關(guān)于鋁工業(yè)給排水節(jié)能設(shè)計的分析

張 靜

（貴陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550000）

目前是推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的時代，從源頭上進(jìn)行節(jié)能設(shè)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(yīng)國家節(jié)能減排政策，促進(jìn)鋁工業(yè)發(fā)展是當(dāng)務(wù)之急。

1 鋁工業(yè)給排水節(jié)能設(shè)計的意義

鋁工業(yè)的給排水設(shè)計與一般的工藝設(shè)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(shè)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(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，設(shè)計源頭是關(guān)鍵，以汽機(jī)冷卻水系統(tǒng)為例，循環(huán)水量約為5000m3/h，用戶接點(diǎn)水流量為0.5MPa，如果采用傳統(tǒng)的開式系統(tǒng)，則補(bǔ)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(yùn)行情況進(jìn)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(yùn)行費(fèi)用，延長設(shè)備的使用壽命，并可以減少補(bǔ)水量；上述兩種工況說明，給排水系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，節(jié)能設(shè)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(jì)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(dá)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(fèi)。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(fēng)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(shè)備之一，降低冷卻塔的蒸發(fā)、風(fēng)吹損失是節(jié)能設(shè)計的重要一項(xiàng)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(fèi)了能耗，如果能對其進(jìn)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(shè)備的選型。水泵選型時，采用的水泵實(shí)際運(yùn)行工況處在水泵性能參數(shù)的低效段，水泵配套電機(jī)未采用高效電機(jī)，采用國家已公布淘汰的機(jī)電產(chǎn)品。供水設(shè)備采用工頻泵，與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況不協(xié)調(diào)，造成電能浪費(fèi)。這不符合鋁行業(yè)節(jié)能減排的設(shè)計目標(biāo)，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(dá)標(biāo)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(shè)計的要點(diǎn)

結(jié)合鋁工業(yè)的實(shí)際情況，充分利用現(xiàn)有的給水排水技術(shù)，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

（1）鋁工業(yè)的給排水管道設(shè)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(yàn)表明，在管道設(shè)計過程中，應(yīng)盡可能采用比較經(jīng)濟(jì)的給水管道，以減少壓力損失。在配管時，則應(yīng)根據(jù)設(shè)備位置選擇適當(dāng)?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(fù)壓。

（2）供水壓力設(shè)計。在進(jìn)行給水排水技術(shù)規(guī)劃時，應(yīng)注意給水壓力的設(shè)置，需選擇經(jīng)濟(jì)流速，以降低水錘作用，節(jié)約能耗。另外，在供水管上還應(yīng)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(yùn)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(shè)備是關(guān)鍵。因此，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮到給排水的節(jié)能問題，對加壓水泵進(jìn)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(zhuǎn)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(shè)計。做好節(jié)能工作，對于鋁工業(yè)的給排水建設(shè)十分重要，設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有給排水技術(shù)的不足及施工工藝，提出給排水系統(tǒng)的改進(jìn)方向。

4 節(jié)能技術(shù)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(yùn)行過程中的新水消耗，努力提高生產(chǎn)水重復(fù)利用率，使生產(chǎn)水重復(fù)利用率達(dá)到為90%以上，達(dá)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(dāng)調(diào)整冷卻塔的運(yùn)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(fēng)吹損失。風(fēng)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(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口處均加設(shè)收水器，使水滴在上升過程中，遇收水器遮擋后滑落，減少風(fēng)吹損失。③減少循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水量。循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行過程中因蒸發(fā)、風(fēng)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(bǔ)充新水。新水補(bǔ)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(bǔ)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)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(shè)置了旁濾處理設(shè)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(bǔ)水量和排污量。

（2）倡導(dǎo)串級用水。根據(jù)用水點(diǎn)的水質(zhì)要求，梯級供水由高到低依次進(jìn)行，可直接將上級水不經(jīng)處理直接用于下級水，如轉(zhuǎn)爐、高爐煤氣洗煤、洗滌煙氣等，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)水的復(fù)用，提高了生產(chǎn)水的重復(fù)利用率。這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為節(jié)約能源提供了更加科學(xué)有效的方法，串聯(lián)的節(jié)流技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行中效果顯著。

（3）變頻器的應(yīng)用。在連續(xù)供水過程中，不同設(shè)備需要水量不同，采用水泵變頻調(diào)速，可顯著改變用水設(shè)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(jì)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(dāng)管網(wǎng)壓力大于設(shè)定值，變頻器降頻運(yùn)行，水泵功率降低；當(dāng)管網(wǎng)壓力小于設(shè)定值，變頻器升頻運(yùn)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(fēng)機(jī)的變頻控制，當(dāng)給水溫度滿足生產(chǎn)要求時，可根據(jù)環(huán)境溫度、風(fēng)速等外部條件，降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率及性能，有利于節(jié)能減排。

（4）設(shè)置冷卻回水旁通管。濕球溫度是設(shè)計冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)，除了夏季，在其它季節(jié)通過調(diào)節(jié)旁通管，減少了進(jìn)入冷卻塔的水量，直接進(jìn)入水池，從而減少了對風(fēng)機(jī)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(yùn)行費(fèi)用，這符合節(jié)能設(shè)計的理念。

（2）選擇合適的水泵。水泵應(yīng)在高效的范圍內(nèi)進(jìn)行，但是有的時候在水泵的設(shè)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(dǎo)致生產(chǎn)中水頭消耗過多，增加能耗。故選泵時，根據(jù)設(shè)計參數(shù)選擇合適的泵，并保證泵的運(yùn)行在高效率工段，水泵配套電機(jī)采用高效電機(jī)，不采用國家已公布淘汰的機(jī)電產(chǎn)品。水泵的運(yùn)行指標(biāo)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(jī)負(fù)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(biāo)

（6）給排水管網(wǎng)設(shè)計的優(yōu)化。廠區(qū)的各種供水管網(wǎng)均采取經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(yáng)程，節(jié)約能耗。同時科學(xué)合理地設(shè)計管路、接頭、坡降等局部地方，實(shí)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(shè)備均設(shè)有計量檢測及控制儀表，以加強(qiáng)能源的科學(xué)管理和合理利用。同時還應(yīng)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(shè)中的一項(xiàng)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(jìn)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(shí)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(shè)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(jìn)入生產(chǎn)廢水處理站，經(jīng)過處理后回用，實(shí)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(dāng)?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(shè)備，降低了設(shè)備空置率。水處理過程中必要的提升水泵、格柵機(jī)、攪拌器等能耗高的設(shè)備均采用PLC自動控制運(yùn)行間斷運(yùn)行，或根據(jù)水位壓力等信號、或根據(jù)需要設(shè)定運(yùn)行時間，減少了設(shè)備空轉(zhuǎn)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(jìn)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(shè)備均采用國家推薦的節(jié)水型設(shè)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(shù)，辦公設(shè)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(shè)備，減少跑冒滴漏現(xiàn)象，減少供水能耗。

5 結(jié)語

采取這些給排水節(jié)能技術(shù)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(jì)效益和社會效益，提高企業(yè)的市場競爭力。要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效目標(biāo)，就必須全面、充分地考慮節(jié)能措施實(shí)施的可行性，貫徹科學(xué)的發(fā)展觀，確保達(dá)到較好的節(jié)能效果。