钢铁企业循环冷却水系统电气节能措施
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摘要：钢铁企业循环冷却水系统如同主工艺生产的生命线，对于正常的生产和维护设备的安全起着至关重要的作用。循环冷却水系统能耗很高，其用电负荷约占整个单元项目用电量的20～30%。本文就一些节能设计展开讨论，可作为实际工程的借鉴和参考。
0 引言
在水资源日益匮乏、水污染又异常严重的今天，经济有效地废水处理循环利用成为当务之急。在钢铁行业中，水是重要的能源动力介质，工业循环冷却水系统具有系统复杂、用户多、水量大、循环水介质种类多等特点。其能耗也极高，用电负荷约占整个单元项目用电量的20～30%，大型钢铁联合企业单元内循环冷却水系统的能耗可达数千甚至上万千瓦的电量。
在工业循环冷却水系统设计过程中，贯彻节能措施，开展节能设计，降低水系统的电耗，将有助于控制整个项目的能耗，对于节能减排有积极的意义。本文就如何进行钢铁企业工业循环冷却水系统的节能措施展开讨论，可作为实际工程的借鉴和参考。
1 工业循环冷却水系统能耗的组成
工业循环冷却水系统的能耗由以下几部分组成：
1.1 供水能耗
现场用户需要大量的循环冷却水，要供水则必须供电，用户多、水量大则用电需求量大，也意味着能耗高，拥护少、水量小则用电需求量小，也意味着能耗小。
不同的用户，其用水水压要求也不同，压力要求高则能耗高，压力要求低则能耗低。另外，在考虑水压能耗时，不仅要考虑供水压力的因素，也同时要考虑压力回水这一因素。对于循环水系统而言，有供水则必有回水。回水的压力必须能满足从主工艺单元车间回水至循环水处理站。
水处理站与用户之间的管道距离也会产生水头损失。供水回水管路短，管道的水头损失就小，可以适当的降低供水水泵的电机功率，在长期的运行中可节约能源，以一座循环水量为10000m3/h的工业净循环水处理站为例，每缩短100m的供回水管路，约可节约用电40kW左右。
1.2 用水能耗
用水能耗主要体现在用水制度上。用水制度分为连续用水制度和间断用水制度。连续用水制度用电量一定高于间断用水制度，连续用水制度能耗也一定高于间断用水制度能耗。
其次、工业循环冷却水的主要作用是带走在生产过程中由工艺设备所产生的大量热量、冷却设备。对于工业循环冷却水系统而言，带走热量的主要途径是换热器、蒸发空冷器或是冷却塔，如果采用换热器作为间接冷却的手段，其最后起冷却作用的还是冷却塔。
冷却塔与蒸发空冷器要实现热量在循环水系统与大气之间的交换，势必也要消耗电力、消耗能量。循环水系统供回水温差越大，需要交换的热量就越大，风机的电耗也越大，能耗就越高。另外，如果用户要求的水温越低，也会直接导致冷却塔或蒸发空冷器用电量的增大和能耗的上升。
2 措施
2.1 变压器节能
污水处理厂设计中要选用节能变压器。所谓的节能变压器是指空载损耗，负载损耗相对比较低的变压器。如s9、sl9、sc8等型变压器，s9系列与s7系列相比空载损耗平均下降了10%，负载损耗平均下降了21%。随着市场的需求及技术的进步，目前又出现了s12系列变压器，非晶合金铁芯变压器SH12系列的空载损耗较S9系列降低75%左右，但其价格仅比S9系列平均高出30%，其负载损耗与S9系列变压器相等。
变压器的最低能耗一般发生在负荷率50%～60%左右，但按照这个负荷去选择变压器，会使变压器选择过大，给运输、占地、投资等均带来麻烦，综合考虑初装费，变压器、高低压开关柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能的负荷率一般在75%～85%。
2.2 减少线路损耗
在一个工程中电线、电缆的需要量非常大，少则几千米，多则上万米，有效的减少配电线路的电能损耗，节省的电能是相当可观的。导体的电阻与其电阻率，线路的长度成正比，与线路的截面积成反比，因此减少线路的损耗应从这几方面入手。
