熱軋水處理系統(tǒng)節(jié)能途徑與方法

摘 要：水處理用電占有較高的熱軋工序用電比例，通過分析用水制度和現(xiàn)狀，從設(shè)計、運行、管理、技術(shù)等途徑獲得有效的節(jié)能措施和方法并加以實施，可以達到良好節(jié)能降本效果。

關(guān)鍵詞：水處理；節(jié)能；方法

Abstract：Water treatment electricity consumption occupies a high proportion of hot rolling process electricity consumption， through the analysis of water consumption system and current situation， from the design， operation， management， technical progress and other ways to obtain effective energy-saving measures and methods and implement， can get a good effect of energy saving and cost reduction.

Key words： water treatment；energy saving；method

0 熱軋水處理系統(tǒng)概述

水處理系統(tǒng)是熱軋工序必不可少的系統(tǒng)，它為生產(chǎn)線主體設(shè)備設(shè)施提供設(shè)備冷卻、工藝?yán)鋮s用水，同時完成對用后水進行降溫、除油、除固溶物等處理過程，保證全系統(tǒng)循環(huán)水滿足工序工藝參數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保排放等要求。

一般熱軋工序水處理系統(tǒng)總循環(huán)水量，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模每小時幾千至幾萬立方米不等，能源的消耗通過各種形式最終反映在電耗指標(biāo)上，經(jīng)驗表明，水處理系統(tǒng)用電量在熱軋工序中約占工序電耗的10% ～ 25%，是熱軋工序用電大戶之一，年產(chǎn)500萬t鋼的產(chǎn)線，日電耗可達20萬度左右，甚至更高，對成本有較大的影響，因此，研究探索熱軋水處理系統(tǒng)節(jié)能方式具有重要意義。

1 熱軋生產(chǎn)用水制度及現(xiàn)狀

熱軋水處理系統(tǒng)一般包括間接冷卻水系統(tǒng)、直接冷卻水系統(tǒng)、層流冷卻系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)等。間接冷卻水系統(tǒng)主要用于液壓系統(tǒng)、電氣設(shè)備、加熱爐、空調(diào)等的冷卻，用水制度比較單一，基本為日常連續(xù)24 h穩(wěn)態(tài)運行。直接冷卻水系統(tǒng)主要用于沖渣系統(tǒng)、除鱗系統(tǒng)、軋線設(shè)備冷卻、軋輥和板帶工藝?yán)鋮s等，用水制度與生產(chǎn)狀態(tài)緊密關(guān)聯(lián)，其中沖渣系統(tǒng)連續(xù)24 h穩(wěn)態(tài)運行，其他冷卻系統(tǒng)則是，軋機停則用水?；蛘呓抵磷钚×髁?，不同的品種可能出現(xiàn)用水點和用水量的調(diào)節(jié)變化，用水制度具有相對的靈活適應(yīng)性，這種性質(zhì)為節(jié)能提供了空間。層流冷卻系統(tǒng)主要用于軋后層流段工藝?yán)鋮s，對產(chǎn)品性能、質(zhì)量至關(guān)重要，要求水壓恒定，水質(zhì)、水溫在規(guī)定區(qū)間內(nèi)，用水點位和總水量變化較大。

3 水處理系統(tǒng)節(jié)能方法

熱軋水處理系統(tǒng)為了適應(yīng)軋線主體設(shè)備的運行狀態(tài)，具有自身運行規(guī)律，通過上述用水制度和現(xiàn)狀描述，可以從設(shè)計、運行、管理、技術(shù)進步等多途徑、多角度找出其節(jié)能的措施和方法。

3.1 設(shè)計節(jié)能

從設(shè)計角度考慮節(jié)能措施既基礎(chǔ)又綜合，其中最重要表現(xiàn)在三個關(guān)鍵點：一是水處理與軋線相對位置和標(biāo)高的選擇；二是工藝路線與節(jié)能方法的選擇；三是先進設(shè)備能效的選擇。

