石化厂污水达标排放改造项目的节能措施分析

摘要：目前，延安市某石化厂通过工艺改造升级、新增污水处理设施和设备等改造工程，实施石化厂污水达标排放改造项目。为降低能源消耗，节约企业的运营成本，针对石化厂污水处理特点和现状，提出具体节能措施，量化节能量，并评估其节能措施的经济性，在保障污水达标排放前提下，为企业节能降耗工作提出合理建议。

关键词：节能措施；节能效果分析；经济性评估

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）07-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.068

Analysis of Energy-Saving Measures for the Renovation Project of Petrochemical Plant Sewage Discharge Up to Standards

GENG Dan， JIANG Bo， GENG Lin

（Xi’an Jingtian Investment Consulting Co.， Ltd.， Xi’an 710005， China）

Abstract： At present， a petrochemical plant in Yan’an City， through process modification and upgrading， new wastewater treatment facilities and equipment and other renovation projects， the implementation of petrochemical plant wastewater discharge standards renovation project. In order to reduce energy consumption and save the operating costs of the enterprise， specific energy-saving measures are proposed for the characteristics and current situation of the petrochemical plant’s sewage treatment， quantify the energy savings， and evaluate the economics of its energy-saving measures， and make reasonable suggestions for the enterprise’s energy-saving and consumption reduction work under the premise of ensuring that the sewage meets the standard discharge.

Keywords： energy-saving measures; energy-saving effect analysis; economic evaluation

石化工业废水具有污染物成分复杂，种类多，水质波动大等特点，‌如果处理不当，‌将严重威胁环境和人类的健康。延安市某石化厂为确保污水达标排放，通过工艺改造升级，新增污水处理设施和设备等改造工程，实施石化厂污水达标排放改造项目。根据项目能耗测算，改造后年综合能源消费增量为564.19 tce。为实现企业节能减排与可持续发展，从节能降耗的角度，针对石化厂污水达标排放改造项目特点、现状及用能情况，提出节能措施，为石化厂提高能源使用效率、降低能源消耗、节约运营成本以及增加环境效益提供参考。

1 建设背景

延安市某石化厂污水来源主要为生产装置输送的酸性废水和碱渣废水。目前，酸性废水处理实际处理负荷比设计的负荷值大，无降解化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮等设施，上游生产装置技术改造升级，导致碱渣废水的污染物排放种类发生较大变化，现有处理设施无法正常处理。同时，高浓度污水处理系统存在臭氧催化塔液位不稳定、催化剂床层堵塞严重问题。因此，石化厂污水处理系统运行不稳定，污水处理效果差。为提高污水处理效率，确保污水达标排放，需要采取以下措施：新增反应槽、絮凝槽、沉淀池、污泥储池及相应的加药泵、搅拌机等设备；新增微电解反应器、芬顿氧化反应槽、pH调节池、絮凝池、气浮池、曝气生物滤池；两座臭氧催化塔增设反洗设施和出水提升设施，同时开展必要的管道泵、调节阀、液化计等改造工程，实施石化厂污水达标排放改造项目。

2 主要用能情况

经评估，延安市某石化厂污水达标排放改造项目主要耗能品种为电力、蒸汽、热力、耗能工质水以及压缩空气，年综合能源消费量为2 564.73 tce。其中：电力为1 057.08 tce，占综合能耗的41.22%；蒸汽为1 419.52 tce，占综合能耗的55.35%；热力为53.60 tce，占综合能耗的2.09%；耗能工质水为6.76 tce，占综合能耗的0.26%；压缩空气为27.77 tce，占综合能耗的1.08%。由此可见，电力和蒸汽为项目主要能源消费品种。

3 可采取节能措施

3.1 太阳能路灯照明

根据项目单位提供的相关资料，本项目有条件使用独立式太阳能路灯照明系统照明项目内道路。本项目道路面积约为810 m2，建议本项目采用太阳能路灯和路灯结合的方式照明。太阳能路灯按15 m的平均宽度双侧布置，灯间距为15 m，共需8套太阳能路灯，充分利用太阳能提供照明，太阳能不足以照明时，由加装在太阳能路灯杆上的常规照明灯具提供照明。加装的常规灯具单套耗电功率按照40 W计算，夜晚照明时间按平均8 h计算，年耗电量约为700 kW·h。本项目正常情况道路照明年耗电2 000 kW·h，采用太阳能路灯年可节约用电1 300 kW·h，折合标准煤为0.16 tce。

3.2 绿色照明LED系统

随着技术的进步，节能灯具生产技术也越来越成熟。与金卤灯相比，发光二极管（Light Emitting Diode，LED）灯具有4个性能特征：一是在同等照度下，LED灯的功率仅为金卤灯功率的1/5[1]；二是相对金卤灯，LED灯的功率因数高，无功损耗少，更省电；三是金卤灯的寿命一般较短，只有6 000～20 000 h，而LED灯具寿命为50 000～100 000 h；四是金卤灯的流明衰减率更高，每6个月就需要更换一次，而LED灯在相同的流明输出下可以使用3～5年，节约成本。

本项目原设备房屋（硫酸废水预处理间、环保6套装置综合处理间、加药间）照明均采用广照型工厂灯，金卤灯光源，本次替换为LED光源。根据《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013），设备厂房照度为100 lx。功率为70 W金卤灯光通量为4 200 lm，功率为50 W的LED灯光通量为6 500 lm。灯具数量计算公式如式（1）所示，照明年用电量计算公式如式（2）所示，照明年节电量计算公式如式（3）所示。

（1）

式中：N为灯具数量，盏；E为平均照度，lx；S为照射区域面积，m2；ϕ为单个灯具光通量；CU为空间利用系数，一般取0.8～0.45；K为维护系数，一般取0.6～0.8。

