用戶等方面開(kāi)展工作。

通過(guò)一系列基礎(chǔ)調(diào)研工作的開(kāi)展，重點(diǎn)從三方面進(jìn)行入手，一是實(shí)現(xiàn)煉鋼二區(qū)、煉鋼三區(qū)熱回收系統(tǒng)共用一套換熱系統(tǒng)，增加煉鋼余熱供暖面積，減少采暖對(duì)蒸氣需求。二是提高輸送效率，完成對(duì)蒸氣、采暖管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整，減少管網(wǎng)輸送過(guò)程中的熱損失。三是強(qiáng)化用戶管理，調(diào)研各蒸氣用戶進(jìn)行摸底調(diào)查，研究用戶蒸氣替代的可行性，減少蒸氣用量。

2電爐循環(huán)水余熱利用情況

鋼管公司建有三座電爐，煉鋼一區(qū)為150t電爐，煉鋼二區(qū)為100t電爐，煉鋼三區(qū)為100t電爐，煉鋼一區(qū)配套建有一套熱回收系統(tǒng)，利用循環(huán)水余熱換熱后供暖，原帶采暖面積12×104m2，所帶采暖用戶冬季采暖效果良好。煉鋼二區(qū)未建設(shè)熱回收回收系統(tǒng)。煉鋼三區(qū)配套建有一套熱回收系統(tǒng)，利用循環(huán)水余熱換熱后供暖，原帶采暖面積4.14×104m2。由于鋼管公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，增加普通連鑄坯外購(gòu)量，煉鋼二區(qū)、煉鋼三區(qū)電爐交替生產(chǎn)，煉鋼三區(qū)電爐停產(chǎn)期間，其熱回收系統(tǒng)停運(yùn)，所帶采暖用戶需通過(guò)汽水換熱器進(jìn)行采暖，增加了蒸氣消耗。為增加余熱利用，減少蒸氣消耗，論證實(shí)施煉鋼二區(qū)、煉鋼三區(qū)共用一套換熱系統(tǒng)，煉鋼一區(qū)增加采暖用戶，對(duì)余熱資源進(jìn)行充分回收利用。

3煉鋼循環(huán)水余熱利用改造內(nèi)容及技術(shù)方案

3.1項(xiàng)目技術(shù)方案

鋼管公司煉鋼一區(qū)配有熱回收系統(tǒng)，目前，冬季供暖面積為120904.89m2，按50W/m2標(biāo)準(zhǔn)核算，煉鋼一區(qū)熱回收系統(tǒng)共具有16×104m2供熱能力，考慮設(shè)計(jì)余量，擬在原基礎(chǔ)上增加約12024m2。增加供熱區(qū)域：包括煉鋼一區(qū)食堂（640m2）、辦公樓（960m2）、浴室（240m2）；煉鋼二區(qū)辦公樓（1100m2）、浴室（1275m2）、變電站（500m2）、調(diào)度樓（700m2）；計(jì)控地泵房（60m2）；5#熱處理（6549m2）；石灰窯區(qū)域（1333m2）。

煉鋼三區(qū)配有熱回收系統(tǒng)，由于間斷性生產(chǎn)等原因，2014～2015年采暖仍為汽水換熱方式，耗汽量6 t/h～8t/h?，F(xiàn)計(jì)劃將煉鋼二區(qū)電爐循環(huán)水接入煉鋼三區(qū)熱回收系統(tǒng)，采用余熱供暖方式，實(shí)現(xiàn)節(jié)約蒸氣。經(jīng)核算，該熱回收系統(tǒng)可供熱面積約為15× 104m2，現(xiàn)供熱面積僅為41389.8m2，擬增加彩板換熱站（73511.49 m2）；720換熱站（36131.8m2）；擬減少包括煉鋼一區(qū)食堂（640m2）、辦公樓（960m2）、浴室（240m2），煉鋼二區(qū)辦公樓（1100m2）、浴室（1275m2）、變電站（500m2）、調(diào)度樓（700m2），計(jì)控地泵房（60m2）。

經(jīng)上述調(diào)整后，原彩板換熱站、720換熱站換熱設(shè)施停用，預(yù)計(jì)節(jié)約蒸氣耗量7t/h，煉鋼三區(qū)可節(jié)約蒸氣耗量6-8t/h。優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)施后，采暖季可節(jié)約蒸氣約14t/h。

熱平衡計(jì)算：供熱量計(jì)算公式為Q=cqmΔt

其中，c為水比熱容，取4200J/(kg.℃)；qm為質(zhì)量流量，kg/s；Δt為供回水溫差，℃。

一煉鋼供熱區(qū)域熱平衡計(jì)算：原供熱面積為120904.89m2，現(xiàn)新增面積12024m2。熱負(fù)荷計(jì)算同上所述，按50W/m2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核算，切改前后供熱參數(shù)及所需負(fù)荷見(jiàn)如表1所示。

