工业循环水系统高能耗问题及解决对策研究——基于唐山新宝泰钢铁循环水系统节能改造探讨--中国期刊网

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工业循环水系统高能耗问题及解决对策研究——基于唐山新宝泰钢铁循环水系统节能改造探讨

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：江永华

[导读] 摘要：文章以唐山新宝泰钢铁循环水系统节能改造为例，对系统改造技术应用意义和进行简要说明。

        上海东方威尔节能技术有限公司
        摘要：文章以唐山新宝泰钢铁循环水系统节能改造为例，对系统改造技术应用意义和进行简要说明。针对目前工业水循环系统存在的主要问题进行说明，主要问题包括循环水系统高能耗的问题；需要通过系统的整体优化，彻底降低能耗；热交换效率低的问题；传统水处理会造成污染，水不能直接排放且水处理成本较高。最后，结合现有技术，对存在问题解决对策进行研究，提升系统能效。
        关键词：工业循环水系统；高能耗；解决对策
        前言：近年来，节能减排理念日渐深入人心，通过加强节能新技术的应用，提升各行业节能减排能力变得尤为重要。工业循环水系统的作用是将工艺过程中产生的热量通过与循环水的热交换带到冷却塔，然后通过冷却塔风机与空气进行热交换散发掉，循环往复，保持相对稳定的循环水温度和温差，确保生产安全。循环水系统的动力设备主要是水泵，为了保证热交换充分，不仅需要水泵提供必要的冷却循环水流量，而且要通过水质管控（水处理）保证换热器表面尽量少结垢。实践工作中，对唐山新宝泰钢铁循环水系统进行系统优化和节能技术改造，采用量身定制的高效节能水泵对其中运行的循环水泵进行更换，对循环水系统的部分阀门进行替换，消除局部过大的阻力，促使水循环中相关设备机组运行效率大幅度提升，降低运行能耗。同时，对循环水系统的热交换效率提升及环保排放问题进行探讨，提供技改建议，解决热交换效率和环保排放及水处理成本高的问题。
        1项目简述
        1.1循环系统实际情况
        项目为唐山新宝泰钢铁循环水系统节能技术改造工程，系统中共计有水泵33台，实际运行的水泵为18台，其余为备用水泵，主要在制氧车间、炼钢饱和蒸汽发电机组、煤气回收综合发电机组、50MW发电机组等动力设备进行了技术改造，采用量身定制的技能高效的水泵装置，进行节能改造，促使循环水系统运行效率提升，为贯彻落实新技术与新方案准备坚实基础。针对循环水系统的水处理，目前还是采用传统的加阻垢剂、杀菌剂等传统工艺手段，不仅成本高，且加药过程不科学，水处理效果一般，需要一种科学环保的水处理方法。
        1.2节能技术改造意义
        对循环水系统进行节能改造技术应用，是响应国家节能减排发展理念的重要体现。同时，对系统开展优化设计，可提升运行稳定性与安全性，使得循环水系统的能源消耗降低，为降低吨钢能耗实现提供有利条件。在管理人员与技术人员的共同努力下，对唐山新宝泰钢铁循环水系统进行检测和诊断，编制了综合节能改造方案，采用在线改造方法，确保技改在确保原产能和生产安全的前提下，彻底降低能耗，助力企业能效提升和绿色发展。
