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        冶煉廠循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能減排設(shè)計(jì)問題

        2021-12-04 15:00:03
        世界有色金屬 2021年11期
        關(guān)鍵詞:冶煉廠冷卻塔水量

        丁 川

        (安慶石化,安徽 安慶 246001)

        中國許多工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)都存在燃料使用浪費(fèi)問題,他們也在積極對相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造,以提高生產(chǎn)效率,以及達(dá)到節(jié)能減排的目的。在實(shí)際的凈化過程中,不僅需要確認(rèn)系統(tǒng)中的水溫是否符合標(biāo)準(zhǔn),還需要確保設(shè)備的運(yùn)行效率。工人需要改善其水循環(huán)利用系統(tǒng),以節(jié)約水資源并滿足冶煉廠的實(shí)際生產(chǎn)需求。

        1 冶煉廠循環(huán)水冷卻原理

        循環(huán)水冷卻是蒸發(fā)產(chǎn)生的散熱與水,空氣接觸,產(chǎn)生的散熱共同作用的結(jié)果。當(dāng)熱水與冷空氣接觸時(shí),水和空氣之間的溫差會散發(fā)接觸熱量。當(dāng)水溫高于溫度時(shí),水會將熱量傳遞到空氣中進(jìn)行冷卻。當(dāng)不和空氣接觸時(shí),熱水表面的水分子吸收熱水的熱量并蒸發(fā)形成水蒸氣,從而冷卻水。這就是蒸發(fā)和散熱。蒸發(fā)式除熱是從循環(huán)水中除熱的主要方法,夏季可達(dá)到總放熱的80%~85%。水和空氣之間的溫差越大,散熱效果越好。接觸式散熱效果更強(qiáng),達(dá)到總散熱量的50%以上。在夏季,由于水溫和溫度之間的微小差異,接觸式散熱僅占總散熱的2成左右。

        2 冶煉廠循環(huán)水工藝流程

        冶煉廠生產(chǎn)車間主要使用間接的冷開式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)過制冷系統(tǒng)后,循環(huán)水變熱,并通過殘余壓力被帶到冷卻塔,通過蒸發(fā)和接觸散熱而冷卻,并在冷卻后流入。冷卻塔底部的吸水箱由循環(huán)泵泵入,并輸送到制冷開關(guān)進(jìn)行循環(huán)。循環(huán)水系統(tǒng)主要由冷卻塔,吸水箱,循環(huán)水泵,熱交換器,給水和回水管道以及附加的水和廢水管道組成。確保循環(huán)水質(zhì)量的廢水處理,包括旁路處理設(shè)施,化學(xué)管理設(shè)備和酸設(shè)備和加氯設(shè)備的配置。

        3 冶煉廠循環(huán)水系統(tǒng)水損失

        3.1 蒸發(fā)損失

        水蒸發(fā)可用于有效冷卻冷卻塔。蒸發(fā)水需要大量的熱能。蒸發(fā)的水量與水中的表面積,溫度,風(fēng)速和氣壓直接相關(guān)。

        3.2 風(fēng)吹損失

        當(dāng)水和空氣接觸進(jìn)行熱交換時(shí),少量的水滴會隨氣流一起從冷卻塔的風(fēng)道中逸出。風(fēng)造成的水損失在很大程度上與冷卻塔設(shè)計(jì)中的集管和風(fēng)速有關(guān)。

        3.3 排污損失

        由于循環(huán)水的不斷蒸發(fā)和濃縮,循環(huán)水系統(tǒng)的含鹽量持續(xù)增加。因?yàn)闆]有有效的控制,制冷設(shè)備將受到嚴(yán)重腐蝕。所以必須將一些循環(huán)水改道,以確保循環(huán)水系統(tǒng)中的鹽含量達(dá)到合理范圍。循環(huán)水系統(tǒng)排放的污染物量在很大程度上取決于附加水的質(zhì)量和濃度因子。

        4 循環(huán)水系統(tǒng)存在的問題

        冶煉廠用于循環(huán)冷卻水的循環(huán)水裝置是循環(huán)水流量為700m3/h的開放式循環(huán)水系統(tǒng),但存在循環(huán)冷卻水流量過大且節(jié)水效果降低的問題。換句話說,再循環(huán)水被送到每個(gè)生產(chǎn)裝置之后被部分地排放并且不能被再循環(huán)。其中,存在諸如冷卻水取樣閥長時(shí)間不關(guān)閉的控制問題和一些設(shè)計(jì)上的問題,例如水循環(huán)系統(tǒng)中的直接水冷卻現(xiàn)象。一些是由于不正確的熱交換器設(shè)計(jì),制造和使用引起的材料泄漏。再生水污染超過規(guī)定值,因此會產(chǎn)生大量廢水。冶煉廠在日常用水測量工作中,水表數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(供水到水流)之間的差異存在一定的誤差。為了最大程度地減少錯(cuò)誤,該設(shè)備的內(nèi)置泵部分專門更換了電磁流量計(jì),以使流入的水?dāng)?shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

