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1、ICS 77-010H04团体标准高炉循环冷却水系统节能技术规范Energy-saving technical specification for circulating cooling water system of blast furnace（征求意见稿）XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-实施中国钢铁工业协会发布CISAT/CISA XXXXXXXXXT/CISA XXXXXXXXX前言本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。本标准由中国钢铁工业协会提出。本标准由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183）归口。本标准起草单位：本标准主要起草人：17高炉循环冷却水系统节能技
2、术规范1 范围本标准规定了钢厂高炉循环冷却水系统的能耗计算、系统设计、设备选型、系统改造和运行调节等方面的节能措施与技术要求。本标准适用于钢厂高炉循环冷却水系统的设计选型、更新改造和运行管理。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 50102-2014 工业循环水冷却设计规范GB 50427-2015 高炉炼铁工艺设计规范GB T 50050-2017 工业循环冷却水处理设计规范GB 50632-2010 钢铁企业节能设计规范GB 50721-2011
3、 钢铁企业给水排水设计规范GB 50265-2010 泵站设计规范GB 50013-2018 室外给水设计规范GB 50014-2006 室外排水设计规范（2016年版）3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1 循环冷却水系统 recirculating cooling water system循环冷却水系统是采用冷却水对设备进行降温，然后对升温后的冷却水降温，再循环使用的给水系统，包括敞开式和密闭式两种类型，由换热设备、冷却设备、水泵和管道组成。3.2 循环冷却水系统节能 energy-saving of recirculating cooling water system指根据运行
4、要求和运行环境条件，在保证满足冷却要求和管理方便的前提下，通过循环冷却水系统的优化设计和优化运行，达到减小系统能耗的目的。3.3 优化设计 optimization design优化设计是根据设计所追求的性能目标，在满足给定的各种约束条件下，从多种方案中选择最佳方案的设计方法。3.4 优化运行 optimal operation动力设备或系统优化运行，指在满足使用要求的前提下，通过运行设备的优化组合、运行工况调节，达到能耗最小的目的。3.5 循环冷却水系统节能措施 energy-saving measures of recirculating cooling water system指为了实现
5、循环冷却水系统节能，在系统设计方面采取的优化布局、优化分区和设备合理选型、调节功能合理配置等优化设计措施，在系统运行方面采取的运行水泵机组组合优化、变阀调节优化、变频调速优化等优化运行措施。4 热负荷、冷却水流量与传热计算4.1 高炉各部位温度、循环冷却水温度控制要求高炉炉底炉缸、炉腹、炉腰、炉身各处冷却壁热面温度应不高于对应的最高允许温度。各部位冷却水进出水温差应控制在规定的范围内，夏季可取最小允许温差，冬季可取最大允许温差，过渡季节取允许温差范围的中间值。高炉敞开式循环冷却水系统出水温度不宜高于45。采用软水的密闭式循环冷却水系统进水温度最高可控制在50，出水温度最高不得高于70。4.2
6、高炉热负荷高炉热负荷等于冷却水带走的热量与炉壳散失的热量之和，按式（1）计算：.（1）式中：高炉热负荷，单位为焦每秒(J/s)； 冷却水带走的热量，单位为焦每秒(J/s)； 炉壳散失的热量，单位为焦每秒(J/s)。4.3 高炉冷却传热计算4.3.1一般规定高炉内煤气热量传递到炉衬或渣皮，再传递到炉墙，炉墙热量由冷却水带走，或通过炉壳向空气散失。当炉壳表面不喷水时，炉内热量主要由冷却水带走，冷却水与冷却壁通道发生对流传热，带走热量，降低炉体温度。 4.3.2 热量传递计算热能从高温物体传向低温物体，或从物体的高温部分传向物体的低温部分。热量传递的基本方式有导热、对流、热辐射三种。导热是指相互接触
7、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。导热功率计算按式（2）： （2）式中：1-传导热流量， 单位为瓦（W）；-导热系数， 单位为瓦每米度（W/（mK），负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反；A1-传热面积，单位为平方米（m2）；-温度梯度，单位为度每米（K/m），dt为x方向在微小距离dx范围内的温度变化。热对流换热可分为强迫对流换热和自然对流换热。流体被加热时，对流换热的热流量按式（3）计算： （3）流体被冷却时，对流换热的热流量按式（4）计算：（4）式中： 2-对流热流量， 单位为瓦（W）；表面传热系数，单位为瓦每平方米摄氏度（W/（m2）； 流体与壁面的接
