摘要：鋼鐵企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)如同主工藝生產(chǎn)的生命線(xiàn)，對(duì)于正常的生產(chǎn)和維護(hù)設(shè)備的安全起著至關(guān)重要的作用。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗很高，其用電負(fù)荷約占整個(gè)單元項(xiàng)目用電量的20～30%。本文就一些節(jié)能設(shè)計(jì)展開(kāi)討論，可作為實(shí)際工程的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞： 鋼鐵企業(yè) 循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 電氣節(jié)能

0 引言

在水資源日益匱乏、水污染又異常嚴(yán)重的今天，經(jīng)濟(jì)有效地廢水處理循環(huán)利用成為當(dāng)務(wù)之急。在鋼鐵行業(yè)中，水是重要的能源動(dòng)力介質(zhì)，工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)具有系統(tǒng)復(fù)雜、用戶(hù)多、水量大、循環(huán)水介質(zhì)種類(lèi)多等特點(diǎn)。其能耗也極高，用電負(fù)荷約占整個(gè)單元項(xiàng)目用電量的20～30%，大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)單元內(nèi)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗可達(dá)數(shù)千甚至上萬(wàn)千瓦的電量。

在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，貫徹節(jié)能措施，開(kāi)展節(jié)能設(shè)計(jì)，降低水系統(tǒng)的電耗，將有助于控制整個(gè)項(xiàng)目的能耗，對(duì)于節(jié)能減排有積極的意義。本文就如何進(jìn)行鋼鐵企業(yè)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能措施展開(kāi)討論，可作為實(shí)際工程的借鑒和參考。

1 工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗的組成

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗由以下幾部分組成：

1.1 供水能耗

現(xiàn)場(chǎng)用戶(hù)需要大量的循環(huán)冷卻水，要供水則必須供電，用戶(hù)多、水量大則用電需求量大，也意味著能耗高，擁護(hù)少、水量小則用電需求量小，也意味著能耗小。

不同的用戶(hù)，其用水水壓要求也不同，壓力要求高則能耗高，壓力要求低則能耗低。另外，在考慮水壓能耗時(shí)，不僅要考慮供水壓力的因素，也同時(shí)要考慮壓力回水這一因素。對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)而言，有供水則必有回水?；厮膲毫Ρ仨毮軡M(mǎn)足從主工藝單元車(chē)間回水至循環(huán)水處理站。

水處理站與用戶(hù)之間的管道距離也會(huì)產(chǎn)生水頭損失。供水回水管路短，管道的水頭損失就小，可以適當(dāng)?shù)慕档凸┧玫碾姍C(jī)功率，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中可節(jié)約能源，以一座循環(huán)水量為10000m3/h的工業(yè)凈循環(huán)水處理站為例，每縮短100m的供回水管路，約可節(jié)約用電40kW左右。

1.2 用水能耗

用水能耗主要體現(xiàn)在用水制度上。用水制度分為連續(xù)用水制度和間斷用水制度。連續(xù)用水制度用電量一定高于間斷用水制度，連續(xù)用水制度能耗也一定高于間斷用水制度能耗。

其次、工業(yè)循環(huán)冷卻水的主要作用是帶走在生產(chǎn)過(guò)程中由工藝設(shè)備所產(chǎn)生的大量熱量、冷卻設(shè)備。對(duì)于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)而言，帶走熱量的主要途徑是換熱器、蒸發(fā)空冷器或是冷卻塔，如果采用換熱器作為間接冷卻的手段，其最后起冷卻作用的還是冷卻塔。

冷卻塔與蒸發(fā)空冷器要實(shí)現(xiàn)熱量在循環(huán)水系統(tǒng)與大氣之間的交換，勢(shì)必也要消耗電力、消耗能量。循環(huán)水系統(tǒng)供回水溫差越大，需要交換的熱量就越大，風(fēng)機(jī)的電耗也越大，能耗就越高。另外，如果用戶(hù)要求的水溫越低，也會(huì)直接導(dǎo)致冷卻塔或蒸發(fā)空冷器用電量的增大和能耗的上升。

