水泥廠循環冷卻水系統節能措施探討

陳臣 劉登強 鄭江順

中材建設有限公司（100176）

水泥廠循環冷卻水系統節能措施探討

中材建設有限公司（100176）

以國外某條5 000 t/d的水泥生產線為例，分析不同溫升的工藝設備對循環冷卻水系統的水量和能耗產生的差異，為水泥廠循環冷卻水系統的節能措施提供一些參考性意見。

循環；冷卻水系統；節能措施

工業循環冷卻水系統對整個工廠的設備運行和安全有著極為重要的作用。在整個水泥工藝流程中，從原料粉磨、燒成窯中、水泥粉磨等工藝均需要循環冷卻水。循環冷卻水的主要作用就是通過熱交換帶走熱量，以達到冷卻設備的目的[1]。理論上而言，循環冷卻水系統的循環水總量就是各工藝設備所需水量的總和。但在實際生產過程中，不同品牌的磨、風機等工藝設備所需的循環水量相差很大，其主要原因就是稀油站的冷卻器溫升有所不同。

1 水泥廠概況

以國外某5 000 t/d水泥生產線為例，該生產線采用的主要工藝設備是一套原料管磨、窯、煤磨和兩套水泥管磨，所有設備稀油站冷卻器的冷卻水溫升為5℃。

結合各設備用水量要求，計算出該生產線所需的循環冷卻水總量為358.8 m3/h，主要是采用間開式循環冷卻水系統（如圖1所示）。

圖1 循環冷卻水系統圖

2 循環冷卻水系統節能措施

2.1 循環冷卻水量

循環冷卻水系統中的用水總量是通過各工藝設備用水量匯總而成的。循環冷卻水系統主要作用就是帶走設備在運行過程中產生的熱量，達到冷卻設備的目的。在實際生產過程中，工藝設備運行所產生的熱量Q一般是一定的，根據公式（1）分析可知，所需冷卻水量的大小與⊿t成反比。《水泥廠工藝設計規范》規定，機械設備軸承冷卻水的給水溫度宜小于32℃[2]。因此可以通過提高設備出水溫度，即冷卻器溫升來達到減小系統循環水冷卻水量的目的。

式中：Q——循環冷卻水所需要帶走的熱量，單位J。C——水的比熱，單位J/(kg·℃）。M——水的質量，單位kg。△t——設備出水與進水溫差，單位℃。

根據多年設計經驗發現，對于同類型設備，一般歐洲設備所需的冷卻水量要遠遠小于國內設備所需水量，其主要原因就是國內設備溫升一般為5℃，國外設備溫升為10℃甚至更高。假設在不改變其工藝流程的基礎上，采用冷卻器溫升為10℃的設備替換該生產線的主要設備。

表1 設備的冷卻水不同溫升所需的水量（m3/h）

從表1可以看出，循環用水量主要集中在原料磨和水泥磨系統，大約占總用水量的60%。原生產線循環冷卻水系統所需的總循環水量為358.8 m3/ h，用冷卻器溫升為10℃的設備替換后的總循環水量為179.4 m3/h。與之前相比，后者用水量大約減少了50%，大大節約了水資源。因此，在進行設備采購時應盡量將原料磨和水泥磨系統中冷卻設備選為溫升為10℃。

2.2 降低系統能耗

在循環冷卻水系統流程不變的前提下，隨著循環冷卻水總量的減少，相應的系統中主要設備參數也會發生變化。根據表2可以看出，隨著設備冷卻水的溫升增大，系統中循環水泵、冷卻塔、無閥濾池的能力和電機功率都大幅度減小。主要設備能力和功率減小意味著設備本身尺寸減小，與設備相連接的管道、閥門、等附件的尺寸減小，這不僅節約了土建工程量，而且也減少了設備采購成本。

表2 根據不同溫升設計的循環冷卻水系統主要設備參數

冷卻塔和循環水泵是循環水系統中兩個主要的用電設備。一般而言，設備電機功率越小，耗電量越小。根據收集的水泥廠資料可知，水泥廠全年運行近300 d，循環冷卻水系統主要設備總的耗電量為102.96萬千瓦時。當選擇溫升10℃設備后，根據計算可以得出全年總耗電量為69.12萬千瓦時，大約節約了33.84萬千瓦時電量。

表3 根據不同溫升設計的循環冷卻水系統主要設備的耗電量

3 結論和建議

擇冷卻器溫升為10℃的工藝設備，能夠節約50%的循環水量，更為重要的是隨著循環水量的減少，循環冷卻水系統中主要設備能力和電機功率大大降低了，從而節約了設備、附件的采購成本以及系統運行的電能消耗。因此，在采購工藝設備時，應盡量選擇冷卻器溫升為10℃的設備,這將有助于控制整個項目的成本和能源消耗，對目前提倡的節能減排也有積極的意義。