鋁電解鑄造冷卻水循環(huán)再利用的經(jīng)濟分析
| 循環(huán)經(jīng)濟是一種以資源高效利用和循環(huán)利用為核心。以“三R”（即減量化Reduce、再使用Reuse、再循環(huán)Recycle）為原則，低消耗、低排放、高效率為基本特征，以生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈為發(fā)展載體，以清潔生產(chǎn)為重要手段，實現(xiàn)物質資源的有效利用和經(jīng)濟與生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。 中國鋁業(yè)青海分公司鑄造鋁錠生產(chǎn)中的冷卻水采用循環(huán)水，即循環(huán)再利用，它是一種很好的經(jīng)濟循環(huán)的體現(xiàn)，它用水泵來供給，雖然在恒壓控制電路的設計和配置及輸送管道鋪設等方面需要較大投資，但從長遠來考慮，節(jié)約的水資源成本遠遠高于改造投資費用，因此，經(jīng)濟性相當可觀。 冷卻水循環(huán)工藝 鑄造循環(huán)水工藝流程如圖1所示，由于鋁電解鑄錠過程中溫度非常高，需要急劇冷卻才能較好地保證后續(xù)工作的完成。因此，鋁錠生產(chǎn)中需要大量的冷卻水，冷泵從冷卻塔水池中將水通過管道輸送到鑄造廠房鑄造機，采用設計的噴水冷卻器對鋁錠進行冷卻。而熱泵將冷卻過鋁錠后的熱水通過管道抽送到冷卻塔進行冷卻，這樣，形成往復循環(huán)再利用的過程。 恒壓供水控制原理 采用數(shù)字PID控制技術，使PID的參數(shù)整定和調整實現(xiàn)在線控制，通過對系統(tǒng)壓力的檢測，根據(jù)水壓的大小使系統(tǒng)對鑄造循環(huán)水采用PID控制和PD控制，使系統(tǒng)實現(xiàn)了快速、穩(wěn)定的輸出。 工作原理如圖2所示，將管網(wǎng)的實際壓力經(jīng)反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進行比較，當管網(wǎng)壓力不足時，通過對參數(shù)運算，調整PID的參數(shù)，控制電壓上升，使VVVF頻率相應增大，水泵轉速加快，供水量加大，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之，水泵轉速減慢，供水量減少，迫使管網(wǎng)壓力下降，以保持恒壓供水的穩(wěn)定。 在本系統(tǒng)中采用了多泵控制，單泵設定在25～50Hz范圍內變化，在調節(jié)范圍內管道壓力遠小于或遠大干設定值時，可以依靠增加或減少水泵數(shù)量來完成，加減泵按1→2→3選換順序選擇。滿負荷生產(chǎn)時考慮到用水量會迅速增加，故采用PID調節(jié)方式，通過對偏差量的檢測，自動形成循環(huán)水給定壓力，這樣加泵更快。 費用計算 1．采用直排方式所投資水資源費用 電解鑄造鋁錠若不采用循環(huán)水，而采用直排冷卻水，每噸鋁錠約需3 t水，每天全廠產(chǎn)量約為1 000 t，每天浪費水資源3 000t，按0．758元/t計算，折合人民幣約2 274元，一年浪費83萬元，是一筆很大的損失。同時，由于鋁錠冷卻水排放時還需凈化后才能排放，也需較大的投資費用，共計120萬元/年，這樣，帶來的經(jīng)濟損失對企業(yè)來說是巨大的，而且與國家節(jié)約資源、節(jié)約用水及企業(yè)節(jié)能降耗、增創(chuàng)效益相違背。 2．冷卻水恒壓循環(huán)再利用投資費用 （1）電氣控制投資費用估算 恒壓供水單套3臺水泵電氣控制系統(tǒng)投資費用：變頻器2臺（5萬元，臺），PLC控制系統(tǒng)10萬元，共計（2×5+10）×2×3=120萬元。 （2）鋪設管道投資費用估算 供水管道包括供水管道和回水管道，每個供水系統(tǒng)管道長度約為200m共計200×3=600m，直徑為377×10的鋼管，重量計算按公式W=πρ（D-S）SL/1 000計算，管道投資費用約60萬元（5 000元/t）。 （3）其他費用 人工費用包括其他額外投資按20萬元計算。 效益分析 1．改造后節(jié)約電能及人工費用 采用恒壓供水與人工起動直接供水相比。目前該廠鑄造車間應用9臺55kW三相異步電動機供應冷卻水，9臺30 kW熱泵軸冷卻鋁錠的回流熱水，達到循環(huán)供水。平常豎井及橫鑄機組無開動時，用水量較小時一般只開一臺冷泵一臺熱泵，水壓限于0.4MPa左右。該條件下，由于泵的功率較大、工作時間較多、節(jié)能效果非常顯著，實際測得冷泵實際電流為44 A，熱泵電流32A。如果按一年工作360 d，調速30～50Hz隨機分布來計算，結果可以節(jié)約，熱泵30×24×360×32×3/56=192 342（kW•h），按0．25元/kW•h計算，每年可以節(jié)約48084元，冷泵55×24×360×58×3/102=81 063（kW•h）則每年可以節(jié)約192 656元，改造后運行效果良好，較好地解決了鑄造循環(huán)水供給存在的問題，避免了泵投切不及時造成的冷卻水供應不足，也較好地解決了生產(chǎn)低峰期水源和電能的浪費，同時也避免了水壓過大造成水槽水位過高而外溢，造成車間淹沒及對廠房設備絕緣的破壞。另外，不再由人工專門值班起、停水泵，節(jié)約了人力，預計年節(jié)約費用4萬元。 2．差額計算 將本公司鑄造冷卻水改為循環(huán)水節(jié)約水源及電能和人工費用共計120+19．2656+4=144萬元/年。而改造費用共計200萬元，一年半即可收回成本，所以其經(jīng)濟性是相當明顯的。 3．其他優(yōu)點 除了節(jié)約能量外，這種恒壓供水系統(tǒng)還有如下好處：穩(wěn)定水壓、防止由于人為操作閥門引起水壓變化不一，引起鑄造廠房“水淹”事故而影響正常生產(chǎn)。此外因生產(chǎn)需要開動鑄造機組多少不一樣，用水量不一樣。交接班幾乎需1 h左右。人為調節(jié)閥門工藝落后，而采用變頻調速則可根據(jù)管路水流量或壓力大小自動調節(jié)電動機轉速，保持一設定值，達到改善供水工藝條件的目的。 在供水系統(tǒng)中采用變頻器調速，系統(tǒng)可根據(jù)實際設定水壓自動調節(jié)水泵電動機的轉速和加減泵，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求******限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)電、節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠運行狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水，減泵時采用“先起先停”的切換方式，相對于“先起后停”方式，更能確保各泵的正常運行，同時針對所使用18臺泵均使用多年，需要定期進行檢修的實際情況，增加了軟、硬件備用功能，有效地延長了設備的使用壽命。壓力閉環(huán)控制，使系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的壓力保持給定值，大大提高了供水的穩(wěn)定性，變頻故障后仍能保持不間斷供水，同時實現(xiàn)故障后自動起動，具有一定的先進性。 |
