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T／CISA 065-2020 高炉循环冷却水系统节能技术规范.pdf

炉墙的传热过程为高温炉气通过对流传热将热量传递给渣皮，渣皮通过热传导将热量传递给炉衬， 炉衬通过热传导将热量传递给冷却壁，冷却壁通过对流传热将热量传递给冷却水，该过程可简单的表示 为：炉气一渣皮一炉衬一冷却壁一冷却水。 炉气与炉体的对流传热热阻R按式（3）计算

Ri一一炉气与炉体的对流传热热阻，单位为平方米摄氏度每瓦（m²：℃/W)： 一一炉气与渣皮的等效对流换热系数，单位为瓦每平方米摄氏度[W/(m²·℃)]。 不同温度下炉气或炉料与渣皮的等效对流换热系数h。的值见表1。

QYFZ 0003S-2015 云南福滋农业科技开发有限公司 即食茯苓制品不同温度下炉气或炉料与渣皮的等效对流换热系

R—冷却壁壁体的传热热阻，单位为平方米摄氏度每瓦（m²·℃/W)； L4一一冷却壁体的厚度，单位为米(m)； 一一冷却壁体的导热系数，单位为瓦每米摄氏度[W/（m·℃)]。 冷却壁与冷却水之间的传热热阻R按式（7)计算：

水和冷却壁之间的传热过程由五部分组成：冷却水与水管管壁之间的对流换热、水垢的热传导 壁的热传导、冷却水管外表面防渗碳涂层的热传导、冷却壁壁体与冷却水管之间的辐射换热和 的气体热传导。冷却水与冷却壁壁体之间存在五种热阻：冷却水与水管管壁之间的对流换热热 垢热阻R?、水管管壁的导热热阻R、水管表面涂层的导热热阻R、气隙层热阻R。

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冷却水与水管管壁之间的对流换热热阻R按式（9)计算：

hw—冷却水与水管管壁之间的对流换热系数，单位为瓦每平方米摄氏度[W/m²，℃)]。 冷却水与水管管壁之间的对流传热属 干强制对流换热，按式（10）和式（11）计算

R=[do/(2Ap)]·In(do/d) .......... ....(13

入p一一水管管壁导热系数，单位为瓦每米摄氏度[W/（m·℃)]； d。一水管的外径，单位为米(m）。 为了防止水管渗碳，常用的方法是在其外表面喷涂涂层，涂层厚度0.2mm～0.7mm，其厚度 算热阻时可按平壁导热处理，涂层的导热热阻R，按式（14)计算：

8。一涂层厚度，单位为米（m）； 入。涂层导热系数，单位为瓦每米摄氏度[W/(m·℃)]。 气隙层厚度一般为0.1mm0.3mm，可按平板传热计算热阻。气隙层中的传热由气隙层中 传导及冷却壁本体与涂层外表面的辐射换热两部分组成，气隙层热阻R：按式（15)和式（16)计算

4.4.1高炉按炉底炉缸、风口、炉腹、炉腰、炉身等部位分别供给冷却水进行冷却。 4.4.2高炉各部位冷却水支管流量应该同时满足内衬温度不高于最高允许温度、高炉冷却水出水温度 不高于允许最高温度和冷却水供回水温差在规定范围内三项要求。 4.4.3高炉某部位同时满足4.4.2三项要求的冷却水最小流量为该部位冷却水最小需要流量；高炉所 有并联供水的部位同时满足上述三项要求的冷却水最小流量，即所有并联供水部位冷却水流量均为各自 的最小需要流量，则所有并联供水部位最小需要流量之和即为高炉冷却水最小需要流量。 4.4.4高炉循环冷却水系统水泵需要扬程较高，通常采用离心泵。离心泵的功率随着流量增大而增大， 因此，为节能，应该在满足冷却要求的前提下，尽可能减小冷却水流量，即各部位冷却水尽可能采用最小 需要流量运行

