唐志軍

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

探索一條節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保的技術路線是各工業(yè)企業(yè)追求的方向，該文從循環(huán)水系統(tǒng)各單元進行環(huán)保節(jié)能分析，為企業(yè)降耗增效提供技術支持。

1 循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程（見圖1）

圖1 循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程

2 涼水塔環(huán)保節(jié)能技術

涼水塔是循環(huán)水系統(tǒng)主要的換熱單元，在換熱過程中，主要有3種換熱方式，即蒸發(fā)潛熱、接觸傳熱和輻射散熱，在換熱過程中又存在著4種水量損失，即蒸發(fā)損失、飄散損失、泄漏損失和排污損失，其中，泄漏可以通過設備管道檢修加強控制，排污水可以回用于工業(yè)生產(chǎn)得到有效利用；對于老式抽風式?jīng)鏊舭l(fā)損失和飄散損失就需要新的技術改造完成。

2.1 高效收水器技術

飄散損失主要是由于抽風式?jīng)鏊陲L機作用下，細小霧滴隨風逸出而產(chǎn)生的，是液態(tài)的小水滴。據(jù)統(tǒng)計，飄散損失占循環(huán)水總量的1‰～5‰，一般取3‰作為計算系數(shù)，對于循環(huán)量20 000 m3/h的循環(huán)水系統(tǒng)而言，水費按6．5元/t計算，年飄散損失費用約300萬元，因此，降低涼水塔飄散損失，效益非?？捎^。

唐山三友氯堿公司對循環(huán)水站4臺涼水塔進行收水器改造，使用由美國益美特公司生產(chǎn)的高效收水器，該高效收水器采用嵌套孔窩式立體三折向設計，其入風角度和出風角度的設計均按照實際氣流方向而設計的，保證了冷卻塔空氣流場的均勻性，因此通風阻力極小。收水器是PVC片材經(jīng)熱塑成型，具有收水效率高、氣流阻力小、強度高、不變形等特點。運行6個月，漂水率降低至≤0.000 5%，效果良好。

2.2 節(jié)水消霧冷卻塔技術

蒸發(fā)損失是涼水塔在換熱過程中，利用相變制冷原理，循環(huán)水氣化產(chǎn)生水蒸氣，帶走系統(tǒng)熱量從而達到降溫的目的。這部分損失在敞開式?jīng)鏊惺遣豢杀苊獾?，其水量損失也是非常巨大的。據(jù)統(tǒng)計，換熱溫差為10℃時，蒸發(fā)損失占系統(tǒng)循環(huán)水量的1.5%，對于循環(huán)量20 000 m3/h的循環(huán)水系統(tǒng)而言，年蒸發(fā)損失費用約為1 500萬元。另外，氣化產(chǎn)生的水蒸氣，在涼水塔頂部產(chǎn)生可見羽霧，目前已成為環(huán)保關注的焦點。因此，消除白色羽霧既有經(jīng)濟效益也有環(huán)保效益。

2.2.1 翅片式節(jié)水消霧技術

江蘇海鷗獨立開發(fā)翅片式節(jié)水消霧技術，冷卻塔濕熱空氣與被翅片加熱的干熱空氣，在出口氣室內(nèi)地混合排出，實現(xiàn)消霧。在收水器上層的進風窗立面增設露點調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)風筒出口羽霧的露點。在塔內(nèi)收水器上面的氣室增設空氣混合導流裝置，提高露點調(diào)節(jié)裝置換熱后的干熱空氣與出填料的飽和濕熱空氣的混合效率，進而提高除霧效果。優(yōu)化上塔進水管路，上塔熱水既可以先通過露點調(diào)節(jié)裝置后再進入主配水管，也可以直接進入主配水管，進水方式可根據(jù)不同季節(jié)工況通過閥門來進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)常規(guī)冷卻塔與消霧節(jié)水冷卻塔的切換運行。

2.2.2 模塊式節(jié)水消霧技術

山東藍想自主研發(fā)的節(jié)水消霧模塊技術，是塔內(nèi)的濕熱空氣與干冷空氣進行間壁熱交換，從而實現(xiàn)蒸發(fā)水回收及消霧。冷卻單元采用列向通道和橫向通道綜合技術，將濕段排出的濕氣熱量傳遞給環(huán)境空氣。在消霧冷卻塔中，濕段排出的水蒸氣通過干段的熱交換器冷凝，離開熱交換器的空氣在較低的溫度下飽和。干熱空氣冷卻飽和熱蒸汽除掉一部分水蒸氣，降低了出塔空氣的相對濕度，達到消霧的目的。濕熱空氣與環(huán)境空氣經(jīng)過冷凝箱的熱交換，形成水滴流入塔內(nèi)，循環(huán)再生了一部分水，冷凝水相當于純水，回用不僅減少補水量還可以降低循環(huán)水濃縮倍數(shù)。

