焦化循环冷却水系统工艺优化

张敏

（山东钢铁集团日照有限公司焦化项目部，山东日照　276827）

焦化循环冷却水系统工艺优化

张敏

（山东钢铁集团日照有限公司焦化项目部，山东日照276827）

针对济钢化工厂循环冷却水系统运行中存在的问题，通过采取小流量大温差运行模式、冷却塔与制冷机两级冷却、冷却水恒温恒压控制等工艺优化措施后，提高了冷却塔运行效率，减少了高压水泵、风扇、制冷机等冷却设备的运行时间，降低了电能消耗，每年可节约电费90万元。

焦化；循环冷却水系统；工艺优化；两级冷却

1　前言

敞开式循环冷却水系统在生产运行过程消耗大量的新水、电能、蒸汽和煤气等能源介质，其水泵、冷却塔风机等设备由于选型、生产负荷变化等情况，存在着设备运行效率低、电能浪费等现象。在循环水运行过程中需通过设备能效提升、工艺优化、严格管理等优化措施，更深层次的探讨和摸索循环水经济运行模式，以降低循环水系运行成本。

2　存在的问题分析

济钢化工厂焦化循环冷却水系统分为中温段冷却和低温段冷却，主要冷却介质为煤气、脱硫液、贫油、粗苯、蒸氨废水等。中温段供水温度28～ 32℃，常年为冷却塔冷却。低温段供水温度16～18℃，低温水夏季（一般4月中旬至10月中旬）由制冷机冷却。春秋冬季节，制冷机停运，低温水通过冷却塔进行冷却。低温冷却塔是两用型，夏季冷却制冷机冷却水，其他季节冷却低温水。

2.1水泵、冷却塔运行效率较低

焦化循环冷却水系统中，循环水循环量与冷却塔的温差是由系统负荷决定的。系统负荷主要由焦炉所产生的煤气量决定，当系统负荷基本不变时，循环水冷却方式存在大流量、小温差和小流量、大温差两种运行模式。以煤气发生量5.5万～6.0万m3/h的焦化循环冷却水系统为例，两种不同的运行方式会产生不同的运行效果，两种运行方式的工艺参数见表1。

表1　两种运行方式的工艺运行参数对比

大流量、小温差的运行模式属于传统的较为粗放式的循环水运行模式，不注重关注冷却塔运行效率，更加倾向于流量指标，粗略地认为循环量越大，冷却效果越好，当换热器换热效率低不能满足冷却需求时，就采取增开水泵、增加循环量和压力以满足生产需求。大流量、小温差运行模式使得循环水系统冷却塔运行效率降低，能耗较高，出塔水温高，有时不能满足生产要求。

小流量、大温差的运行模式更加倾向于多冷却塔冷却效率的研究，通过提升冷却塔的温差，进而提升冷却塔冷却效率，降低循环水量，降低水泵耗能。小流量、大温差的运行模式在满足供水温度和压力的前提下，有效弥补了大流量、小温差的缺点，属于经济的一种运行方式。随着精益生产管理理念的不断深入和推进，为了降低冷却设备的电能消耗，须在满足生产负荷需求的前提下深入探索最经济的循环水量，逐步进行小流量、大温差的经济运行模式转变。

2.2未有效利用气候特点

传统的低温水冷却方式是每年的4月中旬至10月中旬，由制冷机冷却，低温水闭路循环，制冷机冷却水上塔冷却。其他季节时，制冷机停运，低温水上塔冷却。对冷却塔运行和制冷机运行的经济性进行了计算对比分析，可知利用冷却塔冷却时单位制冷量所需成本0.72元，利用制冷机冷却时单位制冷量所需成本3.18元。因此，冷却塔冷却比制冷机冷却运行经济，只要冷却塔降温能满足要求，应该优先运行冷却塔。

每年的4月和9月，大气温度15～25℃，低温水回水温度23～24℃，全部停运制冷机，低温水温度不能满足16～18℃要求；制冷机全部运行，能耗成本高，夜间20℃以下的大气条件未充分利用，低温水冷却方式还有进一步优化的空间。季节交替时，可以通过改变冷却方式，尽量减少制冷机运行时间，减少冷却水泵减少能源消耗。

2.3冷却塔风扇电能浪费

凉水塔风机是冷却塔重要的冷却设备，在实际运行中每个季节运行模式不大相同。夏季天气炎热，风扇一般连续运行，调节余地少。冬季气温寒冷，风扇停止运行。春秋季昼夜温差大，冷却塔风机由于非变频导致调节频繁，有时甚至还需开风扇和开旁通同时调节才能满足温度满足生产要求，这种控制方式造成了电能浪费。

