淺談循環(huán)水系統優(yōu)化設計

淺談循環(huán)水系統優(yōu)化設計沈琪趙波2張旭3東北大學(xué)設計研究院有限公司遼寧沈陽(yáng)110013摘要:針對氧化鋁廠(chǎng)循環(huán)水系統冷卻塔及旁濾系統,采用水能風(fēng)杋塔代替機械冷卻塔;采用EST電解水處理器及砂濾器代替傳統離子交換和高速過(guò)來(lái)系統,采用循環(huán)水集中設置代替分散設置等優(yōu)化設計,使得循環(huán)水運行節省電耗,節省占地,方便管理,同時(shí)避免藥劑二次污染關(guān)鍵詞:節能;管理方便;環(huán)保;大型化;水能風(fēng)機冷卻塔;EST電解水處理器Abstract: in view of the cooling tower and circulating water system of alumina plant besidefilter system adopts the water tower to replace mechanical cooling tower fan; Using ESTelectrolysis of water processor and sand filter instead of traditional ion exchange andhigh-speed system adopts the circulating water concentration set instead of dispersionSettings such as optimum design makes the operation of circulating water to save powerconsumption, save floor, convenient management and to avoid secondary pollutionpharmacyKeywords: energy conservation; Convenient management; Environmental protection; Largescale; Water cooling tower fan; Est electrolysis of water processor中圖分類(lèi)號:TE683文獻標識碼:A文章編號:2095-2104(2013)1、工程概況:本工程為貴州某地年產(chǎn)80萬(wàn)氧化鋁工程,本工程需要總供新水量為20580m3/d,其中生產(chǎn)新水平均用水量為20280m3/d,生活用水量為300m3/d,循環(huán)水量為475310.4m3/d,全廠(chǎng)水循環(huán)利用率為95.9%。根據總圖總體布局和各工段的用水需求,全廠(chǎng)設置5套循環(huán)水系統:即蒸發(fā)循環(huán)水、焙燒循環(huán)水、原料磨循環(huán)水、煤氣站循環(huán)水、分解熱電站循環(huán)水。本次針對分解熱電循環(huán)水優(yōu)化設計進(jìn)行論述,該套循環(huán)水采用集成化設計,包括三套循環(huán)水系統,主要供給分解分級、精液熱交換、空壓站、熱電站及泵冷卻循環(huán)水。其中分解分級、空壓站及設備泵冷卻循環(huán)水最大循環(huán)水供水量4100m3/h,供水溫度35°C,供回溫差15°C,壓力回水;熱電站循環(huán)水供水量1550m3/h,供水溫度35°C,供回溫差10°C;精液熱交換循環(huán)水供水量1200m3/h,供水溫度35°C,供回溫差15°C,壓力回水。2、工藝流程工藝流程如圖1所示,分解寬流道板式換熱器冷卻循環(huán)回水、綜合過(guò)濾精液板式換熱器冷卻循環(huán)冷卻回水及空壓站壓縮空氣機循環(huán)冷卻回水,通過(guò)分水器恒壓后通過(guò)冷卻塔冷卻,將水溫為50C循環(huán)水冷卻至35℃C后進(jìn)入冷水池,再經(jīng)循環(huán)水水泵加壓送至用水點(diǎn);其中,綜合過(guò)濾板式換熱器冷卻循環(huán)回水需經(jīng)減壓后進(jìn)如分水器恒壓上塔,且在循環(huán)給水系統中,綜合過(guò)濾板式換熱器由于供水壓力為0.MPa,故單獨設置兩臺供水泵一用一備,分解寬流道板式換熱器冷卻水和壓縮空氣機冷卻水共用3臺水泵,二用一備,由于分解根據不同的氣候,用水量變化,故電機采用變頻電機;熱電站循環(huán)水通過(guò)余壓直接上塔,循環(huán)回水經(jīng)冷卻塔將水溫從45循環(huán)水冷卻至35C后進(jìn)入冷水池,系統配置4臺冷水泵加壓后送至熱電站主廠(chǎng)房,三用一備;為了改善循環(huán)水水質(zhì),特設兩臺旁濾水泵,一用備王王:.觀(guān)50圖3、布置方式、設備選型及控制系統的優(yōu)化3.1布置方式優(yōu)化(1)傳統設計分解分級、精液熱交換設置一套循環(huán)水系統,設置水泵、冷卻塔、水處理設備、起重機、水池、泵房等;空壓站設置一套循環(huán)水系統,設置水泵、冷卻塔、水處理設備、起重機、水池、泵房等;熱電站設置一套循環(huán)水系統,設置水泵、冷卻塔、水處理設備、起重機、水池、泵房等。(2)優(yōu)化設計根據氧化鋁工藝設備用水特點(diǎn),將水質(zhì)要求相似、用水參數相近的循環(huán)水系統合并,減少系統數量,節省投資。