تكنولوجيا استعادة الحرارة المهدورة للفرن التعريفي

بالمقارنة مع أفران القوس الكهربائي (EAF), استعادة الحرارة المهدرة (WHR) الملف الشخصي ل فرن الحث (لو) فريدة من نوعها: إنه “غاز العادم” درجة الحرارة منخفضة نسبيا, ولكن مياه التبريد يحمل كمية هائلة من الحرارة (تقريبًا 20-30% من إجمالي الطاقة المدخلة). لذلك, تركز استراتيجيات WHR لأفران الحث في المقام الأول على استخدام الطاقة الحرارية لمياه التبريد, تليها استخدام غاز المداخن.

المخطط الأول: مياه التبريد للتدفئة المكتبية/المنزلية

يعد هذا حاليًا التطبيق الأكثر نضجًا لأفران الحث مع أقصر فترة استرداد.

• المبدأ الفني:
  • مصدر الحرارة: تتطلب خزانة الملف والطاقة للفرن التعريفي تبريد الماء. لمنع التحجيم وأكسدة لفائف النحاس, عادة ما يتم التحكم في درجة حرارة الماء الخارج عند 40درجة مئوية – 55درجة مئوية.
  • طرق الاستخدام:
    • مباشر التبادل الحراري (تسخين بدرجة حرارة منخفضة): باستخدام أ طبق مبادل حراري (الصحة العامة) لنقل 45 درجة مئوية-50 درجة مئوية الماء الساخن مباشرة إلى تدفئة أرضية مشعة أنظمة (التي لديها متطلبات درجة حرارة منخفضة, عادة 35-45 درجة مئوية).
    • مضخة حرارية ارتفاع (تسخين بدرجة حرارة عالية): إذا كان المكتب يستخدم مشعات تقليدية (تتطلب 70-80 درجة مئوية من الماء), أ مضخة حرارية من مصدر مائي يضاف. تستخدم المضخة الحرارية مياه التبريد كمصدر حرارة منخفض الحرارة وتستهلك كمية صغيرة من الكهرباء لإنتاج مياه ذات درجة حرارة عالية (75درجة مئوية+).
  • استخدامات إضافية: يمكن استخدامها لاستحمام الموظفين (الطلب على مدار السنة) أو مبردات الامتصاص في الصيف (على الرغم من أن الكفاءة منخفضة عند 50 درجة مئوية, لذلك لا ينصح عادة).
• التحليل الاقتصادي:
  • الاستثمار الأولي (النفقات الرأسمالية): قليل. وتشمل المعدات الرئيسية المبادلات الحرارية اللوحية, مجموعات المضخة, وخزانات المياه. (التكلفة متوسطة إذا تمت إضافة مضخة حرارية).
  • فائدة التشغيل (النفقات التشغيلية): عالية جدًا. يستبدل تكلفة غلايات الغاز الطبيعي أو التدفئة الكهربائية في الشتاء.
  • العائد على الاستثمار (عائد الاستثمار):1.5 – 2.5 سنين.
  • الحالة المرجعية: يستخدم المسبك مياه التبريد من اثنين من أفران الحث سعة 5 طن عبر مبادل حراري للمياه لتسخين 3,000 مبنى المكاتب والمهاجع متر مربع, توفير تقريبا 400,000 يوان في تكاليف الغاز الطبيعي سنويا.

المخطط الثاني: الحرارة المهدرة للتسخين المسبق للخردة

ملحوظة: شائع “التسخين المسبق للخردة” في الصناعة يشير عادة إلى أنظمة تسخين الغاز المستقلة, لا WHR من الفرن نفسه. يعتبر استخدام الحرارة المهدرة للفرن التعريفي للتسخين المسبق أمرًا “التكنولوجيا المتقدمة.”

