关于铝工业给排水节能设计的分析

张 静

（贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550000）

目前是推进可持续发展的时代，从源头上进行节能设计，通过改革生产氧化铝、电解铝工艺，回收利用水资源，减少废水排放等措施，减少新水用量，减少对环境的影响，响应国家节能减排政策，促进铝工业发展是当务之急。

1 铝工业给排水节能设计的意义

铝工业的给排水设计与一般的工艺设计有较大不同，因此要注意污染防治，确保绿色生产。我国一些铝生产企业由于给排水设施不完善，排放的废水对环境造成了不同程度的污染，生态环境问题尤为突出。铝工业实现节能减排，设计源头是关键，以汽机冷却水系统为例，循环水量约为5000m3/h，用户接点水流量为0.5MPa，如果采用传统的开式系统，则补水量为5%，即用水量250m3/h；如果通过安装恒压系统，则系统可以根据运行情况进行调节，使水泵随时处于和生产工况匹配的状态，可以降低运行费用，延长设备的使用寿命，并可以减少补水量；上述两种工况说明，给排水系统应进行节能设计，节能设计对企业的生产意义重大，能降低用水成本，并提高企业的经济效益和社会效益。

2 给排水系统目前现状

（1）循环冷却系统和高温炉冲渣系统。为达到降低能耗的目的，循环水要得到有效利用，避免造成浪费。虽然生产中的循环回水损耗很小，但是依然会对系统的性能产生影响，比如冷却塔蒸发、风吹损失比较大，需要考虑生产成本。冷却塔是铝生产企业冷却系统中最重要的换热设备之一，降低冷却塔的蒸发、风吹损失是节能设计的重要一项内容。另外，生产新水用于高温炉冲渣，大大增加了水耗，浪费了能耗，如果能对其进行有效的利用，不仅可以节省新水用量，还可以在一定程度上降低碳排放量，缓解环境问题。

（2）给排水设备的选型。水泵选型时，采用的水泵实际运行工况处在水泵性能参数的低效段，水泵配套电机未采用高效电机，采用国家已公布淘汰的机电产品。供水设备采用工频泵，与实际生产运行情况不协调，造成电能浪费。这不符合铝行业节能减排的设计目标，会增加企业的成本。

（3）排水系统。传统的铝生产企业，生产废水和雨水采用一套排水管网，部分混合水经废水处理站处理达标后就近排放，大部分混合水则直接排放。外排的混合水中污染物含量较高，对周边环境造成了污染。

3 铝工业给排水设计的要点

结合铝工业的实际情况，充分利用现有的给水排水技术，发挥其应有的作用。

（1）铝工业的给排水管道设计。给排水首先要做好管道规划，须采用经久耐用的管道。试验表明，在管道设计过程中，应尽可能采用比较经济的给水管道，以减少压力损失。在配管时，则应根据设备位置选择适当的管线走向，保证管线顺直，水力状况良好。这样既能保证给排水高峰压力平衡，又能通过改变管径改变水量，控制分水现象，避免负压。

（2）供水压力设计。在进行给水排水技术规划时，应注意给水压力的设置，需选择经济流速，以降低水锤作用，节约能耗。另外，在供水管上还应安装压力表、调节阀、排气阀和旁通管路等装置，确保系统安全运行。

（3）保证调速装置的安全并做好调试工作。在铝工业生产过程中，水循环系统起着重要作用，水输送设备是关键。因此，在设计时应充分考虑到给排水的节能问题，对加压水泵进行调速，根据生产条件的变化，可自动调节循环水泵的转速，确保系统的流量能较好地满足水泵的工作要求。

（4）做好给排水节能设计。做好节能工作，对于铝工业的给排水建设十分重要，设计时，应结合现有给排水技术的不足及施工工艺，提出给排水系统的改进方向。

4 节能技术措施

（1）改造循环冷却系统。降低循环冷却水系统运行过程中的新水消耗，努力提高生产水重复利用率，使生产水重复利用率达到为90%以上，达到节约水资源的目的。①减少冷却塔蒸发损失。蒸发散热是冷却塔热交换的主要方式，因此蒸发损耗不可避免。但可以根据季节和气温变化，适当调整冷却塔的运行台数，如在冬季寒冷时减少冷却塔的开启数量，可减少蒸发水量。②减少冷却塔风吹损失。风吹损失是由于冷却塔的出塔湿空气中带走的水分，可以通过增加收水器以减少水分损失。通过在冷却塔在风筒进风口处均加设收水器，使水滴在上升过程中，遇收水器遮挡后滑落，减少风吹损失。③减少循环水系统补充水量。循环水系统运行过程中因蒸发、风吹、排污、漏损等原因，水量不断减少，盐分不断升高，需要随时补充新水。新水补充量大时，循环水浓缩倍数低，水质好，但耗水量大；新水补充量小时，循环水浓缩倍数高，水质较差，但节水效果好。参照国内同类铝生产企业的运行经验，循环水系统设计浓缩倍数≥5，较高的浓缩倍数可减少新水消耗。同时，各循环水均设置了旁滤处理设施，提高排污水中的固含率，在保证循环水质满足工艺需求的条件下，减少了循环水补水量和排污量。

