煤化工装置中循环冷却水系统的节能设计

煤化工装置中循环冷却水系统的节能设计

发表时间：2018-11-16T19:19:44.923Z 来源：《基层建设》2018年第30期作者：吴瑞

[导读] 摘要：介绍了我国煤化工装置的主要分布，对煤化工装置中循环冷却水系统的分类及选用原理进行了阐述。

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摘要：介绍了我国煤化工装置的主要分布，对煤化工装置中循环冷却水系统的分类及选用原理进行了阐述。探讨了循环冷却水系统内的能耗及节能设计，对煤化工行业的节能减排提供了一定的参考。

关键词：煤化工；循环冷却水系统；节能；设计

一、循环冷却水系统内的设备节能选型

1.1冷却塔的节能选型要点

（1）水动风机冷却塔

水动风机冷却塔较常规冷却塔具有明显的优势，其不再是以电力驱动的机械通风式，而是以水轮机取代电机作为冷却塔风机的动力源，驱动风机旋转，达到通风换热的目的，而水动风机的动力则来自于循环冷却水系统的余压，是系统节能设计的一大亮点和特色。当然，系统存在余压可利用是选用此类型冷却塔的关键。一般来说，在循环冷却水系统设计过程中，为了保证工艺设备的换热效果，设计余量偏大。一般大于0.1~0.3MPa，如此富余的压头足以推动水轮机运转。此外，对于煤化工装置，有可能出现易燃易爆的工艺介质（如合成气）窜入到循环冷却水系统中，从而对冷却塔的风机提出了防爆要求。在此背景下，如选用水动风机冷却塔则既可实现能量的综合利用，又可免去防爆电机配置，不论是从经济上还是从安全角度考虑，都是非常合理的。

（2）喷雾冷却塔

喷雾冷却塔是利用循环冷却水系统的余压，通过喷雾推进雾化器，形成雾流（由细小水粒、雾粒、水泡组成），雾流脱离喷嘴后在冷却塔内与空气作用形成反力，推动喷头快速反方向运动，促进了空气在冷却塔内的对流，实现了循环冷却水温度降低和节能的双重目的。一般情况下，当循环冷却水的余压达到0.12MPa以上时，喷嘴内的流速可以达到15ｍ/ｓ以上，风筒内风速可以达到25ｍ/ｓ以上。目前，喷雾冷却塔主要为高效喷雾通风冷却塔和ＨＪＰ型喷雾冷却塔２种，ꎮ实际运用数据表明，高效喷雾通风冷却塔与普通冷却塔的冷却效果相当，HJP型喷雾冷却塔是通过采用相变冷却的工作原理来实现循环冷却水降温的目的，该类冷却塔对于处理温度较高的循环冷却水回水的效果非常好，HJP型喷雾冷却塔不但运行效果好。ꎮ

（3）普通冷却塔

普通冷却塔是以电力驱动的机械通风式冷却塔，其处理能力是按照工艺最大能力及夏天最大热负荷的条件选定的，但在实际运行中，往往因气候、季节、负荷等多因素而导致设计富余量较大，使得设备经常在低负荷下运行，造成了不必要的浪费，包括初始投资和运行费用。近年来，交流变频调速技术在工业装置中得到了广泛的应用，其有利于调节风机转速及输出功率，还可在多台风机同时运行的情况下，调节风机开启的台数，从而达到系统节能降耗的目的。

1.2循环水泵的变频设计

在循环冷却水系统中，另一个耗能大户是循环水泵，循环水泵的能耗虽高，但也是可以通过采取一定的措施来加以控制或降低的，对于冷却水量变化较大的系统。当前比较通行的做法是通过节流方式对流量加以调节，此法虽然简单，但是却人为地增加了系统的阻力，造成能量的损失。而且循环水泵不能在高效区运行，出现“大马拉小车”的现象，具体的解决方案是采用变频调速技术，通过变频调速技术改变水泵电机转速，进而调节水泵流量。这样一来，既可以实现系统内的流量调节，又可有效地保证循环水泵能够始终在高效区运行，对电能的节约大有裨益。从以上分析可以看出，水动风机冷却塔、喷雾冷却塔、普通冷却塔、循环水泵等各有优缺点，选型和运行方案没有统一的标准，关键在于结合项目所在地的自然环境、项目自身的特点、项目外部资源环境以及项目投资、长期运行回报等多维度进行综合考虑，确定最优选型及运行方案，从而实现煤化工项目中循环冷却水系统设计的综合节能。

二、循环冷却水系统内能耗点及节能设计

2.1系统总水量的节能设计

循环冷却水系统的总水量是由其服务的用户（各装置内动设备、换热设备等）的需求来决定的，用户越多、水量越大、相应的电耗也越多，在进行循环冷却水系统水量设计的时候，通常是将各用户所需求的分水量的最大值进行累加，也就是说将循环冷却水系统的水量视为一个确定的和唯一的数值，但从煤化工装置运行的实际情况来看，这种做法是粗犷的，对整个项目来说也是不经济的，有节能降耗的潜力可挖。

（1）结合运行工况需要。合理确定用户的用水需求，虽然每个用户对冷却水的需求都有一个范围，但是并不是所有用户均会在同一时间点内出现用水峰值，ꎬ需要对每个用户进行合理分析。验证制造商提供的需求参数是否合理后，综合考虑确定用户的水量需求，从而得到合理的循环冷却水系统用水总量。当然，对于富水地区，总水量的多与少似乎不是问题。但是水量的不合理增加势必造成循环冷却水站、循环冷却水管网等设备及管道的选型增大，导致浪费大量的资金。

（2）合理设计循环冷却水的供回水温度。合理确定系统循环冷却水总水量，循环冷却水的作用就是将用户的富余热量带走，保证用户的稳定运行，用于计算循环冷却水水量的公式为Ｗ＝Ｑ•γ•（ｔ2－ｔ1）。其中：Ｗ为用户的富余热量；ｔ1为循环冷却水的供水温度；ｔ2为循环冷却水的回水温度；Ｑ为循环冷却水量；γ为水的比热容，在计算循环冷却水量的时候，用户的富余热量Ｗ是一个定值，供水温度ｔ1也是一个定值。从此可见，只要提升回水温度ｔ2，提升供回水温差，就可以减少循环冷却水的水量，如将供回水温差由10℃提高到12℃，就可以使循环冷却水量降低16.7％。

2.2系统管路的节能设计

在对循环冷却水管路进行设计的时候，要结合总图布置，对循环冷却水系统进行综合考量，力求管路的沿程损失和局部损失最小，特别是局部损失，从而可以降低循环水泵的出力。总的来说，循环冷却水水力失衡产生的原因及采取的相应措施如下：

（1）将用水要求相差较大的用户设置在同一个循环冷却水系统内，此类系统上的缺陷可通过循环冷却水系统合理的规划和划分来解决。

（2）管径选取的缺陷，使得同一循环冷却水系统内不同用户之间的水头损失相差较大，此类情况可以通过合理选择管网管径，实现循