        5 循環(huán)水系統(tǒng)問題的解決方法

        在解決上述問題的過程中,有必要先弄清冶煉廠用水循環(huán)利用的原則,然后再協(xié)調(diào)員工的工作。員工需要更好地利用風(fēng)扇電源系統(tǒng)和冷水塔架,并且公司需要獲得水收集和分配技術(shù)以達(dá)到預(yù)期的性能。由于合理使用生產(chǎn)技術(shù)對提高冶煉廠的水循環(huán)系統(tǒng)的效率有很大影響,因此有必要改革諸如灌裝系統(tǒng)和水分配系統(tǒng)之類的技術(shù)。在伴隨的工作過程中經(jīng)常會排放大量的廢水,這降低了系統(tǒng)的安全性。因此,冶煉廠管理者需要嚴(yán)格選擇和修改其過濾設(shè)備,以增加其過濾器的反沖洗周期,并提高循環(huán)水的質(zhì)量。

        6 分析循環(huán)水系統(tǒng)的有關(guān)問題

        循環(huán)水系統(tǒng)包括五個(gè)主要部分。由于冷水塔可以將循環(huán)熱水轉(zhuǎn)換為冷水,因此循環(huán)水的溫度下降,循環(huán)水的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。PVC冷卻塔填料的表面積較小,長時(shí)間浸泡在水中會破裂或變形,這對循環(huán)水的溫度有一定的不利影響。我們可以通過使用濾器,在一定程度上控制循環(huán)水的濁度,循環(huán)水通過旁通過濾器然后返回到集水槽以繼續(xù)使用。冶煉設(shè)備的長時(shí)間泄漏會導(dǎo)致循環(huán)水中藻類和細(xì)菌的快速生長。為了確保水質(zhì),必須抽出大量的淡水,這會浪費(fèi)水資源。循環(huán)水不能很好地控制給藥的連續(xù)性,因此不能保證循環(huán)水中的藥物濃度,這在一定程度上取決于水質(zhì)。但是,使用手動(dòng)給藥方法會導(dǎo)致藥物損失,會增加制造成本以及一些財(cái)務(wù)損失。循環(huán)水泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較粗糙,對水流的抵抗力很強(qiáng),從而導(dǎo)致大量動(dòng)力的損失。循環(huán)水中含有大量腐蝕性介質(zhì),腐蝕介質(zhì)腐蝕了水泵和葉輪的內(nèi)壁,對水循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

        7 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能減排設(shè)計(jì)問題

        冶煉廠的水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化和減少排放的過程必須首先分析出問題,并提出問題的解決方案,以顯著提高系統(tǒng)的實(shí)用性。水循環(huán)系統(tǒng)的冷水塔可以將進(jìn)入系統(tǒng)的熱水轉(zhuǎn)換為冷水,降低水溫,并使水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。其中,PVC冷卻塔的填充面積很小,在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須將其長時(shí)間浸泡在水中,這使其易于開裂和變形。該問題影響循環(huán)水的溫度,使其難以滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求。在某些冶煉廠進(jìn)行生產(chǎn)操作期間,水循環(huán)設(shè)備可能會泄漏。如果這種情況持續(xù)很長時(shí)間,水將滋生一定數(shù)量的細(xì)菌。為了解決這個(gè)問題,一些員工正在向供水系統(tǒng)中泵入大量淡水,這嚴(yán)重浪費(fèi)了水資源。當(dāng)冶煉廠進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)時(shí),必須使用分配泵的動(dòng)力來維持循環(huán)水系統(tǒng)中的藥物濃度。然而,操作人員經(jīng)常無法控制藥物的連續(xù)性,這導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加,并給冶煉廠經(jīng)濟(jì)造成一定損失。水循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較特殊,有很多類型和數(shù)量。在系統(tǒng)運(yùn)行期間,水泵的內(nèi)壁和葉輪會腐蝕,從而降低效率。

        8 冶煉廠循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能減排措施

        8.1 改造循環(huán)水系統(tǒng)

