至德鋼業(yè)余熱利用技術(shù)在熱軋304不銹鋼管機(jī)組中的應(yīng)用
本文以浙江至德鋼業(yè)有限公司159mm連軋管機(jī)組工程為例,著重介紹了環(huán)形爐煙氣余熱利用技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用情況和使用效果,以推動(dòng)余熱綜合利用技術(shù)在此領(lǐng)域的進(jìn)步。近年來,我國(guó)不銹鋼管廠家在裝備水平、產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量等方面都有了較大的提升與發(fā)展,我國(guó)已成為304不銹鋼管生產(chǎn)大國(guó),各類生產(chǎn)運(yùn)行的304不銹鋼管生產(chǎn)機(jī)組累計(jì)有380余套,還有不少新建、在建機(jī)組數(shù)量。節(jié)約能源、發(fā)展環(huán)境友好型企業(yè)、降低生產(chǎn)成本、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步已逐漸成為我國(guó)304不銹鋼管企業(yè)實(shí)施“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”的必要措施和重要途徑。
一、熱連軋管工藝余熱利用技術(shù)
1. 熱連軋管生產(chǎn)工藝流程
浙江至德鋼業(yè)有限公司304不銹鋼管生產(chǎn)車間內(nèi)159mm熱連軋管機(jī)組選用連鑄圓管坯,經(jīng)環(huán)形爐加熱到1250~1280℃后,送入穿孔機(jī)軋制為空心毛管,經(jīng)橫移設(shè)備送往連軋管機(jī)軋制成荒管,之后根據(jù)生產(chǎn)工藝要求送入張力減徑機(jī)軋制延伸后,送往冷床冷卻,冷床入口溫度約為900℃。
2. 煙氣余熱綜合利用技術(shù)
熱軋鋼管車間采用環(huán)形加熱爐加熱圓管坯,加熱產(chǎn)生的煙氣具有溫度高(300~400℃)、煙氣量大、熱容大的特點(diǎn),其余熱可用于車間制冷供暖和芯棒預(yù)熱?,F(xiàn)以至德鋼業(yè)159mm熱連軋管機(jī)組為例,介紹環(huán)形爐煙氣余熱利用技術(shù)的綜合運(yùn)用,并分析其技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢(shì)。
a. 環(huán)形爐設(shè)計(jì)參數(shù)
至德鋼業(yè)生產(chǎn)車間內(nèi)159mm熱連軋管機(jī)組采用了中徑為42.0m的環(huán)形加熱爐,加熱品種以碳素鋼、低合金鋼、合金鋼為主,最大產(chǎn)量為170噸/小時(shí),最大煙氣量為84960立方米/小時(shí)。
b. 環(huán)形爐煙氣余熱用于制冷、采暖
制冷、采暖主要是指利用余熱煙氣對(duì)車間內(nèi)操作室、電氣室及一些人工操作點(diǎn)冬季供熱、夏季供冷。該159mm連軋管機(jī)組設(shè)有許多操作室和電氣室,這些房間均需要夏季制冷、冬季供暖,年需制冷總量約3400kW,供熱總量約1870kW。
環(huán)形爐余熱煙氣經(jīng)電動(dòng)閥門進(jìn)入煙氣補(bǔ)燃型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組(以下簡(jiǎn)稱煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組),夏季制冷、冬季供熱。在煙氣系統(tǒng)中,設(shè)煙氣引風(fēng)機(jī)來調(diào)節(jié)進(jìn)入煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組的煙氣流量,該引風(fēng)機(jī)由煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組控制。
煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組是以熱能為動(dòng)力,以水為制冷劑、以溴化鋰溶液為吸收劑,在真空狀態(tài)下交替制取空調(diào)用冷、溫水的設(shè)備,其工作原理見圖。
