曲轴锻造生产线循环冷却水余热利用设计

摘要： 对某曲轴锻造生产线循环冷却水余热利用系统进行设计及初投资分析，得出循环冷却水余热利用是节能并且可行的，值得进一步研究及推广。

Abstract: The article makes a design and investment analysis of excess heating recovery system about circle cooling water from crank forging product line, and educes that the excess heating recovery of circle cooling water are energy saving and viable, and deserve more study and generalization.

关键词： 循环冷却水；余热利用；热风采暖；节能

Key words: circle cooling water；excess heating recovery；hot air heating system；energy saving

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）11-0036-02

0 引言

世界性的能源紧张及矿物能源对环境造成的严重污染，是困扰世界的两大难题，寻找可再生、无污染的环境能源是实现可持续发展的重大课题。作为工业废热之一而排放的工艺设备循环冷却水在冷却过程中向其排放的环境释放出极其巨大的余热能量，如此巨量的废热排放必将使局部生态环境遭受热污染。必须重视循环水余热的回收与利用，这是关系到节能、保护生态环境和资源综合利用，转害为利、化废为宝的大好事情。

随着我国汽车工业的快速发展，汽车零配件制造项目将越来越多，曲轴锻造生产线的中频感应加热炉采用冷却塔直接冷却，将产生大量的余热，该部分能量的回收利用非常可观。

1 曲轴锻造生产线冷却水系统介绍

某曲轴锻造生产线中频感应加热炉采用冷却塔直接冷却，其工艺流程详见图1所示。

1.1 系统的基本构成 本系统采用闭式循环冷却水系统，从锻造线出来的热水经精过滤后输送到冷却塔进行冷却后，再由循环泵输送到锻造线。冬季系统不运行时，防冻泵及电加热器运行以避免冬季时管道冻裂。在设计工况下，本项目循环冷却水系统将产生6740kW的余热量。

1.2 循环冷却水系统的控制说明：

①循环冷却水系统由4台冷却塔组成，每台冷却塔均能单独控制。

②循环水泵一用一备，循环水泵为变频泵。

③所有的控制措施必须保证温度传感器T1的温度值不低于38℃。

④当T2≥60℃时，4台冷却塔同时运行，冷却塔进水管电动阀均开启。

⑤当53℃≤T2＜60℃时，三台冷却塔运行，运行冷却塔的进水管上电动阀开启，不运行冷却塔进水管上的电动阀关闭。

⑥当46℃≤T2＜53℃时，两台冷却塔运行，运行冷却塔的进水管上电动阀开启，不运行冷却塔进水管上的电动阀关闭。

⑦当38℃≤T2＜46℃时，一台冷却塔运行，运行冷却塔的进水管上电动阀开启，不运行冷却塔进水管上的电动阀关闭。

⑧冬季，系统不运行时，当T1、T2的温度值低于2℃时，所有冷却塔的进水管上电动阀均开启，电加热器投入运行，防冻泵启动，当T1、T2的温度值高于10℃时电加热器停止加热，防冻泵停止运行。

由以上的控制说明可以看出，循环冷却水系统的余热为变化值。特殊情况下，当生产能力达不到正常要求时，会出现控制要求中出水温度不足的情况。

2 冷却水系统余热利用系统的设计

项目中需要利用余热为热源的有热风采暖系统、生活热水系统。其中热风采暖系统耗热量3500kW，生活热水系统耗热量850kW，总负荷为4350kW<6740kW。因此在设计工况下，热风采暖系统及生活热水系统热媒可全部利用余热。

2.1 设计原则 冷却水系统的余热利用应在设计合理的情况下尽可能不破坏原有冷却水系统的使用条件，同时不影响原有控制系统的使用。

因系统产生的余热量为不确定量，设计工况下可满足热风采暖及生活用热的要求。余热利用系统设计时，应考虑在更充分利用余热的情况下，同时考虑余热不足时，采用蒸汽做为热源为系统补足。