位置與標(biāo)高是水處理系統(tǒng)節(jié)能最基礎(chǔ)又最重要的因素，它相當(dāng)于決定了一個人一生的基本身體素質(zhì)，位置與標(biāo)高選擇恰當(dāng)，則減少了水的輸送距離，充分利用地形高差，可以減少阻損，降低供水能耗。設(shè)計合理，將貫穿系統(tǒng)的全壽命周期，一勞永逸，反之不合理的設(shè)計一旦固化，則無法改變，將帶來系統(tǒng)終生的高能耗與高成本。如某公司熱軋A線水處理泵站地面標(biāo)高32.30 m，軋線地面標(biāo)高31.47 m，為正高差，熱軋B線水處理泵站地面標(biāo)高30.15 m，軋線地面標(biāo)高31.337 m，為負(fù)高差，后者較前者供水距離也長一些，歷年來B線較A線水處理噸鋼電耗都高4 ～ 6 kWh，按當(dāng)前價算，噸鋼電耗成本高3.5 ～ 5.5元左右，這是一個相當(dāng)大的差距。

B線對軋線的供水起點在加熱爐區(qū)域，A線則在中間區(qū)域，從整體布局來看，B線供水最不利點距離較A線更遠(yuǎn)，因此布置合理性差一些，能耗也會高一些。當(dāng)然有些情況是因為地理位置的限制，不得已而為之。

在系統(tǒng)壓力平衡設(shè)計時，一般有兩種方法：一是在軋線系統(tǒng)末端設(shè)計溢流閥，用于平衡系統(tǒng)壓力，保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定：二是在水站泵房每臺泵后設(shè)計最小流量閥。兩種方法目的相同，各有優(yōu)缺點，但從節(jié)能的角度來說，第二種方法因回流距離短更節(jié)能，且對組泵本身安全和壽命有較好的保護作用。

隨著技術(shù)的進步，分別出現(xiàn)了節(jié)能泵閥和節(jié)能電機，因此在設(shè)計時選用能效高的設(shè)備，能夠得到較好的節(jié)能效果是不言而喻的。另外在熱軋生產(chǎn)線常常設(shè)計應(yīng)用層流高位水箱，既滿足工藝用水需求又達到節(jié)能目的，基本上已成為設(shè)計標(biāo)配。

3.2 運行節(jié)能

結(jié)合軋線用水狀態(tài)，深入分析水處理各系統(tǒng)運行模式，可以找出運行節(jié)能空間。

檢修運行模式。上述提到凈環(huán)系統(tǒng)一般穩(wěn)態(tài)運行，但是當(dāng)軋線檢修時，部分設(shè)備停用，如加熱爐輥道軸承箱冷卻、主馬達、除鱗泵、軋線冷熱金屬檢測器、多功能儀等，部分設(shè)備減負(fù)運行，如加熱爐爐體從高溫狀態(tài)進入保溫狀態(tài)、液壓系統(tǒng)從工作狀態(tài)進入檢修狀態(tài)等，此時熱負(fù)荷降低，凈環(huán)水系統(tǒng)可減泵降壓運行。

間拔運行模式。沖渣水主要用于沖擊板坯和加熱區(qū)域氧化鐵皮，使其進入水處理旋流池便于收集，通過觀察生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氧化鐵皮量，無需連續(xù)使用沖渣水，經(jīng)試驗采用時間間拔運行方式即可達到同樣的效果，即沖渣泵運行2 h，停2 h，循環(huán)往復(fù)，可達到節(jié)電50%的效果，并保證不產(chǎn)生氧化鐵皮堆積。

季節(jié)運行模式。各個季節(jié)的氣候溫度是不同的，特別是夏季和冬季，溫差巨大。夏季環(huán)境溫度高，氣壓相對較低，因此一般采用水溫參數(shù)控制方法，將冷卻風(fēng)機開啟臺數(shù)、高低轉(zhuǎn)速與出水溫度聯(lián)鎖，達到既滿足工藝用水溫度要求，又實現(xiàn)最合理電源消耗。冬季環(huán)境溫度低，除同樣采用水溫參數(shù)控制外，根據(jù)使用經(jīng)驗，優(yōu)先控制風(fēng)機開啟臺數(shù)，部分系統(tǒng)冷卻風(fēng)機只需間歇性短暫運行，甚至可以完全停掉，也可以達到在滿足功能的同時，得到較好的節(jié)電效果。

3.3 管理節(jié)能

在設(shè)計時一般都要充分考慮前后工序的充分匹配，比如平流池泵與旋流池泵單臺泵能力應(yīng)基本一致，前者稍大一點，但實際在選用設(shè)備時，卻不一定能匹配得完全合適，導(dǎo)致兩池泵的運行臺數(shù)不同。此類情況，管理措施就可以發(fā)揮重要作用，A線通過觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)及規(guī)律，結(jié)合泵組運行效率最大化，合理調(diào)節(jié)控制泵閥開度匹配關(guān)系，兩池各減少一臺泵運行即可滿足生產(chǎn)需求，每月節(jié)電約38萬kWh，同時也提高了泵組備用率。