选用电阻率较小的铜做导体；电线、电缆敷设时应尽量少走弯路， 减少线缆长度；变压器尽可能地靠近负荷中心，减少低压电缆的长度；合理选择线缆的截面积。电线，电缆的截面通常按照线缆的载流量大于线路的工作电流来选择，再按照电压损失和机械强度来校验。
2.3 低压配电系统无功补偿的优化
无功补偿可分为集中补偿和分散补偿。分散于就地的无功补偿有以下好处：简单可靠，因为只要在用电设备上并联一台合适的专用电容器就可以满足，不需要外加其他保护装置；能提高低压电网的功率因数，降低了线损；具有较好的经济效益；提高了低压线路的功率因数，减少线路末端电压波动。污水处理厂的负荷一般比较集中，低压配电房选在负荷中心位置时，优先采用低压配电集中补偿。
2.4 减少电动机的电能损耗
工业循环水系统最主要的设备就是水泵，而减少电动机电能损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。设计中应采用高效率电动机，但在具体工程中电动机通常都是与工艺、机运及水暖专业的设备配套，由设备制造商统一供应，所以节能措施只能贯彻在运行过程中。
通过风机、泵类专用系列变频器在循环冷却水系统对鼓风机、水泵等工艺设备变频控制调节技术的应用分析，该技术使各系统风量、水量、水压等负荷工况参数按负荷情况得到适时调节。不但能改善系统的调节品质，达到阀门、风门调节、回流调节等落后调节方式所不能相比的调节性能。实际应用表明，该技术具有先进，节能效果显著等优点，在风机、泵类负载系统节能领域具有广阔的应用前景。
另外，空压机也是循环冷却水系统不可缺少的设备。企业一般在设计空压机的装机容量时，由于不能排除空压机在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需要来决定压缩机的容量，设计余量一般都偏大，在实际生产过程中增加了电能浪费，因此对空压机进行变频节能改造是必要地。
2.5 错峰运行
钢铁企业的电价计费大多采用大工业电价，我国现行的大工业电价计费方式采用峰谷计量模式，分4个时段分别计价：8：00-12：00、22：00-24：00为峰段计价时段，电价较居民生活电价高53%；12：00-18：00为平段计价时段，电价与居民生活电价基本相同；18：00-22：00为尖段计价时段，电价较居民生活电价高72%；0：00-8：00为谷段计价时段，电价较居民生活电价低47%。由上述四个时段的电价计费方式可以看出，尖段的电价是谷段电价的3倍多，科学调度各时段的生产运行，对节约电费具有很好的实用性。特别是污泥脱水工段，如何避过尖段、峰段用电，充分利用谷段用电，对节约电费作用明显。
2.6 无电机冷却塔
无电机冷却塔属水动环保型冷却塔，即利用循环水余压或者上塔泵的压力推动水轮机带动风扇转动，无须电机运行，具有节能、高效、低噪音、寿命长、费用低、安全性高等优点。
以某钢厂水处理为例，共使用水动环保型冷却塔8台。同样大小的冷却塔风机的电机功率一般为20kW，以冷却塔每年工作8000h计，则每年用电：20kW*8*8000=128万kWh，电价按工业企业电费标准0.6元kWh。则每年电费是76.8万元。根据节能计算，可每年节约电费76.8万元。如果考虑电机、传动轴、减速机的维护、检修费用，则每年节约的费用更加可观。
3 结论
钢铁企业的工业循环冷却水系统的节能设计是一项系统设计，需要对各个能耗环节进行分析、计算和不断的优化。能否更好地解决钢铁企业的能耗问题，合理进行能源分配，已经成为决定钢铁企业运行效益好坏的关键因素。
参考文献
[1]金亚飚.浅谈钢铁企业循环冷却水系统节能设计.冶金能源，2009-10.
[2]吴军伟、朱学红.浅谈污水处理厂的节能降耗.中国给水排水，2011-11.
[3]吴涛.浅谈污水处理厂电气节能设计与自动控制系统.动力与电气工程，2009-09.
作者简介：侯森林（1986-），男，汉，安徽马鞍山人，本科，助理工程师，从事电气自动化及相关技术的研究开发工作。