5高炉循环冷却水系统优化设计

5.1系统总体参数与布局

5.1.1高炉循环冷却水系统应在满足冷却要求的前提下，减小流量、减小回路阻力、减小净扬程.达到减

5.1.1高炉循环冷却水系统应在满足冷却要求的前提下，减小流量、减小回路阻力、减小净扬程.达到减

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小水泵需要有效功率的目的；同时保证水泵、电机运行效率高，传动效率和变频器效率高。最终达到减小 循环水泵机组输人电功率的目的。 5.1.2系统回路冷却水总流量按在最不利情况的最小需要流量确定。 5.1.3系统供回水管路，宜在技术经济比较的基础上，采用经济管径。 5.1.4在技术经济比较的前提下，优先采用密闭式循环冷却水系统。容积1000m3左右的高炉可以采 用散开式循环冷却水系统，容积1500m及以上的高炉，宜采用密闭式软水循环冷却水系统。 5.1.5散开式循环冷却水系统，考虑到回水温度过高容易结垢，高炉各部位冷却水宜采用并联供水方式 或独立供水方式，以降低回水温度。 5.1.6散开式循环冷却水系统采用并联供水方式时，各回水支管上应设置阀门，用于调节支路供水流 量。 5.1.7 散开式循环冷却水系统，如果允许，取消热水池，高炉各部位冷却水回水尽可能利用余压直接输 送至冷却塔进行喷淋降温。 5.1.8在允许的情况下，冷却塔宜布置在距高炉较近处，以减小循环冷却水系统回路阻力。 5.1.9散开式循环冷却水系统，为保证高炉各部位冷却水回路出口附近的正压要求，循环冷却水系统冷 却塔及水泵、水池宜设置在较高处，以减小系统需要供水扬程。 5.1.10回水直接回至冷却塔、不设热水池的开式循环冷却水系统，回水总管应设置旁通管至冷水池； 回水回到热水池的开式循环冷却水系统，在热水池与冷却池之间应设置连通管，保证在环境温度较低 时，部分回水不需要抽送至冷却塔冷却，而直接排到冷水池，以减小上塔泵运行功率。 5.1.11散开式循环冷却水系统，冷却塔喷淋点与冷水池水面高差不宜过高。 5.1.12密闭式循环冷却水系统，散开式膨胀罐应设置在系统能量较低的循环水泵进水管上，膨胀罐安 装位置高于系统最高点，以保证系统正压运行。密闭式膨胀罐压力设定值应保证系统正压运行。 5.1.13密闭式循环冷却水系统，将最小需要流量相近的高炉各部位冷却水串联供水，可以减小循环水 泵流量，减小水泵机组运行功率。

5.2.1对高炉炉底炉缸、风口、炉腹、炉腰、炉身等部位，分别根据环境温度、高炉运行工况、允许供回水 温差和允许回水温度确定各部位冷却水最小需要流量，按最小需要流量及管路系统计算各部位冷却水供 水最小需要扬程。 5.2.2宜按高炉各部位冷却水供水最小需要扬程（不是供水高度)相近合并、相差较大分开的原则，进行 合理供水分区。 5.2.3高炉各供水区之间.可以采用平行独立式管路供水方式也可以采用分支接力式管路供水方式

2.1对高炉炉底炉缸、风口、炉腹、炉腰、炉身等部位，分别根据环境温度、高炉运行工况、允许供 差和允许回水温度确定各部位冷却水最小需要流量，按最小需要流量及管路系统计算各部位冷去 最小需要扬程。

5.3.1对确定的高炉，各部位冷却水最小需要流量与高炉工况、周围气温等因素有关，冷却水最小需要 流量变化较大。为适应不同情况时的最小需要流量，即在不同最小需要流量下，水泵都在高效区或高效 区附近运行，宜选用2台～3台水泵机组（其中1台小泵机组），便于实施变运行水泵台数优化运行，需要 流量大时多开水泵机组，需要流量小时少开水泵机组。 5.3.2供水区采用独立平行供水方式时，各供水区按各自的冷却水最小需要流量和对应的需要扬程进 行水泵机组选型，即低扬程区由低扬程供水泵供水，高扬程区由高扬程供水泵供水。要求水泵在规定的 流量下在高效区运行，电动机运行负载率较大、效率高。 5.3.3供水区采用分支接力式供水方式时，供水泵流量根据承担的全部供水区需要流量选择，扬程根据

低扬程供水区需要扬程选择，在高扬程区供水支管上串联增压泵为高扬程区供水。选泵要保证串接水泵

流量的平衡，扬程满足各供水区要求，并保证水泵在高效区运行，电动机运行功率与额定功率匹配度高、 负载率大、不过载、效率高。 5.3.4密闭式循环冷却水系统的串接式供水回路，按该串联回路中高炉各部位冷却水最小需要流量的 最大值作为该回路的冷却水流量。 5.3.5对采用分区供水方式的循环冷却水系统，按各供水区中的最大供水流量和最高供水扬程设置备 用泵机组，设置管路和阀件，用以切换控制备用泵机组可以为任一供水区供水。

5.4.1设置2台～3台水泵，以便实现变水泵运行台数优化运行。 5.4.2在冷却水回水管路上设置阀门，当供水流量过大时，调小阀门开度，减小流量，达到减小水泵轴功 率，实现变阀优化运行的目的。 5.4.3对散开式循环冷却水系统，在并联冷却水回水管路上设置阀门，用于调节各并联支路同时达到最 小需要流量，减小系统流量和水泵轴功率。 5.4.4在循环冷却水系统能耗大、水泵机组台数不多、环境温度和高炉工作状况变化频繁的情况下，可 以设置1台水泵机组变频调速运行，用于调节系统流量满足最小需要流量要求，实现系统单机组变频调 速优化运行。

5.5冷却塔及其风机选型

7高炉循环冷却水系统节能改造

7.1循环冷却水系统性能参数现场实测计算

7.1.1对于现有高炉循环冷却水系统，首先要通过现场实测了解和掌握系统能耗情况。 7.1.2实测高炉各部位冷却水流量和进出水温差，计算冷却热负荷；根据各部位允许进出水温差计算最 小需要流量。 7.1.3实测系统各管段节点高程、压力和流量，计算水力损失和阻力系数。 7.1.4实测水泵流量、扬程、配套电机输入电功率，计算水泵机组效率、水泵效率、电机效率和系统能效 比。

