梁宗楠李漢林

青島理工大學

某鋼鐵企業(yè)爐渣余熱利用方案對比

梁宗楠李漢林

青島理工大學

本文主要對溴化鋰吸收式熱泵、離心式熱泵+板式換熱器兩種爐渣余熱回收方案進行經(jīng)濟性、技術(shù)性能和環(huán)境效益分析比較。按照該項目實際要求采用溴化鋰吸收式熱泵方案較為合理。

爐渣余熱利用；經(jīng)濟性；方案分析比較

1 引言

隨著人們對氣候環(huán)境認識的逐漸深化，國家提倡高能耗、高排放企業(yè)實現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型，企業(yè)在低能耗、低污染條件下追求高盈利的大背景下，廢熱回收改造逐漸變得被耗能企業(yè)所采納。而在一般的鋼鐵企業(yè)中，冶煉鋼鐵所消耗的燃煤產(chǎn)生的爐渣余熱往往不是通過冷卻塔排入大氣，就是通過空冷島排入大氣，因此，這部分直接被浪費掉的熱能如果能夠合理的利用下來，不僅可以幫企業(yè)創(chuàng)造財富，而且可以間接地減少污染物的排放。而熱泵技術(shù)的發(fā)展，特別是大型高溫水源熱泵的問世，使得爐渣余熱回收成為可能。

2 項目實例

該項目為某大型鋼鐵企業(yè)爐渣二次利用改造工程，主要對兩臺燃煤鍋爐爐渣進行余熱回收。單臺燃煤鍋爐爐渣制得的脫鹽水流量為10.2t/h，爐渣加熱后的脫鹽水出水溫度為80℃，回水溫度為30℃，蒸汽壓力為2kg/cm2～10kg/cm2，該企業(yè)所在地區(qū)現(xiàn)行蒸汽價格為170元/噸；用電價格為0.6元/kwh；供熱價格為74.03元/GJ。結(jié)合實際情況和當前市場及技術(shù)條件現(xiàn)況，提出較實際可行且具有代表性的兩種方案進行對比分析：

方案一：該方案選用兩臺溴化鋰吸收式熱泵機組（各自報價57萬元、53萬元），兩臺熱泵機組連入熱回收系統(tǒng)，并將經(jīng)爐渣加熱后的熱源水（出水溫度80℃、回水溫度30℃）通入該系統(tǒng)，另外為達到系統(tǒng)額定出水量，采取蒸汽補充的方式來完成，最后制得熱水并入市政供熱管網(wǎng)。

方案二：該方案選用1臺離心式熱泵機組及一組板式換熱器（各自報價150萬元、0.3萬元），熱源水溫度同方案一。由于沒有找到直接將熱源水從80℃降到30℃的離心式熱泵，所以在機組之前加一個板換降溫，最后制得熱水并入市政供熱管網(wǎng)。

3 計算方法

本文采用工程的投資回收年限作為兩種方案經(jīng)濟性對比分析的指標。各項費用計算方法如下：電費（各項用電設備總功率*時間）、初投資（造價+安裝費用）、運行費用（蒸汽費用+電費）、收益（單位年限獲得熱力費用*年限）、成本回收年限（初投資/（收益-運行費用））。

4 方案一：溴化鋰吸收式熱泵

4.1 方案內(nèi)容

溴化鋰吸收式熱泵分為兩類：輸出熱的溫度低于加熱源的第一類溴化鋰吸收式熱泵，亦稱為增熱型熱泵；輸出熱的溫度高于加熱源的第二類溴化鋰吸收式熱泵，亦稱為升溫型熱泵。第二類溴化鋰吸收式熱泵機組運行時不需消耗高品質(zhì)熱能、能耗費用極低，廢熱源可是廢熱熱水，也可是廢熱蒸汽。故此處采用二類溴化鋰吸收式熱泵機組，廢熱源為爐渣廢熱加熱后的熱水。又因該類型熱泵機組性能系數(shù)可達0.4～0.6，適用在60～100℃的廢熱、冷卻水在10～40℃的系統(tǒng)中時，輸出的熱水或蒸汽溫度可在100～150℃。根據(jù)該地區(qū)市政供熱設計要求，機組熱水出水溫度在75℃以上時便可滿足設計要求。

4.2 費用匯總

經(jīng)過計算得到：電費17.7元/h；蒸汽費361.77元/h；造價費110（57+53）萬元；安裝費16.5萬元；獲得熱力費663.998元/h。

5 方案二：離心式熱泵+板式換熱器

5.1 方案內(nèi)容

此方案采用的是高溫離心式熱泵機組+板式換熱器組合運行。離心式熱泵機組分為：低溫出水離心式熱泵機組（提供熱水溫度小于等于46℃）、中溫出水離心式熱泵機組（提供熱水溫度為46～55℃）和高溫出水離心式熱泵機組（提供熱水溫度為55～85℃）。離心式熱泵機組具有以下優(yōu)點：單機容量大、廢熱利用廣泛、功能多樣化、高效節(jié)能等，隨著能源多樣化它的適用區(qū)域也變得更加廣泛，但它也有不足的地方，比如說，它本身是一個依賴電能的設備，對于一些不便于用電的地區(qū)或者城市就不太適合了，而且離心式熱泵機組單臺造價比吸收式熱泵要昂貴一些。

5.2 費用匯總

經(jīng)過計算得到：電費264.6元/h；蒸汽費0元/h；造價費150.3（150+0.3萬元；安裝費22.545萬元；獲得熱力費418.936元/h。

6 兩種方案綜合結(jié)果對比分析

溴化鋰吸收式熱泵/離心式熱泵+板式換熱器:初投資126.5萬元/172.845萬元；運行費用28.413萬元/年/89.541萬元/年；收益224.697萬元/年/141.768萬元/年；成本回收年限1.314年/3.31年。

溴化鋰吸收式熱泵機組本身具有維修成本低、安裝簡單、噪音小、使用壽命長，能量調(diào)節(jié)范圍寬廣。再根據(jù)對兩種方案經(jīng)濟性的比較，得出溴化鋰吸收式熱泵較離心式熱泵+板式換熱器可節(jié)省初投資46.345萬元、運行費用每年可節(jié)約61.128萬元、收益每年可增加82.929萬元，并且可以較快地實現(xiàn)成本收回。

就環(huán)境效益方面而言，溴化鋰吸收式熱泵機組較離心式熱泵機組每年能夠減少更多的CO2排放量及其他污染物數(shù)量；可以節(jié)約更多的電力及冷卻水消耗量，為社會環(huán)保事業(yè)做出貢獻。

7 結(jié)語

經(jīng)過以上對某鋼鐵企業(yè)爐渣廢熱回收方案的討論，可以得出該項目采用溴化鋰吸收式熱泵方案較為合理，此方案的確定充分驗證了溴化鋰吸收式熱泵在本次余熱回收項目中的成功應用。值得在以后的余熱回收項目中進行推廣。

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10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.045