• المبدأ الفني:
  • التحديات: إذا مياه التبريد (<60درجة مئوية) بارد جدًا بحيث لا يمكن تسخين الخردة بشكل فعال. إذا كانت درجة حرارة الدخان أيضًا أقل بكثير من EAFs, في كثير من الأحيان فقط 100-150 درجة مئوية بعد الخلط مع الهواء المحيط في غطاء مجمع الغبار, تفتقر إلى درجة حرارية كافية.
  • الحل الممكن (غاز المداخن WHR): يجب تحديث نظام التقاط الدخان باستخدام أ غطاء الفرن مختوم أو أغلق غطاء الالتقاط لتقليل كمية الهواء البارد, الحفاظ على درجات حرارة الدخان المستخرج أعلاه 300درجة مئوية – 400درجة مئوية. يتم بعد ذلك توجيه هذا الدخان عالي الحرارة إلى دلو أو ناقل التسخين المسبق للخردة.
  • أمان المخاطر: إذا كانت الخردة تحتوي على طلاء أو شحم, التسخين بدرجة حرارة منخفضة (<500درجة مئوية) يمكن أن تولد الديوكسينات أو المركبات العضوية المتطايرة غير المحترقة, تتطلب معالجة الاحتراق اللاحقة.
• التحليل الاقتصادي:
  • الاستثمار الأولي (النفقات الرأسمالية): عالي. يتضمن تعديل مجاري الهواء المعقدة, مراوح مقاومة لدرجات الحرارة العالية, أغطية مختومة, وأنظمة معالجة العادم.
  • فائدة التشغيل (النفقات التشغيلية): جيد. لكل 100 درجة مئوية زيادة في درجة حرارة الخردة, ذوبان استهلاك الكهرباء ينخفض ​​بنحو 20-25 كيلوواط ساعة/طن.
  • العائد على الاستثمار (عائد الاستثمار): 3 – 4 سنين.
  • توصية: إذا كان الهدف هو السلامة (إزالة الرطوبة لمنع الانفجارات), استخدم التسخين المسبق للغاز المستقل الناضج. ضع في اعتبارك مخطط WHR هذا فقط لتوفير الطاقة بشكل كبير إذا كانت المحطة لديها بالفعل مرافق بيئية قوية.

المخطط الثالث: قيادة توليد الطاقة ORC

لأفران الحث القياسية, وهذا عادة لا يكون مجديا اقتصاديا ما لم يتم إجراء تعديلات محددة.

• المبدأ الفني:
  • عنق الزجاجة مصدر الحرارة: دورة رانكين العضوية (شركة مصفاة نفط عمان) يتطلب التوليد عادةً مصدرًا للحرارة >90°C لتحقيق كفاءة اقتصادية لائقة (كفاءة التوليد ~ 8-10%). لكن, إذا تجاوزت درجة حرارة مياه التبريد القياسية 60 درجة مئوية, تنخفض حياة لفائف النحاس بشكل كبير, وزيادة مخاطر التوسع.
  • حل (تبريد مضغوط بدرجة حرارة عالية): يجب ترقية نظام تبريد الفرن إلى أ نظام الماء المضغوط ذو درجة الحرارة العالية (رفع درجة حرارة المخرج إلى 95-120 درجة مئوية). وهذا يتطلب تصميمات خاصة للملفات ذات درجة الحرارة العالية وإدارة صارمة لجودة المياه (الماء منزوع الأيونات).
  • مزدوج مصدراقتران: يجمع نهج آخر “الحرارة المهدرة لغاز المداخن” مع “حرارة مياه التبريد المهدرة”- استخدام الدخان لتسخين السائل العامل إلى درجة حرارة أعلى ومياه التبريد للتسخين المسبق - ولكن هذا النظام معقد للغاية.
• التحليل الاقتصادي:
  • الاستثمار الأولي (النفقات الرأسمالية): عالية للغاية. مجموعات مولدات ORC غالية الثمن (تقريبا. 8,000-12,000 يوان / كيلوواط), بالإضافة إلى تكلفة التعديل التحديثي لنظام تبريد الفرن.
  • فائدة التشغيل (النفقات التشغيلية): متوسط. كفاءة التوليد الصافية لـ ORC ذات درجة الحرارة المنخفضة هي فقط 5%-7%.
  • العائد على الاستثمار (عائد الاستثمار): > 6 – 8 سنين.
  • خاتمة: إلا إذا كانت ورشة صهر مستمرة واسعة النطاق (على سبيل المثال, single furnace capacity >20 tons, تشغيل أفران متعددة), غالبًا ما تكون ORC في أفران الحث غير فعالة من حيث التكلفة.

مقارنة شاملة & مصفوفة القرار

الخطوات التالية الموصى بها

إذا كنت تفكر في فرن الحث WHR لأول مرة, أ نهج خطوة بخطوة يوصى به:

خطوة 1 (ضروري): ينفذ مياه التبريد التبادل الحراري التحديثية. قم بتركيب مبادل حراري لوحي بالتوازي مع برج التبريد الموجود.

فعل: قم بحل احتياجات الاستحمام من الماء الساخن للموظفين أولاً (توفير الكهرباء/الغاز على مدار السنة). إذا كان موجودا في منطقة باردة, دمجها في شبكة التدفئة في فصل الشتاء.

خطوة 2 (خياري): تقييم التسخين المسبق للخردة.

معايير: هل يحتوي الفرن الخاص بك على غطاء دخان مغلق؟? هل درجة حرارة مخرج الدخان أعلى من 200 درجة مئوية بشكل ثابت? إذا كانت الإجابة بنعم, النظر في التسخين المسبق لغاز المداخن. إذا لم يكن كذلك, فمن الأفضل شراء دلو مستقل للتسخين المسبق للغاز الطبيعي لتحسين السلامة والكفاءة بدلاً من فرض حل WHR.