2.2 系统的设计 设计采用将板式换热机组串联冷却水系统管网的方式，从锻造线出来的热水先经换热机组换热降温后，再经冷却塔冷却后由泵输送到锻造线。系统流程详见图1所示。

2.2.1 热风采暖用余热利用系统控制说明：

①当热风采暖用板式换热机组运行时，电动调节阀V5关闭。

②冬季时，当温度传感器T4温度降至46℃时，电动调节阀V5开启，通过调节进入换热机组的水量控制T4的温度不低于46℃。当电动调节阀V5全开时，板式换热机组关闭；当温度传感器T4温度升至53℃（可调）时，板式换热机组重新开启，通过调节进入板式换热机组的水量控制T4的温度不低于46℃。

2.2.2 生活热水用余热利用系统控制说明：

①当温度传感器T3温度降至60℃时，板式换热机组关闭；当温度传感器T3温度升至60℃（可调）时，板式换热机组开启。

②板式换热机组关闭时，生活热水由蒸汽直接加热提供。

3 余热利用系统的节能预分析

3.1 增加的初投资 从以上的余热利用图中可以看出，热风采暖系统及生活热水系统都设计有蒸汽作为辅助热源，故采用余热利用系统将增加以下初投资。

3.2 运行费用分析 热风采暖系统全年运行3个月，按83天计，加工车间按2班16小时计；生活热水系统全年250天计，每天运行2小时。

3.2.1 热风采暖全年耗热量：QV=ZNQ（ti-ta）/（ti-tW）[1]

式中QV：采暖全年耗热量，kJ；

Z：热风采暖装置每天运行小时数，h；

N：采暖期天数；

Q：热负荷，kW；

ti：室内计算温度，℃；

ta：采暖期室外平均温度，℃；

tw：冬季通风室外计算温度，℃；

QV=0.036×16×83×3500×（15-3.2）÷（（16-（-1.6））=3116MW

蒸汽耗量：G=3.6QV/r[2]

式中G：蒸汽耗量，kg/h；

QV：采暖全年耗热量，W；

r：蒸汽在凝结压力下的汽化潜热，kJ/kg。

G=3.6QV/r=3.6×3116×106÷2164=5184t

热风采暖耗量按70%由余热供给计，按蒸汽180元/t计，则每年节省蒸汽费65万元。

3.2.2 生活热水全年耗热量：

Q全年＝831.2×250×2＝415.6MW，约合蒸汽692t/年，热风采暖耗量按70%由余热供给计，按蒸汽180元/t计，则每年节省蒸汽费8.8万元。

3.2.3 热风采暖用板式换热机组用电费用：

板式换热机组每小时耗电量33kW,采暖期耗电量为33×16×83=43824kW，电费按1.2元/度，总费用为43824×1.2=5.26万元。

3.2.4 生活热水用板式换热机组用电费用：

板式换热机组每小时耗电量3kW,全年耗电量为3×250×2=1500kW，电费按1.2元/度，总费用为1500×1.2=0.18万元。

3.2.5 投资回收期：

全年运行节省的费用为65+8.8-5.26-0.18=68.36万元，

投资回收期为92.5÷68.36=1.35年。

4 结论

经过上述的分析和对比，使我们充分认识到了循环冷却水余热利用系统的重要性，同时也说明循环冷却水余热利用系统是可行的、节能的。由于目前本人对循环冷却水余热利用系统的研究仅处于理论阶段，项目的具体实施方案还需做进一步的研究和探讨，系统的实施效果及节能效果需待项目实施后确定。

参考文献：

[1]贺平,孙刚.供热工程（第三册）.北京：中国建筑工业出版社，1993：123.

[2]贺平，孙刚.供热工程（第三册）.北京：中国建筑工业出版社，1993：90.

[3]卢世毅.间接空冷循环冷却水优化设计.中小企业管理与科技(下旬刊)[J].2011（05）.

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