熱處理爐余熱回收利用

邢 艷，陸小明，常永慧

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

我國與發(fā)達(dá)國家相比，工業(yè)裝備落后，能源利用率低。如化工、建材、紡織、冶金、動力、造紙等行業(yè)，生產(chǎn)過程中大量使用的可利用熱能直接排空，既浪費能源又污染環(huán)境，余熱回收就是將這部分浪費的熱能回收利用。

1 系統(tǒng)改造介紹

本文通過研究熱處理爐的尾氣，對尾氣進(jìn)行換熱后烘干砂型，代替鑄型烘干機。提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境。

2 系統(tǒng)研究目的

熱處理爐的尾氣溫度為400℃左右[1]，而鑄型烘干機的烘干溫度為200℃左右。所以可對熱處理爐進(jìn)行改造，將尾氣用于砂型烘干，省去鑄型烘干機的使用。例如，現(xiàn)有鑄型烘干機共8臺，熱處理爐5臺，每臺烘機的總功率為74kW，標(biāo)示熱風(fēng)量為1800m3/h，熱風(fēng)溫度150～250℃。平均每天4臺正常運行。每臺烘干機有3個熱風(fēng)出口，熱風(fēng)出口的內(nèi)徑為?100mm。烘干機加熱電阻分3組，運行時2組加熱，所以1臺烘干機的實際電加熱功率為50kW。每年電費約為56萬元。而公司5臺熱處理爐運行時，尾氣平均溫度400℃，如果能將熱處理爐的尾氣余熱進(jìn)行利用代替8臺鑄型烘干機，除去設(shè)備的維修費用和系統(tǒng)耗能，每年可節(jié)省30萬元。

3 系統(tǒng)研究方案

（1）為滿足砂型烘干所需的熱量，安裝1套管式換熱器和1套熱管換熱器，與熱處理尾氣管道相連。

（2）為滿足砂型烘干所需的風(fēng)量，安裝1套鼓風(fēng)機，鼓入所需冷風(fēng)至換熱器。

（3）利用5臺熱處理爐尾氣提供加熱烘干砂型所需的熱風(fēng)，再通過帶保溫的熱風(fēng)管道輸送至砂型處。

（4）為防止尾氣余熱回收利用影響熱處理爐排煙，在熱處理爐尾氣管道處安裝引風(fēng)機，通過管道連接至煙囪。

（5）由于5臺熱處理爐不同時運行，5臺熱處理爐配置1套余熱回收換熱裝置。每臺熱處理爐的抽煙管處布置1臺電動風(fēng)門，根據(jù)熱處理爐的尾氣溫度控制風(fēng)門的開關(guān)。各臺熱處理爐抽取的尾氣匯合后送往余熱回收換熱器，再由1臺引風(fēng)機抽取排放。

（6）取煙口電動風(fēng)門、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機動作分別控制，各設(shè)備動作之間不進(jìn)行直接的邏輯關(guān)聯(lián)。取煙口電動風(fēng)門的動作由窯爐排煙溫度信號控制，當(dāng)排煙溫度高于400℃時電動風(fēng)門自動打開，當(dāng)排煙溫度低于380℃時，電動風(fēng)門自動關(guān)閉。

（7）鼓風(fēng)機的控制：1）首先通過電動風(fēng)門打開數(shù)量判斷可供余熱回收的煙氣量是否足夠，當(dāng)電動風(fēng)門打開數(shù)量高于2個時，余熱利用系統(tǒng)運行，鼓風(fēng)機啟動。2）鼓風(fēng)機啟動后，鼓風(fēng)機的電流輸入頻率由余熱回收裝置熱風(fēng)出口風(fēng)壓信號控制，風(fēng)壓低于規(guī)定值時，輸入頻率提高；風(fēng)壓高于規(guī)定值時，輸入頻率降低以匹配熱風(fēng)用量。

（8）引風(fēng)機的控制：1）首先通過電動風(fēng)門打開數(shù)量判斷可供余熱回收的煙氣量是否足夠，當(dāng)電動風(fēng)門打開數(shù)量高于2個時，余熱利用系統(tǒng)運行，引風(fēng)機啟動。2）引風(fēng)機啟動后，引風(fēng)機的電流輸入頻率由余熱回收裝置熱風(fēng)出口溫度信號控制，溫度低于規(guī)定值時，輸入頻率提高以增加煙氣抽取量；溫度高于規(guī)定值時，輸入頻率降低以減少煙氣抽取量來保證熱風(fēng)溫度。

