工业循环水系统中的节能与减排技术分析

工业循环水系统中的节能与减排技术分析

康涛

  中冶赛迪工程技术股份有限公司 400013

摘要：水资源作为影响工业生产效率以及成本的重要条件，近年来对此进行了更为深入的研究，以求更大程度上来提高水资源利用率。将节能减排技术应用到工业循环水系统中，通过对工业用水进行专项处理后回收利用，缓解水资源短缺的难题，同时也能够减轻水资源污染问题。本文基于工业循环水系统特点，对节能及减排技术的选择和应用进行了简单分析。

关键词：工业循环水；节能；减排

    为进一步推动工业经济的发展提升，就要针对生产流程中水资源紧缺的问题进行研究。面对不断增加的用水量，不仅需要投入更大资金成本，而且对生态环境造成的影响也更加严重。现在以提高工业循环水利用率为目的，对节能减排技术进行研究，对部分水量进行回收，同时减轻对周边环境造成的影响，花费更少的成本来获取更高的经济效益。

一、工业循环水系统节能减排技术需求

    在高新技术设备的支持下，近年来我国工业发展迅猛，在获取更大经济效益的同时是更多水资源的消耗，需要面对的便是日趋严重的水资源短缺问题。工业用水可以占到城市用水总量的六成以上，且又以70%~80%为工业冷却用水，经过统计可以发现，受技术水平以及思想认识的影响，我国工业冷却用水的循环利用率非常低，造成了严重资源浪费。现在有80%以上的工业冷却用水均为循环冷却水，每冷却10000m³/h水（△t=10℃），风机与水泵运行消耗的电能可以达到600~700万度/年[1]。面对此种工业发展现状，节能降耗技术的应用空间非常大，冷却塔存在着明显的节能需求。按照当前我国每年新增的5亿m³循环水计算，对应消耗的电能可以达到3亿度，存在巨大的节能降耗需求。无论是应用何种节能降耗技术，前提均是为工业生产提供安全、合理以及稳定的循环水支持，减少水资源以及电力资源的浪费。一般可以从冷却塔、循环水泵以及用户端等环节入手，寻求循环水系统节能降耗最佳途径，获取更高经济效益以及社会效益。

二、工业循环水系统节能减排途径

    1.循环水泵节能

    1.1能耗高分析

    当前我国所应用的循环水泵以及电机多为老旧型号，因为起步较晚相比国外换新更加缓慢，不仅经过了长时间的运行使用，而且本身的设计效率比较低，加之制造工艺落后，导致工业生产循环水系统运行能耗增加。另外，部分工业项目循环水系统发生改造施工，导致与水泵配套的管路发生变化，使得循环水泵设计偏离了最佳工况点，无法达到较高的运行效率[2]。更甚者部分循环水系统在设计之初便存在着缺陷，以达到高效生产目的，配套的水泵负荷更大，产生更多电力消耗。

    1.2节能减排改造

    为达到节能减排的效果，我国正在致力进行工业循环水系统的技术改造，尤其是循环水泵作为能耗大户，更是作为重点对象进行研究。例如以高效节能水泵代替传统sh水泵，能耗可减少14%。节能减排技术应用的主要指标包括实际节电量、节电率和实际节电费用，可根据公式进行计算：

    ①节电率（%）=（改造前耗电功率-改造后耗电功率）/改造前耗电功率×100%

    ②实际节电量（kW·h）=改造前耗电量（kW）×节电率×运行时间（h）

    ③实际节电费（元）：实际节电量（kW·h）×电价（元/kW·h）

    2.冷却塔节能减排

    2.1水能风机冷却塔

    冷却塔在工业循环水系统中有着不可替代的作用，以往所应用的是机力抽风冷却塔，需要由电机驱动，而水能冷却塔则是直接以水轮机驱动，在水力驱动下冷却塔内部风机做持续旋转动作，且在水的余能作用下做到通风与换热。工业循化水系统的运行原理是利用循环水泵对循环水进行加压，然后进入到用户端，用户端冷却器出水（热水）再通过循环回水管进入到水能风机冷却塔，无需设置热水泵，最后冷却处理的冷水会下落进入到冷水池，并在循环水泵作用下做到循环使用，即可以达到循环水冷却效果，又能够避免水资源浪费[3]。并且，水能风机驱动无需电力支持，相比传统电机驱动可减少大量电能损耗。