8、触面积，单位为平方米（m2）； 壁面的温度，单位为摄氏度（）； 流体的温度，单位为摄氏度（）。物体热辐射传递热流量按式（5）计算： （5）式中： 3-辐射热流量， 单位为瓦（W）；实际物体的发射率，又称黑度，其值总小于1，与物体的种类及表面状态有关； 辐射表面积，单位为平方米（m2）； 斯忒藩-玻耳兹曼常量，其值为； 黑体的热力学温度，单位为度（K）。4.3.3 炉体传热4.3.3.1 传热过程计算高炉的热负荷由冷却水带走的热量按式（6）计算：（6）式中：冷却水带走的热量，单位为焦每秒（J/s）；冷却水的比热容，单位为焦每千克摄氏度（J/(kg)，其值与温度、压力有关，在计算精度要求不高时，可
9、近似认为常压下水的比热容为4200 J/(kg)；冷却水的质量流量，单位为千克每秒（kg/s）；冷却水的进出口温差，单位为摄氏度（）。炉壳散失的热量由炉壳外表面与空气的对流换热和辐射换热两部分组成。通常，炉壳的外表面温度为50 左右，小于300 ，其与空气的辐射换热可忽略不计。炉壳外表面与空气的对流换热属于自然对流换热，自然对流努赛尔准数按式（7）计算：（7）式中：努赛尔准数，无量纲；格拉晓夫准数，无量纲； 普朗特准数，无量纲；、常数，可根据查表得到。炉壳外表面与空气的对流换热系数按式（8）： （8）式中：炉壳外表面与空气的对流换热系数，单位为瓦每平方米摄氏度（W/（m2）；空气的导热系数，单
10、位为瓦每米摄氏度（W/（m）；炉壳的特征尺寸，单位为米（m）。炉壳表面不喷水时，炉壳的散热可忽略。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，渣皮通过导热将热量传递给炉衬，炉衬通过导热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：炉气渣皮炉衬冷却壁冷却水。炉气与炉体的对流传热热阻按式（9）计算：（9）式中：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）炉气与渣皮的等效对流传热系数，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传热系数的值见表1。表1 不同温度下炉气或炉料与渣皮的等效对流传热系数温度（）160
11、0140012001000800600400对流传热系数（W/（m2）608333232149915640渣皮传热热阻按式（10）计算：（10）式中：渣皮的传热热阻，单位为平方米摄氏度每瓦（m2/W）；渣皮的厚度，单位为米（m）； 渣皮的导热系数，单位为瓦每米摄氏度（W/（m）。炉衬传热热阻按式（11）计算：（11）式中：炉衬的传热热阻，单位为平方米摄氏度每瓦（m2/W）；炉衬的厚度，单位为米（m）； 炉衬的导热系数，单位为瓦每米摄氏度（W/（m）。冷却壁壁体导热热阻按式（12）计算：（12）式中：冷却壁壁体的传热热阻，单位为平方米摄氏度每瓦（m2/W）；冷却壁体的厚度，单位为米（m）； 冷却
12、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按式（13）计算：（13）因此，冷却水与冷却壁的等效换热系数按式（14）计算：（14）冷却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、水垢的导热、冷却水管壁的导热、冷却水管外表面防渗碳涂层的导热、冷却壁壁体与冷却水管之间气隙的热辐射。相应的，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阻，水垢热阻，水管管壁的导热热阻，水管表面涂层的导热热阻，气隙层热阻。冷却水与水管管壁之间的对流换热热阻按式（15）计算：（15）式中：冷却水与水管管壁之间的对流换热系数，W/(m2)。冷
13、却水与水管管壁之间的对流传热属于强制对流换热，按式（16）、式（17）计算：（16）即：（17）式中：冷却水的流速，m/s； 冷却水导热系数，W/(m)； 冷却水比热容，J/(kg)； 冷却水密度，kg/m3； 冷却水的运动粘度，m2/s。水垢热阻按式（18）计算： （18）式中：水垢厚度，m； 水垢的导热系数，W/(m)。水管管壁的导热热阻按式（19）计算： （19）式中：水管管壁导热系数，W/(m)； 水管的外径，m； 水管的内径，m。为了防止水管渗碳，常用的方法是在其表面喷涂涂层，涂层厚度0.2 mm0.7 mm，其厚度很小，计算热阻时可按平壁导热处理，涂层的导热热阻按式（20）计算：（20）式中：涂层厚度，m； 涂层导热系数，W/(m)。气隙层厚度一般为0.1 mm0.3 mm，可按平板传热计算热阻。气隙层中的传热由气隙层中气体的导热及冷却壁本体与涂层外表面的辐射换热两部分组成，气隙层热阻按式（21）、式（22）计算： （21） 所以： （22）式中：黑体辐射系数，W/(m2K4)； 气隙层等效传热系数，W/(m)； 气隙层导热系数，W/(m)； 气隙层厚度，m； 冷却壁本体辐射系数； 涂层辐射系数； 冷却壁本体接近气隙处温度（取近似值），； 涂层表面温度，； 、对应于、的绝对温度，K。炉体的一维传热方程为：按式（23）计算：（23）式中：热流密度，W/m2