W=N×P×Kx×Tn×Kp（2）

式中：W为照明年用电量，kW·h/a；P为单个灯具功率，W；Kx为需要系数，一般取0.7～0.8；Tn为年实际工作小时数，h/a；Kp为年平均负荷系数，一般取0.7～0.75。

∆W=W1-W2（3）

式中：∆W为照明年节电量，kW·h/a；W1为采取节能措施前照明年用电量，kW·h/a；W2为采取节能措施后照明年用电量，kW·h/a。

以硫酸废水预处理间照明为例：根据式（1）、式（2）、式（3）计算，当照明均采用广照型工厂灯，金卤灯光源，灯具数量为6盏，照明年用电量为

785 kW·h；照明均采用广照型工厂灯，金卤灯光源替换为LED光源，灯具数量为4盏，照明年用电量为374 kW·h；照明年节电量为411 kW·h。经计算，将设备房屋照明广照型工厂灯金卤灯光源均替换为LED光源，年节电量共计3 400 kW·h，即0.42 tce。

3.3 变频调速技术

由项目主要用能情况可知，电力能耗为本项目主要能耗类型，占比最大。其中，鼓风曝气、提升水泵以及污泥脱水设备占总电力能耗71%。考虑污水处理厂实际情况，本次优化曝气鼓风机，采用风机专用系统变频器，进行一拖一变频控制。系统启动后，风机专用系统变频器会根据生化池溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）值，调节曝气鼓风机工作电源频率大小，从而控制曝气鼓风机电机转速。当DO值高出预设值，则无极下调电机转速；当DO值低于预设值，则无极上调电机转速。

本项目鼓风机年用电总量为5.457 4×106 kW·h，采用的节能变频器节电率一般在15%～55%[2]，本项目按20%计算，风机年节约的用电量为1.091 5×106 kW·h，节能量为134.14 tce。

3.4 蒸汽节能输送技术

目前，国内的蒸汽管道直埋技术多是借鉴国外的“钢套钢”外滑动的结构形式。该技术在工程实例中反映出3个缺点：一是在运输、储存等环节，空气层易导致保温结构进入大量水、颗粒物等杂质；二是常用套管保温材料多不防水，保温层在高温下运行若浸水，则会大大降低其保温性能，从而损失大量的热能；三是保温层厚度较厚，增加了外套管规格。

本项目采用蒸汽节能输送技术，蒸汽输送管道的保温层采用纳米级二氧化硅气凝胶绝热保温材料、玻璃纤维、泡沫保温材料等无机材料，利用抽真空技术，将保温管道保温腔中空气抽空，减少对流换热的热量损失，降低蒸汽输送环节热能损耗。该技术具备保温性好、防水性强、稳定性高以及节能等特点。同时，优化疏水方式，降低疏水环节热能损耗。

采用蒸汽节能输送技术，管道外表面散热损失平均减少20%以上；工程造价平均降低5%以上；管道占据空间也进一步缩小。

本项目采用蒸汽节能输送技术，年蒸汽损耗减少20%，节约蒸汽量为206 336 kg/a，节约综合能耗为15.45 tce。

3.5 精准曝气控制系统

污水处理厂采用精确曝气系统的优势：一是能够精确且稳定地控制生化池DO浓度，提高生物处理效率，出水水质得到改善；二是实时依据污水处理厂风向、风力、温度、进水水质等情况，调整鼓风曝气量，以需定供，及时、准确地分配气体，调整生化池DO浓度；三是优化曝气鼓风机的运行，降低曝气鼓风机电耗；四是对于传统依靠人工控制鼓风曝气而言，精确曝气通常可以实现25%～40%的节气率，在鼓风机风量可调节的情况下，对应地可以实现鼓风机10%～25%的节电率[3]。

本项目采用精准曝气控制系统年节约鼓风机电耗20%，年节约电量8.732×10-5 kW·h，折为107.31 tce。

4 节能量

经评估，采取节能措施后，年节约用电共计1.969 4×10-6 kW·h，折合标准煤为242.04 tce；年可节约蒸汽量206 336 kg，节能量为15.45 tce。

5 节能措施经济性评估

根据分析，本项目采用太阳能路灯照明年可节约能源费用为0.07万元，静态投资回收期为11.43年；采用绿色照明LED系统可节约能源费用为0.19万元，静态投资回收期为0.84年；采用变频调速技术可节约能源费用为60.03万元，静态投资回收期为0.12年；采用蒸汽节能输送技术可节约能源费用为1.47万元，静态投资回收期为12.61年；采用精准曝气控制系统可节约能源费用为48.03万元，静态投资回收期为1.04年。

按此估算，采取节能措施后年可节约能源费用共计109.79万元。项目节能投资1年内可收回成本。

6 结论

延安市某石化厂污水达标排放改造项目电力和蒸汽能耗占比大，在节电方面可采取太阳能路灯照明、绿色照明LED系统、变频调速技术、精准曝气控制系统等节能措施，在节约蒸汽量方面可采用蒸汽节能输送技术。经节能评估，在保证总排污水达标排放的情况下，延安市某石化厂污水达标排放改造项目节能效果显著，经济合理。

参考文献

1 华洲科技.LED灯与金卤灯使用对比分析[EB/OL].

（2017-07-04）[2024-05-06].http：//www.wakqm.com/news-led/305.html.

2 尹学义.浅议污水处理厂鼓风机变频技术[J].城市建设理论研究（电子版），2015（17）：821.

3 张 辉，王佳伟，周 军，等.A2/O工艺城市污水处理厂节能降耗关键技术研究及成果工程应用[J].中国建设信息（水工业市场），2010（5）：11.