2 措施

2.1 變壓器節(jié)能

污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)中要選用節(jié)能變壓器。所謂的節(jié)能變壓器是指空載損耗，負(fù)載損耗相對(duì)比較低的變壓器。如s9、sl9、sc8等型變壓器，s9系列與s7系列相比空載損耗平均下降了10%，負(fù)載損耗平均下降了21%。隨著市場(chǎng)的需求及技術(shù)的進(jìn)步，目前又出現(xiàn)了s12系列變壓器，非晶合金鐵芯變壓器SH12系列的空載損耗較S9系列降低75%左右，但其價(jià)格僅比S9系列平均高出30%，其負(fù)載損耗與S9系列變壓器相等。

變壓器的最低能耗一般發(fā)生在負(fù)荷率50%～60%左右，但按照這個(gè)負(fù)荷去選擇變壓器，會(huì)使變壓器選擇過(guò)大，給運(yùn)輸、占地、投資等均帶來(lái)麻煩，綜合考慮初裝費(fèi)，變壓器、高低壓開(kāi)關(guān)柜、土建投資及運(yùn)行費(fèi)用，又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)挠嗔?，變壓器最?jīng)濟(jì)節(jié)能的負(fù)荷率一般在75%～85%。

2.2 減少線(xiàn)路損耗

在一個(gè)工程中電線(xiàn)、電纜的需要量非常大，少則幾千米，多則上萬(wàn)米，有效的減少配電線(xiàn)路的電能損耗，節(jié)省的電能是相當(dāng)可觀的。導(dǎo)體的電阻與其電阻率，線(xiàn)路的長(zhǎng)度成正比，與線(xiàn)路的截面積成反比，因此減少線(xiàn)路的損耗應(yīng)從這幾方面入手。

選用電阻率較小的銅做導(dǎo)體；電線(xiàn)、電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)盡量少走彎路， 減少線(xiàn)纜長(zhǎng)度；變壓器盡可能地靠近負(fù)荷中心，減少低壓電纜的長(zhǎng)度；合理選擇線(xiàn)纜的截面積。電線(xiàn)，電纜的截面通常按照線(xiàn)纜的載流量大于線(xiàn)路的工作電流來(lái)選擇，再按照電壓損失和機(jī)械強(qiáng)度來(lái)校驗(yàn)。

2.3 低壓配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化

無(wú)功補(bǔ)償可分為集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償。分散于就地的無(wú)功補(bǔ)償有以下好處：簡(jiǎn)單可靠，因?yàn)橹灰谟秒娫O(shè)備上并聯(lián)一臺(tái)合適的專(zhuān)用電容器就可以滿(mǎn)足，不需要外加其他保護(hù)裝置；能提高低壓電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低了線(xiàn)損；具有較好的經(jīng)濟(jì)效益；提高了低壓線(xiàn)路的功率因數(shù)，減少線(xiàn)路末端電壓波動(dòng)。污水處理廠(chǎng)的負(fù)荷一般比較集中，低壓配電房選在負(fù)荷中心位置時(shí)，優(yōu)先采用低壓配電集中補(bǔ)償。

2.4 減少電動(dòng)機(jī)的電能損耗

工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)最主要的設(shè)備就是水泵，而減少電動(dòng)機(jī)電能損耗的主要途徑是提高電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)。設(shè)計(jì)中應(yīng)采用高效率電動(dòng)機(jī)，但在具體工程中電動(dòng)機(jī)通常都是與工藝、機(jī)運(yùn)及水暖專(zhuān)業(yè)的設(shè)備配套，由設(shè)備制造商統(tǒng)一供應(yīng)，所以節(jié)能措施只能貫徹在運(yùn)行過(guò)程中。

