關于鋁工業(yè)給排水節(jié)能設計的分析

張 靜

（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550000）

目前是推進可持續(xù)發(fā)展的時代，從源頭上進行節(jié)能設計，通過改革生產(chǎn)氧化鋁、電解鋁工藝，回收利用水資源，減少廢水排放等措施，減少新水用量，減少對環(huán)境的影響，響應國家節(jié)能減排政策，促進鋁工業(yè)發(fā)展是當務之急。

1 鋁工業(yè)給排水節(jié)能設計的意義

鋁工業(yè)的給排水設計與一般的工藝設計有較大不同，因此要注意污染防治，確保綠色生產(chǎn)。我國一些鋁生產(chǎn)企業(yè)由于給排水設施不完善，排放的廢水對環(huán)境造成了不同程度的污染，生態(tài)環(huán)境問題尤為突出。鋁工業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排，設計源頭是關鍵，以汽機冷卻水系統(tǒng)為例，循環(huán)水量約為5000m3/h，用戶接點水流量為0.5MPa，如果采用傳統(tǒng)的開式系統(tǒng)，則補水量為5%，即用水量250m3/h；如果通過安裝恒壓系統(tǒng)，則系統(tǒng)可以根據(jù)運行情況進行調(diào)節(jié)，使水泵隨時處于和生產(chǎn)工況匹配的狀態(tài)，可以降低運行費用，延長設備的使用壽命，并可以減少補水量；上述兩種工況說明，給排水系統(tǒng)應進行節(jié)能設計，節(jié)能設計對企業(yè)的生產(chǎn)意義重大，能降低用水成本，并提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 給排水系統(tǒng)目前現(xiàn)狀

（1）循環(huán)冷卻系統(tǒng)和高溫爐沖渣系統(tǒng)。為達到降低能耗的目的，循環(huán)水要得到有效利用，避免造成浪費。雖然生產(chǎn)中的循環(huán)回水損耗很小，但是依然會對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響，比如冷卻塔蒸發(fā)、風吹損失比較大，需要考慮生產(chǎn)成本。冷卻塔是鋁生產(chǎn)企業(yè)冷卻系統(tǒng)中最重要的換熱設備之一，降低冷卻塔的蒸發(fā)、風吹損失是節(jié)能設計的重要一項內(nèi)容。另外，生產(chǎn)新水用于高溫爐沖渣，大大增加了水耗，浪費了能耗，如果能對其進行有效的利用，不僅可以節(jié)省新水用量，還可以在一定程度上降低碳排放量，緩解環(huán)境問題。

（2）給排水設備的選型。水泵選型時，采用的水泵實際運行工況處在水泵性能參數(shù)的低效段，水泵配套電機未采用高效電機，采用國家已公布淘汰的機電產(chǎn)品。供水設備采用工頻泵，與實際生產(chǎn)運行情況不協(xié)調(diào)，造成電能浪費。這不符合鋁行業(yè)節(jié)能減排的設計目標，會增加企業(yè)的成本。

（3）排水系統(tǒng)。傳統(tǒng)的鋁生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)廢水和雨水采用一套排水管網(wǎng)，部分混合水經(jīng)廢水處理站處理達標后就近排放，大部分混合水則直接排放。外排的混合水中污染物含量較高，對周邊環(huán)境造成了污染。

3 鋁工業(yè)給排水設計的要點

結合鋁工業(yè)的實際情況，充分利用現(xiàn)有的給水排水技術，發(fā)揮其應有的作用。

（1）鋁工業(yè)的給排水管道設計。給排水首先要做好管道規(guī)劃，須采用經(jīng)久耐用的管道。試驗表明，在管道設計過程中，應盡可能采用比較經(jīng)濟的給水管道，以減少壓力損失。在配管時，則應根據(jù)設備位置選擇適當?shù)墓芫€走向，保證管線順直，水力狀況良好。這樣既能保證給排水高峰壓力平衡，又能通過改變管徑改變水量，控制分水現(xiàn)象，避免負壓。

（2）供水壓力設計。在進行給水排水技術規(guī)劃時，應注意給水壓力的設置，需選擇經(jīng)濟流速，以降低水錘作用，節(jié)約能耗。另外，在供水管上還應安裝壓力表、調(diào)節(jié)閥、排氣閥和旁通管路等裝置，確保系統(tǒng)安全運行。

