首钢炼钢厂集中制冷空调.doc

首钢二炼钢厂集中制冷空调设计与运行
胡学毅 甄令

摘要 首钢炼钢转炉实现了负能炼钢，原夏季不能利用的蒸汽，部分用来制冷，实现转炉连铸车间集中制冷空调系统代替分散的电制冷空调机组，降低了节省空调总耗电量。厂房内布置管网有多种方法，利用原地下管廊实现厂房内管网的布置是很好的方法；解决热操作岗位的人体送冷风是炼钢车间实现集中制冷空调的重点。介绍炼钢车间集中制冷空调代替分散电制冷空调的设计过程，以及运行状况和问题的解决方法。
关键词 负能炼钢 集中制冷空调 电制冷空调 管网

1. 引言
首钢二炼钢厂各操作室控制室、电气室等所分散的上百台风冷，水冷（主要是水冷）机组，于2006年进行了改造和更换，实现全厂集中制冷的空调系统。 进行改造和更换主要原因：一是二炼钢厂要实现“负能炼钢”，即在炼钢生产的全过程中能耗为零以下。要实现“负能炼钢”，主要通过采取各种措施增加炼钢煤气的吨钢回收量，以及蒸气的回收利用率；另外，是减少工序能量的消耗。以往炼钢厂产生的蒸气在冬季除生产用气外，主要供采暖，而在夏季蒸汽管网压力过高，出现放散多余蒸气的现象。利用蒸气溴化锂制冷机制冷，集中供冷空调系统，可以提高炼钢蒸汽的回收利用率。同时，减少各空调机组制冷的耗电量，成为实现“负能炼钢”的一个组成部分。
二是为了改善热操作岗位工人的工作条件，在工作区域实现人体淋浴式送冷风，改变移动轴流风机，强风吹的降温方法，改善工人的操作条件。
下面对首钢炼钢厂集中制冷空调系统的设计及运行情况进行介绍，以便在其他集中制冷工程中提供设计经验。
2.炼钢厂空调系统的改造范围
炼钢厂连铸部分空调机有48台套，总制冷量为1898 kW；炼钢厂转炉部分，空调机有69台套，总制冷量为1 164 kW；主厂房外综合楼、办公室（未包括辅助车间的空调）空调机台数132台，总制冷量561 kW。三部分总空调建筑面积为18 100 m2。总空调台数249台，总制冷量3 623 kW。单位建筑面积制冷量：200 kW/m2。
如果新增5台方坯连铸机和1台板坯连铸机等，操作区域的空调，总的制冷量为5407 kw。炼钢厂主厂房长500多m，宽250多m，空调机分布在距地面20～30 m高度的空间里，经分析一些分散的电制冷空调机由于管路布置困难或管路远，达不到好的制冷效果。另外，有些冬季还需供热，考虑到一次投资费用，保留原有电制冷空调机，最后确定更新和增加总装机制冷量为2396.93 kW。首钢二炼钢厂蒸气制冷空调系统一览表见表1。

表1 首钢二炼钢厂蒸气制冷集中空调系统一览表
序号
安装地点
空调面积m2
原有空调机
更换后空调机
冷媒水量
m3/h
备注
型号
台数
制冷量kW/台
总制冷量kW
型号
台数
制冷量
kW/台
总制冷量kW
1
1#机主控室
200
L-50
1
48.8
48.8
GK8-4L
1
46.67
46.67
8.02

