浅谈电炉循环冷却水系统的余热利用问题

孙绍明

天津钢管集团股份有限公司

浅谈电炉循环冷却水系统的余热利用问题

孙绍明

天津钢管集团股份有限公司

本文对电炉循环水余热利用系统进行了概述，同时结合某钢厂的电炉循环水余热回收改造工程的实际案例来探究了电炉余热回收的方法，希望为相关专业的同仁提供一些参考借鉴。

前言

目前我国对电炉烟气余热回收的研究成果和工程应用较丰富，而对电炉循环冷却水系统余热利用的研究和应用较少。国内已有钢铁厂引进了相关电炉循环水余热回收系统，从当前来看，该系统具有良好的经济效益和社会效益。

1　电炉循环水余热利用系统概述

高功率和超高功率电炉炉体分为上下两段，下部外壳为钢板制作，内砌耐火材料，上部为管式水冷炉壁，炉盖也是管式水冷。电炉排出烟气温度达1200～1400 ℃，因此炉顶弯管也要设水冷夹套冷却。电炉燃烧室应保证室内有恒定的最低烟气温度要求，以烧除烟气中的有害气体。

考虑到电炉循环水温度太高将直接加剧设备的结垢，影响设备的冷却效果，为了延长设备的大修周期，冷却用水采用除盐水，既可保证冷却效果， 又不会导致结垢。某钢厂根据设备用水要求和当地水源供水条件选择了除盐水闭路循环水系统。该钢厂超高功率电炉循环冷却水余热回收系统见图1。

图1　某钢厂超高功率电炉循环冷却水余热回收系统流程示意图

该闭路循环冷却水系统主要供给电炉炉盖、电炉炉顶水冷弯管、电炉水冷炉壁、燃烧室和LF 炉炉盖等设备的冷却水，设计供水量2200 m3/h，水压0.7MPa，进口水温65 ℃，出口水温80 ℃。根据当地气候条件冷却设备选用干式空气冷却器。非采暖期用户回水经空冷器冷却后通过冷却水循环泵加压送往用户循环使用，循环水泵入口压力定为0.15 MPa，水温65 ℃。由于是闭路循环，该循环水未受污染，设计平均补水量约3.3 m3/h（按0.15%）。采暖期用户的部分回水经板式换热器与采暖回水（≤55 ℃）换热后与剩余部分回水共同进入空冷器，然后通过冷却水循环泵加压送往用户循环使用。为保障电炉各冷却设备的安全，该系统设有一台柴油动力泵，可自动启动，流量800 m3/h，压力0.4 MPa，可连续运行2 h。

采暖循环水系统回水温度55 ℃，热回收循环水泵入口压力定位0.15 MPa，出口压力0.65 MPa，经过板换与电炉循环水换热后送给采暖用户，冷却后的采暖回水经过热回收循环水泵加压后送入板式换热器循环使用，考虑电炉检修、极端气候等因素，设置了汽水换热器，作为系统补热或者备用热源。

3　某钢厂电炉循环水余热回收改造工程实例分析

某钢铁厂配套2 台同等规模电炉，1# 电炉和2#电炉，1# 电炉循环冷却水系统未设计余热回收系统，2# 电炉配套了相关循环水余热回收系统，但由于间断性生产等原因，连续多年采用蒸汽作为热源进行汽水换热，本工程拟将1# 电炉循环水接入2# 电炉配套余热回收系统，实现余热供暖，不仅可以节约蒸汽还能降低换热站运行成本。

两台电炉循环冷却水系统基本一样，改造内容比较少，只需将进空冷器的回水管道上加一台DN600 电动调节阀，阀前接一DN500管道至2# 电炉热回收系统板换入口总管，板换出口总管接回至DN600 电动调节阀阀后。经过热负荷计算，增加了部分热用户，该部分热用户目前由是汽水换热站供给，每个换热站都配套3 台循环水泵，单台水泵流量200 m3/h，扬程32 mH2O，轴功率约22 kW，电机功率30 kW，2 用1 备。本工程在保留原系统的基础上进行了改造，增加了等径的循环水泵旁通管和汽水换热器旁通管，可以根据实际情况灵活调节。

电炉循环冷却水原设计供回水温度为65/80℃，根据以往运行经验，冬季实际供回水温度为56/60 ℃，热回收系统所供现有用户热负荷1.63 MW，拟增加现有2 个汽水换热站的热负荷3.16 MW，合计4.8 MW。热回收系统设计定为6 ℃温差（58/52℃）运行，新增加的热用户离热回收系统较远，单程距离约1.6 km，管道选DN400 焊接钢管，热回收水泵1 台运行，其余备用，板式换热器2 台运行，1 台备用。经过计算现有热回收循环水泵扬程能满足改造后的管网运行要求，现有汽水换热站内设备仍留做备用。

改造完成后系统运行效果较好，电炉循环冷却水实际供/回水温度为57/65 ℃，流量约1800 m3/h，电动调节阀开度约40%时，进板式换热器的流量约为560 m3/h，供/回水压力0.72/0.6 MPa。热回收系统新增用户端实际供/回水温度为54/48 ℃，供水流量约600 m3/h，供/回水压力0.56/0.16 MPa。热回收系统现有用户未设置流量计等测量设施，相关数据无法获得，现有用户离热回收系统较近，室内温度基本能满足要求。

该项目仅使用了1 台电炉循环水总量的1/3，即可在每个采暖季节约蒸汽约20000 t，两个汽水换热站内循环水泵节约电能345600 kWh。蒸汽单价按120 元/t，节约的蒸汽约237 万元，电价按0.6 元/ kWh，节约的电能约15 万元，此外检修成本也能适当降低，还能减少运行人员数量。该厂有2 台电炉，如果都配套建设余热回收系统，更大限度的回收电炉循环水中的余热，降本增效成果将更加显著。

4　结论分析

（1）电炉循环冷却水余热回收系统运行情况表明，各项指标均达到设计要求，保障了电炉炼钢安全生产。

（2）电炉循环冷却水余热回收系统将循环冷却水的显热充分回收，变废为宝，使之转化为可以利用的热量，节省了大量蒸汽，从而降低了电炉炼钢运行成本和企业的生产成本，经济效益显著。

（3）电炉循环冷却水余热回收系统的成功应用，具有较高的社会效益，是我国钢铁工业节能和环保技术的重大突破。

5　结束语

综上所述，在钢铁工业回收余热余能时，根据余热热源的特点和用户对热量品质的要求，在供需之间做到能级匹配、温度对口和梯级利用，在满足技术经济的要求下，最大限度的回收余热余能是目前我国钢铁企业的主要发展方向。

［1］杨琦.循环冷却水系统中的余热利用探讨［J］.给水排水，2009，02:80-82.

［2］李杨.炼钢烟气余热资源的回收及利用［D］.东北大学 ，2009.

［3］李国盛， 黄伟， 杨明华， 吴仕明.电炉烟气余热回收装置的研发与工程实践［J］，冶金能源，2009，28（1）：41-53.