敞開(kāi)式凈循環(huán)水系統最優(yōu)濃縮倍數的探討(上)

摘要:運用生命周期成本法分析了首鋼京唐鋼鐵公司某敞開(kāi)式凈循環(huán)水系統的生命周期成本。對該系統在運行過(guò)程中涉及的各項成本進(jìn)行量化分析，并且隨季節變化而改變系統邊界條件，從而得出不同的濃縮倍數的優(yōu)化結果。關(guān)鍵詞:敞開(kāi)式;凈循環(huán)水系統;濃縮倍數:生命周期成本敞開(kāi)式凈循環(huán)水系統最優(yōu)濃縮倍數的探討(上)張建紅'，吳禮云'，劉正發(fā)"，陳志新*.徐明"， 李金輝3(1.首鋼技術(shù)研究院，北京100043; 2. 首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北曹妃甸063200;3.首鋼新鋼有限責任公司動(dòng)力廠(chǎng)，北京100041; 4. 北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司，北京100043;5.唐山首鋼寶業(yè)鋼鐵有限責任公司，北京100041)盡管我國水資源短缺，但是技術(shù)限制和管理落間接冷卻水，因此選取某個(gè)凈循環(huán)冷卻水系統為研后等原因造成的浪費水現象仍然十分嚴重。據不完究對象，對其生命周期成本進(jìn)行分析。全統計，國內平均噸鋼新水牦最是國外先進(jìn)企業(yè)的1.1內部成本IC環(huán)呆近4倍，其他工業(yè)產(chǎn)品的單位耗水量均比國外高數內部成本是指傳統跟生產(chǎn)有關(guān)(原料、能源、人23倍。我國冶金工業(yè)水重復利用率平均不到70%，而力資源、設備等)的費用、潛在費用和不可估算費發(fā)達國家高達90%。用。循環(huán)冷卻水系統的內部成本構成主要包括以下水的循環(huán)利用是冶金企業(yè)用水的基本特征，而幾個(gè)方面:補水費IC,水泵電費IC2,冷卻風(fēng)機電濃縮倍數是衡量節水的一個(gè)重要技術(shù)經(jīng)濟指標。同費IC;.排污費IC,，緩蝕阻垢藥劑費ICs.殺菌滅時(shí)，提高循環(huán)冷卻水的濃縮倍數，也是節水減排的藻藥劑費IC。以及系統設備折舊、維護費IC, (人力.重要手段。但是濃縮倍數并非越高越好，濃縮倍數資源費等一般為定值，在此不考慮)。過(guò)高后對水質(zhì)穩定配方，藥劑性能的要求更加苛1.1.1 補水費1C;刻，藥劑的費用將大幅度增加。因此必須對循環(huán)冷N(xiāo)a.補水量Qm =-(1)卻水系統在不同濃縮倍數條件下的生命周期成本進(jìn)N-1+ a行分析，從而確定最優(yōu)濃縮倍數。式中: Qm--系統補水量， m>/h,N--循環(huán)水濃縮倍數;1循環(huán)冷卻水系統生命周期成本分析a一-蒸發(fā)損失量(a=^T/6oo，0 T為冷生命周期成本法是將企業(yè)生命周期內的各種成卻塔進(jìn)出口溫差。由于冬季氣溫很低，接觸傳熱量本，包括環(huán)境成本都納入其涵蓋范圍之內的一種考可占總傳熱量的50%以上，甚至70%左右,夏季氣慮了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全部環(huán)境影響的成本計劃與控制溫較高，接觸傳熱量甚小，蒸發(fā)傳熱占主要地位，其方法。生命周期成本(LCC) 包含:內部成本(IC:傳熱量可占總傳熱量的80%~90%。因此在各季節企業(yè)再生產(chǎn)過(guò)程中所用原料、公用工程的成本費冷卻塔進(jìn)出7澳*縣去差則的n互季取△T= 10用)。外部環(huán)境成本內部化，即外部成本(EC:產(chǎn)c，春中國煤化工取OT=4c.),品生命周期過(guò)程中所有環(huán)境費用的總和)。. CNMH G由于鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中有70% ~ 80%的冷卻水為據此可計算不同濃縮倍數下的補水費用:部分藥劑，而進(jìn)入系統的補充水不含藥劑，這將導__Qm直.