2
1#机电器室
100
H-30
1
29.4
29.4
GK5-4L
1
29.17
29.17
5.01

3
1#机电器室
200
L-48
1
48
48
GK8-4L
1
46.67
46.67
8.02

4
2#3#机主控室
500
L-128
1
126
126
GK20-6L
1
147.67
147.67
25.37

5
2#机主控室
100
L-25
1
24
24
GK4-4L
1
23.33
23.33
4.01

6
2#3#机电器室
400
SL-30
4
29.4
117.6
GK5-4L
4
29.17
116.68
20.04

7
2#3#机电器室
200
L-48
1
48.8
48.8
GK8-4L
1
46.67
46.67
8.02

8
4#机主控室
100
H-30
1
29.4
29.4
GK5-4L
1
29.17
29.17
5.01

9
4#机电器室
100
H-30
1
29.4
29.4
GK5-4L
1
29.17
29.17
5.01

10
5#机主控室
100
L-25
1
24
24
GK4-4L
1
23.33
23.33
4.01

11
5#机电器室
200
L-50
1
48.8
48.8
GK8-4L
1
46.67
46.67
8.02

12
炼钢1#2#炉主控室
500
L-128
1
126
126
GK20-6L
1
147.67
147.67
25.37

13
3#炉主控室
500
L-113
2
110
220
GK15-6L
2
110.75
221.5
38.06

14
1#2#炉可控硅室
200
H-25
2
24
48
GK4-4L
2
23.33
46.66
8.02

15
炉前操作室
60

GK1.5-4B
3
8.75
26.25
4.5
新增
16
炉后操作室
60

GK1.5-4B
3
8.75
26.25
4.5
新增
17
方连铸区域

GK15-4L
5
161.2
806
138.55
新增

板连铸区域

GK10-4L
1
107.5
107.5
18.47
新增
18
修砌热修包

GK15-4L
2
161.2
322.4
55.42
新增
19
CAS站

GK10-4L
1
107.5
107.5
18.47
新增

合计

19

968.2

32

2396.93
411.9

3. 溴化锂制冷站设置
考虑厂内热区管道的冷损失以及给今后的集中空调扩展留有一定余地，选用一台制冷量为2 910 kW的蒸气双效溴化锂吸收式冷水机组，冷冻水量为500 m3/h，需冷却水量为724 m3/h。蒸气耗量3 250 kg/h。
炼钢厂集中空调溴化锂制冷站，占地面积216 m2（12×18），布置在主厂房的一侧。由于受厂房限止 ，制冷站高架布置，首层是冷却水泵房，包括吸水井、水泵、离子处理器等。二层设溴化锂制冷机、冷冻水泵、凝结水回收，电气室和操作室等。顶层布置冷却塔。
4. 炼钢厂集中空调改造能耗分析
炼钢厂夏季利用多余的蒸气制冷，每制1000 kW冷量可利用多余蒸气约1120 kg。2396.93 kW冷负荷，采用水冷式电制冷空调机组，考虑电制冷空调机组的COP为4.3 左右，那么电制冷需要用电功率为557 kW。水冷电制冷空调机组与集中制冷风盘机组的风扇，以及冷却水与制冷水系统泵耗电基本相同。能耗比较分析见表2。
表2 电制冷空调机组与溴化锂集中空调能耗比较表
制冷机类型
机组本体总耗电量(kW)
空调器风扇耗电量(kW)
循环冷却水量(t/h)
循环制冷水量(t/h)
循环冷却水泵耗电量(kW)
循环制冷水泵耗电量(kW)
蒸汽耗量（kg/h）
单体水冷电制冷空调机组
557
100
490

132

集中溴化锂制冷空调系统
7.75
100
538
372
132
75
2423
注：表2 是换算为2396.93 kW制冷量时指示参数。

原采用水冷电制冷空调需要耗电功率为789 kW，采取蒸气溴化锂集中供冷空调系统功率为314.75 kW，是电制冷空调耗电的39.9％，可节电474.25kW。
5. 炼钢厂制冷水管网布置
炼钢车间每一跨都有行走吊车，制冷水管很难从一跨到另一跨，所以需要制冷水的地方，供水管必须沿着每跨的柱线走， 车间最远端500多m，空调分布不均。设计设想了多个管网方案，1方案是同程大环网，见图1；2方案是同程分支环网，见图2；3方案是异程分支管网，见图3；4方案是异程分区管网，见图4。2、3、4方案管网水力平衡都考虑在回水管上设平衡阀。

图1 同程大环网示意图

图2 同程分支环网示意图

图3 异程分支管网示意图

图4 异程分区管网示意图

根据炼钢厂实地管网路由的观察，1～3方案管道必须是在厂房的两侧实现环网，同时存在管网很难走通的问题。而且管网长，管道投资大。第4方案，实际上是可行的，且管道费用相对较少。实际实施管网是制冷水供回水管从制冷站出，沿厂房边跨走至地下供水管廊 利用地下管廊的管架空位置，铺设供回水管。水管沿地下管廊，到空调集中的两个区域，连铸空调1区、连铸空调2区， 管道在柱线位置出地面，沿柱线走至空调设施的位置。炼钢空调区管道沿转炉跨平台绕过，各分区的回水管路上设置平衡阀，调节供回水量，各空调机的进出水管上设置阀，可进行局部调节。
对于新建的厂房，根据现场的具体情况，1～4方案都是可以采用的，但第4方案，通过分区可以解决局部区域的空调，供回水管从地下管廊进入车间，可以解决管道跨柱线的问题。设计时在地下管廊内留出供回水管的位置，对于集中供水采暖空调系统同样适用。