        在冶煉廠水循環(huán)系統(tǒng)中優(yōu)化節(jié)能和減少排放的過程需要改善系統(tǒng)中的水質(zhì)和分配問題。如果能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能效果和減排效果,則可以監(jiān)測系統(tǒng)的能耗,并可以提高冷卻塔的熱性能。工作人員可以使用未填充的WGPL噴淋塔來改造原始塔并提高塔的效率。工程師可以使用高效的低壓離心噴霧器來改變水循環(huán)系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)相對簡單,可以減少塔在運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷,并且不需要使用多根梁來支撐塔。這種改造可以簡化土木工程建設(shè)的結(jié)構(gòu),降低投資者的投資成本,減少水資源的利用,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的功能。變形集管時(shí),應(yīng)使用帶肋的弧形高效集管,以減少變形和破裂的可能性。在加藥期間,應(yīng)在線分析系統(tǒng)以檢查水質(zhì)并控制加藥速度和劑量。這種方法可以減少人工成本并顯著放慢水質(zhì)下降速度。

        8.2 運(yùn)行管理

        循環(huán)水水質(zhì)的運(yùn)行監(jiān)控僅限于多種濃度的循環(huán)水。因此,有必要判斷循環(huán)水的質(zhì)量。循環(huán)水系統(tǒng)通常配備在線傳感器,用于流量,pH,濁度,電導(dǎo)率,總磷,殘留氯,氧化還原電勢(ORP),腐蝕速率等。同時(shí),配置在線流速,pH和電導(dǎo)率檢測器。補(bǔ)充水。計(jì)算倍數(shù),例如循環(huán)水的濃度和污垢的附著率。確定污染物排放量,附加水量和循環(huán)水中化學(xué)藥品量的程序。自動(dòng)控制會充分利用循環(huán)水系統(tǒng)中安裝的在線檢測器的優(yōu)勢,并選擇自動(dòng)加藥裝置和自動(dòng)控制閥進(jìn)行自動(dòng)控制。系統(tǒng)中的廢水流量由循環(huán)水電導(dǎo)率參數(shù)自動(dòng)控制。藥物濃度用于防止腐蝕和結(jié)垢,氧化殺菌劑的劑量由循環(huán)熱水中的殘留氯參數(shù)控制。利用循環(huán)水的pH值控制硫酸的劑量。使用啟動(dòng)和停止程序檢查非氧化性殺菌劑分配泵的時(shí)間。引入自動(dòng)控制之后,可以精確地控制化學(xué)藥品的劑量,從系統(tǒng)排放的污染物的量,添加的水量等等。在線水質(zhì)測量數(shù)據(jù)不僅可以節(jié)省化學(xué)藥品,還可以減少人工和運(yùn)營成本。它還提供了更高級別的水循環(huán)系統(tǒng)。濃度系數(shù)大,性能穩(wěn)定。

        8.3 工藝設(shè)計(jì)

        根據(jù)水循環(huán)技術(shù)增加濃度系數(shù),增加循環(huán)水的濃度系數(shù)可以減少廢水量和添加水量。例如,如果循環(huán)冷卻水量為10,000m3/h,溫差為10℃,干閥溫度為35℃,并且濃縮系數(shù)(N)為5,則額外水量將減少30m3/h。但是,如果濃度系數(shù)過高,則循環(huán)水中的鹽分會增加,從而導(dǎo)致沉淀,水垢,形成設(shè)備腐蝕。因此,有必要合理地控制濃度系數(shù)。通常,氯和鹽的含量是循環(huán)水濃度的重要指標(biāo)。冶煉廠循環(huán)水中含鹽量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)小于3000mg/l。根據(jù)以上兩個(gè)數(shù)據(jù),將輔助水的水質(zhì)和所測得的制冷設(shè)備的腐蝕速率結(jié)合起來,以復(fù)雜的方式確定循環(huán)水的多重濃度。

        8.4 回用水作為補(bǔ)充水

        在徹底凈化處理設(shè)施后,使用滿足額外循環(huán)水水質(zhì)要求的水作為額外循環(huán)水,不僅可以減少從冶煉廠廢水產(chǎn)生量,而且可以將冶煉廠的水排向外部。通過連續(xù)運(yùn)行WJP-401(A+B)近兩年,應(yīng)用結(jié)果表明:循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行效果均滿足生產(chǎn)裝置對水處理效果的要求,保障生產(chǎn)裝置長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)降低循環(huán)水場補(bǔ)新水量,可推廣到其工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用。

        8.5 提高回用率

        為確保達(dá)標(biāo)污水回用量占循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量的60%,依據(jù)復(fù)合緩蝕阻垢劑改良配方WJP-401(A+B)(A阻垢緩蝕劑與B緩蝕增效劑按1:1的比例)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)情況,結(jié)合實(shí)際情況制定污水回用計(jì)劃。