（3）保證調(diào)速裝置的安全并做好調(diào)試工作。在鋁工業(yè)生產(chǎn)過程中，水循環(huán)系統(tǒng)起著重要作用，水輸送設備是關鍵。因此，在設計時應充分考慮到給排水的節(jié)能問題，對加壓水泵進行調(diào)速，根據(jù)生產(chǎn)條件的變化，可自動調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉速，確保系統(tǒng)的流量能較好地滿足水泵的工作要求。

（4）做好給排水節(jié)能設計。做好節(jié)能工作，對于鋁工業(yè)的給排水建設十分重要，設計時，應結合現(xiàn)有給排水技術的不足及施工工藝，提出給排水系統(tǒng)的改進方向。

4 節(jié)能技術措施

（1）改造循環(huán)冷卻系統(tǒng)。降低循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行過程中的新水消耗，努力提高生產(chǎn)水重復利用率，使生產(chǎn)水重復利用率達到為90%以上，達到節(jié)約水資源的目的。①減少冷卻塔蒸發(fā)損失。蒸發(fā)散熱是冷卻塔熱交換的主要方式，因此蒸發(fā)損耗不可避免。但可以根據(jù)季節(jié)和氣溫變化，適當調(diào)整冷卻塔的運行臺數(shù)，如在冬季寒冷時減少冷卻塔的開啟數(shù)量，可減少蒸發(fā)水量。②減少冷卻塔風吹損失。風吹損失是由于冷卻塔的出塔濕空氣中帶走的水分，可以通過增加收水器以減少水分損失。通過在冷卻塔在風筒進風口處均加設收水器，使水滴在上升過程中，遇收水器遮擋后滑落，減少風吹損失。③減少循環(huán)水系統(tǒng)補充水量。循環(huán)水系統(tǒng)運行過程中因蒸發(fā)、風吹、排污、漏損等原因，水量不斷減少，鹽分不斷升高，需要隨時補充新水。新水補充量大時，循環(huán)水濃縮倍數(shù)低，水質(zhì)好，但耗水量大；新水補充量小時，循環(huán)水濃縮倍數(shù)高，水質(zhì)較差，但節(jié)水效果好。參照國內(nèi)同類鋁生產(chǎn)企業(yè)的運行經(jīng)驗，循環(huán)水系統(tǒng)設計濃縮倍數(shù)≥5，較高的濃縮倍數(shù)可減少新水消耗。同時，各循環(huán)水均設置了旁濾處理設施，提高排污水中的固含率，在保證循環(huán)水質(zhì)滿足工藝需求的條件下，減少了循環(huán)水補水量和排污量。

（2）倡導串級用水。根據(jù)用水點的水質(zhì)要求，梯級供水由高到低依次進行，可直接將上級水不經(jīng)處理直接用于下級水，如轉爐、高爐煤氣洗煤、洗滌煙氣等，實現(xiàn)了生產(chǎn)水的復用，提高了生產(chǎn)水的重復利用率。這些實踐經(jīng)驗為節(jié)約能源提供了更加科學有效的方法，串聯(lián)的節(jié)流技術在實際運行中效果顯著。

（3）變頻器的應用。在連續(xù)供水過程中，不同設備需要水量不同，采用水泵變頻調(diào)速，可顯著改變用水設備對用水量的調(diào)節(jié)，有效地減少水的消耗，提高供水系統(tǒng)的可靠性，具有良好的經(jīng)濟效益。具體方法是利用壓力傳感器采集管網(wǎng)中的壓力，并將信號輸送至水泵變頻控制器。當管網(wǎng)壓力大于設定值，變頻器降頻運行，水泵功率降低；當管網(wǎng)壓力小于設定值，變頻器升頻運行，水泵功率升高。

用于循環(huán)冷卻系統(tǒng)時，變頻調(diào)速用于冷卻塔風機的變頻控制，當給水溫度滿足生產(chǎn)要求時，可根據(jù)環(huán)境溫度、風速等外部條件，降低風機運行頻率及性能，有利于節(jié)能減排。

（4）設置冷卻回水旁通管。濕球溫度是設計冷卻系統(tǒng)的基礎，除了夏季，在其它季節(jié)通過調(diào)節(jié)旁通管，減少了進入冷卻塔的水量，直接進入水池，從而減少了對風機的需求，尤其是在冬季，節(jié)能更加重要。同時可減少水泵工作臺數(shù)，降低運行費用，這符合節(jié)能設計的理念。

