焦化企業循環水系統能耗分析

門樞+李澤峰+王翼

摘 要 本文通過對焦化企業循環水系統能耗進行計算分析，得到循環水系統的能耗組成及其能耗高低；分析了影響能耗的關鍵因素，并提出能耗優化的建議。

關鍵詞 焦化企業；循環水系統；能耗

中圖分類號 TQ52 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）13-0037-02

循環水系統作為焦化企業必不可少的一部分，其能耗不可忽視。理清循環水系統中各個單元的單元能耗，找出影響能耗的關鍵因素，對降低循環水系統能耗有著重要意義。

1 循環水系統的組成

焦化循環水系統的組成[1]見圖1。

2 分析條件及依據

某焦化企業，焦炭產量200萬t/a，煤氣量約10萬Nm3/h，配套干熄焦及發電，設置獨立循環水系統，包含煤氣凈化循環水、低溫水、干熄焦及發電循環水。

重要耗能單體的能耗計算公式如下，水泵能耗可按式（1）計算[2]。

3 能耗分析

3.1 能耗組成分析

圖2列出了各循環水單元耗能工質的消耗情況。從耗能工質角度分析，對于煤氣凈化循環水，其能耗主要為電耗，占系統能耗的96%，其中循環水泵能耗占83%，冷卻塔風機電耗占17%，輔助設施包括加藥裝置，排水泵，吊車等，其能耗不足總能耗的0.5%。循環水補水能耗占系統能耗的4%，主要用來補充循環水冷卻過程中水的損失以及排污。低溫水主要的能耗是制冷機的蒸汽消耗，占低溫水系統能耗93%。相比之下，低溫水泵、制冷循環水泵、冷卻塔風機的電耗之和僅占系統能耗的7%。發電循環水由于工藝流程與煤氣凈化循環水相近，因此能耗組成也與其相近，電耗，水耗分別占96%、4%。

圖3列出了各耗能單體的能耗組成情況。從圖中可以看出，制冷機是最大的耗能單體，占總能耗的72%，基本全部為蒸汽消耗。其次是各循環水泵的能耗，占總能耗的23%。各系統的冷卻塔風機電耗占總能耗的3.5%。

水泵能耗中，煤氣凈化循環水泵的能耗最高，主要是由于該系統供水流量大、壓力高、所需軸功率較大，且水泵連續運行。發電循環水流量與煤氣凈化相當，但供水壓力較低，因此，其能耗略低于煤氣凈化循環水泵。低溫水泵雖連續運行且壓力較高，但其流量要求遠小于上述兩個系統，因此，其能耗低于上述兩個系統。制冷循環水泵因其間斷運行且流量壓力均不高，因此其能耗較低。其它水泵例如干熄焦循環水泵、上塔泵等因其流量較小，所以在總能耗中所占比例很小。

風機的能耗中煤氣凈化循環水冷卻塔風機能耗最高，主要原因是該系統冷卻水量大，冷幅高，因此，需要的風量大，導致風機軸功率大，能耗高。發電循環水冷卻水量與煤氣凈化相當，但冷幅較低（一般煤氣凈化循環水要求13℃溫差，而發電僅需要8℃），因此，對風量要求較低、軸功率小、能耗低。制冷循環水冷卻塔風機在夏季為制冷循環水服務，冬季為低溫水服務，其水量小，冷幅低，在風機中能耗最低。

3.2 噸產品能耗分析

由表2可知，煤氣凈化循環水系統壓力高、流量大且連續運行，其耗能相應較大，占總能耗的15%；低溫水系統因蒸汽消耗量大，且蒸汽焓值高，其能耗遠高于電能的消耗，占整個循環水系統能耗的77%。發電循環水雖然水量大，但供水壓力低，其總能耗僅占總能耗的8%。

噸焦能耗反映了焦炭生產與循環水系統的能耗的關系。由表2可知，整個循環水系統的能耗約占整個焦化工序能耗的4%（由于干熄焦發電并不在焦化工序范圍內，因此，該數據不包含發電循環水的能耗）。

噸水能耗從另一個角度體現了循環水系統的能耗情況。它反映了單位產品所消耗的能量，當循環水作為某一個子工序的耗能工質輸入時，表2中的噸水能耗可作為折標系數用于該子工序的能耗計算。

4 節能分析

通過上述分析，明確了耗能單體主要為制冷機，循環水泵以及冷卻塔風機，通過降低重要耗能單體能耗，可有效的實現整個系統的節能。

對于制冷機，優化其制冷機內部換熱過程，提高換熱效率是降低能耗的最直接途徑，但制冷機發展至今，其內部優化幾乎已經做到極致，很難再有明顯的提高。優化工藝流程，是降低制冷機能耗的另一個途徑。通過低溫水與制冷循環水系統的切換，實現低溫水通過冷卻塔降溫，從而降低制冷機運行時間，是目前最有效，且普遍采取的一種措施。

對于水泵的流量、揚程以及效率，是影響水泵能耗的主要因素。因此，水泵選型時應注意以下幾點：1）流量的確定取決于換熱量，選擇高效的換熱設備，提高換熱效率，可降低循環水用量；2）優化管路設計，降低沿程及局部阻力損失，同時盡量降低富裕水頭，避免過高揚程造成的浪費，從而確定合理的水泵揚程；3）根據水泵特性曲線和管路特性曲線，明確水泵工況點，工況點應處于所選水泵高效區的下降段。

對于冷卻塔風機，風量、風壓是影響風機能耗的主要因素。降低風機能耗，可以從以下幾點入手：1）優化布水系統，使水與空氣充分換熱，提高換熱效率，從而降低風量；2）選用熱力性能好、通風阻力小的新型填料可有效降低冷卻塔所需風量及風壓；3）優化冷卻塔內部結構，選擇合適的塔內風速，以降低塔內局部阻力；4）變頻風機可根據氣候變化調整運行工況，從而實現節能的目的[4]。

5 結論

盡管焦化企業循環水系統能耗在焦化工序能耗中所占的比例很小，但如果將每個單元優化，節約的能源也相當可觀。企業應從重要的耗能單體入手，找到影響能耗的關鍵因素，通過提高裝備水平、優化工藝流程、采用先進的管理方式等方法，最終實現節能降耗的目標。

參考文獻

[1]王笏曹.鋼鐵工業給水排水設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，2002.

[2]姜乃昌.泵與泵站[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[3]華東建筑設計研究院有限公司.給水排水設計手冊.第4冊，工業給水處理[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2002.

[4]趙振國.冷卻塔[M].北京：中國水利水電出版社，1996.