張敏

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司焦化項目部，山東日照　276827）

焦化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工藝優(yōu)化

張敏

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司焦化項目部，山東日照276827）

針對濟(jì)鋼化工廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)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(jī)兩級冷卻、冷卻水恒溫恒壓控制等工藝優(yōu)化措施后，提高了冷卻塔運行效率，減少了高壓水泵、風(fēng)扇、制冷機(jī)等冷卻設(shè)備的運行時間，降低了電能消耗，每年可節(jié)約電費90萬元。

焦化；循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；工藝優(yōu)化；兩級冷卻

1　前言

敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在生產(chǎn)運行過程消耗大量的新水、電能、蒸汽和煤氣等能源介質(zhì)，其水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等設(shè)備由于選型、生產(chǎn)負(fù)荷變化等情況，存在著設(shè)備運行效率低、電能浪費等現(xiàn)象。在循環(huán)水運行過程中需通過設(shè)備能效提升、工藝優(yōu)化、嚴(yán)格管理等優(yōu)化措施，更深層次的探討和摸索循環(huán)水經(jīng)濟(jì)運行模式，以降低循環(huán)水系運行成本。

2　存在的問題分析

濟(jì)鋼化工廠焦化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分為中溫段冷卻和低溫段冷卻，主要冷卻介質(zhì)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(jī)冷卻。春秋冬季節(jié)，制冷機(jī)停運，低溫水通過冷卻塔進(jìn)行冷卻。低溫冷卻塔是兩用型，夏季冷卻制冷機(jī)冷卻水，其他季節(jié)冷卻低溫水。

2.1水泵、冷卻塔運行效率較低

焦化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)水循環(huán)量與冷卻塔的溫差是由系統(tǒng)負(fù)荷決定的。系統(tǒng)負(fù)荷主要由焦?fàn)t所產(chǎn)生的煤氣量決定，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷基本不變時，循環(huán)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(fā)生量5.5萬～6.0萬m3/h的焦化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為例，兩種不同的運行方式會產(chǎn)生不同的運行效果，兩種運行方式的工藝參數(shù)見表1。

表1　兩種運行方式的工藝運行參數(shù)對比

大流量、小溫差的運行模式屬于傳統(tǒng)的較為粗放式的循環(huán)水運行模式，不注重關(guān)注冷卻塔運行效率，更加傾向于流量指標(biāo)，粗略地認(rèn)為循環(huán)量越大，冷卻效果越好，當(dāng)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(huán)量和壓力以滿足生產(chǎn)需求。大流量、小溫差運行模式使得循環(huán)水系統(tǒng)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(chǎn)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(jìn)而提升冷卻塔冷卻效率，降低循環(huán)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(bǔ)了大流量、小溫差的缺點，屬于經(jīng)濟(jì)的一種運行方式。隨著精益生產(chǎn)管理理念的不斷深入和推進(jìn)，為了降低冷卻設(shè)備的電能消耗，須在滿足生產(chǎn)負(fù)荷需求的前提下深入探索最經(jīng)濟(jì)的循環(huán)水量，逐步進(jìn)行小流量、大溫差的經(jīng)濟(jì)運行模式轉(zhuǎn)變。

2.2未有效利用氣候特點

傳統(tǒng)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(jī)冷卻，低溫水閉路循環(huán)，制冷機(jī)冷卻水上塔冷卻。其他季節(jié)時，制冷機(jī)停運，低溫水上塔冷卻。對冷卻塔運行和制冷機(jī)運行的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)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(jī)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(jī)冷卻運行經(jīng)濟(jì)，只要冷卻塔降溫能滿足要求，應(yīng)該優(yōu)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(jī)，低溫水溫度不能滿足16～18℃要求；制冷機(jī)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(jìn)一步優(yōu)化的空間。季節(jié)交替時，可以通過改變冷卻方式，盡量減少制冷機(jī)運行時間，減少冷卻水泵減少能源消耗。

