热处理炉余热回收利用

邢 艳，陆小明，常永慧

（共享铸钢有限公司，宁夏银川 750021）

我国与发达国家相比，工业装备落后，能源利用率低。如化工、建材、纺织、冶金、动力、造纸等行业，生产过程中大量使用的可利用热能直接排空，既浪费能源又污染环境，余热回收就是将这部分浪费的热能回收利用。

1 系统改造介绍

本文通过研究热处理炉的尾气，对尾气进行换热后烘干砂型，代替铸型烘干机。提高能源利用率，降低生产成本，保护环境。

2 系统研究目的

热处理炉的尾气温度为400℃左右[1]，而铸型烘干机的烘干温度为200℃左右。所以可对热处理炉进行改造，将尾气用于砂型烘干，省去铸型烘干机的使用。例如，现有铸型烘干机共8台，热处理炉5台，每台烘机的总功率为74kW，标示热风量为1800m3/h，热风温度150～250℃。平均每天4台正常运行。每台烘干机有3个热风出口，热风出口的内径为ø100mm。烘干机加热电阻分3组，运行时2组加热，所以1台烘干机的实际电加热功率为50kW。每年电费约为56万元。而公司5台热处理炉运行时，尾气平均温度400℃，如果能将热处理炉的尾气余热进行利用代替8台铸型烘干机，除去设备的维修费用和系统耗能，每年可节省30万元。

3 系统研究方案

（1）为满足砂型烘干所需的热量，安装1套管式换热器和1套热管换热器，与热处理尾气管道相连。

（2）为满足砂型烘干所需的风量，安装1套鼓风机，鼓入所需冷风至换热器。

（3）利用5台热处理炉尾气提供加热烘干砂型所需的热风，再通过带保温的热风管道输送至砂型处。

（4）为防止尾气余热回收利用影响热处理炉排烟，在热处理炉尾气管道处安装引风机，通过管道连接至烟囱。

（5）由于5台热处理炉不同时运行，5台热处理炉配置1套余热回收换热装置。每台热处理炉的抽烟管处布置1台电动风门，根据热处理炉的尾气温度控制风门的开关。各台热处理炉抽取的尾气汇合后送往余热回收换热器，再由1台引风机抽取排放。

（6）取烟口电动风门、鼓风机、引风机动作分别控制，各设备动作之间不进行直接的逻辑关联。取烟口电动风门的动作由窑炉排烟温度信号控制，当排烟温度高于400℃时电动风门自动打开，当排烟温度低于380℃时，电动风门自动关闭。

（7）鼓风机的控制：1）首先通过电动风门打开数量判断可供余热回收的烟气量是否足够，当电动风门打开数量高于2个时，余热利用系统运行，鼓风机启动。2）鼓风机启动后，鼓风机的电流输入频率由余热回收装置热风出口风压信号控制，风压低于规定值时，输入频率提高；风压高于规定值时，输入频率降低以匹配热风用量。

（8）引风机的控制：1）首先通过电动风门打开数量判断可供余热回收的烟气量是否足够，当电动风门打开数量高于2个时，余热利用系统运行，引风机启动。2）引风机启动后，引风机的电流输入频率由余热回收装置热风出口温度信号控制，温度低于规定值时，输入频率提高以增加烟气抽取量；温度高于规定值时，输入频率降低以减少烟气抽取量来保证热风温度。

（9）系统方案图如图1所示。

4 系统研究步骤

图1 系统方案图1—电动风门a 2—烟气管 3—管式换热器 4—热管换热器5—鼓风机 6—引风机 7—热风管道 8—电动风门b

（1）对5台热处理炉每天运行时的温度进行跟踪记录，经分析确认是否能达到回收利用的要求。

（2）按照热处理炉的具体位置确定烟气高温管道的走向。

（3）根据现场确定热风管道的走向。

（4）采购配件，现场安装调试。

（5）统计分析使用效果。

5 系统改造效果分析

5.1 烟道系统散热损失计算

进行余热利用抽取的烟气量为4320Nm3/h，烟气温度为400℃，烟气管道直径为ø500mm，烟道保温毡厚度为130mm。烟道每平米的外表面积散热损为163W。由最远端的两台炉子抽取烟气，取烟口至换热器的总烟道长度为120米，烟道的外表面积为290平米，烟道的总散热量为163×290 W=47.3kW。抽取烟气量为4320Nm3/h，烟气温度为400℃，烟气在烟道内的温度降低约30℃，即如果抽烟口处的烟温为400℃，进余热回收换热器的烟温则会降至370℃左右。

5.2 热风道系统的散热损失计算

5台热处理炉余热回收量与6台烘干机供热量相同，余热回收产生的热风量为3600Nm3/h。用热点要求热风温度为200～250℃。热风供给的末端温度为250℃，热风出换热器时温度为280℃，热风管道直径为ø400mm，风道保温采用岩棉保温毡，保温厚度为100mm，根据计算，风道每平米的外表面积散热损失为111W。换热器至用热风点的最远端热风道长度约为245m，风道的外表面积为432m2，风道的总散热量为148kW，热风在风道内的温度降为36.1℃，即换热器出口热风温度为280℃，能够保证热风使用点的温度不低于240℃，能够满足用热点的需求。

5.3 引风机的选择

引风量4320Nm3/h，风机进口温度130℃，引风机流量应满足以下条件[2]：

Q≥1.1×4320×（273+130）/273=7015m3/h

换热器的烟侧阻力为820Pa，烟道的阻力经估算为550Pa，所以引风机全压应满足如下条件：

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

引风机转速2900r/min，电机功率7.5kW。引风机配变频调速器，以便控制引风流量。

5.4 鼓风机的选择

鼓风机流量应满足以下条件：

Q≥1.1×3600×（273+20）/273=4250m3/h

换热器风侧阻力为760Pa，热风道的阻力经估算为1450Pa，热风道的末端余压为1000Pa，鼓风机的全压应满足如下条件：

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

鼓风机可选用9-19NO.5.6A离心鼓风机，风机转速2900r/min，电机功率18.5kW。鼓风机配变频调速器。

5.5 使用效果

安装使用后，现场砂型烘干处热风温度为230～250℃，烘干效果较好。而且对热处理炉的使用也未造成任何影响。

6 结论

通过本次对热处理炉的改造，很好的回收利用了热处理炉的尾气，并且省去了铸型烘干机的使用，降低了工人的劳动强度和生产成本，提高了砂型烘干的效率,达到了节约能源、提高生产率的有益效果。