關于鋁工業給排水節能設計的分析

張 靜

（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550000）

目前是推進可持續發展的時代，從源頭上進行節能設計，通過改革生產氧化鋁、電解鋁工藝，回收利用水資源，減少廢水排放等措施，減少新水用量，減少對環境的影響，響應國家節能減排政策，促進鋁工業發展是當務之急。

1 鋁工業給排水節能設計的意義

鋁工業的給排水設計與一般的工藝設計有較大不同，因此要注意污染防治，確保綠色生產。我國一些鋁生產企業由于給排水設施不完善，排放的廢水對環境造成了不同程度的污染，生態環境問題尤為突出。鋁工業實現節能減排，設計源頭是關鍵，以汽機冷卻水系統為例，循環水量約為5000m3/h，用戶接點水流量為0.5MPa，如果采用傳統的開式系統，則補水量為5%，即用水量250m3/h；如果通過安裝恒壓系統，則系統可以根據運行情況進行調節，使水泵隨時處于和生產工況匹配的狀態，可以降低運行費用，延長設備的使用壽命，并可以減少補水量；上述兩種工況說明，給排水系統應進行節能設計，節能設計對企業的生產意義重大，能降低用水成本，并提高企業的經濟效益和社會效益。

2 給排水系統目前現狀

（1）循環冷卻系統和高溫爐沖渣系統。為達到降低能耗的目的，循環水要得到有效利用，避免造成浪費。雖然生產中的循環回水損耗很小，但是依然會對系統的性能產生影響，比如冷卻塔蒸發、風吹損失比較大，需要考慮生產成本。冷卻塔是鋁生產企業冷卻系統中最重要的換熱設備之一，降低冷卻塔的蒸發、風吹損失是節能設計的重要一項內容。另外，生產新水用于高溫爐沖渣，大大增加了水耗，浪費了能耗，如果能對其進行有效的利用，不僅可以節省新水用量，還可以在一定程度上降低碳排放量，緩解環境問題。

（2）給排水設備的選型。水泵選型時，采用的水泵實際運行工況處在水泵性能參數的低效段，水泵配套電機未采用高效電機，采用國家已公布淘汰的機電產品。供水設備采用工頻泵，與實際生產運行情況不協調，造成電能浪費。這不符合鋁行業節能減排的設計目標，會增加企業的成本。

（3）排水系統。傳統的鋁生產企業，生產廢水和雨水采用一套排水管網，部分混合水經廢水處理站處理達標后就近排放，大部分混合水則直接排放。外排的混合水中污染物含量較高，對周邊環境造成了污染。

3 鋁工業給排水設計的要點

結合鋁工業的實際情況，充分利用現有的給水排水技術，發揮其應有的作用。

（1）鋁工業的給排水管道設計。給排水首先要做好管道規劃，須采用經久耐用的管道。試驗表明，在管道設計過程中，應盡可能采用比較經濟的給水管道，以減少壓力損失。在配管時，則應根據設備位置選擇適當的管線走向，保證管線順直，水力狀況良好。這樣既能保證給排水高峰壓力平衡，又能通過改變管徑改變水量，控制分水現象，避免負壓。

（2）供水壓力設計。在進行給水排水技術規劃時，應注意給水壓力的設置，需選擇經濟流速，以降低水錘作用，節約能耗。另外，在供水管上還應安裝壓力表、調節閥、排氣閥和旁通管路等裝置，確保系統安全運行。

（3）保證調速裝置的安全并做好調試工作。在鋁工業生產過程中，水循環系統起著重要作用，水輸送設備是關鍵。因此，在設計時應充分考慮到給排水的節能問題，對加壓水泵進行調速，根據生產條件的變化，可自動調節循環水泵的轉速，確保系統的流量能較好地滿足水泵的工作要求。

（4）做好給排水節能設計。做好節能工作，對于鋁工業的給排水建設十分重要，設計時，應結合現有給排水技術的不足及施工工藝，提出給排水系統的改進方向。

4 節能技術措施

（1）改造循環冷卻系統。降低循環冷卻水系統運行過程中的新水消耗，努力提高生產水重復利用率，使生產水重復利用率達到為90%以上，達到節約水資源的目的。①減少冷卻塔蒸發損失。蒸發散熱是冷卻塔熱交換的主要方式，因此蒸發損耗不可避免。但可以根據季節和氣溫變化，適當調整冷卻塔的運行臺數，如在冬季寒冷時減少冷卻塔的開啟數量，可減少蒸發水量。②減少冷卻塔風吹損失。風吹損失是由于冷卻塔的出塔濕空氣中帶走的水分，可以通過增加收水器以減少水分損失。通過在冷卻塔在風筒進風口處均加設收水器，使水滴在上升過程中，遇收水器遮擋后滑落，減少風吹損失。③減少循環水系統補充水量。循環水系統運行過程中因蒸發、風吹、排污、漏損等原因，水量不斷減少，鹽分不斷升高，需要隨時補充新水。新水補充量大時，循環水濃縮倍數低，水質好，但耗水量大；新水補充量小時，循環水濃縮倍數高，水質較差，但節水效果好。參照國內同類鋁生產企業的運行經驗，循環水系統設計濃縮倍數≥5，較高的濃縮倍數可減少新水消耗。同時，各循環水均設置了旁濾處理設施，提高排污水中的固含率，在保證循環水質滿足工藝需求的條件下，減少了循環水補水量和排污量。

