鋼材退火爐輻射熱的回收再利用

引言

山東某軸承配件鋼材加熱過程中，三條退火爐尾部出來的輻射熱在700℃，這些高溫輻射熱目前有兩條通過管殼式余熱鍋爐吸收變成蒸汽，其中一條沒有安裝余熱鍋爐。余熱鍋爐裝置產(chǎn)生飽和蒸汽供酸洗池加熱，由于余熱鍋爐運行時間較長，同時余熱鍋爐采用管殼式結(jié)構(gòu)吸收熱量有一定的局限性，導(dǎo)致蒸汽量不夠酸洗使用，目前購入電廠蒸汽替補(bǔ)酸洗使用。

根據(jù)該軸承配件三條退火爐提供運行數(shù)據(jù)及現(xiàn)場勘測：退火爐排煙溫度取700℃，由于是輻射熱無法計算煙氣量，根據(jù)熱量預(yù)估計算通過技術(shù)措施，增設(shè)余熱鍋爐后輻射熱平均溫度為450℃，單條退火爐每小時按產(chǎn)生1噸飽和蒸汽布置輻射換熱面（為保證產(chǎn)氣量在五組基礎(chǔ)上增加到六組換熱面），具體產(chǎn)出蒸汽量根據(jù)退火爐實際運行情況而定。一條未改造的退火爐安裝一臺1噸熱管蒸發(fā)器可供酸洗線使用，外購蒸汽可作為替補(bǔ)方案。

1、工藝流程

工藝流程如下圖所示。

2、輻射熱熱量分析

2.1單條退火爐設(shè)計參數(shù)

2.2單條退火爐輻射熱能計算

退火爐進(jìn)口溫度約700℃，出口溫度平均按450℃計,根據(jù)輻射傳熱的基本計算公式，對兩個曲面構(gòu)成的封閉體系內(nèi)的相當(dāng)輻射系數(shù)，計算如下：

C=C0÷[(1÷ε1)+(1÷ε2)－1]

=5.675÷[(1÷0.8)+(1÷0.8)－1]

=3.78W/(m²·K4)

其中：C的相當(dāng)輻射系數(shù)；

C0為黑體輻射系數(shù)5.675W/(m²·K4)；

ε1和ε2為兩種材料的發(fā)射率，工程上一般取0.8；

根據(jù)熱輻射計算公式，單位面積輻射換熱量Q為：

Q=C×[(T1/100)4-(T1/100)4]

=3.78×{[(273+450)÷100]4-[(273+150)÷100]4}

=9118.5(W/㎡)

=32826.6(KJ/㎡·h)

取寬度1.6米，長度為10米，則退火爐輻射熱收集器表面換熱量為：

Q1=Q×S

=32826.6×1.6×10

=525225.6Kj/h

=12.5萬kcal/h

式中：Q1為退火爐表面換熱量；

Q為單位面積輻射換熱量；

S為退火爐有效利用表面積；

2.3對流熱能計算

回收器內(nèi)部對流空氣的溫度約200℃，對流流速約0.1m/s，單位面積對流量約360Nm³/h，通過計算對流流量約28800Nm³/h。每小時對流所產(chǎn)生的熱量約59.7萬大卡，計算如下：

Q=Cp×L×ρ×（T進(jìn)-T出）

=1.032kj/(kg·℃)×28800Nm³/h×1.293kg/m³×65℃

=2497951.9kj/h

=59.7萬kcal/h

2.4單位噸位飽和蒸汽熱量計算

產(chǎn)生1噸0.4MPa、143.62℃飽和蒸汽所需熱量計算：

Q´=M×[H2-H1]

=1000kg×[2737.63Kj/Kg-63.04Kj/Kg]

=2674590kj

=63.9萬kcal

式中：Q´為產(chǎn)生1噸143.62ºC蒸汽所需熱量（單位kcal）

M為產(chǎn)生上述蒸汽量1000kg

H2為143.62℃飽和蒸汽焓值2737.63Kj/Kg

H1為15℃水焓值63.04Kj/Kg

熱損失按5%計算：

Q÷Q´=72.2萬kcal/h×95%÷63.9萬kcal/t=0.97(噸)

3、經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1折算節(jié)約的煤量

折算原煤發(fā)熱值按5000kcal/kg計：

節(jié)約煤量=72.2萬kcal/h÷5000kcal/kg=144kg/h

3.2年收益計算

每年按11個月,每月按30天,每天按24小時，每噸原煤價格暫按500元計算：

0.144t/h×500元/t×24h/天×30天/月×11月/年

=57萬元/年

綜上所述，余熱回收工程共計安裝1T/h余熱鍋爐一臺（為保證產(chǎn)氣量在五組基礎(chǔ)上多增加一組換熱面），每年節(jié)能效益在57萬元左右。

4、結(jié)論

應(yīng)用鋼材退火爐輻射熱回收系統(tǒng)后，可產(chǎn)0.4MPa、143.62℃飽和蒸汽0.97t/h。輻射熱的余熱回收技術(shù)可以充分利用廢棄的能源，降低生產(chǎn)成本，減少污染，可達(dá)到余熱回收利用效率化，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

來源：余熱節(jié)能

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