2.3 空冷塔技術

新式閉路空冷節(jié)能系統(tǒng)分為自然和機械通風兩種，自然通風系統(tǒng)占地面積和自身體積大，一般采用機械通風形式。在閉式機械通風空冷系統(tǒng)中，經(jīng)用戶換熱后的循環(huán)水進入空冷散熱器，并將攜帶的熱量傳遞至散熱器的表面，通過與環(huán)境空氣的間壁式對流傳熱直接傳遞給環(huán)境空氣。環(huán)境中的冷空氣被軸流風機加壓后吹向空冷散熱器，吸收了熱量的冷空氣變成熱空氣后經(jīng)散熱器散發(fā)到大氣環(huán)境中。閉式機械通風空冷系統(tǒng)的原理是直接用空氣冷卻管內(nèi)循環(huán)水，較濕式冷卻系統(tǒng)節(jié)水約90%以上。

循環(huán)水空冷塔技術較為先進，目前成熟的制造廠家不多，行業(yè)內(nèi)成功案例較少。

3 供給水系統(tǒng)節(jié)能技術

3.1 永磁電機節(jié)能技術

永磁電機轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場，定子旋轉(zhuǎn)磁場“拖著”轉(zhuǎn)子磁場（轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)動，因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等于同步速，也叫做同步電機。由于不需要從電網(wǎng)吸收無功電流，轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以同步電機在很寬的負載范圍內(nèi)能保持接近于1的功率因數(shù)，機器效率比同容量的異步電動機提高8%左右，永磁電機的功率密度比同容量的異步電動機提高25%左右。異步電機起動時，電流是額定電流的六七倍，對電動機壽命不利，為了達到需要的扭矩，甚至還有加大電機型號，而電機運行時處于低負荷工作，效率降低。而永磁電機啟動時，電流是逐漸增加的，不會超過額定電流，扭矩也能達到額定扭矩，沒有電流沖擊，延長了使用壽命，電機處于合理的負荷工作。

唐山三友氯堿對兩臺循環(huán)水泵電機進行了永磁電機改造升級，運行8個月，節(jié)電效果顯著。

3.2 永磁聯(lián)軸器節(jié)能技術

永磁聯(lián)軸器一般由磁體轉(zhuǎn)子、導體轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)機構(gòu)3部分組成，兩轉(zhuǎn)子直接暴露在空氣中冷卻，磁體轉(zhuǎn)子和導體轉(zhuǎn)子通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)使軸向耦合面積可調(diào)，當主動機帶動導體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，相對于安裝在從動端的永磁體作切割磁力線的圓周運動時，使主動端的導體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦電流感應磁場，與從動端的永磁體磁場相互作用，從而實現(xiàn)主動端與從動端之間的無接觸的轉(zhuǎn)矩傳遞。主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子的耦合面積越大，切割磁力線產(chǎn)生的磁場越強，驅(qū)動負載的轉(zhuǎn)矩就大，負載的轉(zhuǎn)速也越高，實際輸出功率就大；反之，主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子的耦合面積越小，切割磁力線產(chǎn)生的磁場越弱，驅(qū)動負載的轉(zhuǎn)矩就小，負載的轉(zhuǎn)速也低，實際輸出功率就小。實際使用中根據(jù)負載的大小調(diào)節(jié)耦合面積，最終達到調(diào)速節(jié)能目的，同時也能達到負載端輸出轉(zhuǎn)速為零，產(chǎn)生的渦流為零，實現(xiàn)真正的離合功能。

唐山三友氯堿公司現(xiàn)對7臺循環(huán)水泵中1臺進行了永磁聯(lián)軸器改造實驗，運行6個月，節(jié)能效果明顯。

3.3 高效節(jié)能泵節(jié)能技術

對循環(huán)水泵運行狀況進行實時檢測和數(shù)據(jù)采集，按實際運行參數(shù)，消除因泵體老化以及原設計不合理等因素導致的水泵效率下降，將各項參數(shù)輸入數(shù)學計算模型，計算實際工況管路特性曲線，重新設計與管路特性曲線相匹配的高效節(jié)能泵，使用量身定制的高效節(jié)能泵替換低效運行的水泵，消除無效能耗，提高運行效率，達到最佳的節(jié)能效果。