（2）倡導串級用水。根據用水點的水質要求，梯級供水由高到低依次進行，可直接將上級水不經處理直接用于下級水，如轉爐、高爐煤氣洗煤、洗滌煙氣等，實現了生產水的復用，提高了生產水的重復利用率。這些實踐經驗為節約能源提供了更加科學有效的方法，串聯的節流技術在實際運行中效果顯著。

（3）變頻器的應用。在連續供水過程中，不同設備需要水量不同，采用水泵變頻調速，可顯著改變用水設備對用水量的調節，有效地減少水的消耗，提高供水系統的可靠性，具有良好的經濟效益。具體方法是利用壓力傳感器采集管網中的壓力，并將信號輸送至水泵變頻控制器。當管網壓力大于設定值，變頻器降頻運行，水泵功率降低；當管網壓力小于設定值，變頻器升頻運行，水泵功率升高。

用于循環冷卻系統時，變頻調速用于冷卻塔風機的變頻控制，當給水溫度滿足生產要求時，可根據環境溫度、風速等外部條件，降低風機運行頻率及性能，有利于節能減排。

（4）設置冷卻回水旁通管。濕球溫度是設計冷卻系統的基礎，除了夏季，在其它季節通過調節旁通管，減少了進入冷卻塔的水量，直接進入水池，從而減少了對風機的需求，尤其是在冬季，節能更加重要。同時可減少水泵工作臺數，降低運行費用，這符合節能設計的理念。

（2）選擇合適的水泵。水泵應在高效的范圍內進行，但是有的時候在水泵的設計選型上，是不能完全滿足要求的。這種問題經常發生，選擇比使用條件大的泵，會導致生產中水頭消耗過多，增加能耗。故選泵時，根據設計參數選擇合適的泵，并保證泵的運行在高效率工段，水泵配套電機采用高效電機，不采用國家已公布淘汰的機電產品。水泵的運行指標不低于GB/T16666-2012《泵類液體輸送系統節能監測》中規定的數值，電動機負載率不低于40%。詳見下表1。

表1 水泵類及效率和泵類及液體輸送系統效率合格指標

（6）給排水管網設計的優化。廠區的各種供水管網均采取經濟流速，并采用內壁光滑的供水管材減少沿程阻力損失，另外管道上應用的閥門均選用局部阻力系數小的閥門，減少局部水頭損失，從而降低水泵揚程，節約能耗。同時科學合理地設計管路、接頭、坡降等局部地方，實踐證明，這在一定程度上也可以降低成本。并在各工序及主要耗能設備均設有計量檢測及控制儀表，以加強能源的科學管理和合理利用。同時還應合理布置，充分利用地形。排水管道充分利用廠區的自然地勢由高到低布置管線，使排水自流排入廢水處理站，不經過水泵提升措施，減少了投資和能耗。

（7）高溫爐沖渣水的余熱利用。充分利用高溫爐沖渣水的余熱，鋁工業高溫爐在生產中會產生大量的爐渣，這些爐渣的溫度較高，這需要消耗一定的水來冷卻，在此過程中會產生大量的廢水。同時，冷卻廢水繼續用作洗渣水，從而形成循環，可減少用水的需求量，節約能源。高爐熔煉冷卻時，渣體內存在大量熱能，熱能回收也是給排水工程建設中的一項重要節能措施，但爐渣沖洗水含有大量雜質，不能直接利用。因此需要進行換熱器處理，經過熱交換處理后的熱能可以用于供熱。這些措施對于企業發展是有好處的，是節能理念的實踐與貫徹，值得推廣。

（8）生產廢水和初期雨水的處理與回用。廠區分別設置生產廢水管網和雨水管網。生產廢水經收集進入生產廢水處理站，經過處理后回用，實現了“廢水零排放”。這樣既減少了新水消耗，又防止廢水對當地環境造成污染。生產廢水處理站采用一體化處理流程，采用一次提升滿足整體工藝用水壓力的方式，減少了過程設備，降低了設備空置率。水處理過程中必要的提升水泵、格柵機、攪拌器等能耗高的設備均采用PLC自動控制運行間斷運行，或根據水位壓力等信號、或根據需要設定運行時間，減少了設備空轉率。初期雨水由于沖刷屋面、道路等，含有較多的懸浮固體等污染物質，直接排放可污染外部水體。雨排水經雨水管網匯流排至廠外，其中廠區內初期雨水經截流進入初期雨水收集池后經加壓送至生產廢水處理站統一處理，經處理后作為回用水二次利用，有效降低新水消耗量。

（9）采用節水型衛生器具。室內衛生設備均采用國家推薦的節水型設備，安裝節水型閥門，最大限度的采用室內給排水節能技術，辦公設施可節水27%。室內給排水管材采用連接效果好的塑料管材，選擇材質穩定的衛生設備，減少跑冒滴漏現象，減少供水能耗。

5 結語

采取這些給排水節能技術措施，有利于鋁生產企業降低成本，提高企業的經濟效益和社會效益，提高企業的市場競爭力。要實現節能減排的有效目標，就必須全面、充分地考慮節能措施實施的可行性，貫徹科學的發展觀，確保達到較好的節能效果。