余热回收用于供暖的水系统设计实例

朱 佩 璋

(山西太钢工程技术有限公司，山西 太原 030009)



余热回收用于供暖的水系统设计实例

朱 佩 璋

(山西太钢工程技术有限公司，山西 太原 030009)

结合工程实例，介绍了工业余热回收后与现有集中供热系统并网供热、满足供热区域扩容的水系统设计方案，并针对该系统的设计难点，提出了解决策略，实现了节能减排的目标。

余热回收，集中供热，水系统，节能减排

1 工程概况

太原市北沙河区域紧靠太原钢铁集团有限公司，区域内现有约600×104m2建筑为太钢高炉冲渣水余热集中供热，由于太原市城市建设快速发展，随着北中环道路的建成通车，附近区域相当多的用户集中供热需求增长迅速，但由于冲渣水余热能力限制，供热需求不能得到满足，用户多采用自建小锅炉房和小煤炉自行供热，致使能源浪费、环境污染严重，这不但影响了太原市的城市形象，也在一定程度上阻碍了其经济的发展。针对这一情况，太原市政府于2015年1月对太钢提出集中供热扩网任务。

根据市政府的这一要求，同时也出于“增热不增污”的目的，我们对太钢公司内部各冶金工序进行了调研，最终决定对焦化干熄焦(CDQ)空冷岛乏汽冷却和三烧机头脱硫脱硝后部烟道进行改造，回收此两处余热进行供热，增加集中供热面积，减少小锅炉小煤炉的使用，降低能耗，提高环保水平。

2 系统设计

经调研，太钢焦化干熄焦(CDQ)配套1台50 MW高温、高压、单缸、抽汽空冷凝汽式汽轮机。冬季运行时汽轮机排出大量约70 ℃的乏汽，通过一条DN3 000大直径的排汽管道进入空冷岛使蒸汽得到冷凝，冷凝水通过凝结水管道系统自流到凝结水箱，经处理后送回到锅炉给水系统。经计算，如在冬季采暖时通过用凝汽器替代空冷岛，利用乏汽加热采暖回水，能回收约58.4 MW的乏汽冷凝潜热，同时节约空冷风机耗电480 kW。

太钢三烧450 m2烧结机机头烟气经脱硫脱硝后烟气温度在130 ℃以上，几乎不含有SO3，烟气露点温度较低，如在脱硫脱硝出口的DN6 400主管道上安装烟气—水换热器进行换热，将烟气温度降低到约100 ℃后从烟囱排出，按60%设计工况计算，则约有11.09 MW的余热可供回收，但因增加阻损，风机耗电增加950 kW。

上述两处含余热工序，距离太钢供北沙河区域的集中供热管道较近。该供热管道为利用太钢公司5号高炉的冲渣水余热进行供热，供热面积原为160×104m2，设计采暖水循环量2 900 m3/h；供热主管管径DN1 200。纳入新增余热系统后，可满足该供热区域扩容200×104m2后的供热需求。

新增余热系统中，CDQ的余热量较大，但只能将水温最高提升至约70 ℃；此温度的余热，只能用于采暖、洗浴等一般生活用热，基本无其他用途，品位较低；三烧余热量较小，温度较高，为避免换热器局部过冷凝露，三烧系统烟气限制最低出口温度，故要求进入换热器水温应在60 ℃以上，出口水温最高可达100 ℃以上，除生活用热外，尚可用于工艺加热、制冷、发电等用途，品位相对较高。

根据上述余热资源的特点及要求，新增余热系统设计为：将CDQ余热用作新增系统主热源，三烧余热系统作为补热热源串联在CDQ余热热源之后；新增余热系统与原高炉冲渣水余热系统并联作为多热源共同在采暖季向外供热；同时保留三烧余热系统在非采暖季作为其他用途热源的可能性。

系统运行流程为：采暖季系统运行时，采暖回水先进入CDQ余热系统进行吸热升温。采暖季初末期供热负荷较小的时间段内，系统出水直接供往热用户，CDQ多余乏汽仍送至空冷岛进行冷却；在极寒季负荷升高、超出CDQ余热热量后，系统出水将部分引至三烧区域进行再加热，再返回主循环系统与其余未再加热部分混合，提高供水水温以满足负荷需求。非采暖季期间，由于CDQ余热品位过低无法利用，只能仍送至原空冷岛冷却；三烧系统品位略高，可利用于低温发电或热水型制冷等系统，直至负荷需要时并入供热网络。

