淺談循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計沈琪趙波2張旭3東北大學(xué)設(shè)計研究院有限公司遼寧沈陽110013摘要:針對氧化鋁廠循環(huán)水系統(tǒng)冷卻塔及旁濾系統(tǒng),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?zhèn)鹘y(tǒng)離子交換和高速過來系統(tǒng),采用循環(huán)水集中設(shè)置代替分散設(shè)置等優(yōu)化設(shè)計,使得循環(huán)水運行節(jié)省電耗,節(jié)省占地,方便管理,同時避免藥劑二次污染關(guān)鍵詞:節(jié)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中圖分類號:TE683文獻標(biāo)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,全廠水循環(huán)利用率為95.9%。根據(jù)總圖總體布局和各工段的用水需求,全廠設(shè)置5套循環(huán)水系統(tǒng):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(shè)計進行論述,該套循環(huán)水采用集成化設(shè)計,包括三套循環(huán)水系統(tǒng),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(shè)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,通過分水器恒壓后通過冷卻塔冷卻,將水溫為50C循環(huán)水冷卻至35℃C后進入冷水池,再經(jīng)循環(huán)水水泵加壓送至用水點;其中,綜合過濾板式換熱器冷卻循環(huán)回水需經(jīng)減壓后進如分水器恒壓上塔,且在循環(huán)給水系統(tǒng)中,綜合過濾板式換熱器由于供水壓力為0.MPa,故單獨設(shè)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(jù)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后進入冷水池,系統(tǒng)配置4臺冷水泵加壓后送至熱電站主廠房,三用一備;為了改善循環(huán)水水質(zhì),特設(shè)兩臺旁濾水泵,一用備王王:.觀50圖3、布置方式、設(shè)備選型及控制系統(tǒng)的優(yōu)化3.1布置方式優(yōu)化(1)傳統(tǒng)設(shè)計分解分級、精液熱交換設(shè)置一套循環(huán)水系統(tǒng),設(shè)置水泵、冷卻塔、水處理設(shè)備、起重機、水池、泵房等;空壓站設(shè)置一套循環(huán)水系統(tǒng),設(shè)置水泵、冷卻塔、水處理設(shè)備、起重機、水池、泵房等;熱電站設(shè)置一套循環(huán)水系統(tǒng),設(shè)置水泵、冷卻塔、水處理設(shè)備、起重機、水池、泵房等。(2)優(yōu)化設(shè)計根據(jù)氧化鋁工藝設(shè)備用水特點,將水質(zhì)要求相似、用水參數(shù)相近的循環(huán)水系統(tǒng)合并,減少系統(tǒng)數(shù)量,節(jié)省投資。分解分級、精液熱交換、空壓站設(shè)置一套循環(huán)水系統(tǒng),設(shè)置水泵、冷卻塔水處理設(shè)備、起重機、水池、泵房等;熱電站設(shè)置一套循環(huán)水系統(tǒng),設(shè)置水泵、冷卻塔、水處理設(shè)備、水池等(3)節(jié)省投資對比優(yōu)化設(shè)計比傳統(tǒng)設(shè)計設(shè)備投資節(jié)省了37.9萬元,具體見表1表1投資成本對照表傳統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化設(shè)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(shè)備287水處理設(shè)備26423起重機11.5起重機6.5合計37.9單位:萬元根據(jù)該工程總圖布局,循環(huán)水采用集成設(shè)計,設(shè)置一套循環(huán)水泵站,節(jié)省建設(shè)占地760m2,土建投資大大降低。見表2表2占地對照表傳統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計經(jīng)濟效益地4320占地(m2)35607603.2設(shè)備優(yōu)化本項目設(shè)計采用新型水能風(fēng)機冷卻塔、EST環(huán)保型水處理設(shè)備、AMF砂濾器。