（2）選擇合適的水泵。水泵應在高效的范圍內(nèi)進行，但是有的時候在水泵的設計選型上，是不能完全滿足要求的。這種問題經(jīng)常發(fā)生，選擇比使用條件大的泵，會導致生產(chǎn)中水頭消耗過多，增加能耗。故選泵時，根據(jù)設計參數(shù)選擇合適的泵，并保證泵的運行在高效率工段，水泵配套電機采用高效電機，不采用國家已公布淘汰的機電產(chǎn)品。水泵的運行指標不低于GB/T16666-2012《泵類液體輸送系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測》中規(guī)定的數(shù)值，電動機負載率不低于40%。詳見下表1。

表1 水泵類及效率和泵類及液體輸送系統(tǒng)效率合格指標

（6）給排水管網(wǎng)設計的優(yōu)化。廠區(qū)的各種供水管網(wǎng)均采取經(jīng)濟流速，并采用內(nèi)壁光滑的供水管材減少沿程阻力損失，另外管道上應用的閥門均選用局部阻力系數(shù)小的閥門，減少局部水頭損失，從而降低水泵揚程，節(jié)約能耗。同時科學合理地設計管路、接頭、坡降等局部地方，實踐證明，這在一定程度上也可以降低成本。并在各工序及主要耗能設備均設有計量檢測及控制儀表，以加強能源的科學管理和合理利用。同時還應合理布置，充分利用地形。排水管道充分利用廠區(qū)的自然地勢由高到低布置管線，使排水自流排入廢水處理站，不經(jīng)過水泵提升措施，減少了投資和能耗。

（7）高溫爐沖渣水的余熱利用。充分利用高溫爐沖渣水的余熱，鋁工業(yè)高溫爐在生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的爐渣，這些爐渣的溫度較高，這需要消耗一定的水來冷卻，在此過程中會產(chǎn)生大量的廢水。同時，冷卻廢水繼續(xù)用作洗渣水，從而形成循環(huán)，可減少用水的需求量，節(jié)約能源。高爐熔煉冷卻時，渣體內(nèi)存在大量熱能，熱能回收也是給排水工程建設中的一項重要節(jié)能措施，但爐渣沖洗水含有大量雜質(zhì)，不能直接利用。因此需要進行換熱器處理，經(jīng)過熱交換處理后的熱能可以用于供熱。這些措施對于企業(yè)發(fā)展是有好處的，是節(jié)能理念的實踐與貫徹，值得推廣。

（8）生產(chǎn)廢水和初期雨水的處理與回用。廠區(qū)分別設置生產(chǎn)廢水管網(wǎng)和雨水管網(wǎng)。生產(chǎn)廢水經(jīng)收集進入生產(chǎn)廢水處理站，經(jīng)過處理后回用，實現(xiàn)了“廢水零排放”。這樣既減少了新水消耗，又防止廢水對當?shù)丨h(huán)境造成污染。生產(chǎn)廢水處理站采用一體化處理流程，采用一次提升滿足整體工藝用水壓力的方式，減少了過程設備，降低了設備空置率。水處理過程中必要的提升水泵、格柵機、攪拌器等能耗高的設備均采用PLC自動控制運行間斷運行，或根據(jù)水位壓力等信號、或根據(jù)需要設定運行時間，減少了設備空轉率。初期雨水由于沖刷屋面、道路等，含有較多的懸浮固體等污染物質(zhì)，直接排放可污染外部水體。雨排水經(jīng)雨水管網(wǎng)匯流排至廠外，其中廠區(qū)內(nèi)初期雨水經(jīng)截流進入初期雨水收集池后經(jīng)加壓送至生產(chǎn)廢水處理站統(tǒng)一處理，經(jīng)處理后作為回用水二次利用，有效降低新水消耗量。

（9）采用節(jié)水型衛(wèi)生器具。室內(nèi)衛(wèi)生設備均采用國家推薦的節(jié)水型設備，安裝節(jié)水型閥門，最大限度的采用室內(nèi)給排水節(jié)能技術，辦公設施可節(jié)水27%。室內(nèi)給排水管材采用連接效果好的塑料管材，選擇材質(zhì)穩(wěn)定的衛(wèi)生設備，減少跑冒滴漏現(xiàn)象，減少供水能耗。

5 結語

采取這些給排水節(jié)能技術措施，有利于鋁生產(chǎn)企業(yè)降低成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，提高企業(yè)的市場競爭力。要實現(xiàn)節(jié)能減排的有效目標，就必須全面、充分地考慮節(jié)能措施實施的可行性，貫徹科學的發(fā)展觀，確保達到較好的節(jié)能效果。