表1煉鋼一區(qū)循環(huán)水余熱采暖熱平衡計(jì)算

注：表中流量、供回水溫度均為一次側(cè)參數(shù)，現(xiàn)有熱負(fù)荷的計(jì)算考慮板式換熱器的熱效率η=0.9。計(jì)算熱負(fù)荷應(yīng)將表中質(zhì)量流量除以3.6換算為kg/s。

三煉鋼供熱區(qū)域熱平衡計(jì)算：原供熱面積為41389.8m2，新增彩板換熱站（73511.49m2）、720換熱站（36131.8m2）供熱區(qū)域，現(xiàn)總供熱面積145558.09m2。按50W/m2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核算，切改前后供熱參數(shù)及所需負(fù)荷如表2所示：

表2煉鋼三區(qū)循環(huán)水余熱采暖熱平衡計(jì)算

3.2主體流程布置圖

煉鋼二區(qū)電爐循環(huán)水接至煉鋼三區(qū)熱回收系統(tǒng)，流量約2000m3/h，設(shè)計(jì)管徑DN500，架空敷設(shè)，增加新設(shè)落地支架，部分管路沿污脫樓敷設(shè)，其余管路利用原桁架加固敷設(shè)。涉及改造閥門(mén)依據(jù)三煉設(shè)備選型（型號(hào)：D341H-16；規(guī)格：DN500/DN600；壓力等級(jí)：PN=1.6MPa，帶配對(duì)法蘭；螺栓、螺母、墊片）。如圖1、圖2所示。

圖1煉鋼二區(qū)一次水改造示意圖

圖2煉鋼二區(qū)、煉鋼三區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)并網(wǎng)圖

煉鋼三區(qū)熱回收供熱水至彩板換熱站、720換熱站，流量約695m3/h，建設(shè)DN400主管道，長(zhǎng)度約3400m。煉鋼三區(qū)水處理泵房集回水包調(diào)整現(xiàn)有兩個(gè)DN200用戶接口后可用，接出后合流沿水處理泵房布置，另新增落地支架，與7號(hào)路現(xiàn)有桁架連接。如圖3所示。

圖3煉鋼二區(qū)、煉鋼三區(qū)余熱供暖示意圖（路由）

圖4煉鋼二區(qū)、煉鋼三區(qū)余熱供暖系統(tǒng)流程圖

4煉鋼循環(huán)水余熱回收利用效益分析

4.1煉鋼循環(huán)水余熱回收利用經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目9月20日開(kāi)始施工，10月28日冷循環(huán)調(diào)試狀態(tài)，10月30日熱負(fù)荷試車(chē)正常。11月3日，完成項(xiàng)目主體施工完成。項(xiàng)目新增余熱供暖面積為116192.29m2，可節(jié)省蒸氣14t/h，年節(jié)能效益預(yù)期為725.76萬(wàn)元。

項(xiàng)目采用合同能源管理模式，由天津耀華能源管理有限公司投資801.51萬(wàn)元完成項(xiàng)目建設(shè)，并負(fù)責(zé)效益分享期內(nèi)（分享期為6年）的運(yùn)營(yíng)。分享期結(jié)束后，鋼管公司獲得全部設(shè)備資產(chǎn)，并獨(dú)自分享節(jié)能效益。

4.2煉鋼循環(huán)水余熱回收利用項(xiàng)目社會(huì)效益

煉鋼循環(huán)水余熱回收利用項(xiàng)目投運(yùn)后，每年采暖季可節(jié)約蒸氣耗量40320t。按照鋼管公司35t/h燃煤鍋爐生產(chǎn)效率，每生產(chǎn)1t蒸氣消耗153kg動(dòng)力煤計(jì)算。燒結(jié)環(huán)冷余熱利用項(xiàng)目可減少燃煤消耗6168.96t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤4406.49t。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤的煤質(zhì)（硫含量為1%；C轉(zhuǎn)化CO2的比率約為1：2.841；灰分按20%計(jì)算），項(xiàng)目投運(yùn)后可有效減少SO2、CO2等污染物排放量，見(jiàn)表3。

表3項(xiàng)目節(jié)約標(biāo)煤量及污染物減排情況

5結(jié)語(yǔ)

煉鋼循環(huán)水余熱回收利用項(xiàng)目投入運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過(guò)回收利用生產(chǎn)工藝過(guò)程中產(chǎn)生的余熱資源，為企業(yè)降低能源成本，減少污染物排放打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]俞琴,劉紅,劉傳紅.煉鋼軟水密閉循環(huán)水系統(tǒng)工藝及冷卻設(shè)備比較.工業(yè)水處理,2010(01).

[2]馬曉茜.冶金爐冷卻及余熱回收方式的比較.鋼鐵,1997(08).

梁繼明（1981—），男，天津市東麗區(qū)天津鋼管集團(tuán)股份有限公司能源部，大學(xué)本科，能源主管，研究方向：冶金熱能。