        2循环水系统存在的主要问题
        2.1循环水动力装置设计问题
        唐山新宝泰循环水系统中，水泵装置在设计过程中普遍存在选型偏差大、水泵偏离最佳工况（最高效率区）运行的情况，造成水泵运行效率低、能耗高的问题，在这些不利工况下运行，还带来了水泵气蚀现象严重，水泵运行寿命短，运维成本高，存在生产安全隐患等不利影响。在设计过程中，技术人员只能通过半经验半理论的方法进行计算和选型，而且在施工过程中还存在很大的变化因素，为了保证可靠性，设计人员在计算管路阻力时都会放一定的安全系数，系统投入运行后，一定会存在设计与实际运行的偏差，只是偏差的大小不同而已。根据水泵自身的性能特性曲线，水泵偏离最佳工况运行后，水泵机组运行效率会大幅度下降，水泵往大流量方向偏离，水泵能耗大幅度升高。而要解决水泵偏离高效区带来的效率低、能耗大问题，只能通过水泵的改造才能实现。
        2.2系统中出口阀门不能全开，局部阀门阻力过大，能耗浪费大
        由于水泵偏离最佳工况运行，水泵往大流量方向偏离，水泵的运行流量会大大超过设计流量，严重的会造成水泵超载严重、电机烧毁。而在现场往往只能通过减少出口阀门开度来调节流量，确保水泵电机不超流、不烧毁，这样就使得大量的能源浪费在阀门阻力上。针对水循环系统设计中存在出口阀门未能完全打开、阀门阻力大的问题，是节能改造必须要进行有效治理的问题。
        2.3各用水回路水力不平衡，存在抢水和局部冷却效果差的问题
        通过对检测数据分析，结合系统管路流体力学特性，发现该钢铁厂循环水系统中各用水回路水力不平衡，存在抢水和局部冷却效果差的问题。正常工作情况下，技术人员需要对循环水末端设备的用水情况进行调节，促使水资源得到合理分配，然而，通过测算发现此时管网系统的阻抗增大，形成一定的能量损失，影响系统工作性能[1]。
        实际工作中，参与了技术沟通与交流，对管网各回路用水效率低的问题进行全面分析，并对各个末端的科学用水量进行了合理分配，对各回路的压力降进行了实测，制定了科学有效的节能改造技术方案。技术应用过程中，通过更换阻力过大的止回阀、水力平衡调节、二次泵增压、自动调节阀门的应用等方法，即可用将总体用水量调至合理范围，又可以保证各个回路的冷却效果，同时，还可以将管阻降至最低，避免了大量的能耗浪费在管阻上，实现管网优化。
        2.4水处理工艺落后，新水消耗大，有较大的节水空间
        通过对钢铁水循环系统中的水质进行检测，水质偏硬，结垢倾向严重。目前系统采用传统加阻垢剂、缓蚀剂和杀菌剂的处理工艺，每年不仅需要投加大量的药剂，还需要排放大量的水，水处理运营费用高，还经常会结垢，造成热交换效率下降，增加能耗，迫切需要一种科学环保的水处理工艺替代传统工艺。