        在2018年10月中旬和11月中旬,冶煉廠開始分別回用污水,并根據(jù)回用污水水質(zhì)確定最大回用水量。根據(jù)已處理廢水水質(zhì)合格的基礎(chǔ)上,達(dá)到了以下回用率:①在2018年10月中,冶煉廠的污水回用量占循環(huán)水系統(tǒng)中補(bǔ)充水量的40%。在2019年1月中旬,污水回用水量增加到了循環(huán)水系統(tǒng)中補(bǔ)充水量的60%。②在2018年11月中旬,冶煉廠循環(huán)水場的污水回用量為循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量的40%。在2019年2月中旬,我們根據(jù)冶煉廠循循環(huán)水水質(zhì)情況將污水回用量增加到循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量的60%。

        8.6 優(yōu)先使用節(jié)能技術(shù)

        2016年,將冶煉廠生產(chǎn)使用的一臺風(fēng)機(jī)增加了永磁調(diào)速器,根據(jù)氣溫變化及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,達(dá)到節(jié)能的效果。2017年,將循環(huán)水的22臺風(fēng)機(jī)原玻璃鋼材質(zhì)的葉片更換為節(jié)能葉片,改造后風(fēng)機(jī)電流由220A下降到210A。節(jié)電率4.55%。2020年將水汽Ⅱ循環(huán)水B9401F風(fēng)機(jī)改造為水輪機(jī),水輪機(jī)主要工作部件是葉輪、減速機(jī)和葉片,一定壓力和流量的循環(huán)水進(jìn)入水輪機(jī)后,葉輪接受了流體的能量,使葉輪旋轉(zhuǎn),葉輪帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)旁路閥來調(diào)節(jié)水輪機(jī)進(jìn)水量,控制水輪機(jī)轉(zhuǎn)速,達(dá)到調(diào)速的目的,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。循環(huán)水冷卻塔經(jīng)過水輪機(jī)改造后,停運(yùn)200kWh電機(jī)全年按8400小時(shí)運(yùn)行,節(jié)約費(fèi)用289萬元,且所改造塔冷卻的降溫效果不低于本套循環(huán)水系統(tǒng)其它電機(jī)驅(qū)動(dòng)的冷卻塔。

        水泵是循環(huán)水場的重要設(shè)備,也是消耗更多能量的工件。在污水處理過程中,可以通過組合泵來實(shí)現(xiàn)節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化,這些泵可以通過不同數(shù)量的泵和不同的運(yùn)行速度實(shí)現(xiàn)并聯(lián)連接,從而更好地滿足實(shí)際運(yùn)行的運(yùn)行需求。對于某些配置,可以確定泵站的大小。該泵經(jīng)過智能匹配,并與變頻調(diào)速技術(shù)匹配,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。為了通過計(jì)劃選擇有效地提高泵的效率,需要根據(jù)實(shí)際加工要求對某些組合計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。變速水泵節(jié)能技術(shù)是當(dāng)前水泵節(jié)能技術(shù)中比較普遍的技術(shù)。在當(dāng)今更常用的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)速度控制中,可以通過更改定子電源的頻率來實(shí)現(xiàn)速度控制目標(biāo)。變頻器是可調(diào)頻率控制。典型的調(diào)速工具的主要功能是改變泵的性能曲線,以使泵的工作點(diǎn)處于高效的工作區(qū)域內(nèi),從而達(dá)到節(jié)能的目的。逆變器的特定操作由一個(gè)由測量端子和PLC控制端子組成的控制系統(tǒng)輔助。有效控制,通過流量傳感器的信號反饋。根據(jù)國內(nèi)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù),使用調(diào)速器后,平均泵速比工頻速度降低了20%以上,總體節(jié)能效率可達(dá)到20%~40%。

        8.7 循環(huán)水系統(tǒng)粘泥剝離清洗技術(shù)

        從水循環(huán)系統(tǒng)中去除生物粘液的通常方法是在系統(tǒng)中添加一定量的表面活性粘液去除劑,以進(jìn)行凈化和大量水交換。但是該方法不能完全去除系統(tǒng)中的生物粘液和藻類。純化的粘液殘留物以及細(xì)菌和藻類殘留物不僅是其他微生物的食物,而且還是重組大粘液碎片的基礎(chǔ),其在凈化期間或凈化之后再生,生物粘液和藻類生長更快,并且不能滿足生產(chǎn)設(shè)備對水凈化效果的要求。因此,已經(jīng)根據(jù)生物粘液的組成和性質(zhì)開發(fā)了生物粘液去除清潔劑。該藥物在生物粘液中的脫落和溶解度超過80%。

        9 結(jié)語

        冶煉廠的節(jié)水減排是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,需要在不同情況下開發(fā)和實(shí)施不同的技術(shù),并將這些技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來,從而形成一套完整的技術(shù)去做。我國正在努力研究,并已成功找到冶煉廠循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能減排的方法。

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