3　循环冷却水工艺优化

3.1调整三系统中温水循环量

通过采取逐步降低水泵出口阀门，降低循环量的措施，找到最佳的循环量，提高冷却塔进出口温差，提高冷却塔热负荷和热效率系数，达到既满足冷却负荷，又使水泵能耗降低的目的。2014年6—8月经过4次调整后，中温水循环量由5 300 m3/h调整为3 400 m3/h，但冷却塔热负荷却比调整前热负荷增加，冷却塔冷却效率相对提高。再通过相同的方法对一系统中温水和二系统中温水进行了调整，调整后水泵运行由2用1备的模式调整为1用2备的运行模式，一系统1#～3#中温水循环量由2 100 m3/h降低至1 600 m3/h，二系统中温水循环量由3 400 m3/h降低至2 800 m3/h，水泵电流下降明显。

3.2制冷机与冷却塔的梯级节能运行

通过冷却塔与制冷机的经济性分析可知，只要在能满足水温前提的条件下，优先运行冷却塔更节能。为充分利用昼夜温差大的季节特点，采取提前倒水系，利用冷却塔和制冷机的两级冷却来节约能耗。低温水使用冷却塔和制冷机两级冷却的核心问题是制冷机冷却水的冷却，低温水经过冷却塔和制冷机两级冷却时，低温水需要进入冷却塔，采用制冷机冷却水使用中温水代替冷却水。鉴于3个系统水系运行有细微差别，分别对3个系统两级冷却和调整方法进行说明。

3.2.1一系统两级冷却工艺调整

当制冷机运行台数≥3台时，冷却水泵运行1台，制冷机冷却水经过制冷机升温后回到3#、4#冷却塔进行冷却后重新回用。制冷机运行台数根据气温状况及时进行调整。当制冷机运行台数＜3台时，可以停运冷却水泵，冷却水借用1#～3#泵组富裕的中温水量。1#中温水泵运行电流32 A，额定电流42.3 A，还有一定的富余量。

3.2.2二、三系统两级冷却工艺调整

低温水运行流程:低温水回水一半经过冷却塔冷却，另一半经过余热制冷机冷却，冷却后的水均进低温水吸水池，然后通过低温水泵泵送至制冷机，制冷后送至用户。制冷机冷却水经过制冷机升温后回到中温冷却塔进行冷却后重新回用。

冷却水借用中温水后，二系统可以停运1台280 kW冷却水泵，三系统可以停运2台220 kW冷却水泵。

3.3冷却塔风扇恒温自动化控制改造

为了保证供水温度的稳定，减少电能浪费，进行了风扇恒温控制自动化改造。自动运行改造内容主要包括主回路上加装变频器，中低温水管道上加装温度传感器及压力变送器等自动控制系统，实现风机根据温度的变化自动调频运行，保证中温水温度在28～32℃运行，低温水温度在16～18℃运行。改造主要设备由GGD配电柜、触摸屏、变频器、电抗器（包括直流电抗器和交流输出电抗器）、压力变送器等组成，实现了以水温为控制对象的闭环控制系统。

4　结语

焦化循环冷却水系统工艺优化后，提高了水泵运行效率，水泵运行时间明显降低，2015年比2014年高压水泵的总运行时间降低13.8%；制冷机运行时间减少，10台燃气制冷机运行时间较2014年减少37 d；水泵、冷却塔风扇等用能设备电能降低，2015年平均每月耗电356.2万kW·h，比2014年每月降低电耗11万kW·h，每年可减少电费90万元，循环水水系运行成本显著降低。

Abstrraacctt::Energy waste and saving potential in cooling water system was analyzed and researched during the operation process of Jinan Iron and Steel chemical plant’s coking cycle.By taking some process optimization measures such as small flow and large temperature operating mode，the two-stage cool between the cooling tower and chiller，the cooling water’s constant temperature and pressure control，the efficiency of the cooling tower was improved and the running time of the high-pressure pumps，fans，chiller and other cooling equipments were also reduced.The energy consumption was significantly reduced，and it could reduce 900 thousand Yuan one year.

Key worrddss::coking cycle cooling water system；process optimization；small flow and large temperature operating mode；two-stage cool

Process Optimization of Coking Cycle Cooling Water System

ZHANG Min
（The Coking Project Department of Shandong Steel Group Rizhao Co.，Ltd.，Rizhao 276826，China）

TQ520.6

B

1004-4620（2016）05-0051-02

2016-01-29

张敏，女，1983年生，2009年毕业于武汉科技大学化工专业。现为山东钢铁集团日照有限公司焦化项目部工程师，从事焦化废水处理及循环水处理管理工作。