工艺流程示意图见图1。

具体实施方案为：

从DN1 200北沙河供热主管道的回水管道上抽出一根DN1 000甩头经三烧区域送往CDQ，设计水量约为4 000 m3/h；在新建凝汽器与乏汽换热升温至68 ℃左右，向回敷设至三烧西侧，此处新建一座总加压泵站对CDQ出水进行加压，加压前分流一部分约1 000 m3/h 水经加压泵送至三烧机头烟气余热回收，在烟气—水换热器内经烟气加热升温至约77.1 ℃后敷设回泵站，与另支主管道采暖水(水量2 900 m3/h)混合，总水温约70 ℃，通过新建总加压泵加压后敷设至DN1 200总管接点处，与原高炉冲渣水余热系统碰头混合，混合后的总水量6 900 m3/h，共同送往市政接点供用户使用。

在新建系统中，由于凝汽器与三烧烟气换热器尚存在增设并列余热热源的可能，因此新建系统主管线管径均进行预留扩径。

本系统设计，既符合两处热源各自的特点及不同要求，又能够最大限度地回收余热热量，同时做到了根据需求能源的品位进行合理配置，最大限度地回收余热。

3 系统难点

本系统的设计，在原有单热源集中供热系统的基础上增加了新的热源与分支，各热源之间同时存在着并、串联情况，而各热源设备的耐压、所处标高又各自不同，市政接点处对资用压头有严格要求，因此，调整好系统内各点压力，在符合不超压、不倒空情况下，又能符合市政接点处资用压头的要求，还能保证各路热源系统水量满足要求，是本系统设计的难点。

经水力计算，旧有系统由总接点至冲渣水热源分支总阻损为50.16 m；总接点至市政接点阻损4.3 m；外网要求市政接点处资用压头为30 m；定压值为35 m；新系统在不考虑将来预留热源的情况下，由总接点至CDQ热源分支(不含三烧余热系统)总阻损为25.82 m。

旧采暖系统虽然水量较小，但建设较早，且总接点至热源段总阻损较高，配置有定压补水系统，故仍将其作为主循环系统，新余热回收系统作为循环分支，设置加压循环泵。

根据水力计算结果，总接点处采暖供回水压差值减去新系统总阻力损失即为新系统所需的加压泵扬程。因CDQ存在负荷变动情况，故将总加压泵流量适当放大，选择4台流量Q=1 600m3/h、扬程H=35 m的泵，三用一备，变频运行。

三烧余热系统，在本次余热回收系统中作为对吸收CDQ乏汽余热后的采暖水中的一部分进行二次加热的补充热源，回收设备位置处在40 m高度，原系统定压不足，因此增设了一套加压泵，对三烧余热系统循环水进行单独加压。同时在分支回水管上设置调压装置，以保证回水压力与新系统主管道压力匹配。根据计算，考虑未来并列热源预留情况，选择3台流量Q=750 m3/h、扬程H=30 m的加压泵，两用一备，变频运行。泵与调压阀组连同除污器、总加压泵等布置在新增循环泵房内。同时，由于三烧余热系统受生产工况影响较大，需要频繁调整通过余热换热器水量，故在换热器处设置有采暖水流量调整装置，通过流量监测以及调整泵的运行频率、进出口阀门与旁通阀的开度来控制水量，保证该分支水量与生产工艺匹配。

通过上述配置，能够满足新增系统各处的压力要求，达到节能最大化，同时在重点部位水量控制，确保余热回收的同时对工艺系统不产生大的影响，基本解决了系统的难点问题。

4 结语

本系统于2015年实施，2015年—2016年采暖季投运，两个采暖季运行良好。新系统供热水温71 ℃～72 ℃，满足供热温度要求，总回收余热量达到76 MW以上，满足区域扩容200×104m2后的供热需求；本项目利用低品位的废热资源，变废为宝，开发供热新热源，节约高品位热能，为太原市集中供热提供了有力支持，改善了周边区域由旧有供热燃煤小锅炉带来的能源浪费和污染物排放现象，是一项典型的服务大众造福社会、节能减排环保降碳工程。

On water system design for waste heat recycled in heat supply

Zhu Peizhang

(Shanxi Taiyuan Steel Engineering Co., Ltd, Taiyuan 030009, China)

Combining with the engineering examples, the paper introduces the design scheme for integrating the industrial waste heat recycling and the central heat-supply system and the water system meeting the heat supply region expansion, and points out the solution strategies according to the design difficulties of the system, so as to realize the aims of the energy-saving and emission reduction.

waste heat recycling, central heat, water system, energy-saving and emission reduction

1009-6825(2017)08-0130-02

2017-01-05

朱佩璋(1973- )，男，高级工程师

TU833

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