二、余熱制冷原理
發(fā)生器: 熱源(高溫?zé)煔饣蛉細(xì)猓┘訜徜寤嚾芤海芤褐兴粩嗥?,溴化鋰溶液變成濃溶液,進(jìn)入吸收器,實(shí)現(xiàn)溶液的循環(huán);蒸發(fā)的水蒸氣進(jìn)入冷凝器;
冷凝器:水蒸氣冷凝成高壓低溫的液態(tài)水;
蒸發(fā)器:冷凝器內(nèi)的水通過膨脹閥后成為低壓水蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器,與蒸發(fā)器中的冷媒水進(jìn)行熱交換而發(fā)生汽化,汽化過程中大量吸收蒸發(fā)器內(nèi)冷媒水的熱量,從而達(dá)到降溫制冷的目的;并成為低壓冷媒蒸氣進(jìn)入吸收器;
吸收器:低壓冷媒蒸氣進(jìn)入,被吸收器中的溴化鋰溶液(又稱濃溶液)吸收,吸收過程中產(chǎn)生的熱量由送入吸收器中的水帶走,吸收后的溴化鋰水溶液(又稱稀溶液)由溶液泵送至發(fā)生器,完成整個(gè)循環(huán)。
三、余熱供暖原理
供熱原理與制冷原理大體相同,區(qū)別在于循環(huán)過程中釋放的熱量用于加熱冷媒水。冬天,環(huán)形加熱爐高溫?zé)煔膺M(jìn)入溴化鋰機(jī)組后,利用其置換出的熱水,直接提供給各主電氣室組合式空調(diào)機(jī)組,作為采暖熱源使用。
四、環(huán)形爐煙氣產(chǎn)生量特征分析
環(huán)形爐煙氣量與環(huán)形爐小時(shí)產(chǎn)量及該產(chǎn)量下的工作時(shí)間密切相關(guān),其產(chǎn)生煙氣量的規(guī)律見表。
根據(jù)表可以看出:環(huán)形爐每年工作時(shí)間約200天,可利用高溫?zé)煔饬浚ú恍∮?00℃)負(fù)荷時(shí)間約109碳,其余為低負(fù)荷及檢修時(shí)間。
五、余熱制冷采暖系統(tǒng)實(shí)例
浙江至德鋼業(yè)有限公司在環(huán)形爐煙氣排放管道上并聯(lián)1套溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組,通過支路閥門調(diào)節(jié),使高溫?zé)煔猓ú恍∮?00℃)作為熱源進(jìn)入煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組,經(jīng)其處理后對(duì)車間內(nèi)的電氣室、操作室等小房子進(jìn)行制冷采暖;當(dāng)環(huán)形爐停爐檢修或排出的煙氣量過小不能利用時(shí),需解除余熱利用系統(tǒng),關(guān)閉支路閥門,打開主煙道閥門,將煙氣由主煙道排至煙囪,以保證環(huán)形爐的正常生產(chǎn)。同時(shí),考慮余熱煙氣的最大利用率,且保證停爐檢修期間空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行,溴冷機(jī)采用100%天然氣補(bǔ)燃,當(dāng)在環(huán)形加熱爐減產(chǎn)或停產(chǎn)檢修時(shí),由此機(jī)組燃燒天然氣繼續(xù)補(bǔ)燃以提供工段辦公室、操作室、小房子等空調(diào)用戶的采暖制冷??照{(diào)所需熱水為60℃/50℃,制冷所需冷水為12℃/7℃。
煙氣補(bǔ)燃型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù):
余熱煙氣:流量77000m3/h(最大),61600m3/h(額定);
制冷量:3400kW(冷媒水供/回水溫度分別為7℃/12℃,冷卻水進(jìn)/出口溫度分別為30℃/36℃);
供熱量:1870kW(冷水供/回水溫度分別為60℃/50℃);
1. 無余熱煙氣時(shí)的補(bǔ)燃燃?xì)鉃樘烊細(xì)?,補(bǔ)燃負(fù)荷100%。
采用煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組制冷采暖系統(tǒng)后,每年可節(jié)約天然氣59.8×10m3,利用了84.95×105m3本要排放的高溫?zé)煔?,?jīng)過兩年多的生產(chǎn)證明,此項(xiàng)措施實(shí)現(xiàn)了減少能源利用、減少排放、綠色環(huán)保的目的。
