焦化循環冷卻水系統工藝優化

張敏

（山東鋼鐵集團日照有限公司焦化項目部，山東日照　276827）

焦化循環冷卻水系統工藝優化

張敏

（山東鋼鐵集團日照有限公司焦化項目部，山東日照276827）

針對濟鋼化工廠循環冷卻水系統運行中存在的問題，通過采取小流量大溫差運行模式、冷卻塔與制冷機兩級冷卻、冷卻水恒溫恒壓控制等工藝優化措施后，提高了冷卻塔運行效率，減少了高壓水泵、風扇、制冷機等冷卻設備的運行時間，降低了電能消耗，每年可節約電費90萬元。

焦化；循環冷卻水系統；工藝優化；兩級冷卻

1　前言

敞開式循環冷卻水系統在生產運行過程消耗大量的新水、電能、蒸汽和煤氣等能源介質，其水泵、冷卻塔風機等設備由于選型、生產負荷變化等情況，存在著設備運行效率低、電能浪費等現象。在循環水運行過程中需通過設備能效提升、工藝優化、嚴格管理等優化措施，更深層次的探討和摸索循環水經濟運行模式，以降低循環水系運行成本。

2　存在的問題分析

濟鋼化工廠焦化循環冷卻水系統分為中溫段冷卻和低溫段冷卻，主要冷卻介質為煤氣、脫硫液、貧油、粗苯、蒸氨廢水等。中溫段供水溫度28～ 32℃，常年為冷卻塔冷卻。低溫段供水溫度16～18℃，低溫水夏季（一般4月中旬至10月中旬）由制冷機冷卻。春秋冬季節，制冷機停運，低溫水通過冷卻塔進行冷卻。低溫冷卻塔是兩用型，夏季冷卻制冷機冷卻水，其他季節冷卻低溫水。

2.1水泵、冷卻塔運行效率較低

焦化循環冷卻水系統中，循環水循環量與冷卻塔的溫差是由系統負荷決定的。系統負荷主要由焦爐所產生的煤氣量決定，當系統負荷基本不變時，循環水冷卻方式存在大流量、小溫差和小流量、大溫差兩種運行模式。以煤氣發生量5.5萬～6.0萬m3/h的焦化循環冷卻水系統為例，兩種不同的運行方式會產生不同的運行效果，兩種運行方式的工藝參數見表1。

表1　兩種運行方式的工藝運行參數對比

大流量、小溫差的運行模式屬于傳統的較為粗放式的循環水運行模式，不注重關注冷卻塔運行效率，更加傾向于流量指標，粗略地認為循環量越大，冷卻效果越好，當換熱器換熱效率低不能滿足冷卻需求時，就采取增開水泵、增加循環量和壓力以滿足生產需求。大流量、小溫差運行模式使得循環水系統冷卻塔運行效率降低，能耗較高，出塔水溫高，有時不能滿足生產要求。

小流量、大溫差的運行模式更加傾向于多冷卻塔冷卻效率的研究，通過提升冷卻塔的溫差，進而提升冷卻塔冷卻效率，降低循環水量，降低水泵耗能。小流量、大溫差的運行模式在滿足供水溫度和壓力的前提下，有效彌補了大流量、小溫差的缺點，屬于經濟的一種運行方式。隨著精益生產管理理念的不斷深入和推進，為了降低冷卻設備的電能消耗，須在滿足生產負荷需求的前提下深入探索最經濟的循環水量，逐步進行小流量、大溫差的經濟運行模式轉變。

2.2未有效利用氣候特點

傳統的低溫水冷卻方式是每年的4月中旬至10月中旬，由制冷機冷卻，低溫水閉路循環，制冷機冷卻水上塔冷卻。其他季節時，制冷機停運，低溫水上塔冷卻。對冷卻塔運行和制冷機運行的經濟性進行了計算對比分析，可知利用冷卻塔冷卻時單位制冷量所需成本0.72元，利用制冷機冷卻時單位制冷量所需成本3.18元。因此，冷卻塔冷卻比制冷機冷卻運行經濟，只要冷卻塔降溫能滿足要求，應該優先運行冷卻塔。

每年的4月和9月，大氣溫度15～25℃，低溫水回水溫度23～24℃，全部停運制冷機，低溫水溫度不能滿足16～18℃要求；制冷機全部運行，能耗成本高，夜間20℃以下的大氣條件未充分利用，低溫水冷卻方式還有進一步優化的空間。季節交替時，可以通過改變冷卻方式，盡量減少制冷機運行時間，減少冷卻水泵減少能源消耗。

2.3冷卻塔風扇電能浪費

涼水塔風機是冷卻塔重要的冷卻設備，在實際運行中每個季節運行模式不大相同。夏季天氣炎熱，風扇一般連續運行，調節余地少。冬季氣溫寒冷，風扇停止運行。春秋季晝夜溫差大，冷卻塔風機由于非變頻導致調節頻繁，有時甚至還需開風扇和開旁通同時調節才能滿足溫度滿足生產要求，這種控制方式造成了電能浪費。