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        3解决循环水系统问题的有效对策
        3.1循环系统动力装置水泵机组节能改造
        实践应用中，对系统中的机组动力装置进行改造，通过节能泵的应用，提升了系统运行能力。为达到理想效果，技术人员通过对已投入运行系统的现场检测和数据采集，经流体力学计算分析，可完全了解和计算出现有管路的管阻特性，根据现有的流量需求，可为系统量身定制高效节能泵用以替换原来低效运行的水泵，在保证原有工艺要求的基础上降低能耗。在节能方案的制定前，需要对目前的工况条件进行分析，现阶段，钢铁水循环系统中使用的主要设备为制氧车间、炼钢饱和蒸汽发电机组、煤气回收综合发电机组，需要对相关设备进行严格选型，保证节能泵在高新区运行。
        该项目使用为系统量身定制18台高效节能泵对系统中的循环泵进行替换。替换工作完成后，水循环系统的机组运行效率大幅度提升，水泵出口阀门可以全开，降低了阀门阻力上的能耗浪费。经过实际测算，运行效率由以往的48%达到目前的83%，经过高效节能技术应用，水泵机组一直处于高效区间运行，具有性能可靠、经济安全的使用优势。
        水泵更换为节能泵后，运行电流大幅度降低，根据实际功耗对负荷较小的电机及国家要求淘汰的Y、Y2型高能耗电机也进行更换，更换为适配的YE3型高效电机，提高了电机的运行效率，同时助力了企业淘汰高能耗电机实施。通过对节能新技术应用，水循环系统运行效率提高，有利于提升企业经济效益，同时，在技术方法升级中，应对系统机组动力装置进行优化改进，使得动力装置服务效率提升，满足新时期节能减排要求。
        3.2解决阀门阻力大的问题
        由于原系统中，出口阀门未能完全打开，容易发生超流问题，给电机使用安全带来影响，而关闭阀门运行会造成阀门处阻力变大，系统的无效能耗增加。为有效改善这一问题，首先需要对系统各个阀门进行阻力评估，通过带压打孔的方式，安装若干压力表，可准确测量各个阀门的阻力；其次，通过水泵的节能技术改造，改造后水泵的出口阀门完全可以全开；再次，应用了全通径、低阻力阀门替换原有的止回阀，降低阀门阻力，提高系统能效水平。
        通过对高效节能水泵及低阻耗阀门的应用，实现了系统整体运行性能提升，改造优化后，循环水系统具有较强的经济效益，可节约电力能源。经过技术分析，发现水循环系统的综合节电率达到30%。相关技术应用不仅降低电力能源消耗量，而且也减少了水泵维护频率，有利于企业维护成本控制。
        3.3根据现有温差要求情况，对各用水回路进行水力平衡调节，解决抢水和局部冷却效果差的问题
        在通过对高效节能水泵及低阻耗阀门的应用，水系统效率已经大大提升，整体能效水平也提高很多，为有效解决各用水回路水力不平衡问题，需通过技术投入和相关技术手段解决。实践工作中，对各个末端的科学用水量进行了合理分析和分配，对各回路的压力降进行了实测，制定了科学有效的节能改造技术方案。技术应用过程中，通过水力平衡调节、二次泵增压、自动调节阀门的应用等方法，即可用将总体用水量调至合理范围，又可以保证各个回路的冷却效果，同时，还可以将管阻降至最低，避免了大量的能耗浪费在管阻上，实现管网优化。由此降低水循环系统中的能量损失，实现了对系统节能潜力的有效挖掘，保证运行工作效率，达到预期目标。
        3.4采用电化学除垢设备对循环水进行水处理
        净水系统原有的水处理工艺是采用传统的加药方法，即添加阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂等传统药剂控制水质，以延缓结垢，并定期排水将高浓度的循环水排掉，补充一部分新水以降低水体中各种离子浓度。由于添加的阻垢剂为磷酸盐，高浓度的循环水不能直接排放，需经过污水处理，无形中增加了污水处理的成本；杀菌剂多为氯系，添加后会造成水体中氯离子浓度上升，降低浓缩倍数，增加了排水量；添加药剂后，钙镁等结垢离子还在水体中，浓度达到一定程度还是需要排水才能降低浓度。经水样采集和分析后，净水系统完全可以采用电化学除垢设备进行水处理。在技术应用过程中，该项目采用电化学除垢设备替代传统加药工艺，通过电化学设备的电解作用，将钙镁等结垢离子转移到循环水水体外（结构箱体中），并利用水体中的氯离子电解产生氯气杀菌，即可达到除垢效果，又可以节约掉药剂费用，且可大幅度提升浓缩倍数，减少排水。由于没有阻垢剂添加，循环水可直接排放，可从源头上减少污水处理量和处理费用，达到环保排放。电化学除垢设备是今后循环水水处理的趋势，已经列入国家工信部节水示范工程。
        循环水系统在经过以上节能改造应用后，还可根据负荷变化、环境温度变化等采用变频或磁力耦合器等控制、传动设备进行精度调节，充分挖掘节能空间，彻底降低吨钢能耗和水耗。
        结论：综上所述，对循环水系统进行节能改造技术应用，需要在以下方面进行强化：一是加强节能技术应用效果，进行综合节能改造；二是立足对系统进行整体优化，整改水系统的不合理因素，对机组动力装置进行节能改造，使水循环系统更加高效合理，提升机组效率；三是要站在提升热交换效果的高度，积极引入新技术、新的节能设备进行系统改造，不断挖掘企业循环水系统节能节水潜力。
        参考文献：
        [1]张佳丽，颜苏芊.纺织厂循环水系统的运行问题及其解决措施[J].毛纺科技，2020，48（04）：50-55.
        [2]苏超.水冷式冷凝器循环水系统腐蚀结垢问题及处理[J].化工时刊，2017，31（11）：40-41.
        [3]陈福利，王彧斐，冯霄.对于循环水系统的大小泵匹配问题的研究[J].计算机与应用化学，2017，34（10）：767-773.