陳臣 劉登強(qiáng) 鄭江順

中材建設(shè)有限公司（100176）

水泥廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能措施探討

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以國外某條5 000 t/d的水泥生產(chǎn)線為例，分析不同溫升的工藝設(shè)備對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水量和能耗產(chǎn)生的差異，為水泥廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能措施提供一些參考性意見。

循環(huán)；冷卻水系統(tǒng)；節(jié)能措施

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)對(duì)整個(gè)工廠的設(shè)備運(yùn)行和安全有著極為重要的作用。在整個(gè)水泥工藝流程中，從原料粉磨、燒成窯中、水泥粉磨等工藝均需要循環(huán)冷卻水。循環(huán)冷卻水的主要作用就是通過熱交換帶走熱量，以達(dá)到冷卻設(shè)備的目的[1]。理論上而言，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的循環(huán)水總量就是各工藝設(shè)備所需水量的總和。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，不同品牌的磨、風(fēng)機(jī)等工藝設(shè)備所需的循環(huán)水量相差很大，其主要原因就是稀油站的冷卻器溫升有所不同。

1 水泥廠概況

以國外某5 000 t/d水泥生產(chǎn)線為例，該生產(chǎn)線采用的主要工藝設(shè)備是一套原料管磨、窯、煤磨和兩套水泥管磨，所有設(shè)備稀油站冷卻器的冷卻水溫升為5℃。

結(jié)合各設(shè)備用水量要求，計(jì)算出該生產(chǎn)線所需的循環(huán)冷卻水總量為358.8 m3/h，主要是采用間開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)（如圖1所示）。

圖1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)圖

2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能措施

2.1 循環(huán)冷卻水量

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的用水總量是通過各工藝設(shè)備用水量匯總而成的。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要作用就是帶走設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量，達(dá)到冷卻設(shè)備的目的。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工藝設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量Q一般是一定的，根據(jù)公式（1）分析可知，所需冷卻水量的大小與⊿t成反比。《水泥廠工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，機(jī)械設(shè)備軸承冷卻水的給水溫度宜小于32℃[2]。因此可以通過提高設(shè)備出水溫度，即冷卻器溫升來達(dá)到減小系統(tǒng)循環(huán)水冷卻水量的目的。

式中：Q——循環(huán)冷卻水所需要帶走的熱量，單位J。C——水的比熱，單位J/(kg·℃）。M——水的質(zhì)量，單位kg。△t——設(shè)備出水與進(jìn)水溫差，單位℃。

根據(jù)多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同類型設(shè)備，一般歐洲設(shè)備所需的冷卻水量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國內(nèi)設(shè)備所需水量，其主要原因就是國內(nèi)設(shè)備溫升一般為5℃，國外設(shè)備溫升為10℃甚至更高。假設(shè)在不改變其工藝流程的基礎(chǔ)上，采用冷卻器溫升為10℃的設(shè)備替換該生產(chǎn)線的主要設(shè)備。

表1 設(shè)備的冷卻水不同溫升所需的水量（m3/h）

從表1可以看出，循環(huán)用水量主要集中在原料磨和水泥磨系統(tǒng)，大約占總用水量的60%。原生產(chǎn)線循環(huán)冷卻水系統(tǒng)所需的總循環(huán)水量為358.8 m3/ h，用冷卻器溫升為10℃的設(shè)備替換后的總循環(huán)水量為179.4 m3/h。與之前相比，后者用水量大約減少了50%，大大節(jié)約了水資源。因此，在進(jìn)行設(shè)備采購時(shí)應(yīng)盡量將原料磨和水泥磨系統(tǒng)中冷卻設(shè)備選為溫升為10℃。

2.2 降低系統(tǒng)能耗

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)流程不變的前提下，隨著循環(huán)冷卻水總量的減少，相應(yīng)的系統(tǒng)中主要設(shè)備參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)表2可以看出，隨著設(shè)備冷卻水的溫升增大，系統(tǒng)中循環(huán)水泵、冷卻塔、無閥濾池的能力和電機(jī)功率都大幅度減小。主要設(shè)備能力和功率減小意味著設(shè)備本身尺寸減小，與設(shè)備相連接的管道、閥門、等附件的尺寸減小，這不僅節(jié)約了土建工程量，而且也減少了設(shè)備采購成本。

表2 根據(jù)不同溫升設(shè)計(jì)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

冷卻塔和循環(huán)水泵是循環(huán)水系統(tǒng)中兩個(gè)主要的用電設(shè)備。一般而言，設(shè)備電機(jī)功率越小，耗電量越小。根據(jù)收集的水泥廠資料可知，水泥廠全年運(yùn)行近300 d，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要設(shè)備總的耗電量為102.96萬千瓦時(shí)。當(dāng)選擇溫升10℃設(shè)備后，根據(jù)計(jì)算可以得出全年總耗電量為69.12萬千瓦時(shí)，大約節(jié)約了33.84萬千瓦時(shí)電量。

表3 根據(jù)不同溫升設(shè)計(jì)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要設(shè)備的耗電量

3 結(jié)論和建議

擇冷卻器溫升為10℃的工藝設(shè)備，能夠節(jié)約50%的循環(huán)水量，更為重要的是隨著循環(huán)水量的減少，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中主要設(shè)備能力和電機(jī)功率大大降低了，從而節(jié)約了設(shè)備、附件的采購成本以及系統(tǒng)運(yùn)行的電能消耗。因此，在采購工藝設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量選擇冷卻器溫升為10℃的設(shè)備,這將有助于控制整個(gè)項(xiàng)目的成本和能源消耗，對(duì)目前提倡的節(jié)能減排也有積極的意義。