7.2.1根据循环冷却水系统现场实测计算结果，分析判断系统是否需要改造，确定改造方案。 7.2.2应设计多个改造方案。如果经过改造，系统节能率超过15%，且投资还本年限小于6年，则需要 改造，且采用节能率高、投资还本年限低的方案，否则不需要改造。能效较好的系统，一般不需改造，可以 继续运行。但如果测试计算结果表明，只需简单改造即可显著提高系统能效，技术经济可行，则可对系统 进行改造，进一步提高能效。 7.2.3能源浪费严重的系统，如果计算表明，通过改造，其能耗仍不能显著下降，则该循环冷却水系统应 重新设计、拆除重建。

循环冷却水系统节能改造方案与设备合理选型更

7.3.1根据计算结果需要，在高炉各部位冷却水支路回水管路上设置阀门用于调节支路流量。 7.3.2根据高炉各部位冷却水最小需要流量和系统冷却水最小需要流量，确定系统工作点的流量和扬 程。若现运行流量偏大较多，首先考虑减少水泵机组运行台数，减小系统流量，减小水泵机组总功率。 7.3.3根据高炉各部位冷却水最小需要流量和系统冷却水最小需要流量，确定系统工作点的流量和扬 程。若现有水泵机组即使减少开机台数，流量仍偏大较多，或运行工况偏离高效区较多，可以考虑变阀优 化运行，减小系统流量，减小水泵机组总功率。 7.3.4根据高炉各部位冷却水最小需要流量和系统冷却水最小需要流量，确定系统工作点的流量和扬 程。若现有水泵机组即使减少开机台数，流量仍偏大较多，或运行工况偏离高效区较多，可以考虑增设变 频装置，对水泵机组进行变频调速（降速），保证其在高效区运行。 7.3.5根据高炉各部位冷却水最小需要流量和系统冷却水最小需要流量，确定系统工作点的流量和扬 程。若现有水泵机组即使减少开机台数，流量仍偏大较多，或运行工况偏离高效区较多，可以考虑重新选 用水泵机组，保证其在高效区运行。 7.3.6循环冷却水系统节能改造方案需要对7.3.2～7.3.5多种可行方案进行技术经济比较确定，符合 7.2.2条的要求，通常对冷却水管路不做大的改动。

8高炉循环冷却水系统节能效果计算

8.1循环冷却水系统的总能耗包括循环水泵机组能耗和冷却塔风机能耗。应用节能技术后的循环冷却 水系统运行功率按式（21)计算：

P总=P泵电人十P风机电人= pgQ,H M Q力 台1000：7传7机 1000个风机；7传7机

8.3系统采取节能措施后输入电功率减小按式(23)计算： △P总=Po总P总 8.4系统采取节能措施后的节能率按式(24)计算： P=△P总/Po总

8.3系统采取节能措施后输入电功率减小按式(23)计算： △P总=Po总一P总 8.4 系统采取节能措施后的节能率按式(24)计算： P=△P总/Po总

传导是指相互接触的物体或者物体内部存在温度差时，热量从高温处传到低温处的过程。热传导 式(A.1)计算

附录B (资料性附录） 冷却水与冷却壁传热系数的影响因素

当冷却水温度为30℃、冷却水管内径为40mm、外径为50mm、冷却水流速为1. 冷却壁，冷却水与冷却壁的等效传热系数h随水垢厚度的变化见表B.1。

DB41T 1950-2020 发制品行业水污染防治技术规范铸铁冷却壁冷却水与冷却壁的等效传热系数随水

表B.2铜冷却壁冷却水与冷却壁的等效传热系数随水垢厚度的变化

铸铁冷却壁、铜冷却壁冷却水与冷却壁的等效传热系数hwb随水垢厚度的变化曲线分别如图B.1利 图B.2所示。 总体上，铜冷却壁等效传热系数较铸铁冷却壁大得多。水垢厚度增加，铸铁冷却壁和铜冷却壁冷去 水与冷却壁的等效传热系数hw均减小。铸铁冷却壁等效传热系数随水垢厚度的增加下降的幅度较平 缓，铜冷却壁当水垢厚度由0mm增加到0.5mm时，等效传热系数急剧下降，随后下降趋势逐渐变得平 缓。

对于铸铁冷却壁，当冷却水温度为30℃、冷却水管内径为40mm、外径为50mm、冷却水管内壁没有 水垢时，冷却水与冷却壁的等效传热系数h随流速的变化见表B.3

铸铁冷却壁冷却水与冷却壁的等效传热系数阶

GB 17589-2011 X射线计算机断层摄影装置质量保证检测规范铸铁冷却壁、铜冷却壁冷却水与冷却壁的等效传热系数h随流速的变化曲线分别如图B.3和图 B.4所示。

增加时，铸铁冷却壁冷却水与冷却壁的等效传热系数变化不大，而铜冷却壁冷却水与冷却壁的

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