(2)IC1=- 10000致循環(huán)冷卻水中的藥劑濃度下降，不能達到預期效式中: IC,--系統補水費用，萬(wàn)元/季度，果。因此，應不斷向循環(huán)冷卻水中補充藥劑，以確f--水費單價(jià)，元/m'.保循環(huán)冷卻水中的藥劑濃度相對穩定。另外，如系1.1.2 循環(huán)供水泵電費統中有銅或銅合金換熱設備時(shí)，循環(huán)冷卻水處理應由于清循環(huán)冷卻水系統是通過(guò)管網(wǎng)壓力進(jìn)行補投加銅緩蝕劑或采用硫酸亞鐵進(jìn)行銅管成膜。銅緩水的，因此在各濃縮倍數條件下用電量是一樣的，蝕劑用量較少，一般可與緩蝕阻垢劑混勻-起投p:加。緩蝕阻垢劑加藥量為:A.=P .4(3)(9)G,= 1000(N- 1)= 1000N式中: A-供水泵耗電量，kWh/季度;P.-- -水泵的功率，kW I式中: G,--系統正常運行時(shí)單位時(shí)間內的加藥t;--供水泵運行時(shí)間，h.量，t/季度:因此水泵電費為:蒸發(fā)水量Q=(N-I)axQ(10)Qm .在(4)g--單位體積循環(huán)水緩蝕阻垢劑的加藥量，.IC2=- 10000式中: IC2-一供水泵電費， 萬(wàn)元/季度;mg/L.則系統緩蝕阻垢劑的費用即為:t,--電費單價(jià)，元/kWh.1.1.3 冷卻鳳機電費IC, ;10000G.t.去(11)節在相同的工況下，熱負荷一定，冷卻塔的冷卻式中: 1C,--系統藥劑費用，萬(wàn)元/季度, .能|數也是相同的，根據冷卻塔的性能曲線(xiàn)可知，水氣1,--緩蝕阻垢劑單價(jià)，元/t.環(huán)保比也是相同的，即風(fēng)機的風(fēng)量也是相同的，因此在1.1.6 呆菌滅藻藥剌費24不同的濃縮倍數下風(fēng)機的功率也是一樣的。 然而，循環(huán)冷卻水系統的水溫和pH值均適宜微生物吊|由于各季節蒸發(fā)傳熱量不一樣，因此風(fēng)機的運行時(shí)生長(cháng)，冷卻塔塔下水池又常年露置室外，陽(yáng)光充足，間也不一樣。風(fēng)機耗電量為:這更給微生物的生長(cháng)繁殖創(chuàng )造了條件。微生物主要(5)A2=R.右是蘭藻類(lèi)，它們的存在不僅使水質(zhì)惡化，還與其它式中: A2--風(fēng)機耗電量，kWh/季度，有機或無(wú)機雜質(zhì)構成粘垢附著(zhù)、沉積在系統內，增P,--風(fēng)機的功率，kW;加了水流阻力，井且嚴重地降低了熱交換設備的傳t,--風(fēng)機運行時(shí)間，h.熱效率，粘垢不僅妨礙緩蝕劑發(fā)揮其防腐蝕功能，因此風(fēng)機電費為:甚至促進(jìn)腐蝕過(guò)程。因此，必須采取透當措施控制.(6)菌藻類(lèi)在循環(huán)冷卻水中的生長(cháng)繁殖。目前冶金企業(yè)1C;=- 10000 -最常用的殺生劑是氧化型殺菌劑。殺菌滅藻劑的加1.1.4排污費藥量為:排污量為:(7), 'g.(12)h”N-1+aG。=1000式中: 0n--系統排水量，m*/h.式中:G.--系統正常運行時(shí)單位時(shí)間內的加藥據此可以計算出不同依縮倍數條件下的系統排量， t/季度，.單位體積循環(huán)水殺菌滅藻劑的加藥污費，即:(8)量， mg/L.IC. = 10000- .t則系統殺藺天藩劑的費用即為:式中: IC.- -系統排污費，萬(wàn)元/季度:中國煤化工(13)1,--排污費費單價(jià)，元/m'.MHCNMH G萬(wàn)元/季度:1.1.5緩蝕阻垢藥剌費不機劃川諷川'伴隨系統運行，風(fēng)吹損失及排污損失均會(huì )帶走f,--緩蝕阻垢劑單價(jià)，元/t,ts--殺菌滅藻劑投加時(shí)間，h?？紤]夏季高f。--水資源附加費，元/m'.