1、4 中国联合工程公司 浙江杭州 310052
2中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江杭州 311122
3 浙江省天正设计工程有限公司 浙江杭州 310026
摘要：为保护设备和环境，冲天炉烟气需要进行降温和除尘，可以采用高温烟气余热利用系统利用烟气降温过程中释放的热量。本文结合某铸造厂春夏季节实测烟气余热利用情况，得出烟气余热利用率较低，烟气余热利用率主要取决于冲天炉出口烟气参数，冷却水流量、进口水温，冷却水与烟气换热系数等，而受环境温度影响较小。
关键词：冲天炉；旋风水冷却器；烟气热能；环境温度
0 前言
为保证经济的可持续发展和人民生活质量的提高，解决能源短缺和环境污染问题，“节能减排”政策应运而生。铸造厂作为能源需求和环境污染大户，有必要对其进行节能减排的引导。冲天炉是铸造厂的核心设备，据统计，冲天炉每熔炼1t铁水，从加料口排出的烟气量约为700～900m3，烟温约为300℃，如果将烟气直接排入大气中，不仅对环境产生严重的污染，而且浪费能源。若能在烟气除尘的过程中，充分利用烟气的热量，将实现减少环境污染（热污染）和节能的双赢局面。为此，本文结合某铸造厂探讨冲天炉烟气热能回收系统的优化设计及采用烟气热能回收系统带来的经济效益。
1 烟气热能利用
1.1 烟气降温的必要性和可能性
为使冲天炉烟气达到排放标准，烟气需经过旋风除尘器和布袋除尘器两级除尘。冲天炉出口烟气温度约300℃，若高温烟气直接进入常温布袋除尘器（允许进入温度≤120℃）和风机，将会影响系统的正常运行。所以，降低烟气温度是十分必要的。
为保证布袋除尘器的安全运行，要将烟气温度从300℃降低到120℃以下。在烟气降温过程中，烟气将会释放出大量的热量；按烟气量50000m3/h和温降为180℃计算，每小时释放约1.09×107KJ热量，释放的热量是相当可观的。
1.2 烟气余热利用率
在对烟气进行余热回收时，为了解冷却水吸收热量占烟气放热量的比例，定义烟气余热利用率η：η=△Qs/△Qg。 式中，η为高温烟气余热利用率；△Qs为冷却水的吸热量，KJ/h；△Qg为烟气的放热量，KJ/h。
2 某铸造厂冲天炉烟气余热利用的实测分析
2.1 烟气余热利用系统的介绍
冲天炉排出的高温烟气经两级旋风水冷却器、布袋除尘器、排风机，最后由排气筒排入大气。在两级旋风水冷却器中，烟气温度降低，水温升高，较高温度的水经水泵被送至热水蓄水箱，供员工淋浴，实现节能减排和系统正常安全运行。两级旋风水冷却器并联连接，即相同温度的水经两分支管分别进入两级旋风水冷却器，与高温烟气逆流流动进行热交换。
实地测试分别在春夏两个季节进行，实测分别选在某年4月12日17:30至18:40和该年7月10日15:00至18：10进行。4月12日测试地环境空气最高温度为24℃，最低温度为15℃；7月10日测试地环境空气最高温度34℃，最低温度26℃。采用笛型管测量烟气的流量，测点分别布置在一、二级旋风冷却器出口的烟气直管段上；水流量的测量采用超声波流量计，测点选在供水总管直管段和一级旋风冷却器回水直管段上，忽略水的渗漏；温度的测量包括两部分，即水温度的测量和烟气温度的测量，采用热电阻温度计进行测量，测点布置如图1所示。各温度测点相应的名称如下：1，一级旋风冷却器进口烟气温度；2，一级旋风冷却器出口烟气温度；3，二级旋风冷却器出口烟气温度；4，一级旋风冷却器出口水温；5，旋风冷却器进口水温；6，二级旋风冷却器出口水温；7，二级旋风冷却器进口烟气温度；8，一级旋风冷却器出口水温。
2.2 测试数据分析
2.2.1 水流量