分解分級、精液熱交換、空壓站設置一套循環(huán)水系統,設置水泵、冷卻塔水處理設備、起重機、水池、泵房等;熱電站設置一套循環(huán)水系統,設置水泵、冷卻塔、水處理設備、水池等(3)節省投資對比優(yōu)化設計比傳統設計設備投資節省了37.9萬(wàn)元,具體見(jiàn)表1表1投資成本對照表傳統設計優(yōu)化設計經(jīng)濟效益水泵91.92水泵87.524.4冷卻塔252冷卻塔248水處理設備287水處理設備26423起重機11.5起重機6.5合計37.9單位:萬(wàn)元根據該工程總圖布局,循環(huán)水采用集成設計,設置一套循環(huán)水泵站,節省建設占地760m2,土建投資大大降低。見(jiàn)表2表2占地對照表傳統設計優(yōu)化設計經(jīng)濟效益地4320占地(m2)35607603.2設備優(yōu)化本項目設計采用新型水能風(fēng)機冷卻塔、EST環(huán)保型水處理設備、AMF砂濾器。(1)水能風(fēng)機冷卻塔此塔是將回水帶壓進(jìn)入塔頂中心水能風(fēng)機,以一定的流速和方向進(jìn)入轉輪葉片內,經(jīng)曲面葉道對水流產(chǎn)生約束,使水流不斷改變其壓力、流速的大小和方向,同時(shí)水流在轉輪葉片正反面產(chǎn)生壓力差,對轉輪產(chǎn)生反作用力,形式旋轉力矩使轉輪旋轉。轉輪經(jīng)直聯(lián)軸輸岀,帶動(dòng)頂部風(fēng)葉同步旋轉,產(chǎn)生滿(mǎn)是冷卻塔降溫所需抽風(fēng)量。釆用水能風(fēng)機冷卻塔,設備一次性投資比常規機械通風(fēng)冷卻塔高出124萬(wàn)元,但運行費用每年節省138萬(wàn)元,不到1年收回設備多投資成本,2年收回設備投資費用。見(jiàn)表3表3經(jīng)濟效益對比項目水能風(fēng)機冷卻塔機械通風(fēng)冷卻塔經(jīng)濟效益設備費用(萬(wàn)元)248124124電耗(Kw.h)運行費用(萬(wàn)元)138(2)EST環(huán)保型水處理設備EST利用電和化學(xué)交互作用或相互轉換的現象,在反應室內分布制造一個(gè)臨近陽(yáng)極的氧化反應環(huán)境和臨近陰極的還原反應環(huán)境,讓水垢在陰極預先析出并去除;不用任何化學(xué)藥劑,同時(shí)陽(yáng)極產(chǎn)生游離氯等殺菌劑殺滅徼生物、防止包括軍團菌在內的微生物污染、抑制腐蝕。采用EST環(huán)保型水處理設備,設備本身一次性投資(含安裝費)比常規化學(xué)處理設備高106.64萬(wàn)元,但年運行成本低201.01萬(wàn)元,經(jīng)濟效益顯著(zhù),且排污水質(zhì)單一,簡(jiǎn)單處理即可回用,環(huán)境效益明顯。見(jiàn)表4表4綜合數據對比項目EST化學(xué)處理描述設備200費用86化學(xué)處理方法是按軟水器和自動(dòng)加藥裝置聯(lián)合工作考慮,包括初次投放樹(shù)脂和藥劑。安裝費用249.6考慮設備占地面積,按建筑預算定額計算設備費合計202.24藥劑根據日常運行水處理劑添加方法,計算年投加阻垢費用105.6劑、緩蝕劑、殺生劑排污12.5638.72化學(xué)處理方法是按濃縮倍數3考慮計算,EST是按濃費用新水縮倍數6考慮計算的,這主要是根據各自運行最佳效費用26.2580.75果而定動(dòng)力費用3.2518主要考慮耗電的費用年運行42.06243.07單位:萬(wàn)元(3)AMF砂濾器AMF過(guò)濾器釆用單層次均值介質(zhì)過(guò)濾。濾料為同一粒徑介質(zhì)(全作為過(guò)濾層)。濾料高度40cm左右,介質(zhì)層淺反沖洗更充分。獨特的外形設計配合75個(gè)反洗水帽控制跑沙和漏濾,長(cháng)時(shí)間運行穩定性好。PLC可調節性全自動(dòng)控制,可適合水質(zhì)的變化,控制系統帶統計信息。采用壓力式可調節強力反洗,反沖洗充分、反沖效果好;各單元依次反沖,其他單元依然保持過(guò)濾,系統連續供水。設備維護非常容易,操作方便。占地面積較小,可根據實(shí)際情況自由組裝單元3.3控制系統的優(yōu)化系統采用PLC全系統控制,到達無(wú)人職守的要求,系統采取了根據液位自動(dòng)補水,自動(dòng)排污,液位有聲、光報警,水泵備用泵自投,同時(shí)采取就地和遠程操控形式。結語(yǔ)通過(guò)對本項目循環(huán)水系統的優(yōu)化設計,循環(huán)水系統的補充水不再進(jìn)行軟化處理、不添加化學(xué)藥劑,整個(gè)循環(huán)冷卻水系統運行良好,節約了水資源,沒(méi)有軟水器和化學(xué)藥劑,避免了樹(shù)脂再生廢水和藥劑對環(huán)境的二次污染,污水處理站處理費用大大降低,可以到達真正意義上的工程廢水零排放。集中設置循環(huán)水系統及先進(jìn)控制系統,將冷卻塔設置于水池頂上,節約了項目占地,方便日常運行巡檢及管理,無(wú)人職守,大大減少了人力和物力投入。水能風(fēng)機塔代替機械塔,充分利用了系統的余壓,通過(guò)余壓驅動(dòng)水能風(fēng)機,達到100%省電;通過(guò)對本項目設計優(yōu)化,節省設備投資37.9萬(wàn)元,節省建設占地760m2,節省年運行費用339.1萬(wàn)元。且在實(shí)際運行中良好,同時(shí)該套優(yōu)化設計運用在山東等地的氧化鋁廠(chǎng)循環(huán)水系統參考文獻:[1]馮旭東等給排水設計手冊一工業(yè)給水處理北京:中國建筑工業(yè)出版社[2]別大鵬.泵站設計規范.北京:中國計劃出版社,2011。