焦化企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)能耗分析

門樞+李澤峰+王翼

摘 要 本文通過對焦化企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)能耗進(jìn)行計(jì)算分析，得到循環(huán)水系統(tǒng)的能耗組成及其能耗高低；分析了影響能耗的關(guān)鍵因素，并提出能耗優(yōu)化的建議。

關(guān)鍵詞 焦化企業(yè)；循環(huán)水系統(tǒng)；能耗

中圖分類號(hào) TQ52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）13-0037-02

循環(huán)水系統(tǒng)作為焦化企業(yè)必不可少的一部分，其能耗不可忽視。理清循環(huán)水系統(tǒng)中各個(gè)單元的單元能耗，找出影響能耗的關(guān)鍵因素，對降低循環(huán)水系統(tǒng)能耗有著重要意義。

1 循環(huán)水系統(tǒng)的組成

焦化循環(huán)水系統(tǒng)的組成[1]見圖1。

2 分析條件及依據(jù)

某焦化企業(yè)，焦炭產(chǎn)量200萬t/a，煤氣量約10萬Nm3/h，配套干熄焦及發(fā)電，設(shè)置獨(dú)立循環(huán)水系統(tǒng)，包含煤氣凈化循環(huán)水、低溫水、干熄焦及發(fā)電循環(huán)水。

重要耗能單體的能耗計(jì)算公式如下，水泵能耗可按式（1）計(jì)算[2]。

3 能耗分析

3.1 能耗組成分析

圖2列出了各循環(huán)水單元耗能工質(zhì)的消耗情況。從耗能工質(zhì)角度分析，對于煤氣凈化循環(huán)水，其能耗主要為電耗，占系統(tǒng)能耗的96%，其中循環(huán)水泵能耗占83%，冷卻塔風(fēng)機(jī)電耗占17%，輔助設(shè)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(huán)水補(bǔ)水能耗占系統(tǒng)能耗的4%，主要用來補(bǔ)充循環(huán)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(jī)的蒸汽消耗，占低溫水系統(tǒng)能耗93%。相比之下，低溫水泵、制冷循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的電耗之和僅占系統(tǒng)能耗的7%。發(fā)電循環(huán)水由于工藝流程與煤氣凈化循環(huán)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(jī)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(huán)水泵的能耗，占總能耗的23%。各系統(tǒng)的冷卻塔風(fēng)機(jī)電耗占總能耗的3.5%。

水泵能耗中，煤氣凈化循環(huán)水泵的能耗最高，主要是由于該系統(tǒng)供水流量大、壓力高、所需軸功率較大，且水泵連續(xù)運(yùn)行。發(fā)電循環(huán)水流量與煤氣凈化相當(dāng)，但供水壓力較低，因此，其能耗略低于煤氣凈化循環(huán)水泵。低溫水泵雖連續(xù)運(yùn)行且壓力較高，但其流量要求遠(yuǎn)小于上述兩個(gè)系統(tǒng)，因此，其能耗低于上述兩個(gè)系統(tǒng)。制冷循環(huán)水泵因其間斷運(yùn)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(huán)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(fēng)機(jī)的能耗中煤氣凈化循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)能耗最高，主要原因是該系統(tǒng)冷卻水量大，冷幅高，因此，需要的風(fēng)量大，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)軸功率大，能耗高。發(fā)電循環(huán)水冷卻水量與煤氣凈化相當(dāng)，但冷幅較低（一般煤氣凈化循環(huán)水要求13℃溫差，而發(fā)電僅需要8℃），因此，對風(fēng)量要求較低、軸功率小、能耗低。制冷循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)在夏季為制冷循環(huán)水服務(wù)，冬季為低溫水服務(wù)，其水量小，冷幅低，在風(fēng)機(jī)中能耗最低。

3.2 噸產(chǎn)品能耗分析

由表2可知，煤氣凈化循環(huán)水系統(tǒng)壓力高、流量大且連續(xù)運(yùn)行，其耗能相應(yīng)較大，占總能耗的15%；低溫水系統(tǒng)因蒸汽消耗量大，且蒸汽焓值高，其能耗遠(yuǎn)高于電能的消耗，占整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)能耗的77%。發(fā)電循環(huán)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(chǎn)與循環(huán)水系統(tǒng)的能耗的關(guān)系。由表2可知，整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的能耗約占整個(gè)焦化工序能耗的4%（由于干熄焦發(fā)電并不在焦化工序范圍內(nèi)，因此，該數(shù)據(jù)不包含發(fā)電循環(huán)水的能耗）。

噸水能耗從另一個(gè)角度體現(xiàn)了循環(huán)水系統(tǒng)的能耗情況。它反映了單位產(chǎn)品所消耗的能量，當(dāng)循環(huán)水作為某一個(gè)子工序的耗能工質(zhì)輸入時(shí)，表2中的噸水能耗可作為折標(biāo)系數(shù)用于該子工序的能耗計(jì)算。

4 節(jié)能分析

通過上述分析，明確了耗能單體主要為制冷機(jī)，循環(huán)水泵以及冷卻塔風(fēng)機(jī)，通過降低重要耗能單體能耗，可有效的實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能。

對于制冷機(jī)，優(yōu)化其制冷機(jī)內(nèi)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(jī)發(fā)展至今，其內(nèi)部優(yōu)化幾乎已經(jīng)做到極致，很難再有明顯的提高。優(yōu)化工藝流程，是降低制冷機(jī)能耗的另一個(gè)途徑。通過低溫水與制冷循環(huán)水系統(tǒng)的切換，實(shí)現(xiàn)低溫水通過冷卻塔降溫，從而降低制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)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(yáng)程以及效率，是影響水泵能耗的主要因素。因此，水泵選型時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）流量的確定取決于換熱量，選擇高效的換熱設(shè)備，提高換熱效率，可降低循環(huán)水用量；2）優(yōu)化管路設(shè)計(jì)，降低沿程及局部阻力損失，同時(shí)盡量降低富裕水頭，避免過高揚(yáng)程造成的浪費(fèi)，從而確定合理的水泵揚(yáng)程；3）根據(jù)水泵特性曲線和管路特性曲線，明確水泵工況點(diǎn)，工況點(diǎn)應(yīng)處于所選水泵高效區(qū)的下降段。

對于冷卻塔風(fēng)機(jī)，風(fēng)量、風(fēng)壓是影響風(fēng)機(jī)能耗的主要因素。降低風(fēng)機(jī)能耗，可以從以下幾點(diǎn)入手：1）優(yōu)化布水系統(tǒng)，使水與空氣充分換熱，提高換熱效率，從而降低風(fēng)量；2）選用熱力性能好、通風(fēng)阻力小的新型填料可有效降低冷卻塔所需風(fēng)量及風(fēng)壓；3）優(yōu)化冷卻塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選擇合適的塔內(nèi)風(fēng)速，以降低塔內(nèi)局部阻力；4）變頻風(fēng)機(jī)可根據(jù)氣候變化調(diào)整運(yùn)行工況，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[4]。

5 結(jié)論

盡管焦化企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)能耗在焦化工序能耗中所占的比例很小，但如果將每個(gè)單元優(yōu)化，節(jié)約的能源也相當(dāng)可觀。企業(yè)應(yīng)從重要的耗能單體入手，找到影響能耗的關(guān)鍵因素，通過提高裝備水平、優(yōu)化工藝流程、采用先進(jìn)的管理方式等方法，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[3]華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司.給水排水設(shè)計(jì)手冊.第4冊，工業(yè)給水處理[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

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