6. 热操作岗位人体送风空调
炼钢厂方坯板坯铸机浇铸岗位，热钢包热修岗位，工人面对从铸机铸口的流动钢水的辐射热， 以往以利用移动轴流风机吹强风，形成工人操作工人背部凉，前部热，工作条件很差。由于操作工作面温度高、敞开、操作工位多，一般制冷设施很难满足要求。这次蒸气制冷集中空调，可提供大量的冷量，可以实现热操作岗位的工作条件得到改善，也是炼钢厂空调系统节能改造，新增空调的重点项目。
炼钢厂5条8流方坯连铸机，一台二流板坯连铸机的浇铸岗位以及热修钢包岗位，全部实施操作人员沐浴式送风系统。以一台8流连铸机为例，每流设有一个操作工人，所以一台方坯连铸机，由8个工人操作位置，空调设一台卧式空调送风机组，送风量为15 000 m3/h，机组余压 510 Pa，额定冷量161.20 kW，冷媒水量27.71 m3/h，平均每个操作岗位送风1 875 m3/h，通过8根分支管送到8个操作岗位。每个送风管上设两个送风口，一个是300×200百叶送风口，送至操作工的前上方，另一个送风口，采用D350球形送风口，可以调节送风方向。送风口的风速在4～5 m/s 。空调机组的送回水管设有阀门、过滤器和冲洗管，方坯铸机浇铸岗位空调系统见图5。

1． 空调送风机组;2.静压箱;3.球形送风口;4.百叶送风口
图5 方坯铸机浇铸岗位空调系统图

五台方坯铸机设有相同的空调设施，一台板坯连铸机设有3个操作岗位送风管，总风量为10000 m3/h，钢包热修共有2处，每处设有7个操作岗位送风点，每处送风量为15000 m3/h。热操作岗位空调系统改善了工人操作条件，受到操作工的欢迎。实际统计证明，工人操作条件的改善提高了操作岗位的生产效率。
7. 集中空调系统的改造设计和问题
炼钢厂一部分原空调系统，采用空调机房集中送风系统，如炼钢和连铸主控室和一些较大的操作室，更换原则是尽可能保留原有的空调系统，新设空调送风机组，布在原空调机房里的空地或原机房旁侧，一般采用吊挂式机组，利用原机房上部空间布置，新设空调送风机组的风管接原送风机组的总送回风管，原空调系统和新增空调系统分别增设风阀，实现新老系统的切换，这样原空调系统成为新空调机组的备用机组，冬季集中制冷系统停止工作，温度的调节以依靠原有系统，特别在冬季需要送热风的主控制室。
这次集中蒸气制冷空调系统改造后，主控室等反映效果不好，主要是主控制室太冷，没有调节和控制温度的手段，人在控制室感觉不舒服。主要原因是这次更换机组，只是简单的把符合送风量和制冷量的送风机组，代替原电制冷的空调机组，没有考虑增设调节手段。根据实际的运行实践，在新设计上要注意以下几方面问题。
1) 在有人工作的操作室，主控室等地必须考虑调节温度的手段；
2) 在单体房间不大时，可采用220V的风盘机，实现风机高、中、低速转的调节；
3) 对大的集中送风系统，采用380V变频调速，风门调节，以及供水三通水量自动调节阀，实现风量、水量单独调节和联合调节；
4) 对总的供水管网的供水温度也可根据气候和冷负荷进行调节，由于炼钢车间的用户各有不同，局部调节还是主要和必须的。
8. 炼钢集中制冷空调管道设计与保温
炼钢集中制冷空调系统风管采用了镀锌钢板保温材料采用玻璃棉，外贴铝箔带隔气层，保温厚40mm，风管弯头宽度大于500 mm的设导流叶片，冷冻水总管至空调机的支管采用镀锌钢管，总管采用无缝钢管，保温采用自熄聚氨脂泡沫塑料，过热区用外包镀锌钢板做加强防护。管支架用木垫管座隔热。在管网的最高处设有自动排气阀，在管网的最低处设有排水阀。管的支吊，跨度、焊接、试压、清洗等均需要满足国家现行规范标准。
9.结语
目前国内各大钢厂，都在为实现转炉负能炼钢而努力，加快建设循环经济，追求资源、能源使用效率的最大化，提高转炉煤气、蒸汽回收率。煤气和蒸汽可用来发电，对于夏季低压蒸汽的另一个出路是用来制冷，首钢二炼钢尝试用蒸汽溴化锂集中制冷，代替原制冷空调机组，可以实现60％以上的节电效果。转炉车间集中制冷空调设计和使用经验为其他厂空调的改造和设计提供了经验。

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