引言

山东某轴承配件钢材加热过程中，三条退火炉尾部出来的辐射热在700℃，这些高温辐射热目前有两条通过管壳式余热锅炉吸收变成蒸汽，其中一条没有安装余热锅炉。余热锅炉装置产生饱和蒸汽供酸洗池加热，由于余热锅炉运行时间较长，同时余热锅炉采用管壳式结构吸收热量有一定的局限性，导致蒸汽量不够酸洗使用，目前购入电厂蒸汽替补酸洗使用。

根据该轴承配件三条退火炉提供运行数据及现场勘测：退火炉排烟温度取700℃，由于是辐射热无法计算烟气量，根据热量预估计算通过技术措施，增设余热锅炉后辐射热平均温度为450℃，单条退火炉每小时按产生1吨饱和蒸汽布置辐射换热面（为保证产气量在五组基础上增加到六组换热面），具体产出蒸汽量根据退火炉实际运行情况而定。一条未改造的退火炉安装一台1吨热管蒸发器可供酸洗线使用，外购蒸汽可作为替补方案。

1、工艺流程

工艺流程如下图所示。

2、辐射热热量分析

2.1单条退火炉设计参数

2.2单条退火炉辐射热能计算

退火炉进口温度约700℃，出口温度平均按450℃计,根据辐射传热的基本计算公式，对两个曲面构成的封闭体系内的相当辐射系数，计算如下：

C=C0÷[(1÷ε1)+(1÷ε2)－1]

=5.675÷[(1÷0.8)+(1÷0.8)－1]

=3.78W/(m²·K4)

其中：C的相当辐射系数；

C0为黑体辐射系数5.675W/(m²·K4)；

ε1和ε2为两种材料的发射率，工程上一般取0.8；

根据热辐射计算公式，单位面积辐射换热量Q为：

Q=C×[(T1/100)4-(T1/100)4]

=3.78×{[(273+450)÷100]4-[(273+150)÷100]4}

=9118.5(W/㎡)

=32826.6(KJ/㎡·h)

取宽度1.6米，长度为10米，则退火炉辐射热收集器表面换热量为：

Q1=Q×S

=32826.6×1.6×10

=525225.6Kj/h

=12.5万kcal/h

式中：Q1为退火炉表面换热量；

Q为单位面积辐射换热量；

S为退火炉有效利用表面积；

2.3对流热能计算

回收器内部对流空气的温度约200℃，对流流速约0.1m/s，单位面积对流量约360Nm³/h，通过计算对流流量约28800Nm³/h。每小时对流所产生的热量约59.7万大卡，计算如下：

Q=Cp×L×ρ×（T进-T出）

=1.032kj/(kg·℃)×28800Nm³/h×1.293kg/m³×65℃

=2497951.9kj/h

=59.7万kcal/h

2.4单位吨位饱和蒸汽热量计算

产生1吨0.4MPa、143.62℃饱和蒸汽所需热量计算：

Q´=M×[H2-H1]

=1000kg×[2737.63Kj/Kg-63.04Kj/Kg]

=2674590kj

=63.9万kcal

式中：Q´为产生1吨143.62ºC蒸汽所需热量（单位kcal）

M为产生上述蒸汽量1000kg

H2为143.62℃饱和蒸汽焓值2737.63Kj/Kg

H1为15℃水焓值63.04Kj/Kg

热损失按5%计算：

Q÷Q´=72.2万kcal/h×95%÷63.9万kcal/t=0.97(吨)

3、经济效益分析

3.1折算节约的煤量

折算原煤发热值按5000kcal/kg计：

节约煤量=72.2万kcal/h÷5000kcal/kg=144kg/h

3.2年收益计算

每年按11个月,每月按30天,每天按24小时，每吨原煤价格暂按500元计算：

0.144t/h×500元/t×24h/天×30天/月×11月/年

=57万元/年

综上所述，余热回收工程共计安装1T/h余热锅炉一台（为保证产气量在五组基础上多增加一组换热面），每年节能效益在57万元左右。

4、结论

应用钢材退火炉辐射热回收系统后，可产0.4MPa、143.62℃饱和蒸汽0.97t/h。辐射热的余热回收技术可以充分利用废弃的能源，降低生产成本，减少污染，可达到余热回收利用效率化，取得了良好的经济效益和环保效益。

来源：余热节能

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