水泥厂循环冷却水余热回收的应用与探讨

陈海兵

摘要：水泥厂内大部分的低温余热则没有得到很好的利用，且这部分的热量相当可观，足以满足水泥厂内建筑物自身制冷供热对能源的需求，有条件还可以对外输送冷热量。为了进一步节约能源，充分利用工业余热、废热，有效的将其转化到生产和生活当中，本文先探讨利用水泥工业的循环冷却水，通过分散式水源余热利用系统，有效的利用了这部分余热，减少了温室气体的排放，是一种节能又环保的余热利用系统。对水泥厂冷却水余热利用系统进行了经济社会效益的对比，提出了冷却水余热利用系统的优势，对水泥厂节能减排具有重要意义。

关键词：循环冷却水 余热利用 分散式 水源热泵 节能减排

在水泥企业，早期厂区辅助建筑的制冷一般采用风冷机组，采暖采用锅炉系统，相当于两套独立的冷热源供给系统。众所周知风冷空调机组的制热随着室外气温降低能效比下降，制冷随室外气温的升高能效比下降，此时会付出更多的电能，如果冬季采用锅炉系统，夏季采用风冷机组，不仅增加了系统的投资，也增加了后期的运营维护成本。近年来，一些新的空调技术如地源热泵、水源热泵等不断被应用。因此，用水源热泵系统替代风冷热泵和锅炉系统是一个很好的选择，在夏季水源热泵系统在冷却塔工况下运行，在冬季作为热回收机组进行采暖，全年都可以提供生活热水，真正的做到一机三用。采用此套系统不仅节省了能源消耗，而且利用了低温余热，减少了温室气体的排放。

一、冷却水余热利用的方法

（一）分散式余热利用系统的应用

分散式余热系统主要由工艺散热设备、冷却塔、水泵、水池、水处理设备、分散式水源热泵机组，冷却水管网、控制系统等组成，见下图。

该套系统工艺设备运转过程中产生了大量的低温余热，余热回收设备及水源热泵机组的加入，制冷时机组和工艺设备一样需要向冷却水中散热，制热时机组需要从冷却水中吸热，此时相当于为冷却水冷却。

由于冷却水管网敷设于水泥厂的主要车间，管网途经各个主要辅助建筑物，采用统一的管网，替代两个独立的管网系统，使材料费用和安装费显著减少，而且避免了冷却循环水侧的水泵、冷却塔、水处理等设备的重复投资，只需要放大设备或管道的规格就可以满足了。

在保加利亚2500TPD水泥厂中的辅助建筑中，分散式余热系统采用独立的小功率水源热泵系统，对单体建筑面积不大的电气室，我们采用20台水/风整体式水源热泵机组，单台制冷量不超过36kW，其中制冷量25kW的1台，30kW的2台，36kW的10台；对舒适性要求高的办公楼行政楼，采用6台水/水和水/风整体式水源热泵机组，其中制冷量46.7kW的2台，50.4kW的4台，对于更衣楼的浴室来说，要求出水温度能达到60℃，采用5台水/水式水源热泵机组共制热量63.8kW。该套系统将小型的热泵机组分别安装在不同的建筑物内，与集中式和分散式系统对建筑物供冷和供热相比，分散式系统节约了大量的投资。

（二）低温补热温度控制技术

由于冷却水的温度不仅跟环境温度有着紧密的关系，同时也跟设备运行状况有着直接的联系。当环境温度出现极值或者水泥厂某些设备检修时，冷却水水温就会出现变化。为了保证水源热泵机组的正常工作和合理的能效比，需要处理冷却水低温时应急情况。

针对这种情况，采用了低温补热温度控制技术，其示意图见下图：

在系统中主要设置了2个电动三通阀，一个温度传感器，一个止回阀，一个过滤器、一组水泵，一套加热设备和一路旁通，以及若干截断阀。当供水水温低于设定值时，循环泵启动、辅助加热器启动，此时热回收系统与冷却水系统各自独立循环，当供水水温高于设定值时，循环泵关闭、辅助电加热器关闭，热回收系统与冷却水系统并联运行；当热回收系统的主机待机或停机时，支管的冷却水供水和回水与冷却水管网断开。

在低温时此套单元不仅可以通过辅助的加热源进行补充热量，并把水源水温度控制在一个适合的范围，而且可以通过循环冷却水对水源水系统进行定压，具有稳定压力，和排除系统空气的功能，使得系统能够在极端严寒情况或者检修出现冷却水水温过低情况下，保证系统正常运行。

二、冷却水余热利用系统效益对比

（一）经济效益

与水泥厂常规设计相比较，分散式水源热泵系统在水泥厂工程造价与常规空调系统减少了，主要在管网及设备投资。采用分散式水源热泵系统在水泥厂内的应用与常规的中央空调相比，可节省投资182万元，为公司大大降低了投资成本，经济效益显著。

（二）社会效益

使用冷却水余热利用技术运行费用显著下降，可为用户带来可观的经济效益和節能减排成果。保加利亚的项目，该系统主要技术指标与同类技术的有着不可比拟的优势。该系统至今运行良好，改善了水泥厂内的办公及生活区的生活条件，室内温度均能满足设计要求，浴室加热系统运行可靠，经统计，全年节省用电708718 kW*h，节省用气178062.8 Nm3，共节省运行费用80万元，可节约标准煤549.3吨，减排CO2 1439.2吨。

三、冷却水余热利用系统的优势

（一）分散式余热利用系统

利用冷却水低温余热，采用分散式余热利用系统，整合冷却水管网资源，通过水/风整体式水源热泵机组对电气室、更衣楼、办公楼进行制冷和采暖，能效比远高于中央空调，减少了空调二次管网、站房内辅助设备的投资以及站房的土建投资。

（二）低温补热温度控制技术

采用低温补热温度控制技术，当系统出现冷却水温度过低时，自动监测和启动，保证了整套系统在水温异常时仍稳定可靠的运行，同时能够对系统进行稳压作用，解决了不稳定热源情况下水源热泵应用难题。

结束语：

随着能源匮乏和环境保护意思增强，水源热泵在工业方面的低温余热利用近几年也在兴起。冷却水余热系统的使用降低了水泥厂在空调系统的投资，降低了运行成本，节约了能源，减少了排放，分散式水源热泵系统的应用，回收了能源，提高了水泥厂能源的综合利用率。为推广水泥厂循环冷却水余热回收的利用具有现实的意义。

参考文献：

[1]闻讯.水泥回转窑系统余热回收分析与实施[D].山东大学，2014.

[2]杨琦.循环冷却水系统中的余热利用探讨[J]. 给水排水，2009，02：80-82.