此外煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組的制冷劑為水,是環(huán)保型冷媒,吸收劑為溴化鋰溶液,對(duì)人體及環(huán)境也是無毒無害的。而大多數(shù)電制冷溴化鋰機(jī)組的冷媒多為氟化物,對(duì)大氣臭氧層有破壞作用且會(huì)引起溫室效應(yīng)。
2. 煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組限制環(huán)節(jié)分析。
采用煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組,有一定程度的節(jié)能和環(huán)保效應(yīng),因其一次投資建設(shè)成本相對(duì)較大,在建設(shè)期分析其余熱利用熱源的規(guī)律性和限制環(huán)節(jié)非常重要。
對(duì)于熱連軋304不銹鋼管機(jī)組,其環(huán)形爐平均小時(shí)產(chǎn)量和高煙氣量負(fù)荷時(shí)間是其關(guān)鍵限制環(huán)節(jié),需要指出的是對(duì)于小時(shí)產(chǎn)量平均在100噸以上的環(huán)形爐,煙氣量是富余的,采暖制冷周期在3個(gè)月或略長(zhǎng)的周期內(nèi),節(jié)能減排效果可觀。比如該公司采用相同技術(shù)的460mm軋管廠,采用煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組制冷采暖的節(jié)能效果比4159mm軋管廠更加顯著。
3. 環(huán)形爐煙氣用于芯棒預(yù)熱
利用環(huán)形爐煙氣預(yù)熱的熱空氣作為芯棒預(yù)熱爐熱源:將溫度約350℃的熱空氣高速吹入爐膛內(nèi),完成熱交換后的空氣(100~150℃)經(jīng)爐頂排煙口和排煙管由排煙機(jī)排入廠房外的煙囪內(nèi)。該廠采用環(huán)形爐煙氣余熱加熱空氣用于芯棒預(yù)熱,年預(yù)熱芯棒472支,每小時(shí)預(yù)熱空氣量為9000m3,完全滿足正常生產(chǎn)所需預(yù)熱的芯棒量,相比傳統(tǒng)燃?xì)庑托景纛A(yù)熱爐,每年可節(jié)約天然氣3.06×103m3,利用了43.47×10m3本要排放的高溫?zé)煔?,其?jié)能效果顯著,目前已成為各大熱軋304不銹鋼管廠加熱芯棒時(shí)的常用措施。
六、不銹鋼管在線?;?/span>
不銹鋼管在線?;?,是充分利用鋼管軋后的余熱,經(jīng)一次再加熱,然后進(jìn)入張力減徑機(jī),相比線外熱處理不僅節(jié)約能耗,也可以節(jié)約線外的輔助設(shè)備。該廠生產(chǎn)工藝上設(shè)計(jì)了“小冷床”(?;浯玻┮詫?shí)現(xiàn)這一功能,主要處理品種為304不銹鋼管。在線?;墓に嚶肪€是:從脫管機(jī)脫出的荒管(溫度約870~970℃),通過輥道送到“小冷床”冷卻到500~550℃,之后送入再加熱爐加熱至950℃左右,保溫一定時(shí)間后,出爐除鱗送進(jìn)張力減徑機(jī)軋制,隨后上步進(jìn)式冷床進(jìn)行冷卻。該廠實(shí)踐生產(chǎn)證明:在線?;に嚸磕昕晒?jié)約天然氣1.8×105m3。該項(xiàng)技術(shù)充分利用荒管處于軋后高溫狀態(tài),利用自身余熱實(shí)現(xiàn)熱處理,改善成品鋼管的材料性能,目前在國(guó)內(nèi)很多熱軋企業(yè)普遍使用。
七、結(jié)語
實(shí)踐證明,在熱軋304不銹鋼管廠家推廣節(jié)能新技術(shù)、加強(qiáng)余熱回收利用具有良好的前景,余熱回收不僅可收到明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,也可顯著改善勞動(dòng)條件,降低生產(chǎn)運(yùn)行成本,減少對(duì)環(huán)境的污染排放。
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