鋼鐵廠解凍庫送排風系統設計淺析

王波

摘 要：北方地區鋼鐵廠為保證冬季正常生產，需建設解凍庫對凍車解凍，以滿足卸車需要和生產需要。鋼鐵廠低于250℃的廢氣直接排放，原則上不計入余熱資源。為利用低溫工業廢氣中的低品位余熱，遵循節能環保、循環經濟的設計理念，在首鋼京唐鋼鐵廠解凍庫設計中采用燒結環冷機二段180～210℃低溫廢氣作為熱源，為解凍庫設計機械送風、自然排風的送排風系統，利用廢氣余熱解凍。本文就送排風系統風量確定、送排風形式選擇、管道設計等方面進行了闡述。

關鍵詞：低溫工業廢氣 送排風系統 余熱解凍 節能環保

中圖分類號：TU926 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0028-03

1 工程概況

1.1 建設規模

京唐解凍庫設2列庫，每列庫內30個車位，同時解凍60個車位，庫本體占地432×13.2×6.5m（長×寬×高），暖車時間4～7h。解凍期為冬季3個月（90d），連續工作制度，計2160h，日解凍能力10800t。

1.2 庫溫要求

鐵路局規定解凍內平均溫度≤130℃，如果超溫，會損壞車輛上的軟管、制動缸、油箱、軸承的潤滑油或者引起煤炭自燃。根據對多家用戶調研情況看，能夠保證庫內溫度在100±10℃范圍內的解凍庫，就是好用、成功的解凍庫，因此庫溫設計值取100±10℃。

2 送排風系統設計

2.1 風量選擇計算

根據調研解凍庫實際運行數據及京唐地區的氣候條件，結合《焦化設計參考資料》中提出的解凍耗熱量經驗指標7500kcal/t煤，噸煤耗熱量指標取6500kcal/t（折合27300kJ），每班解凍時間取6h，對應凍煤3600t，送風溫度取150℃，需要的廢氣量

（1）

式中，L—廢氣量（m3/h）；

C—150℃下的空氣比熱（kJ/kg·K），取1.03kJ/kg·K；

ρ—150℃下的空氣密度（kg/m3），取0.808kg/m3；

Q—每小時解凍所需的熱量（kJ/h），（27300/6=4550kJ/h）；

tj—送風溫度（℃），取150℃；

tp—排風溫度（℃），取90℃；

k—風量富裕系數，取1.2。

經計算，L=393636m3/h，取40×104m3/h。

2.2 引風管道設計

（1）敷設方式及流速選擇。

廢氣引風管道采用架空敷設，與廠區綜合管網綜合考慮。通過采用聚四氟乙烯滑動托座和非金屬柔性補償器來降低管道熱位移對固定支架的推力。

參照采暖通風與空氣調節設計規范[1]中工業通風主管道推薦風速6～14m/s，但考慮到廢氣中含有少許粉塵，不同于一般的通風系統，燒結粉塵在水平管段內不沉積的最小風速要求>15m/s，因此，將引風管道內的風速確定為15.7m/s，管道直徑為D3000。壁厚選擇從跨度、腐蝕裕量、使用年限等因素綜合考慮，根據鋼鐵企業通風管道選用規范和經驗，管道壁厚取10mm。

（2）引風管道補償。

每米管道熱伸長量△l（mm）

△l=α·（t2-t1） （2）

式中，α—管道的線膨脹系數，0.012mm/（m·℃）；

t2為管內介質溫度，取210℃；

t1為管道安裝溫度，取-10℃。

經計算，每米管道熱伸長量△l=2.64mm。

（3）跨距確定及補償器設計。

經計算，D3000×10管道最大跨度可達67m，但考慮到有壓縮空氣、氮氣、蒸汽等4根外線管道與之共架，跨度應從滿足各個管道跨度要求、節省土建投資、選擇合適補償量的補償器的角度綜合確定。因此，本設計管道主支架跨度選定為30m/個。根據對單位管道熱伸長量的計算，兩個支架之間的管道熱伸長量為79.2mm，選擇非金屬柔性補償器，軸向補償量為±100mm，管道跨度及補償器布置形式如圖1所示。

2.3 氣流組織

庫內采用底部雙側送風、屋面正壓自然排風的送排風形式。

（1）送風管道設計。

庫本體送風管道主要技術技術參數如下：

主管送風速度：14m/s；

支管送風速度：7m/s；

送風口布置2m/個，單個風口送風量480m3/h，送風口風速1.9m/s，避免熱風直接噴向軸承，風口與水平面成30°夾角噴向火車箱體壁板，形成氣流擾動并沿壁板上升，使庫溫均勻。