（2）倡导串级用水。根据用水点的水质要求，梯级供水由高到低依次进行，可直接将上级水不经处理直接用于下级水，如转炉、高炉煤气洗煤、洗涤烟气等，实现了生产水的复用，提高了生产水的重复利用率。这些实践经验为节约能源提供了更加科学有效的方法，串联的节流技术在实际运行中效果显著。

（3）变频器的应用。在连续供水过程中，不同设备需要水量不同，采用水泵变频调速，可显著改变用水设备对用水量的调节，有效地减少水的消耗，提高供水系统的可靠性，具有良好的经济效益。具体方法是利用压力传感器采集管网中的压力，并将信号输送至水泵变频控制器。当管网压力大于设定值，变频器降频运行，水泵功率降低；当管网压力小于设定值，变频器升频运行，水泵功率升高。

用于循环冷却系统时，变频调速用于冷却塔风机的变频控制，当给水温度满足生产要求时，可根据环境温度、风速等外部条件，降低风机运行频率及性能，有利于节能减排。

（4）设置冷却回水旁通管。湿球温度是设计冷却系统的基础，除了夏季，在其它季节通过调节旁通管，减少了进入冷却塔的水量，直接进入水池，从而减少了对风机的需求，尤其是在冬季，节能更加重要。同时可减少水泵工作台数，降低运行费用，这符合节能设计的理念。

（2）选择合适的水泵。水泵应在高效的范围内进行，但是有的时候在水泵的设计选型上，是不能完全满足要求的。这种问题经常发生，选择比使用条件大的泵，会导致生产中水头消耗过多，增加能耗。故选泵时，根据设计参数选择合适的泵，并保证泵的运行在高效率工段，水泵配套电机采用高效电机，不采用国家已公布淘汰的机电产品。水泵的运行指标不低于GB/T16666-2012《泵类液体输送系统节能监测》中规定的数值，电动机负载率不低于40%。详见下表1。

表1 水泵类及效率和泵类及液体输送系统效率合格指标

（6）给排水管网设计的优化。厂区的各种供水管网均采取经济流速，并采用内壁光滑的供水管材减少沿程阻力损失，另外管道上应用的阀门均选用局部阻力系数小的阀门，减少局部水头损失，从而降低水泵扬程，节约能耗。同时科学合理地设计管路、接头、坡降等局部地方，实践证明，这在一定程度上也可以降低成本。并在各工序及主要耗能设备均设有计量检测及控制仪表，以加强能源的科学管理和合理利用。同时还应合理布置，充分利用地形。排水管道充分利用厂区的自然地势由高到低布置管线，使排水自流排入废水处理站，不经过水泵提升措施，减少了投资和能耗。

（7）高温炉冲渣水的余热利用。充分利用高温炉冲渣水的余热，铝工业高温炉在生产中会产生大量的炉渣，这些炉渣的温度较高，这需要消耗一定的水来冷却，在此过程中会产生大量的废水。同时，冷却废水继续用作洗渣水，从而形成循环，可减少用水的需求量，节约能源。高炉熔炼冷却时，渣体内存在大量热能，热能回收也是给排水工程建设中的一项重要节能措施，但炉渣冲洗水含有大量杂质，不能直接利用。因此需要进行换热器处理，经过热交换处理后的热能可以用于供热。这些措施对于企业发展是有好处的，是节能理念的实践与贯彻，值得推广。

（8）生产废水和初期雨水的处理与回用。厂区分别设置生产废水管网和雨水管网。生产废水经收集进入生产废水处理站，经过处理后回用，实现了“废水零排放”。这样既减少了新水消耗，又防止废水对当地环境造成污染。生产废水处理站采用一体化处理流程，采用一次提升满足整体工艺用水压力的方式，减少了过程设备，降低了设备空置率。水处理过程中必要的提升水泵、格栅机、搅拌器等能耗高的设备均采用PLC自动控制运行间断运行，或根据水位压力等信号、或根据需要设定运行时间，减少了设备空转率。初期雨水由于冲刷屋面、道路等，含有较多的悬浮固体等污染物质，直接排放可污染外部水体。雨排水经雨水管网汇流排至厂外，其中厂区内初期雨水经截流进入初期雨水收集池后经加压送至生产废水处理站统一处理，经处理后作为回用水二次利用，有效降低新水消耗量。

（9）采用节水型卫生器具。室内卫生设备均采用国家推荐的节水型设备，安装节水型阀门，最大限度的采用室内给排水节能技术，办公设施可节水27%。室内给排水管材采用连接效果好的塑料管材，选择材质稳定的卫生设备，减少跑冒滴漏现象，减少供水能耗。

5 结语

采取这些给排水节能技术措施，有利于铝生产企业降低成本，提高企业的经济效益和社会效益，提高企业的市场竞争力。要实现节能减排的有效目标，就必须全面、充分地考虑节能措施实施的可行性，贯彻科学的发展观，确保达到较好的节能效果。