高效節(jié)能泵采用三元理論對水力模型及流道進行變分有限元三元流動分析，水力部件全部采用精密鑄造，提高表面質(zhì)量和型線尺寸精度，中、大型葉輪采用焊接工藝，其中葉片為模鍛或數(shù)控加工，過流部件表面噴涂特殊涂料提高表面光潔度。

唐山三友氯堿已完成1臺高效節(jié)能泵改造，在生產(chǎn)工況不變的前提下，單泵千噸水耗電量由改造前 166．36 kW·h，降低到改造后 139．57 kW·h，節(jié)電明顯。

4 水質(zhì)控制環(huán)保節(jié)能新技術

循環(huán)冷卻水在運行過程中，水垢的沉積、腐蝕的加劇、菌藻的滋生，如不進行有效治理，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)則很難正常運行[2]。傳統(tǒng)的水處理措施為投加緩釋阻垢劑、殺菌滅藻劑、氯氣，然而，大部分的阻垢藥劑為有機類或含磷類的藥劑，有機類阻垢劑是微生物的營養(yǎng)源，促進微生物的繁殖。含磷類的阻垢劑易分解與鈣離子形成的磷酸鈣鹽，比碳酸鈣更難溶。氧化性的殺菌劑濃度過高易導致設備的腐蝕問題。非氧化性的殺菌劑長時間使用后易產(chǎn)生抗藥性，產(chǎn)生失效的問題，并且都有一定的毒性，對水體產(chǎn)生二次污染，不利于環(huán)境[3]。因此必須有效控制循環(huán)水水質(zhì)，提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)，以達到節(jié)水、環(huán)保雙贏。

4.1 電化學水處理技術

電化學水處理技術是利用水及水中礦物質(zhì)的電化學特性，通過電解來調(diào)節(jié)水中礦物質(zhì)的平衡，而實現(xiàn)阻垢、殺菌滅藻的目的，是一種清潔的循環(huán)冷卻水處理技術。其原理為陰極產(chǎn)生強堿性環(huán)境（pH≥9．5），會變?yōu)楹完帢O電吸附的Ca2+進行化學反應，變成CaCO3沉淀，通過刮垢裝置清除出水環(huán)境，降低循環(huán)水鈣離子和堿度水平，從而達到軟化水質(zhì)的目的。刮垢一般1次/h，可以根據(jù)實際需要進行優(yōu)化設定。陽極產(chǎn)生強的酸性環(huán)境（pH＜4），同時產(chǎn)生大量的羥基自由基、雙氧水、臭氧等強氧化性物質(zhì)，微生物對多種突然的環(huán)境變化很敏感，在強烈的酸堿性、強氧化性、直流電流環(huán)境下直接被殺死，不存在對藥劑的耐藥性。

4.2 亞音頻波水處理技術

亞音頻波阻垢是當阻垢系統(tǒng)運行時，亞音頻波發(fā)生器產(chǎn)生的亞音頻波傳送給能量增進器，當水流經(jīng)能量增進器時，水分子的氫鍵會得到極大的增強，從而水中溶解的Ca2+、Mg2+和的能力會不斷地增強，即使當水溫升高時也不會以CaCO3、MgCO3的硬垢形式析出，從而達到阻止硬垢的目的。并且，當能量增進器向水中增進的能量達到一定程度時，CaCO3的結(jié)晶形式發(fā)生改變，形成一種松軟的水垢（文石），可以被水流沖走，在冷凝器管壁上不生成硬垢。亞音頻波防腐是當亞音頻波發(fā)生器產(chǎn)生的亞音頻波傳送給能量增進器時，水中的能量增強，水中的氧原子在獲得一定能量的情況下，和冷卻水系統(tǒng)的鋼材或銅材氧化，以黑色的磁鐵層（Fe3O4）或紅色的氧化亞銅（Cu2O）的形式存在。這些Fe3O4和Cu2O氧化物都比較穩(wěn)定，可以有效控制設備的進一步腐蝕。亞音頻波殺菌滅藻是殺菌滅藻系統(tǒng)運行時，殺菌滅藻發(fā)生器傳遞給處理器準確的殺菌滅藻信號，殺菌滅藻處理器會向冷卻水系統(tǒng)中釋放一定量的納米金屬離子，通過將水中的氧化還原電位控制在一定的水平，來殺滅冷卻水系統(tǒng)的細菌和抑制藻類的生長。

5 結(jié)語

采用循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保新技術，可以解決常規(guī)循環(huán)水系統(tǒng)普遍存在的能耗高和效率低的技術難題，通過比選以及合理匹配新技術，進行改造升級，從而達到真正的循環(huán)水系統(tǒng)環(huán)保節(jié)能效果。