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

丁 川

（安慶石化，安徽 安慶 246001）

中國(guó)許多工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)都存在燃料使用浪費(fèi)問(wèn)題，他們也在積極對(duì)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(guò)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(huì)散發(fā)接觸熱量。當(dāng)水溫高于溫度時(shí)，水會(huì)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(chē)間主要使用間接的冷開(kāi)式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)制冷系統(tǒng)后，循環(huán)水變熱，并通過(guò)殘余壓力被帶到冷卻塔，通過(guò)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(kāi)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(huì)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](méi)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(wèn)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(kāi)放式循環(huán)水系統(tǒng)，但存在循環(huán)冷卻水流量過(guò)大且節(jié)水效果降低的問(wèn)題。換句話說(shuō)，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(zhǎng)時(shí)間不關(guān)閉的控制問(wèn)題和一些設(shè)計(jì)上的問(wèn)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(guò)規(guī)定值，因此會(huì)產(chǎn)生大量廢水。冶煉廠在日常用水測(cè)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(zhuān)門(mén)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(wèn)題的解決方法

在解決上述問(wèn)題的過(guò)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(duì)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(lèi)的技術(shù)。在伴隨的工作過(guò)程中經(jīng)常會(huì)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(guò)濾設(shè)備，以增加其過(guò)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(wèn)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(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中會(huì)破裂或變形，這對(duì)循環(huán)水的溫度有一定的不利影響。我們可以通過(guò)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(guò)旁通過(guò)濾器然后返回到集水槽以繼續(xù)使用。冶煉設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間泄漏會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水中藻類(lèi)和細(xì)菌的快速生長(zhǎng)。為了確保水質(zhì)，必須抽出大量的淡水，這會(huì)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(huì)導(dǎo)致藥物損失，會(huì)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(duì)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(duì)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(wèn)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(guò)程必須首先分析出問(wèn)題，并提出問(wèn)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(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中，這使其易于開(kāi)裂和變形。該問(wèn)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(huì)泄漏。如果這種情況持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，水將滋生一定數(shù)量的細(xì)菌。為了解決這個(gè)問(wèn)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(lái)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(wú)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(lèi)型和數(shù)量。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，水泵的內(nèi)壁和葉輪會(huì)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(guò)程需要改善系統(tǒng)中的水質(zhì)和分配問(wèn)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(cè)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(lái)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(lái)改變水循環(huán)系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)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(lái)支撐塔。這種改造可以簡(jiǎn)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(shì)（ORP），腐蝕速率等。同時(shí)，配置在線流速，pH和電導(dǎo)率檢測(cè)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(huì)充分利用循環(huán)水系統(tǒng)中安裝的在線檢測(cè)器的優(yōu)勢(shì)，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(cè)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(yíng)成本。它還提供了更高級(jí)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?gòu)U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(guò)高，則循環(huán)水中的鹽分會(huì)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(cè)得的制冷設(shè)備的腐蝕速率結(jié)合起來(lái)，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?gòu)囊睙拸S廢水產(chǎn)生量，而且可以將冶煉廠的水排向外部。通過(guò)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(duì)水處理效果的要求，保障生產(chǎn)裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)降低循環(huán)水場(chǎng)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(kāi)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(chǎng)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(tái)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(tái)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(guò)調(diào)節(jié)旁路閥來(lái)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(guò)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(wàn)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(chǎng)的重要設(shè)備，也是消耗更多能量的工件。在污水處理過(guò)程中，可以通過(guò)組合泵來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化，這些泵可以通過(guò)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(duì)于某些配置，可以確定泵站的大小。該泵經(jīng)過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)更改定子電源的頻率來(lái)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(cè)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(guò)流量傳感器的信號(hào)反饋。根據(jù)國(guó)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(lèi)。純化的粘液殘留物以及細(xì)菌和藻類(lèi)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(lèi)生長(zhǎng)更快，并且不能滿足生產(chǎn)設(shè)備對(duì)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(kāi)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(guò)80%。

9 結(jié)語(yǔ)

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(kāi)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(lái)，從而形成一套完整的技術(shù)去做。我國(guó)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。