水泥厂循环冷却水系统节能措施探讨

陈臣 刘登强 郑江顺

中材建设有限公司（100176）

水泥厂循环冷却水系统节能措施探讨

中材建设有限公司（100176）

以国外某条5 000 t/d的水泥生产线为例，分析不同温升的工艺设备对循环冷却水系统的水量和能耗产生的差异，为水泥厂循环冷却水系统的节能措施提供一些参考性意见。

循环；冷却水系统；节能措施

工业循环冷却水系统对整个工厂的设备运行和安全有着极为重要的作用。在整个水泥工艺流程中，从原料粉磨、烧成窑中、水泥粉磨等工艺均需要循环冷却水。循环冷却水的主要作用就是通过热交换带走热量，以达到冷却设备的目的[1]。理论上而言，循环冷却水系统的循环水总量就是各工艺设备所需水量的总和。但在实际生产过程中，不同品牌的磨、风机等工艺设备所需的循环水量相差很大，其主要原因就是稀油站的冷却器温升有所不同。

1 水泥厂概况

以国外某5 000 t/d水泥生产线为例，该生产线采用的主要工艺设备是一套原料管磨、窑、煤磨和两套水泥管磨，所有设备稀油站冷却器的冷却水温升为5℃。

结合各设备用水量要求，计算出该生产线所需的循环冷却水总量为358.8 m3/h，主要是采用间开式循环冷却水系统（如图1所示）。

图1 循环冷却水系统图

2 循环冷却水系统节能措施

2.1 循环冷却水量

循环冷却水系统中的用水总量是通过各工艺设备用水量汇总而成的。循环冷却水系统主要作用就是带走设备在运行过程中产生的热量，达到冷却设备的目的。在实际生产过程中，工艺设备运行所产生的热量Q一般是一定的，根据公式（1）分析可知，所需冷却水量的大小与⊿t成反比。《水泥厂工艺设计规范》规定，机械设备轴承冷却水的给水温度宜小于32℃[2]。因此可以通过提高设备出水温度，即冷却器温升来达到减小系统循环水冷却水量的目的。

式中：Q——循环冷却水所需要带走的热量，单位J。C——水的比热，单位J/(kg·℃）。M——水的质量，单位kg。△t——设备出水与进水温差，单位℃。

根据多年设计经验发现，对于同类型设备，一般欧洲设备所需的冷却水量要远远小于国内设备所需水量，其主要原因就是国内设备温升一般为5℃，国外设备温升为10℃甚至更高。假设在不改变其工艺流程的基础上，采用冷却器温升为10℃的设备替换该生产线的主要设备。

表1 设备的冷却水不同温升所需的水量（m3/h）

从表1可以看出，循环用水量主要集中在原料磨和水泥磨系统，大约占总用水量的60%。原生产线循环冷却水系统所需的总循环水量为358.8 m3/ h，用冷却器温升为10℃的设备替换后的总循环水量为179.4 m3/h。与之前相比，后者用水量大约减少了50%，大大节约了水资源。因此，在进行设备采购时应尽量将原料磨和水泥磨系统中冷却设备选为温升为10℃。

2.2 降低系统能耗

在循环冷却水系统流程不变的前提下，随着循环冷却水总量的减少，相应的系统中主要设备参数也会发生变化。根据表2可以看出，随着设备冷却水的温升增大，系统中循环水泵、冷却塔、无阀滤池的能力和电机功率都大幅度减小。主要设备能力和功率减小意味着设备本身尺寸减小，与设备相连接的管道、阀门、等附件的尺寸减小，这不仅节约了土建工程量，而且也减少了设备采购成本。

表2 根据不同温升设计的循环冷却水系统主要设备参数

冷却塔和循环水泵是循环水系统中两个主要的用电设备。一般而言，设备电机功率越小，耗电量越小。根据收集的水泥厂资料可知，水泥厂全年运行近300 d，循环冷却水系统主要设备总的耗电量为102.96万千瓦时。当选择温升10℃设备后，根据计算可以得出全年总耗电量为69.12万千瓦时，大约节约了33.84万千瓦时电量。

表3 根据不同温升设计的循环冷却水系统主要设备的耗电量

3 结论和建议

择冷却器温升为10℃的工艺设备，能够节约50%的循环水量，更为重要的是随着循环水量的减少，循环冷却水系统中主要设备能力和电机功率大大降低了，从而节约了设备、附件的采购成本以及系统运行的电能消耗。因此，在采购工艺设备时，应尽量选择冷却器温升为10℃的设备,这将有助于控制整个项目的成本和能源消耗，对目前提倡的节能减排也有积极的意义。