    2.2节水消雾型冷却塔

    节水消雾型冷却塔对空气与循环水交互换热系统以及密闭冷却方式的优点进行了融合，对于工业冷却水的蒸发损失有着很好的优化效果，相应的工业循环水系统产生的水耗也会降低，当前在煤化、石化以及电力等大型工业循环水场中有着良好的应用效果。作为一种新型冷却塔，其每根配水管全部安装有独立的操作阀门，如果遇到周围环境温度差异较大的情况，便可对阀门开度进行调节，来达到想要冷却效果。尤其是环境温度较低的情况下，满足冷却塔冷却作用的同时，经过下层配水管道促使部分循环热水喷淋在原填料区，再流入到冷却塔下部水池，而另一部分循环热水则是通过上层配水管道进入到翅片管换热器内完成间接传热，最终同样是流入到冷却塔下部水池。整个过程中循环热水并未直接接触到空气，因此不会出现蒸发，可做到100%的节水。

    3.用户端节能减排

循环水用户端即循环水系统服务装置的各冷却器，冷却器的冷却效果以及工艺设计等均会对系统运行能耗产生影响，以及对生产安全也存在着极大的关系，因此在进行节能减排设计时既要保证换热器的冷却效果，又要提高生产安全性。首先，在不改变系统供水压力和回水压力的情况下，调整换热阀门为全开状态，此时换热器中通过的循环水流程便是换热器最大流量。当降低水泵扬程并不会对换热器最大流量造成影响时，便可确认扬程所降低的部分不会对系统富裕量产生影响，因此可排除对系统运行安全的影响[4]。其次，注意不改变循环水供水温度，任何技术改造导致的温度升高都是不可取的，相反的是要追求供水温度的降低。最后，在调节换热器流量时，要避免污垢积聚速度的增加，预防其对换热设备运行造成不利影响。

三、工业循环水系统节能减排技术

    1.工程概况

某钢铁冶金企业平均循环水量可以达到30000t/h，循环水系统设备使用年限长，存在比较严重的老化问题，且所应用的处理技术已经十分常熟，存在着岗位多、岗位分散等管理难题，想要对其进行节能减排技术改造需要注意的事项比较多。尤其是循环水系统与高炉生产配套运行，而高炉的实际炉况差异较大，决定了循环水系统运行状态并不一致，无法进行统一改造。

    2.节能减排技术改造

    2.1循环水补水优化

    重点是提升循环水补水质量，促使循环水系统的含盐量逐渐降低，替代以往的直排。与此同时，对河水、中水以及脱盐水等补水的水量配比进行灵活控制，基于水质条件来做好补水量与排放量的调控，将水耗降到最低。

    2.2用户水温控制

循环水系统存在的作用是实现稳定、低温以及降低用户水温，为用高效率、高效益生产提供支持。因此可对老旧循环水系统设备进行换新，如节水消雾型冷却塔的应用，充分发挥其结构简单、操作便利以及冷却效果稳定等优点，且全过程中不会有水分蒸发，换热后直接便是高温干空气，与空气接触后不会形成雾气，既可以降温冷却，又可以节水节能。

结束语：

    综上所述，工业循环水系统是整个生产流程中不可或缺的一部分，面对设备老旧、设计缺陷等问题，对其进行技术改造，争取在不影响生产效率与安全的前提下，降低水耗与电耗，为企业长远发展创造更有利条件。

参考文献：

[1] 李虹,陈建昌,袁国光等.现代工业循环水系统节能减排研究[J].中国高新科技,2023(09):102-104.

[2] 陈令.工业循环水系统中的节能与减排技术[D].安徽建筑大学,2018.

[3] 杨晓莉,王伟.炼油厂循环水系统的节能减排[J].化工管理,2016(12):201.

[4] 俞军.工业循环水节能减排方案浅析[J].中国工程咨询,2012(08):46-48.