王波

摘 要：北方地區(qū)鋼鐵廠為保證冬季正常生產(chǎn)，需建設(shè)解凍庫對凍車解凍，以滿足卸車需要和生產(chǎn)需要。鋼鐵廠低于250℃的廢氣直接排放，原則上不計入余熱資源。為利用低溫工業(yè)廢氣中的低品位余熱，遵循節(jié)能環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟的設(shè)計理念，在首鋼京唐鋼鐵廠解凍庫設(shè)計中采用燒結(jié)環(huán)冷機二段180～210℃低溫廢氣作為熱源，為解凍庫設(shè)計機械送風(fēng)、自然排風(fēng)的送排風(fēng)系統(tǒng)，利用廢氣余熱解凍。本文就送排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量確定、送排風(fēng)形式選擇、管道設(shè)計等方面進行了闡述。

關(guān)鍵詞：低溫工業(yè)廢氣 送排風(fēng)系統(tǒng) 余熱解凍 節(jié)能環(huán)保

中圖分類號：TU926 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0028-03

1 工程概況

1.1 建設(shè)規(guī)模

京唐解凍庫設(shè)2列庫，每列庫內(nèi)30個車位，同時解凍60個車位，庫本體占地432×13.2×6.5m（長×寬×高），暖車時間4～7h。解凍期為冬季3個月（90d），連續(xù)工作制度，計2160h，日解凍能力10800t。

1.2 庫溫要求

鐵路局規(guī)定解凍內(nèi)平均溫度≤130℃，如果超溫，會損壞車輛上的軟管、制動缸、油箱、軸承的潤滑油或者引起煤炭自燃。根據(jù)對多家用戶調(diào)研情況看，能夠保證庫內(nèi)溫度在100±10℃范圍內(nèi)的解凍庫，就是好用、成功的解凍庫，因此庫溫設(shè)計值取100±10℃。

2 送排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 風(fēng)量選擇計算

根據(jù)調(diào)研解凍庫實際運行數(shù)據(jù)及京唐地區(qū)的氣候條件，結(jié)合《焦化設(shè)計參考資料》中提出的解凍耗熱量經(jīng)驗指標7500kcal/t煤，噸煤耗熱量指標取6500kcal/t（折合27300kJ），每班解凍時間取6h，對應(yīng)凍煤3600t，送風(fēng)溫度取150℃，需要的廢氣量

（1）

式中，L—廢氣量（m3/h）；

C—150℃下的空氣比熱（kJ/kg·K），取1.03kJ/kg·K；

ρ—150℃下的空氣密度（kg/m3），取0.808kg/m3；

Q—每小時解凍所需的熱量（kJ/h），（27300/6=4550kJ/h）；

tj—送風(fēng)溫度（℃），取150℃；

tp—排風(fēng)溫度（℃），取90℃；

k—風(fēng)量富裕系數(shù)，取1.2。

經(jīng)計算，L=393636m3/h，取40×104m3/h。

2.2 引風(fēng)管道設(shè)計

（1）敷設(shè)方式及流速選擇。

廢氣引風(fēng)管道采用架空敷設(shè)，與廠區(qū)綜合管網(wǎng)綜合考慮。通過采用聚四氟乙烯滑動托座和非金屬柔性補償器來降低管道熱位移對固定支架的推力。

參照采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[1]中工業(yè)通風(fēng)主管道推薦風(fēng)速6～14m/s，但考慮到廢氣中含有少許粉塵，不同于一般的通風(fēng)系統(tǒng)，燒結(jié)粉塵在水平管段內(nèi)不沉積的最小風(fēng)速要求>15m/s，因此，將引風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)速確定為15.7m/s，管道直徑為D3000。壁厚選擇從跨度、腐蝕裕量、使用年限等因素綜合考慮，根據(jù)鋼鐵企業(yè)通風(fēng)管道選用規(guī)范和經(jīng)驗，管道壁厚取10mm。

