熔煉溜槽鉛液冷卻循環水余熱利用系統設計

李吉平

（西北礦冶研究院白銀有色建筑設計院，甘肅 白銀 730900）

當前，我國在能源利用方面仍然存在著利用率低、經濟效益差、生態環境破壞嚴重等方面的問題，尤其在工業領域，能源消耗量約占全國能源消耗總量的70%，除了生產工藝相對落后、產業結構不合理的因素外，工業余熱利用率低，能源(能量)沒有得到充分綜合回收利用是造成能耗高的重要原因。因此如何高效地使用能源、回收利用各種工業余熱和降低對周圍生態環境的破壞成為人們關注的重要內容，也是解決我國能源問題的根本途徑。

在某鉛冶煉企業中，熔煉車間生產中產生的500℃溜槽鉛液溫度在進入下一工序時最高需要鉛液溫度在450℃，此部分熱量通過溜槽中的循環冷卻水排管換熱帶走，循環冷卻水排管中水溫由35℃升高到60℃，排管中的循環水通過循環水池上露天的風冷冷卻塔降溫，該部分余熱直接散失，對于企業中也是資源的浪費，同時冷卻塔降溫時會產生水汽不斷的蒸發，增加補水量。如果將該部分余熱提取出來，用在廠內冬季采暖建筑物采暖用熱和職工洗浴用熱中，不僅能減少能耗，還可以降低企業運行成本。

1 熔煉溜槽鉛液冷卻方式

在熔煉溜槽中布置循環冷卻水排管，鉛液溫度由500℃降為450℃左右，循環冷卻水吸熱后由35℃提高到60℃，60℃循環水進入清循環熱水軟水池后采用風冷冷卻塔冷卻，冷卻到35℃后進入清循環冷水軟水池，循環于熔煉溜槽鉛液冷卻。冷卻方式系統圖如圖1所示。

2 冷卻循環水余熱分析

通過對現有熔煉溜槽鉛液冷卻方式的分析，冷卻循環水余熱量大，具有很好的回收利用價值，因此，本文對某鉛冶煉企業中熔煉車間鉛液的冷卻循環水余熱利用進行分析。

圖1 現有冷卻循環系統流程圖

2.1 可利用余熱條件參數及總熱量

為合理規劃廠內采暖系統用熱和職工洗浴熱水系統的用熱，充分利用冷卻循環水的余熱量，需對可利用余熱總量和辦公樓采暖熱負荷、職工洗浴熱水系統熱負荷進行初步計算，確定余熱利用方案，以滿足熱量平衡。

冷卻循環水可利用的余熱量參照熱力學公式可得：

其中Q為熱量，W；c為水的比熱容，4.1868kJ/(℃·kg)；ρ為水的密度，1000kg/m3；?t為溫差，℃。

計算結果如表1：

表1 冷卻循環水可利用余熱計算結果

2.2 辦公樓采暖用熱負荷和職工洗浴用熱計算

該廠辦公樓采暖面積約6000m2，由于辦公樓多次改造暫無建筑物熱負荷的資料，根據公式進行估算：

其中Q為建筑物采暖熱負荷，W或kW；q為面積采暖熱負荷指標，W/m2；A為建筑物面積，m2。

采暖熱負荷估算見表2：

表2 采暖熱負荷

另外通過查找該廠相關數據，供暖期的洗浴熱水供應平均小時熱負荷參照下方公式：

其中，Qrp為供暖期的熱水供應平均小時熱負荷，kW；c為水的熱容量，4.1868kJ/(℃·kg)；ρ為水的密度，1000kg/m3；m——用熱水單位數，人；v為每個用熱水單位每天的熱水用量，l/d；tr為生活熱水溫度，℃；tl為冷水計算溫度，℃；T為每天供水小時數，h/d。

洗浴用熱負荷見表3：

表3 供暖期熱水供應平均小時熱負荷

由表1、表2、表3可知，冷卻循環水所具有的熱量能夠滿足辦公樓采暖和職工洗浴用熱耗熱量的要求。

3 余熱利用方案系統設計

熔煉溜槽鉛液循環水冷卻原先采用在循環冷、熱水軟水池中通過冷卻塔和自然降溫冷卻。冷卻塔和自然蒸發散失的該部分余熱可用于冬季采暖和全年生活洗浴用熱水。

用于冬季采暖系統余熱利用方式如下：用1套水-水板式換熱器并入冷卻循環水系統，該系統中循環熱水軟水池中的水（60℃）和循環冷水軟水池（35℃）中的水作為一次側，經水-水板式換熱器換熱后，制取50/40℃的二次側水溫，做為冬季廠區辦公樓低溫地板輻射采暖供回水，二次側采暖系統補水水源為清循環冷水軟水池，采用補水泵變頻調速定壓。

用于全年生活洗浴用熱余熱利用方式如下：用1套水-水板式換熱器并入冷卻循環水系統，該系統中循環熱水軟水池中的水（60℃）和循環冷水軟水池（35℃）中的水作為一次側，二次側為補水冷水箱內的自來水（10℃）進入水-水換熱器升溫到（45℃）熱水，用蓄熱泵將45℃熱水打入蓄熱水箱儲存，蓄熱水箱內的水可直接用在職工洗浴。

改造后冷卻塔仍保留，保證系統安全、可靠，在循環冷熱水池和冷卻塔之間連接的進出口管道上加裝常閉安全膨脹閥門，閥門控制方式為溫度控制，如用于冬季采暖和全年生活熱水的余熱利用系統，在利用余熱之后余熱仍有剩余的情況下，清循環冷水軟水池中的水溫升高到40℃，安全膨脹閥門打開，冷卻塔冷卻系統運行，確保熔煉溜槽鉛液生產系統正常運行。如熔煉溜槽鉛液生產系統停產檢修，無余熱可利用的情況下，采用廠區其他熱源作為冬季采暖和全年生活洗浴熱水供應。熔煉溜槽鉛液循環水余熱利用系統流程見圖2和圖3。

圖2 冷卻循環水余熱用于采暖流程圖

圖3 冷卻循環水余熱用于洗浴用熱流程圖

4 結語

鉛冶煉企業中熔煉溜槽鉛液冷卻循環水余熱利用系統，在保證生產工藝正常運行的同時，最大化的利用鉛液余熱，采用水-水換熱器將余熱進行回收循環使用，優化了熔煉溜槽鉛液冷卻循環水降溫的效果。