（9）系統(tǒng)方案圖如圖1所示。

4 系統(tǒng)研究步驟

圖1 系統(tǒng)方案圖1—電動風(fēng)門a 2—煙氣管 3—管式換熱器 4—熱管換熱器5—鼓風(fēng)機 6—引風(fēng)機 7—熱風(fēng)管道 8—電動風(fēng)門b

（1）對5臺熱處理爐每天運行時的溫度進(jìn)行跟蹤記錄，經(jīng)分析確認(rèn)是否能達(dá)到回收利用的要求。

（2）按照熱處理爐的具體位置確定煙氣高溫管道的走向。

（3）根據(jù)現(xiàn)場確定熱風(fēng)管道的走向。

（4）采購配件，現(xiàn)場安裝調(diào)試。

（5）統(tǒng)計分析使用效果。

5 系統(tǒng)改造效果分析

5.1 煙道系統(tǒng)散熱損失計算

進(jìn)行余熱利用抽取的煙氣量為4320Nm3/h，煙氣溫度為400℃，煙氣管道直徑為?500mm，煙道保溫氈厚度為130mm。煙道每平米的外表面積散熱損為163W。由最遠(yuǎn)端的兩臺爐子抽取煙氣，取煙口至換熱器的總煙道長度為120米，煙道的外表面積為290平米，煙道的總散熱量為163×290 W=47.3kW。抽取煙氣量為4320Nm3/h，煙氣溫度為400℃，煙氣在煙道內(nèi)的溫度降低約30℃，即如果抽煙口處的煙溫為400℃，進(jìn)余熱回收換熱器的煙溫則會降至370℃左右。

5.2 熱風(fēng)道系統(tǒng)的散熱損失計算

5臺熱處理爐余熱回收量與6臺烘干機供熱量相同，余熱回收產(chǎn)生的熱風(fēng)量為3600Nm3/h。用熱點要求熱風(fēng)溫度為200～250℃。熱風(fēng)供給的末端溫度為250℃，熱風(fēng)出換熱器時溫度為280℃，熱風(fēng)管道直徑為?400mm，風(fēng)道保溫采用巖棉保溫氈，保溫厚度為100mm，根據(jù)計算，風(fēng)道每平米的外表面積散熱損失為111W。換熱器至用熱風(fēng)點的最遠(yuǎn)端熱風(fēng)道長度約為245m，風(fēng)道的外表面積為432m2，風(fēng)道的總散熱量為148kW，熱風(fēng)在風(fēng)道內(nèi)的溫度降為36.1℃，即換熱器出口熱風(fēng)溫度為280℃，能夠保證熱風(fēng)使用點的溫度不低于240℃，能夠滿足用熱點的需求。

5.3 引風(fēng)機的選擇

引風(fēng)量4320Nm3/h，風(fēng)機進(jìn)口溫度130℃，引風(fēng)機流量應(yīng)滿足以下條件[2]：

Q≥1.1×4320×（273+130）/273=7015m3/h

換熱器的煙側(cè)阻力為820Pa，煙道的阻力經(jīng)估算為550Pa，所以引風(fēng)機全壓應(yīng)滿足如下條件：

H≥1.2×（820+550）×（273+130）/（273+200）=1400Pa

引風(fēng)機轉(zhuǎn)速2900r/min，電機功率7.5kW。引風(fēng)機配變頻調(diào)速器，以便控制引風(fēng)流量。

5.4 鼓風(fēng)機的選擇

鼓風(fēng)機流量應(yīng)滿足以下條件：

Q≥1.1×3600×（273+20）/273=4250m3/h

換熱器風(fēng)側(cè)阻力為760Pa，熱風(fēng)道的阻力經(jīng)估算為1450Pa，熱風(fēng)道的末端余壓為1000Pa，鼓風(fēng)機的全壓應(yīng)滿足如下條件：

H≥1.2×（760+1450+1000）×（273+20）/273=4134Pa

鼓風(fēng)機可選用9-19NO.5.6A離心鼓風(fēng)機，風(fēng)機轉(zhuǎn)速2900r/min，電機功率18.5kW。鼓風(fēng)機配變頻調(diào)速器。

5.5 使用效果

安裝使用后，現(xiàn)場砂型烘干處熱風(fēng)溫度為230～250℃，烘干效果較好。而且對熱處理爐的使用也未造成任何影響。

6 結(jié)論

通過本次對熱處理爐的改造，很好的回收利用了熱處理爐的尾氣，并且省去了鑄型烘干機的使用，降低了工人的勞動強度和生產(chǎn)成本，提高了砂型烘干的效率,達(dá)到了節(jié)約能源、提高生產(chǎn)率的有益效果。