管理節(jié)能還有很多其它方式，如與軋線保持良好通訊，及時根據(jù)軋線狀態(tài)減泵、停泵?；蛘哒J(rèn)真做好泵、閥、管線維護，提高系統(tǒng)水力效率，提高泵組機械、容積效率等，均可獲得良好的節(jié)能效果。

3.4 技術(shù)進步

熱軋水處理系統(tǒng)中，濁環(huán)水用水制度最為復(fù)雜，它與軋制線工藝設(shè)備狀態(tài)變化緊密相聯(lián)，當(dāng)軋線出現(xiàn)故障、換輥、工藝停機、待熱等停軋時，所有用水基本上都停用，或者只保留最小的工藝流量。而生產(chǎn)過程中，由于品種及性能要求的變化，用水量也出現(xiàn)相應(yīng)的變化，或增大或減小，此時應(yīng)用變頻技術(shù)適時調(diào)節(jié)流量、壓力，可以較好地發(fā)揮能源使用效率，特別是前一種情況，有很大的節(jié)能空間，能夠大幅減少系統(tǒng)憋壓運行的狀態(tài)，具有保護系統(tǒng)設(shè)備的作用。A線水處理系統(tǒng)進行了變頻節(jié)能改造，取得了非常明顯的節(jié)電效果，實現(xiàn)噸鋼降電耗1.27 kWh，年經(jīng)濟效益468萬元，節(jié)能914 t標(biāo)準(zhǔn)煤，同時還實現(xiàn)了全系統(tǒng)水位自平衡及遠(yuǎn)程操作功能，極大地降低了系統(tǒng)淹水、水池翻水事故風(fēng)險?，F(xiàn)正在B線水處理推廣實施。

冷卻塔用于用后熱水降溫，水處理系統(tǒng)使用非常多，其運行狀態(tài)與回水溫度、氣候密切相關(guān)，但控制要點是保證出水溫度滿足設(shè)計要求，因此應(yīng)用變頻調(diào)速及自動化控制技術(shù)，根據(jù)環(huán)境溫度和軋線水溫調(diào)整風(fēng)機運行臺數(shù)和轉(zhuǎn)速，就能充分地滿足軋線要求的供水工藝參數(shù)，同時獲得較好的節(jié)能效果。

4 系統(tǒng)節(jié)能效果

1）以A線為例，建廠初期達產(chǎn)后水處理系統(tǒng)電耗月均760萬kWh，約占工序電耗20%，采取上述各類措施與方法，經(jīng)過持續(xù)推進節(jié)能工作，2023年水處理電耗6 850萬kWh（月均約570萬kWh），熱軋工序電耗5.06億kWh，系統(tǒng)電耗工序占比降至13.5%，噸鋼降至11 kWh，節(jié)能效果顯著，年節(jié)電2 280萬kWh，折標(biāo)煤約2 900 t，按當(dāng)前價年降成本約2 000萬元。

2）標(biāo)準(zhǔn)化工作。為了持續(xù)發(fā)揮節(jié)能效果，應(yīng)有力推進節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化。規(guī)范運行模式，固化沖渣系統(tǒng)間拔運行，固化平流池和集中泵房閥門開度，使之與旋流池穩(wěn)定匹配；根據(jù)季節(jié)氣候和環(huán)境溫度調(diào)整風(fēng)機運行臺數(shù)和轉(zhuǎn)速，充分兼顧和利用環(huán)境能力；與軋線保持暢通通訊聯(lián)絡(luò)，及時停、減泵；執(zhí)行間接水系統(tǒng)季節(jié)運行模式、檢修運行模式；推廣應(yīng)用有成效的技術(shù)進步項目；新上項目要根據(jù)具體情況實施設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。

5 結(jié) 論

水處理系統(tǒng)節(jié)能，要綜合分析軋線設(shè)備及工藝需求及其自身特點，結(jié)合新技術(shù)應(yīng)用，尋找節(jié)能降耗機會點，切實實施有效措施，可以達到較優(yōu)的節(jié)能效果，并具有較好推廣價值。

參考文獻

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作者：呂中付，男，55，高級工程師

收稿日期：2024-04-19