3　循環冷卻水工藝優化

3.1調整三系統中溫水循環量

通過采取逐步降低水泵出口閥門，降低循環量的措施，找到最佳的循環量，提高冷卻塔進出口溫差，提高冷卻塔熱負荷和熱效率系數，達到既滿足冷卻負荷，又使水泵能耗降低的目的。2014年6—8月經過4次調整后，中溫水循環量由5 300 m3/h調整為3 400 m3/h，但冷卻塔熱負荷卻比調整前熱負荷增加，冷卻塔冷卻效率相對提高。再通過相同的方法對一系統中溫水和二系統中溫水進行了調整，調整后水泵運行由2用1備的模式調整為1用2備的運行模式，一系統1#～3#中溫水循環量由2 100 m3/h降低至1 600 m3/h，二系統中溫水循環量由3 400 m3/h降低至2 800 m3/h，水泵電流下降明顯。

3.2制冷機與冷卻塔的梯級節能運行

通過冷卻塔與制冷機的經濟性分析可知，只要在能滿足水溫前提的條件下，優先運行冷卻塔更節能。為充分利用晝夜溫差大的季節特點，采取提前倒水系，利用冷卻塔和制冷機的兩級冷卻來節約能耗。低溫水使用冷卻塔和制冷機兩級冷卻的核心問題是制冷機冷卻水的冷卻，低溫水經過冷卻塔和制冷機兩級冷卻時，低溫水需要進入冷卻塔，采用制冷機冷卻水使用中溫水代替冷卻水。鑒于3個系統水系運行有細微差別，分別對3個系統兩級冷卻和調整方法進行說明。

3.2.1一系統兩級冷卻工藝調整

當制冷機運行臺數≥3臺時，冷卻水泵運行1臺，制冷機冷卻水經過制冷機升溫后回到3#、4#冷卻塔進行冷卻后重新回用。制冷機運行臺數根據氣溫狀況及時進行調整。當制冷機運行臺數＜3臺時，可以停運冷卻水泵，冷卻水借用1#～3#泵組富裕的中溫水量。1#中溫水泵運行電流32 A，額定電流42.3 A，還有一定的富余量。

3.2.2二、三系統兩級冷卻工藝調整

低溫水運行流程:低溫水回水一半經過冷卻塔冷卻，另一半經過余熱制冷機冷卻，冷卻后的水均進低溫水吸水池，然后通過低溫水泵泵送至制冷機，制冷后送至用戶。制冷機冷卻水經過制冷機升溫后回到中溫冷卻塔進行冷卻后重新回用。

冷卻水借用中溫水后，二系統可以停運1臺280 kW冷卻水泵，三系統可以停運2臺220 kW冷卻水泵。

3.3冷卻塔風扇恒溫自動化控制改造

為了保證供水溫度的穩定，減少電能浪費，進行了風扇恒溫控制自動化改造。自動運行改造內容主要包括主回路上加裝變頻器，中低溫水管道上加裝溫度傳感器及壓力變送器等自動控制系統，實現風機根據溫度的變化自動調頻運行，保證中溫水溫度在28～32℃運行，低溫水溫度在16～18℃運行。改造主要設備由GGD配電柜、觸摸屏、變頻器、電抗器（包括直流電抗器和交流輸出電抗器）、壓力變送器等組成，實現了以水溫為控制對象的閉環控制系統。

4　結語

焦化循環冷卻水系統工藝優化后，提高了水泵運行效率，水泵運行時間明顯降低，2015年比2014年高壓水泵的總運行時間降低13.8%；制冷機運行時間減少，10臺燃氣制冷機運行時間較2014年減少37 d；水泵、冷卻塔風扇等用能設備電能降低，2015年平均每月耗電356.2萬kW·h，比2014年每月降低電耗11萬kW·h，每年可減少電費90萬元，循環水水系運行成本顯著降低。

Abstrraacctt::Energy waste and saving potential in cooling water system was analyzed and researched during the operation process of Jinan Iron and Steel chemical plant’s coking cycle.By taking some process optimization measures such as small flow and large temperature operating mode，the two-stage cool between the cooling tower and chiller，the cooling water’s constant temperature and pressure control，the efficiency of the cooling tower was improved and the running time of the high-pressure pumps，fans，chiller and other cooling equipments were also reduced.The energy consumption was significantly reduced，and it could reduce 900 thousand Yuan one year.

Key worrddss::coking cycle cooling water system；process optimization；small flow and large temperature operating mode；two-stage cool

Process Optimization of Coking Cycle Cooling Water System

ZHANG Min
（The Coking Project Department of Shandong Steel Group Rizhao Co.，Ltd.，Rizhao 276826，China）

TQ520.6

B

1004-4620（2016）05-0051-02

2016-01-29

張敏，女，1983年生，2009年畢業于武漢科技大學化工專業。現為山東鋼鐵集團日照有限公司焦化項目部工程師，從事焦化廢水處理及循環水處理管理工作。