冶金工業冷床餘熱回收利用潛力及幾種方式

北極星環保網訊:冷床是冶金工業生產中重要的冷卻設備，在冷床上，隨著軋件溫度的降低，大量的熱能逐漸散失掉，明顯造成大量的能源浪費。軋鋼冷床餘熱回收是節約能源和提高能源利用率的重要途徑。採用一定的餘熱回收技術對軋鋼冷床餘熱進行回收和利用，不但可以創造可觀的經濟效益，同時可以減少環境汙染，具有一定的節能意義。

1、冷床餘熱分析

在生產棒材、型材等鋼鐵產品時，經過軋制工序後要進入冷卻工序。冷卻工序是將軋制後的半成品經過輥道等傳輸裝置，送至冷床上進行自然冷卻或噴水冷卻，使軋件由冷卻前的800～950℃降低到下冷床時的80～100℃以下[1]。這個過程中損失了大量的熱量，既造成了能源的浪費，又對環境造成了汙染。尤其在夏天，惡化了工作環境。

由於軋件在冷床上逐步進行冷卻，所以冷床上各段溫度也不同，高溫段溫度可達600-800℃，低溫段溫度為80-100℃，造成熱源不穩定，加之冷床上方常常進行軋件的吊裝工作，冷床餘熱回收存在很大的困難,國內外有關研究人員對此進行了一些研究。

2、冷床餘熱回收技術的現狀

2.1、封閉式冷床餘熱回收

瑞典阿維斯特鋼廠建立起在板坯散熱冷床上利用板坯熱能的能源回收系統，並於1980年9月中旬投產。阿維斯特鋼廠的設計和布置方法是：從連鑄機輸出輥道到板坯貯存庫之間，使板坯通過一個由管道系統做內襯的封閉式冷床。板坯由步進梁移送通過冷床。鍋爐供給的循環水通過冷床內襯管道被板坯熱輻射加熱至約85℃[2]。這種類型的熱回收系統，可以獲得低溫蒸汽。只要空間允許，能方便地安裝在現有連鑄機上。根據阿維斯特鋼廠這套裝置投產日期能源價格計算，其投資成本可在3至4年內全部收回。缺點是如果發生跳鋼現象，則會破壞封閉式冷床上方的管道系統。

劉仲堯，薛如升根據車間生產情況的要求，為了充分吸收利用鋼坯的高溫輻射熱，在距冷床上面鋼坯上300-350mm處，採用安裝排裝無縫鋼管將鋼坯全部覆蓋，用此排裝鋼管下方作為受熱面，在每根無縫鋼管兩旁，各焊接一根扁鋼，使整個受熱面組成一個密封平面，整個排管上表面均用石棉泥進行保溫絕熱包紮，受熱面與安裝在近旁的汽包組成一個閉合循環迴路，排管前聯箱上部，後聯箱下部各有一根上升管和下降管，汽包中的水經下降管流入受熱面後，水受熱變成蒸汽，在一定的壓力下，汽水混合物經上升管進入汽包，分離後的蒸汽經主氣管導出供有關部門使用。此方案採用強制循環汽化冷卻方式。這種冷床餘熱利用技術存在以下問題：強制循環系統的阻力較大，自然循環受熱面安裝距離稍高、絕熱擋板形式欠妥等問題。有時還會有跳鋼現象發生。所以此技術尚未成熟，需不斷改進結構。此餘熱利用方案示意圖如圖1所示。

2.2、採用換熱裝置回收冷床餘熱

換熱器是一種能實現不同溫度的物料之間熱量傳遞的節能設備，能使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到規定的指標，也是提高能源利用率的主要設備之一。有關研發人員根據冷床熱源特點而將換熱裝置應用到冷床的餘熱回收過程中。

2.2.1、列管式換熱器回收冷床餘熱

蔡玉強，王傑自製了一套結構簡單的列管式換熱器，該換熱器以一定的高度懸在冷床上，可以充分吸收冷床上鋼坯的輻射熱量進行換熱，產生熱水。該換熱器結構如圖2所示，由鋼管，兩個相同尺寸的水箱和四個支撐腳焊接而成。四個支撐腳擱置在冷床左右兩側的走臺上，每5根鋼管為一組，上下交錯排列。水箱由鋼板焊成，其內部由鋼板分成上下兩層，每一層又由一塊塊鋼板隔成一個個小封閉腔，每一個封閉腔與一組或兩組並排的鋼管相接，。該換熱器結構簡單、製作方便，而且因為有多個封閉腔，致使水流行程很長，水吸熱充分。，使得冷水經過水管時，能充分吸收熱鋼坯釋放的熱量。

2.2.2、半封閉式換熱裝置

餘蔚茗為了能充分回收冷床上放散的熱量，提出了一個半封閉式的預想換熱方案，如圖3所示。冷空氣從冷床出口處下方循環鼓入換熱裝置，隨著與冷床上方高溫軋件的逐步換熱，冷空氣受熱溫度得到提高，在冷床入口處，經過換熱的空氣溫度可達800℃以上，之後高溫熱空氣隨著上方放置的循環系統送入餘熱鍋爐，產生的蒸汽既可直接併入廠區蒸汽管網也可用於發電，而經餘熱鍋爐換熱後的冷空氣經除塵後再次鼓入冷床換熱系統，實現空氣的循環利用，達到節能減排效果。