溫季節時(shí)菌藻繁殖旺盛，危害明顯，因此采用夏季1.2.2 發(fā)電排放附加費連續投加方式，gc 取值0.5~0.8mg/L,其余季節在發(fā)電過(guò)程中會(huì )排放CO2. SO2. NOx以及粉.采用間歇投加方式，春秋季gc取值2~4mg/L，一塵等環(huán)境有害物質(zhì)，根據估算的各污染物的環(huán)境價(jià)天投加兩次，每次3h;冬季gc取值2~ 4mg/L,一值所得出的發(fā)電過(guò)程中各污染物的排放最就可以計天投加兩次，每次2h.算其環(huán)境成本，即:1.1.7 系統設備折舊、維護費A.E0,V(18)在高濃縮倍數下，由于冷卻水中的含鹽最逐步10000增高，金屬設備表面形成的腐蝕電池的腐蝕電流增A= EA= A.+A2(19)大，腐蝕速率就會(huì )加快，從而導致系統設備加速折式中: EC2--發(fā)電排放附加費，萬(wàn)元/季度，舊。因此，必須保證系統在合理的濃縮倍數下運行。A --系統耗電量，kWh/季度;根據在不同濃縮倍數下設備腐蝕情況的試驗數據,6;- - 第i項污染物的環(huán)境價(jià)值單位，元/t,設備折舊率模型近似可用指數函數形式表示，即:V,--第i項污染物的排放量，t/kWh.η= a●eN(14)幾種主要污染物的環(huán)境價(jià)值見(jiàn)表1。式中: n--設備折舊率，%;表1幾種主要污染物的環(huán)境價(jià)值a, b--系統設備折舊系數，可轉化為最污染物CO，SO, NOx_CO廢水小二乘擬合曲線(xiàn)求解。環(huán)境價(jià)值(元/t)6000 800010000.8折舊費即為系統設備的一次投資與折舊率的乘1.2.3 廢水排污附加費節積，即:廢水排放必將對環(huán)境造成不同程度的危害，因IC,-c.刀(15)此有必要對廢水的環(huán)境價(jià)值進(jìn)行估算。廢水排放附式中: IC,--系統設備折舊費，萬(wàn)元/季度，加費為廢水的排放量與廢水環(huán)境價(jià)值的乘積，即:| 25]c--設備一次投資費用，萬(wàn)元。Q .fEC;= 10000 t(20)該循環(huán)冷卻水系統的內部成本即為:式中: EC,---廢水排放附加費，萬(wàn)元/季度,IC= EICf,--廢水環(huán)境價(jià)值，元/t。= IC:+IC:+IC;+IC+IC;+IC+IC,(16)1.2.4緩蝕阻垢劑使用排放附加費1.2外部成本外部成本指有關(guān)企業(yè)公益活動(dòng)和社會(huì )責任的費由于藥劑在生產(chǎn)、制造及使用過(guò)程中會(huì )造成環(huán)5用(如廢物排放導致的環(huán)境影響費、污染挖制費、處境的損害，因此須計算出在不同濃縮倍數下系統所置費、生態(tài)修復費和回收回用費等)。循環(huán)冷卻水系添加的藥劑量，再根據其造成的環(huán)境污染物的環(huán)境統的外部成本主要包括水資源附加費，發(fā)電排放附價(jià)值來(lái)估算藥劑消耗所造成的環(huán)境價(jià)值，即:G.gθ;V加費，廢水排污附加費，緩蝕阻垢劑使用排放附加.ECs=- 10000 - 4(21)費，殺菌滅藻劑使用排放附加費，設備折舊再造附式中: EC-緩蝕阻垢劑消耗附加費，萬(wàn)元/季度;加費。V,--第i項污染物的排放量，t/t。1.2.1水資源附加費模型中補水主要考慮為工業(yè)水，若要轉化為對1.2.5殺菌天藻剌使用排放附加費水資源的消耗就必須找出工業(yè)水的產(chǎn)出系數，那么G.2θV水資源附加費即為:EC,=- 1. .t(22)EC =: Qm.μ.fo(17)式中:"中國煤化工費，萬(wàn)元/季式中: EC1--水資源附加費，萬(wàn)元/季度;度:CNMHGμ--工業(yè)水產(chǎn)出系數:一般自用水率為.書(shū)1項門(mén)朵物則俳放重，t/t。5%-10%，可取μ為1.06,(未究待續)