Охлаждение индукционной печи: градирня, закрытый контур или чиллер

Тепло индукционной печи выгоднее всего сбрасывать градирней: она тратит 0,02–0,06 кВт электричества на 1 кВт отведённого тепла, а чиллер — 0,33–0,40 кВт. Но в индуктор нельзя пускать оборотную воду открытой градирни, поэтому почти всегда систему делят на два контура: чистая вода у печи и градирня на улице. Чиллер нужен только там, где паспорт печи требует воду холоднее, чем градирня даёт в жару.

Почему индукционной печи нужна отдельная система охлаждения?

Индуктор — это медная трубка, свитая в катушку, и вода течёт прямо внутри неё. Через ту же воду уходит тепло от тиристорного или транзисторного преобразователя частоты и конденсаторной батареи. Электрические потери в этих узлах целиком превращаются в тепло, к ним добавляется тепло от тигля с расплавом.

Отсюда три требования, которые отличают печь от обычного технологического потребителя:

• чистая вода в каналах индуктора — накипь и шлам в узкой трубке ухудшают теплоотдачу и ведут к местному перегреву;
• непрерывность — пока в тигле металл, охлаждение останавливать нельзя, поэтому насосы и вентиляторы резервируют;
• стабильная температура на входе — производитель печи задаёт её в паспорте, и летом градирня должна её выдерживать при расчётной погоде, а не при средней.

Какие схемы охлаждения применяют?

Мы сводим варианты к пяти схемам. Температура в таблице — ориентир для Москвы в расчётную жару: температура мокрого термометра там около 20 °C, сухого воздуха — до 26–27 °C.

Предел любой градирни — температура мокрого термометра плюс 4–5 °C. В Краснодаре или Ростове-на-Дону этот предел на 3–4 градуса выше московского, поэтому одна и та же печь на юге чаще требует доводчика.

Открытая градирня с теплообменником или закрытая градирня?

Обе схемы дают печи чистый контур. Разница в деньгах и обслуживании.

Открытая градирня и теплообменник. Дешевле на входе: к цене градирни добавляются теплообменник, второй насос и расширительный бак — обычно плюс 15–25 % к стоимости узла. Теплообменник разборный, его промывают раз в 1–2 года. Открытому контуру всё равно нужна водоподготовка, иначе грязь закрывает пластины.

Закрытая градирня. Дороже открытой той же мощности в 1,5–2 раза, но в ней нет теплообменника и второго насоса, а вода печи идёт по герметичному змеевику. Водоподготовка нужна только малому контуру орошения. Зимой аппарат работает всухую, без воды и без риска обмёрзания. По нашим расчётам связка «открытая градирня + теплообменник» дешевле на горизонте до трёх лет, дальше выигрывает закрытая градирня.

Оба решения работают на наших объектах. Для сталелитейной компании «Памир» мы поставили закрытую градирню VRC с насосной группой и зимним пакетом опций для охлаждения индукционных печей. Для чугунолитейного производства «ЕМФ Технологии» в Ярцеве — две мини-градирни SVA с химводоподготовкой, позже начальник литейного цеха прислал благодарственный отзыв. Для «Проммет-сплава» в Московской области градирня NCT SVA-1 охлаждает индукционную печь на испытательном стенде: 419 кВт, 40 м³/ч, вода с 39 до 30 °C, щиты с частотным регулированием и дистанционным мониторингом, химводоподготовка NCT W0C.

Когда к градирне добавляют чиллер?

Когда печь требует воду холоднее, чем градирня способна дать в самые жаркие дни. Покупать чиллер на всю нагрузку и гонять его круглый год в таком случае незачем: основную работу делает градирня, а чиллер включается по температуре наружного воздуха.

Так устроена система на Тверском литейном заводе (ООО «КСК ТЛЗ»). Для индукционной плавильной печи OTTO JUNKER центральная градирня на весь цех оказалась неэффективной, и мы сделали локальную систему: открытая градирня NCT VR, чиллер для доохлаждения при наружной температуре выше +25 °C, химводоподготовка, насосная группа и выносной бак, который защищает воду от замерзания. Коммуникации проложили без остановки основного производства.

Бывает и наоборот: печь стоит в неотапливаемом цехе, а технологии нужна вода 10 °C круглый год. Для Барнаульского завода «АТИ» мы поставили моноблочный чиллер NASA26 с двумя компрессорами и зимним комплектом для охлаждения производственной печи.

Сколько воды и электричества уходит на охлаждение печи?

Открытая градирня испаряет 1,5–2 % циркулирующей воды, плюс продувка, которая не даёт солям накапливаться. На 1 МВт тепла это примерно 1,5–1,8 м³/ч подпитки. Для печи на 419 кВт, как у «Проммет-сплава», выходит около 0,6–0,75 м³/ч.

Электричество считаем на год. Пример для 1 МВт тепла, 4 000 часов работы и тарифа 8 ₽ за кВт·ч: чиллер на всю нагрузку обойдётся примерно в 11,2 млн ₽ в год, закрытая градирня на той же задаче — около 1,6 млн ₽. Поэтому сначала мы проверяем, закрывает ли задачу свободное охлаждение, и только потом считаем, сколько часов в году нужен доводчик.

Что предусмотреть, чтобы печь не встала?

Когда нас зовут модернизировать чужую систему, мы чаще всего находим одни и те же ошибки проектирования.

• Подбор по среднелетней погоде. Градирня «не добирает» перепад именно в жару, когда печь работает на пределе. Считать нужно по расчётной температуре мокрого термометра региона.
• Нет водоподготовки. За два сезона солеотложения съедают 10–20 % теплосъёма. Автоматическая продувка и дозирование реагентов дешевле одной чистки.
• Нет резерва. Для печи закладываем горячий резерв насосов, при необходимости — резервный двигатель вентилятора и частотное регулирование.
• Забыта зима. Подогрев поддона, выносной бак в тёплом помещении, сухой режим закрытой градирни, правильная обвязка байпаса.
• Теплообменник «впритык». Через полгода пластины зарастают, а запаса мощности нет. Плюс манометры до и после фильтра и теплообменника, чтобы рост сопротивления было видно заранее.

Как мы ведём такой проект?

Инженеры обследуют площадку, снимают фактические расходы и температуры, считают нагрузку печи и климат, выбирают схему и разрабатывают проектную документацию. Градирни, насосные группы, щиты управления и химводоподготовку изготавливаем на своём заводе в Сертолово (Ленинградская область), чиллеры подбираем под доводку. Дальше — поставка, шеф-монтаж, пусконаладка и сервис.

Похожие задачи для металлургии и металлообработки на наших объектах: градирня NCT серии SVA для печи завода радиаторов «САС Индастриал» в индустриальном парке «Великий Камень», мини-градирня SVA-1 на линии волочения «АМК-Метиз» в Алматы и градирня со щитом управления для металлургического производства Silica Metals. Все серии — на странице «Градирни NCT».

Частые вопросы