两天测试过程中，总冷却水流量和各冷却器中冷却水流量都比较稳定。其中，4月12日测得冷却水总流量为69.7m3/h，7月10日测得冷却水总流量为67.5m3/h；4月12日测量得到的一级旋风冷却器中冷却水流量为37.6m3/h，7月10日测量得到的一级旋风冷却器中冷却水流量为30.2m3/h。
2.2.2 烟气流量
在烟气流量测量时，选取了两个烟气流量较稳定的点作为烟气流量的测点，即二级冷却器进口处和二级冷却出口处，取两处测量值的算术平均值作为烟气流量实测值。4月12日测得的烟气流量为76164 Nm3/h，7月10日测得的烟气流量为67770 Nm3/h。
2.2.3 水温度
冷却水在冷却器中与高温烟气逆向流动进行换热，烟气温度降低而水被加热温度升高。4月12日测得冷却水进口水温为45.2℃，一级冷却器出口水温为81.2℃，二级冷却器出口水温为62.8℃；7月10日测得冷却水进口水温为44.8℃，一级冷却器出口水温为93.4℃，二级冷却器出口水温为60.1℃。
2.2.4 烟气温度
4月12日测得一级冷却器进口烟气平均温度为221.4℃，一级冷却器出口烟气平均温度为114.1℃，二级冷却器进口烟气平均温度为115.2℃，二级冷却器出口烟气平均温度为86.3℃；7月10日测得一级冷却器进口烟气平均温度为255.8℃，一级冷却器出口烟气平均温度为129.1℃，二级冷却器进口烟气平均温度为128.5℃，二级冷却器出口烟气平均温度为88.9℃。
2.2.5 高温烟气余热利用率
由于水和烟气的相关参数不稳定，不同时刻烟气余热利用率有所不同。4月12日一级冷却器烟气余热平均利用率为56.1%，二级冷却器烟气余热平均利用率为77.5%，烟气余热平均总利用率为64.5%；7月10日一级冷却器烟气余热利用率为50.2%，二级冷却器烟气余热平均利用率为38.3%，烟气余热平均总利用率为45.6%。无论是春季还是夏季，烟气余热利用率都比较低，说明高温烟气释放出来的相当部分热量没有被冷却水吸收，而是通过辐射和对流等方式散失到环境中。对烟气热损失而言，由于7月10日环境空气温度高于4月12日环境空气温度，通过旋风冷却器和风管等辐射对流散失的热量相对较小；但从数据看，由于7月10日冲天炉出口烟气温度较高和冷却水流量较小，7月10日烟气余热利用率比4月12日烟气余热利用率低。可见，环境温度对烟气余热利用率影响相对较小；烟气余热利用率更多取决于冷却水和烟气自身参数，以及两者之间的换热系数。在实际工程中，为提高烟气余热利用率而对旋风冷却器和管道保温的方法要结合初投资等综合考虑后决定；更合理的做法应是增加冷却水的流量，提高烟气与冷却水之间的换热系数等。
3 结论
3.1 环境温度对高温烟气余热利用率影响相对较小，烟气余热利用率高低更多取决于冲天炉出口烟气参数，冷却水流量、进口水温等参数。
3.2 实测该铸造厂冲天炉高温烟气余热利用系统，得到烟气余热利用率都比较低。4月12日得到烟气余热利用率为64.5%，而7月10日得到烟气余热利用率仅为45.6%。
参考文献
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作者简介：
1.王军伟（1986~），男，河南林州人，毕业于同济大学，工程师，硕士研究生，从事暖通空调设计；杭州市滨江区滨安路1060号中国联合工程公司A18楼；E-mail：wangjw@chinacuc.com
论文作者:王军伟1,杨文晓2,姚微3,黄祖胜4
论文发表刊物:《基层建设》2017年1期
论文发表时间:2017/4/12
标签：烟气论文; 冲天炉论文; 余热论文; 冷却器论文; 冷却水论文; 利用率论文; 旋风论文; 《基层建设》2017年1期论文;