2.3、吸熱罩回收冷床餘熱技術

李忠，姜志偉等提出了一種簡單實用的冷床餘熱回收利用方法，將熱軋冷卻餘熱回收並輸送到軋機區，供軋機區取暖除霧，並於2012年11月-2013年2月在河鋼集團宣鋼75萬噸/年棒材生產線予以實踐，效果良好。

具體設計方案是：在冷床的入口區域設置若干個吸熱罩，吸熱罩通過吸熱支管與吸熱主管連接，吸熱主管上設置蝶閥、測壓測溫等調控保護裝置，用引風機將吸熱主管中的熱風經送熱主管送至軋機區，送熱主管上安裝調節閥，軋機區的送熱主管上均勻設置若干個支管，每個支管連接雙層排風百葉窗，由百葉窗控制風向並均勻地送出熱風，以提高軋機區域溫度，減少軋機區霧氣。該方案應用後，軋機區地表溫度由原來0℃以下達到了10-20℃，基本消除了霧氣，能見度大幅提高，改善了工作環境。如圖4所示。

2.4、熱管技術在冷床餘熱回收的應用

熱管是依靠自身內部工作液體相變來實現傳熱的傳熱元件，熱管傳熱性能好，熱阻小，傳熱溫差小，具有回收餘熱的能力，並可避免冷熱流體之間的互相洩漏和汙染，適用溫度範圍廣，在不同溫度範圍可選用不同的工質，尤其是對於300℃以下數量極大的低溫餘熱資源具有廣泛的應用前景，在冶金企業中推廣熱管(換熱器)技術是節能的有效途徑之一。

季明明等以鋼管冷床為例，提出熱管技術在軋鋼冷床餘熱回收方面的應用。按照熱管(換熱器)的安裝位置，提出以下兩種冷床餘熱回收的方案：

1)在冷床下方安裝熱管

在冷床長度方向，將適用不同溫度範圍的熱管安裝在冷床鋼管下方的齒條兩側，將熱管的布置劃分為三個區間：1000℃-500℃高溫區，500℃-300℃中溫區，300℃-100℃低溫區。這樣可以針對冷床上不同的溫度區間，進行熱量的回收，從而更有效的發揮了熱管的作用。此方案簡圖如圖5所示。

2)在冷床上方安裝熱管換熱器

將熱管換熱器以一定高度懸在冷床鋼管之上，如圖6所示，選擇平板型熱管換熱器。利用回收的熱量，可以生產採暖熱水，用於裝置的採暖等。應用熱管換熱後的熱空氣還可用來為加熱爐提供燃燒所需空氣，減少燃料的消耗。

3、冷床餘熱回收技術的展望

冷床餘熱回收方面雖然已經開展了一些研究，但這部分餘熱回收後直接用於發電，還鮮有報導。單純的從餘熱的利用形式看，餘熱的動力回收中，將熱能轉變為電能是利用方式中價值最高的，再者，由於冷床熱源存在由高到低逐步遞減的特點，故冷床餘熱發電技術，也是一項值得深入研究的技術。目前，研究最多且在其他領域成功應用的發電技術主要有以下兩種技術。

3.1、半導體溫差發電技術

半導體溫差發電技術，是一種利用兩種不同類型半導體兩端存在一定的溫差就可以產生電能的綠色環保的發電技術，近年來，熱電材料的成本下降，使得熱電技術不僅僅只局限於航天等尖端領域，也逐漸成為低品位熱能回收利用的一個主要途徑之一。英國威爾斯大學和日本大阪大學聯合研究了鋼鐵廠和垃圾焚燒廠的廢棄餘熱發電的項目。張鵬等計算了熱電發電用於工業餘熱的成本，表明其1.76年發電成本就相當於目前工業用電，而工業餘熱利用產生的環境效益更是不可估量。溫差發電技術示意圖如圖7所示。

3.2、朗肯循環發電技術

朗肯循環作為一種簡單的蒸汽動力循環，是一種能將熱能轉化為高品位的電能或機械能的裝置。這種技術在很多工業領域的廢氣餘熱回收中已經得到普遍使用。朗肯循環的餘熱回收系統主要包括蒸發器、膨脹機、冷凝器和工質泵四個部分。朗肯循環原理圖如圖8所示。工質的選擇也多樣性，可以以水作為工質，也可採用有機物作為工質。工質在循環中流動，將熱能轉化為機械能。通常，熱源與環境因素決定具體工質的選擇。相對於其他餘熱回收技術，朗肯循環技術是一項極具發展潛力的餘熱回收技術，適應性好，安全性高，效率較高，所以越來越受到大家的關注，但也存在結構相對複雜，設備加工困難的缺點。

結語

冷床作為鋼鐵業非常重要的一道工序，其餘熱利用有著顯著的節能效果，對生產企業來講，這部分能源的回收不僅有著可觀的經濟效益，而且還可以改善工作環境。至今對其餘熱的回收技術研究寥寥無幾，尚無成熟應用的回收技術，可以根據冷床熱源特點按級分段回收，採用適合冷床餘熱回收的溫差發電技術、有機工質朗肯循環發電技術等，達到能盡其用。總之，冷床餘熱利用潛力巨大，加快冷床餘熱回收利用技術的研發任重道遠。

北極星環保網聲明：此資訊系轉載自北極星環保網合作媒體或網際網路其它網站，北極星環保網登載此文出於傳遞更多信息之目的，並不意味著贊同其觀點或證實其描述。文章內容僅供參考。