（2）引風(fēng)管道補償。

每米管道熱伸長量△l（mm）

△l=α·（t2-t1） （2）

式中，α—管道的線膨脹系數(shù)，0.012mm/（m·℃）；

t2為管內(nèi)介質(zhì)溫度，取210℃；

t1為管道安裝溫度，取-10℃。

經(jīng)計算，每米管道熱伸長量△l=2.64mm。

（3）跨距確定及補償器設(shè)計。

經(jīng)計算，D3000×10管道最大跨度可達67m，但考慮到有壓縮空氣、氮氣、蒸汽等4根外線管道與之共架，跨度應(yīng)從滿足各個管道跨度要求、節(jié)省土建投資、選擇合適補償量的補償器的角度綜合確定。因此，本設(shè)計管道主支架跨度選定為30m/個。根據(jù)對單位管道熱伸長量的計算，兩個支架之間的管道熱伸長量為79.2mm，選擇非金屬柔性補償器，軸向補償量為±100mm，管道跨度及補償器布置形式如圖1所示。

2.3 氣流組織

庫內(nèi)采用底部雙側(cè)送風(fēng)、屋面正壓自然排風(fēng)的送排風(fēng)形式。

（1）送風(fēng)管道設(shè)計。

庫本體送風(fēng)管道主要技術(shù)技術(shù)參數(shù)如下：

主管送風(fēng)速度：14m/s；

支管送風(fēng)速度：7m/s；

送風(fēng)口布置2m/個，單個風(fēng)口送風(fēng)量480m3/h，送風(fēng)口風(fēng)速1.9m/s，避免熱風(fēng)直接噴向軸承，風(fēng)口與水平面成30°夾角噴向火車箱體壁板，形成氣流擾動并沿壁板上升，使庫溫均勻。

送風(fēng)系統(tǒng)主要由屋面集中送風(fēng)管道、靜壓箱及庫內(nèi)送風(fēng)支管三部分組成，管道布置形式如圖2所示。

（2）均勻送風(fēng)調(diào)節(jié)措施。

送風(fēng)系統(tǒng)通過主管集中，支管分散的方式基本確保了長度方向各個區(qū)域的送風(fēng)均勻，為更好地保證每個送風(fēng)口的風(fēng)量基本相當(dāng)，設(shè)計中考慮在每個風(fēng)口前端配簡易風(fēng)量調(diào)節(jié)插板。在通風(fēng)系統(tǒng)正式投運前，對送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量進行平衡調(diào)試，通過測定送風(fēng)口出風(fēng)速度，調(diào)整插板開度，對各個送風(fēng)口的送風(fēng)量進行平衡，確保送風(fēng)均勻。原則上插板開度一次調(diào)整完畢，后續(xù)不需要再進行調(diào)整。

（3）排風(fēng)管道設(shè)計。

為防止大門縫隙處有室外冷空氣進入庫內(nèi)，庫內(nèi)的正壓度參照方言樓梯間正壓度的取值范圍，解凍庫內(nèi)的正壓值按照50Pa設(shè)計。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，每列庫設(shè)7根D1200自然排氣管道，分散布置，頂部安裝防雨用自然風(fēng)帽，排氣管道布置形式如圖3所示。

當(dāng)手動蝶閥全開時，對庫內(nèi)的正壓值P校核計算如下：

P=排氣管道處壓力損失（Ps）+排風(fēng)動壓 （Pd）

Pd=v2·ρ （3）

Ps=Rm·l+Pz （4）endprint

Pz=ε·Pd （5）

式中，Rm—單位摩擦阻力（Pa/m），查自《鋼鐵企業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計手冊》P704并進行密度修正，0.267Pa/m；

l—風(fēng)管長度（m）；v為管內(nèi)流速（m/s）；

ρ—廢氣密度（kg/m3）；

ε—局部阻力系數(shù)。（蝶閥全開時取0.2，圓傘形風(fēng)帽取0.75）

經(jīng)計算，Pd=23.1Pa；Ps=22.7Pa；

P=Pd+Ps=45.8Pa。

通過校核計算看出，選擇自然排風(fēng)管道的管徑D1200滿足設(shè)計要求。實際運行中可以通過調(diào)節(jié)排氣管道上手動調(diào)節(jié)蝶閥的開度，對庫內(nèi)的正壓值進行調(diào)整，原則上一次調(diào)整完畢后不用再調(diào)。