2.3冷卻塔風(fēng)扇電能浪費

涼水塔風(fēng)機(jī)是冷卻塔重要的冷卻設(shè)備，在實際運行中每個季節(jié)運行模式不大相同。夏季天氣炎熱，風(fēng)扇一般連續(xù)運行，調(diào)節(jié)余地少。冬季氣溫寒冷，風(fēng)扇停止運行。春秋季晝夜溫差大，冷卻塔風(fēng)機(jī)由于非變頻導(dǎo)致調(diào)節(jié)頻繁，有時甚至還需開風(fēng)扇和開旁通同時調(diào)節(jié)才能滿足溫度滿足生產(chǎn)要求，這種控制方式造成了電能浪費。

3　循環(huán)冷卻水工藝優(yōu)化

3.1調(diào)整三系統(tǒng)中溫水循環(huán)量

通過采取逐步降低水泵出口閥門，降低循環(huán)量的措施，找到最佳的循環(huán)量，提高冷卻塔進(jìn)出口溫差，提高冷卻塔熱負(fù)荷和熱效率系數(shù)，達(dá)到既滿足冷卻負(fù)荷，又使水泵能耗降低的目的。2014年6—8月經(jīng)過4次調(diào)整后，中溫水循環(huán)量由5 300 m3/h調(diào)整為3 400 m3/h，但冷卻塔熱負(fù)荷卻比調(diào)整前熱負(fù)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(tǒng)中溫水和二系統(tǒng)中溫水進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后水泵運行由2用1備的模式調(diào)整為1用2備的運行模式，一系統(tǒng)1#～3#中溫水循環(huán)量由2 100 m3/h降低至1 600 m3/h，二系統(tǒng)中溫水循環(huán)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(jī)與冷卻塔的梯級節(jié)能運行

通過冷卻塔與制冷機(jī)的經(jīng)濟(jì)性分析可知，只要在能滿足水溫前提的條件下，優(yōu)先運行冷卻塔更節(jié)能。為充分利用晝夜溫差大的季節(jié)特點，采取提前倒水系，利用冷卻塔和制冷機(jī)的兩級冷卻來節(jié)約能耗。低溫水使用冷卻塔和制冷機(jī)兩級冷卻的核心問題是制冷機(jī)冷卻水的冷卻，低溫水經(jīng)過冷卻塔和制冷機(jī)兩級冷卻時，低溫水需要進(jìn)入冷卻塔，采用制冷機(jī)冷卻水使用中溫水代替冷卻水。鑒于3個系統(tǒng)水系運行有細(xì)微差別，分別對3個系統(tǒng)兩級冷卻和調(diào)整方法進(jìn)行說明。

3.2.1一系統(tǒng)兩級冷卻工藝調(diào)整

當(dāng)制冷機(jī)運行臺數(shù)≥3臺時，冷卻水泵運行1臺，制冷機(jī)冷卻水經(jīng)過制冷機(jī)升溫后回到3#、4#冷卻塔進(jìn)行冷卻后重新回用。制冷機(jī)運行臺數(shù)根據(jù)氣溫狀況及時進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)制冷機(jī)運行臺數(shù)＜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(tǒng)兩級冷卻工藝調(diào)整

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

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

3.3冷卻塔風(fēng)扇恒溫自動化控制改造

為了保證供水溫度的穩(wěn)定，減少電能浪費，進(jìn)行了風(fēng)扇恒溫控制自動化改造。自動運行改造內(nèi)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(tǒng)，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)根據(jù)溫度的變化自動調(diào)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(shè)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(xiàn)了以水溫為控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

4　結(jié)語

焦化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工藝優(yōu)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(jī)運行時間減少，10臺燃?xì)庵评錂C(jī)運行時間較2014年減少37 d；水泵、冷卻塔風(fēng)扇等用能設(shè)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(huán)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(yè)于武漢科技大學(xué)化工專業(yè)?，F(xiàn)為山東鋼鐵集團(tuán)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(huán)水處理管理工作。