焦化企业循环水系统能耗分析

门枢+李泽峰+王翼

摘 要 本文通过对焦化企业循环水系统能耗进行计算分析，得到循环水系统的能耗组成及其能耗高低；分析了影响能耗的关键因素，并提出能耗优化的建议。

关键词 焦化企业；循环水系统；能耗

中图分类号 TQ52 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）13-0037-02

循环水系统作为焦化企业必不可少的一部分，其能耗不可忽视。理清循环水系统中各个单元的单元能耗，找出影響能耗的关键因素，对降低循环水系统能耗有着重要意义。

1 循环水系统的组成

焦化循环水系统的组成[1]见图1。

2 分析条件及依据

某焦化企业，焦炭产量200万t/a，煤气量约10万Nm3/h，配套干熄焦及发电，设置独立循环水系统，包含煤气净化循环水、低温水、干熄焦及发电循环水。

重要耗能单体的能耗计算公式如下，水泵能耗可按式（1）计算[2]。

3 能耗分析

3.1 能耗组成分析

图2列出了各循环水单元耗能工质的消耗情况。从耗能工质角度分析，对于煤气净化循环水，其能耗主要为电耗，占系统能耗的96%，其中循环水泵能耗占83%，冷却塔风机电耗占17%，辅助设施包括加药装置，排水泵，吊车等，其能耗不足总能耗的0.5%。循环水补水能耗占系统能耗的4%，主要用来补充循环水冷却过程中水的损失以及排污。低温水主要的能耗是制冷机的蒸汽消耗，占低温水系统能耗93%。相比之下，低温水泵、制冷循环水泵、冷却塔风机的电耗之和仅占系统能耗的7%。发电循环水由于工艺流程与煤气净化循环水相近，因此能耗组成也与其相近，电耗，水耗分别占96%、4%。

图3列出了各耗能单体的能耗组成情况。从图中可以看出，制冷机是最大的耗能单体，占总能耗的72%，基本全部为蒸汽消耗。其次是各循环水泵的能耗，占总能耗的23%。各系统的冷却塔风机电耗占总能耗的3.5%。

水泵能耗中，煤气净化循环水泵的能耗最高，主要是由于该系统供水流量大、压力高、所需轴功率较大，且水泵连续运行。发电循环水流量与煤气净化相当，但供水压力较低，因此，其能耗略低于煤气净化循环水泵。低温水泵虽连续运行且压力较高，但其流量要求远小于上述两个系统，因此，其能耗低于上述两个系统。制冷循环水泵因其间断运行且流量压力均不高，因此其能耗较低。其它水泵例如干熄焦循环水泵、上塔泵等因其流量较小，所以在总能耗中所占比例很小。

风机的能耗中煤气净化循环水冷却塔风机能耗最高，主要原因是该系统冷却水量大，冷幅高，因此，需要的风量大，导致风机轴功率大，能耗高。发电循环水冷却水量与煤气净化相当，但冷幅较低（一般煤气净化循环水要求13℃温差，而发电仅需要8℃），因此，对风量要求较低、轴功率小、能耗低。制冷循环水冷却塔风机在夏季为制冷循环水服务，冬季为低温水服务，其水量小，冷幅低，在风机中能耗最低。

3.2 吨产品能耗分析

由表2可知，煤气净化循环水系统压力高、流量大且连续运行，其耗能相应较大，占总能耗的15%；低温水系统因蒸汽消耗量大，且蒸汽焓值高，其能耗远高于电能的消耗，占整个循环水系统能耗的77%。发电循环水虽然水量大，但供水压力低，其总能耗仅占总能耗的8%。

吨焦能耗反映了焦炭生产与循环水系统的能耗的关系。由表2可知，整个循环水系统的能耗约占整个焦化工序能耗的4%（由于干熄焦发电并不在焦化工序范围内，因此，该数据不包含发电循环水的能耗）。

吨水能耗从另一个角度体现了循环水系统的能耗情况。它反映了单位产品所消耗的能量，当循环水作为某一个子工序的耗能工质输入时，表2中的吨水能耗可作为折标系数用于该子工序的能耗计算。

4 节能分析

通过上述分析，明确了耗能单体主要为制冷机，循环水泵以及冷却塔风机，通过降低重要耗能单体能耗，可有效的实现整个系统的节能。

对于制冷机，优化其制冷机内部换热过程，提高换热效率是降低能耗的最直接途径，但制冷机发展至今，其内部优化几乎已经做到极致，很难再有明显的提高。优化工艺流程，是降低制冷机能耗的另一个途径。通过低温水与制冷循环水系统的切换，实现低温水通过冷却塔降温，从而降低制冷机运行时间，是目前最有效，且普遍采取的一种措施。

对于水泵的流量、扬程以及效率，是影响水泵能耗的主要因素。因此，水泵选型时应注意以下几点：1）流量的确定取决于换热量，选择高效的换热设备，提高换热效率，可降低循环水用量；2）优化管路设计，降低沿程及局部阻力损失，同时尽量降低富裕水头，避免过高扬程造成的浪费，从而确定合理的水泵扬程；3）根据水泵特性曲线和管路特性曲线，明确水泵工况点，工况点应处于所选水泵高效区的下降段。

对于冷却塔风机，风量、风压是影响风机能耗的主要因素。降低风机能耗，可以从以下几点入手：1）优化布水系统，使水与空气充分换热，提高换热效率，从而降低风量；2）选用热力性能好、通风阻力小的新型填料可有效降低冷却塔所需风量及风压；3）优化冷却塔内部结构，选择合适的塔内风速，以降低塔内局部阻力；4）变频风机可根据气候变化调整运行工况，从而实现节能的目的[4]。

5 结论

尽管焦化企业循环水系统能耗在焦化工序能耗中所占的比例很小，但如果将每个单元优化，节约的能源也相当可观。企业应从重要的耗能单体入手，找到影响能耗的关键因素，通过提高装备水平、优化工艺流程、采用先进的管理方式等方法，最终实现节能降耗的目标。

参考文献

[1]王笏曹.钢铁工业给水排水设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2002.

[2]姜乃昌.泵与泵站[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3]华东建筑设计研究院有限公司.给水排水设计手册.第4册，工业给水处理[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[4]赵振国.冷却塔[M].北京：中国水利水电出版社，1996.