送風系統主要由屋面集中送風管道、靜壓箱及庫內送風支管三部分組成，管道布置形式如圖2所示。

（2）均勻送風調節措施。

送風系統通過主管集中，支管分散的方式基本確保了長度方向各個區域的送風均勻，為更好地保證每個送風口的風量基本相當，設計中考慮在每個風口前端配簡易風量調節插板。在通風系統正式投運前，對送風系統風量進行平衡調試，通過測定送風口出風速度，調整插板開度，對各個送風口的送風量進行平衡，確保送風均勻。原則上插板開度一次調整完畢，后續不需要再進行調整。

（3）排風管道設計。

為防止大門縫隙處有室外冷空氣進入庫內，庫內的正壓度參照方言樓梯間正壓度的取值范圍，解凍庫內的正壓值按照50Pa設計。根據經驗數據，每列庫設7根D1200自然排氣管道，分散布置，頂部安裝防雨用自然風帽，排氣管道布置形式如圖3所示。

當手動蝶閥全開時，對庫內的正壓值P校核計算如下：

P=排氣管道處壓力損失（Ps）+排風動壓 （Pd）

Pd=v2·ρ （3）

Ps=Rm·l+Pz （4）endprint

Pz=ε·Pd （5）

式中，Rm—單位摩擦阻力（Pa/m），查自《鋼鐵企業采暖通風設計手冊》P704并進行密度修正，0.267Pa/m；

l—風管長度（m）；v為管內流速（m/s）；

ρ—廢氣密度（kg/m3）；

ε—局部阻力系數。（蝶閥全開時取0.2，圓傘形風帽取0.75）

經計算，Pd=23.1Pa；Ps=22.7Pa；

P=Pd+Ps=45.8Pa。

通過校核計算看出，選擇自然排風管道的管徑D1200滿足設計要求。實際運行中可以通過調節排氣管道上手動調節蝶閥的開度，對庫內的正壓值進行調整，原則上一次調整完畢后不用再調。

（4）庫內溫度調節。

為保證送風溫度<150℃，在引風機入口設有兌冷風電動調節蝶閥，與風機入口前管道上溫度檢測聯鎖，超溫開啟，兌入冷風。從系統投運后反饋回來的信息，在解凍初期和末期（非最冷時期），兌冷風閥門開啟的頻率較高，說明兌冷風系統是必要的。

3 引風機選擇與設計

3.1 風機風量和全壓選擇

通風系統阻力損失由四部分組成，分別為環冷機煙罩處阻力損失、廢氣引風管道阻力損失、庫本體送風管道阻力損失及屋面自然排氣管道的阻力損失。經計算系統總阻力損失為4830Pa，考慮20%的富裕系數，因此，風機全壓選定為5800Pa（150℃）。

3.2 配電機功率計算

電機功率N（kW）

（6）

式中，Qf—風量；（m3/h）；

Pf—風機全壓；（Pa）；

k—容量安全系數，取1.3；

η—風機效率，按有關風機樣本選取，取0.82；

ηst—機械傳動效率，聯軸器傳動，取0.98；

經計算，N=1043kW，因此選擇1250kW的高壓電機，防護等級IP44。

3.3 風機選型與布置

根據上述技術參數，經風機廠選型如下：

雙吸雙支撐離心引風機1臺（葉輪作耐磨處理）

型號：Y6-2X29No31.5F；

轉速：740r/min；

配一體式風機入口閥電動執行機構

配電機：YKK8P/1250kW/10kV/IP44/F；

風機本體耐溫：250℃；

風機軸承選用自潤滑式滑動軸承，循環水冷卻；

電機軸承為滾動軸承，風冷式。

平衡標準：按JB/T9101-1999標準考核，等級≥G5.6。

風機布置在風機房內，為方便風機安裝和檢修，根據風機分體最大件重量（葉輪），選擇1臺20t的雙梁橋式起重機1臺。

4 結語

（1）以保障庫內溫度均勻穩定為設計核心是正確的，送排風系統由暖通專業設計對庫溫均勻、穩定提供了強有力的技術支撐。

（2）本工程通風系統采用主管集中、支管分散+正壓自然排風的送排風方式，經過實際運行的檢驗，系統是合理的。

（3）低溫廢氣余熱利用，經濟效益和環保效益明顯，鋼鐵廠內低溫廢氣種類多、量大，在同類工程中值得優先選擇并大力推廣。

（4）暖通專業人員應積極關注余熱資源，合理開發利用。

參考文獻

[1] 中華人民共和國建設部.GB50019-2003采暖通風與空氣調節設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[2] 孫一堅.工業通風[M].3版.北京：中國建筑工業出版社， 1994.

[3] 施振球.動力管道手冊[M].北京：機械工業出版社，1994.endprint