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，對于正常的生產(chǎn)和維護設備的安全起著至關(guān)重要的作用。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗很高，其用電負荷約占整個單元項目用電量的20～30%。本文就一些節(jié)能設計展開討論，可作為實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、水污染又異常嚴重的今天，經(jīng)濟有效地廢水處理循環(huán)利用成為當務之急。在鋼鐵行業(yè)中，水是重要的能源動力介質(zhì)，工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)具有系統(tǒng)復雜、用戶多、水量大、循環(huán)水介質(zhì)種類多等特點。其能耗也極高，用電負荷約占整個單元項目用電量的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)的能耗可達數(shù)千甚至上萬千瓦的電量。

在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設計過程中，貫徹節(jié)能措施，開展節(jié)能設計，降低水系統(tǒng)的電耗，將有助于控制整個項目的能耗，對于節(jié)能減排有積極的意義。本文就如何進行鋼鐵企業(yè)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能措施展開討論，可作為實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)場用戶需要大量的循環(huán)冷卻水，要供水則必須供電，用戶多、水量大則用電需求量大，也意味著能耗高，擁護少、水量小則用電需求量小，也意味著能耗小。

不同的用戶，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，不僅要考慮供水壓力的因素，也同時要考慮壓力回水這一因素。對于循環(huán)水系統(tǒng)而言，有供水則必有回水?；厮膲毫Ρ仨毮軡M足從主工藝單元車間回水至循環(huán)水處理站。

水處理站與用戶之間的管道距離也會產(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?shù)慕档凸┧玫碾姍C功率，在長期的運行中可節(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)過程中由工藝設備所產(chǎn)生的大量熱量、冷卻設備。對于工業(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)空冷器要實現(xiàn)熱量在循環(huán)水系統(tǒng)與大氣之間的交換，勢必也要消耗電力、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，風機的電耗也越大，能耗就越高。另外，如果用戶要求的水溫越低，也會直接導致冷卻塔或蒸發(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

污水處理廠設計中要選用節(jié)能變壓器。所謂的節(jié)能變壓器是指空載損耗，負載損耗相對比較低的變壓器。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%，負載損耗平均下降了21%。隨著市場的需求及技術(shù)的進步，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，但其價格僅比S9系列平均高出30%，其負載損耗與S9系列變壓器相等。

變壓器的最低能耗一般發(fā)生在負荷率50%～60%左右，但按照這個負荷去選擇變壓器，會使變壓器選擇過大，給運輸、占地、投資等均帶來麻煩，綜合考慮初裝費，變壓器、高低壓開關(guān)柜、土建投資及運行費用，又要使變壓器在使用期內(nèi)預留適當?shù)挠嗔浚儔浩髯罱?jīng)濟節(jié)能的負荷率一般在75%～85%。

2.2 減少線路損耗

在一個工程中電線、電纜的需要量非常大，少則幾千米，多則上萬米，有效的減少配電線路的電能損耗，節(jié)省的電能是相當可觀的。導體的電阻與其電阻率，線路的長度成正比，與線路的截面積成反比，因此減少線路的損耗應從這幾方面入手。

選用電阻率較小的銅做導體；電線、電纜敷設時應盡量少走彎路， 減少線纜長度；變壓器盡可能地靠近負荷中心，減少低壓電纜的長度；合理選擇線纜的截面積。電線，電纜的截面通常按照線纜的載流量大于線路的工作電流來選擇，再按照電壓損失和機械強度來校驗。

2.3 低壓配電系統(tǒng)無功補償?shù)膬?yōu)化

無功補償可分為集中補償和分散補償。分散于就地的無功補償有以下好處：簡單可靠，因為只要在用電設備上并聯(lián)一臺合適的專用電容器就可以滿足，不需要外加其他保護裝置；能提高低壓電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低了線損；具有較好的經(jīng)濟效益；提高了低壓線路的功率因數(shù)，減少線路末端電壓波動。污水處理廠的負荷一般比較集中，低壓配電房選在負荷中心位置時，優(yōu)先采用低壓配電集中補償。

2.4 減少電動機的電能損耗

工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)最主要的設備就是水泵，而減少電動機電能損耗的主要途徑是提高電動機的工作效率和功率因數(shù)。設計中應采用高效率電動機，但在具體工程中電動機通常都是與工藝、機運及水暖專業(yè)的設備配套，由設備制造商統(tǒng)一供應，所以節(jié)能措施只能貫徹在運行過程中。

通過風機、泵類專用系列變頻器在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)對鼓風機、水泵等工藝設備變頻控制調(diào)節(jié)技術(shù)的應用分析，該技術(shù)使各系統(tǒng)風量、水量、水壓等負荷工況參數(shù)按負荷情況得到適時調(diào)節(jié)。不但能改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，達到閥門、風門調(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。實際應用表明，該技術(shù)具有先進，節(jié)能效果顯著等優(yōu)點，在風機、泵類負載系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

另外，空壓機也是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不可缺少的設備。企業(yè)一般在設計空壓機的裝機容量時，由于不能排除空壓機在滿負荷狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以只能按最大需要來決定壓縮機的容量，設計余量一般都偏大，在實際生產(chǎn)過程中增加了電能浪費，因此對空壓機進行變頻節(jié)能改造是必要地。

2.5 錯峰運行

鋼鐵企業(yè)的電價計費大多采用大工業(yè)電價，我國現(xiàn)行的大工業(yè)電價計費方式采用峰谷計量模式，分4個時段分別計價：8：00-12：00、22：00-24：00為峰段計價時段，電價較居民生活電價高53%；12：00-18：00為平段計價時段，電價與居民生活電價基本相同；18：00-22：00為尖段計價時段，電價較居民生活電價高72%；0：00-8：00為谷段計價時段，電價較居民生活電價低47%。由上述四個時段的電價計費方式可以看出，尖段的電價是谷段電價的3倍多，科學調(diào)度各時段的生產(chǎn)運行，對節(jié)約電費具有很好的實用性。特別是污泥脫水工段，如何避過尖段、峰段用電，充分利用谷段用電，對節(jié)約電費作用明顯。

2.6 無電機冷卻塔

無電機冷卻塔屬水動環(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水輪機帶動風扇轉(zhuǎn)動，無須電機運行，具有節(jié)能、高效、低噪音、壽命長、費用低、安全性高等優(yōu)點。

以某鋼廠水處理為例，共使用水動環(huán)保型冷卻塔8臺。同樣大小的冷卻塔風機的電機功率一般為20kW，以冷卻塔每年工作8000h計，則每年用電：20kW*8*8000=128萬kWh，電價按工業(yè)企業(yè)電費標準0.6元kWh。則每年電費是76.8萬元。根據(jù)節(jié)能計算，可每年節(jié)約電費76.8萬元。如果考慮電機、傳動軸、減速機的維護、檢修費用，則每年節(jié)約的費用更加可觀。

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)能設計是一項系統(tǒng)設計，需要對各個能耗環(huán)節(jié)進行分析、計算和不斷的優(yōu)化。能否更好地解決鋼鐵企業(yè)的能耗問題，合理進行能源分配，已經(jīng)成為決定鋼鐵企業(yè)運行效益好壞的關(guān)鍵因素。

參考文獻

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