通過(guò)風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)專(zhuān)用系列變頻器在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、水泵等工藝設(shè)備變頻控制調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用分析，該技術(shù)使各系統(tǒng)風(fēng)量、水量、水壓等負(fù)荷工況參數(shù)按負(fù)荷情況得到適時(shí)調(diào)節(jié)。不但能改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，達(dá)到閥門(mén)、風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)、回流調(diào)節(jié)等落后調(diào)節(jié)方式所不能相比的調(diào)節(jié)性能。實(shí)際應(yīng)用表明，該技術(shù)具有先進(jìn)，節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

另外，空壓機(jī)也是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不可缺少的設(shè)備。企業(yè)一般在設(shè)計(jì)空壓機(jī)的裝機(jī)容量時(shí)，由于不能排除空壓機(jī)在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以只能按最大需要來(lái)決定壓縮機(jī)的容量，設(shè)計(jì)余量一般都偏大，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中增加了電能浪費(fèi)，因此對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造是必要地。

2.5 錯(cuò)峰運(yùn)行

鋼鐵企業(yè)的電價(jià)計(jì)費(fèi)大多采用大工業(yè)電價(jià)，我國(guó)現(xiàn)行的大工業(yè)電價(jià)計(jì)費(fèi)方式采用峰谷計(jì)量模式，分4個(gè)時(shí)段分別計(jì)價(jià)：8：00-12：00、22：00-24：00為峰段計(jì)價(jià)時(shí)段，電價(jià)較居民生活電價(jià)高53%；12：00-18：00為平段計(jì)價(jià)時(shí)段，電價(jià)與居民生活電價(jià)基本相同；18：00-22：00為尖段計(jì)價(jià)時(shí)段，電價(jià)較居民生活電價(jià)高72%；0：00-8：00為谷段計(jì)價(jià)時(shí)段，電價(jià)較居民生活電價(jià)低47%。由上述四個(gè)時(shí)段的電價(jià)計(jì)費(fèi)方式可以看出，尖段的電價(jià)是谷段電價(jià)的3倍多，科學(xué)調(diào)度各時(shí)段的生產(chǎn)運(yùn)行，對(duì)節(jié)約電費(fèi)具有很好的實(shí)用性。特別是污泥脫水工段，如何避過(guò)尖段、峰段用電，充分利用谷段用電，對(duì)節(jié)約電費(fèi)作用明顯。

2.6 無(wú)電機(jī)冷卻塔

無(wú)電機(jī)冷卻塔屬水動(dòng)環(huán)保型冷卻塔，即利用循環(huán)水余壓或者上塔泵的壓力推動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)須電機(jī)運(yùn)行，具有節(jié)能、高效、低噪音、壽命長(zhǎng)、費(fèi)用低、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。

以某鋼廠(chǎng)水處理為例，共使用水動(dòng)環(huán)保型冷卻塔8臺(tái)。同樣大小的冷卻塔風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率一般為20kW，以冷卻塔每年工作8000h計(jì)，則每年用電：20kW*8*8000=128萬(wàn)kWh，電價(jià)按工業(yè)企業(yè)電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)0.6元kWh。則每年電費(fèi)是76.8萬(wàn)元。根據(jù)節(jié)能計(jì)算，可每年節(jié)約電費(fèi)76.8萬(wàn)元。如果考慮電機(jī)、傳動(dòng)軸、減速機(jī)的維護(hù)、檢修費(fèi)用，則每年節(jié)約的費(fèi)用更加可觀。

3 結(jié)論

鋼鐵企業(yè)的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要對(duì)各個(gè)能耗環(huán)節(jié)進(jìn)行分析、計(jì)算和不斷的優(yōu)化。能否更好地解決鋼鐵企業(yè)的能耗問(wèn)題，合理進(jìn)行能源分配，已經(jīng)成為決定鋼鐵企業(yè)運(yùn)行效益好壞的關(guān)鍵因素。

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作者簡(jiǎn)介：侯森林（1986-），男，漢，安徽馬鞍山人，本科，助理工程師，從事電氣自動(dòng)化及相關(guān)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)工作。endprint