（4）庫內(nèi)溫度調(diào)節(jié)。

為保證送風(fēng)溫度<150℃，在引風(fēng)機入口設(shè)有兌冷風(fēng)電動調(diào)節(jié)蝶閥，與風(fēng)機入口前管道上溫度檢測聯(lián)鎖，超溫開啟，兌入冷風(fēng)。從系統(tǒng)投運后反饋回來的信息，在解凍初期和末期（非最冷時期），兌冷風(fēng)閥門開啟的頻率較高，說明兌冷風(fēng)系統(tǒng)是必要的。

3 引風(fēng)機選擇與設(shè)計

3.1 風(fēng)機風(fēng)量和全壓選擇

通風(fēng)系統(tǒng)阻力損失由四部分組成，分別為環(huán)冷機煙罩處阻力損失、廢氣引風(fēng)管道阻力損失、庫本體送風(fēng)管道阻力損失及屋面自然排氣管道的阻力損失。經(jīng)計算系統(tǒng)總阻力損失為4830Pa，考慮20%的富裕系數(shù)，因此，風(fēng)機全壓選定為5800Pa（150℃）。

3.2 配電機功率計算

電機功率N（kW）

（6）

式中，Qf—風(fēng)量；（m3/h）；

Pf—風(fēng)機全壓；（Pa）；

k—容量安全系數(shù)，取1.3；

η—風(fēng)機效率，按有關(guān)風(fēng)機樣本選取，取0.82；

ηst—機械傳動效率，聯(lián)軸器傳動，取0.98；

經(jīng)計算，N=1043kW，因此選擇1250kW的高壓電機，防護等級IP44。

3.3 風(fēng)機選型與布置

根據(jù)上述技術(shù)參數(shù)，經(jīng)風(fēng)機廠選型如下：

雙吸雙支撐離心引風(fēng)機1臺（葉輪作耐磨處理）

型號：Y6-2X29No31.5F；

轉(zhuǎn)速：740r/min；

配一體式風(fēng)機入口閥電動執(zhí)行機構(gòu)

配電機：YKK8P/1250kW/10kV/IP44/F；

風(fēng)機本體耐溫：250℃；

風(fēng)機軸承選用自潤滑式滑動軸承，循環(huán)水冷卻；

電機軸承為滾動軸承，風(fēng)冷式。

平衡標準：按JB/T9101-1999標準考核，等級≥G5.6。

風(fēng)機布置在風(fēng)機房內(nèi)，為方便風(fēng)機安裝和檢修，根據(jù)風(fēng)機分體最大件重量（葉輪），選擇1臺20t的雙梁橋式起重機1臺。

4 結(jié)語

（1）以保障庫內(nèi)溫度均勻穩(wěn)定為設(shè)計核心是正確的，送排風(fēng)系統(tǒng)由暖通專業(yè)設(shè)計對庫溫均勻、穩(wěn)定提供了強有力的技術(shù)支撐。

（2）本工程通風(fēng)系統(tǒng)采用主管集中、支管分散+正壓自然排風(fēng)的送排風(fēng)方式，經(jīng)過實際運行的檢驗，系統(tǒng)是合理的。

（3）低溫廢氣余熱利用，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益明顯，鋼鐵廠內(nèi)低溫廢氣種類多、量大，在同類工程中值得優(yōu)先選擇并大力推廣。

（4）暖通專業(yè)人員應(yīng)積極關(guān)注余熱資源，合理開發(fā)利用。

參考文獻

[1] 中華人民共和國建設(shè)部.GB50019-2003采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[2] 孫一堅.工業(yè)通風(fēng)[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社， 1994.

[3] 施振球.動力管道手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994.endprint