(1)水能風(fēng)機冷卻塔此塔是將回水帶壓進入塔頂中心水能風(fēng)機,以一定的流速和方向進入轉(zhuǎn)輪葉片內(nèi),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,同時水流在轉(zhuǎn)輪葉片正反面產(chǎn)生壓力差,對轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生反作用力,形式旋轉(zhuǎn)力矩使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)輪經(jīng)直聯(lián)軸輸岀,帶動頂部風(fēng)葉同步旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生滿是冷卻塔降溫所需抽風(fēng)量。釆用水能風(fēng)機冷卻塔,設(shè)備一次性投資比常規(guī)機械通風(fēng)冷卻塔高出124萬元,但運行費用每年節(jié)省138萬元,不到1年收回設(shè)備多投資成本,2年收回設(shè)備投資費用。見表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(shè)備費用(萬元)248124124電耗(Kw.h)運行費用(萬元)138(2)EST環(huán)保型水處理設(shè)備EST利用電和化學(xué)交互作用或相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象,在反應(yīng)室內(nèi)分布制造一個臨近陽極的氧化反應(yīng)環(huán)境和臨近陰極的還原反應(yīng)環(huán)境,讓水垢在陰極預(yù)先析出并去除;不用任何化學(xué)藥劑,同時陽極產(chǎn)生游離氯等殺菌劑殺滅徼生物、防止包括軍團菌在內(nèi)的微生物污染、抑制腐蝕。采用EST環(huán)保型水處理設(shè)備,設(shè)備本身一次性投資(含安裝費)比常規(guī)化學(xué)處理設(shè)備高106.64萬元,但年運行成本低201.01萬元,經(jīng)濟效益顯著,且排污水質(zhì)單一,簡單處理即可回用,環(huán)境效益明顯。見表4表4綜合數(shù)據(jù)對比項目EST化學(xué)處理描述設(shè)備200費用86化學(xué)處理方法是按軟水器和自動加藥裝置聯(lián)合工作考慮,包括初次投放樹脂和藥劑。安裝費用249.6考慮設(shè)備占地面積,按建筑預(yù)算定額計算設(shè)備費合計202.24藥劑根據(jù)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(shù)3考慮計算,EST是按濃費用新水縮倍數(shù)6考慮計算的,這主要是根據(jù)各自運行最佳效費用26.2580.75果而定動力費用3.2518主要考慮耗電的費用年運行42.06243.07單位:萬元(3)AMF砂濾器AMF過濾器釆用單層次均值介質(zhì)過濾。濾料為同一粒徑介質(zhì)(全作為過濾層)。濾料高度40cm左右,介質(zhì)層淺反沖洗更充分。獨特的外形設(shè)計配合75個反洗水帽控制跑沙和漏濾,長時間運行穩(wěn)定性好。PLC可調(diào)節(jié)性全自動控制,可適合水質(zhì)的變化,控制系統(tǒng)帶統(tǒng)計信息。采用壓力式可調(diào)節(jié)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濾,系統(tǒng)連續(xù)供水。設(shè)備維護非常容易,操作方便。占地面積較小,可根據(jù)實際情況自由組裝單元3.3控制系統(tǒng)的優(yōu)化系統(tǒng)采用PLC全系統(tǒng)控制,到達無人職守的要求,系統(tǒng)采取了根據(jù)液位自動補水,自動排污,液位有聲、光報警,水泵備用泵自投,同時采取就地和遠程操控形式。結(jié)語通過對本項目循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計,循環(huán)水系統(tǒng)的補充水不再進行軟化處理、不添加化學(xué)藥劑,整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行良好,節(jié)約了水資源,沒有軟水器和化學(xué)藥劑,避免了樹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(shè)置循環(huán)水系統(tǒng)及先進控制系統(tǒng),將冷卻塔設(shè)置于水池頂上,節(jié)約了項目占地,方便日常運行巡檢及管理,無人職守,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(tǒng)的余壓,通過余壓驅(qū)動水能風(fēng)機,達到100%省電;通過對本項目設(shè)計優(yōu)化,節(jié)省設(shè)備投資37.9萬元,節(jié)省建設(shè)占地760m2,節(jié)省年運行費用339.1萬元。且在實際運行中良好,同時該套優(yōu)化設(shè)計運用在山東等地的氧化鋁廠循環(huán)水系統(tǒng)參考文獻:[1]馮旭東等給排水設(shè)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(shè)計規(guī)范.北京:中國計劃出版社,2011。