鋁電解鑄造冷卻水循環(huán)再利用的經(jīng)濟(jì)分析
| 循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)物質(zhì)資源的有效利用和經(jīng)濟(jì)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(jì)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(shè)計(jì)和配置及輸送管道鋪設(shè)等方面需要較大投資，但從長遠(yuǎn)來考慮，節(jié)約的水資源成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于改造投資費(fèi)用，因此，經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)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(jī)，采用設(shè)計(jì)的噴水冷卻器對鋁錠進(jìn)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(jìn)行冷卻，這樣，形成往復(fù)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(shù)，使PID的參數(shù)整定和調(diào)整實(shí)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(shí)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(shí)際壓力經(jīng)反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時(shí)，通過對參數(shù)運(yùn)算，調(diào)整PID的參數(shù)，控制電壓上升，使VVVF頻率相應(yīng)增大，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量加大，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之，水泵轉(zhuǎn)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(shè)定在25～50Hz范圍內(nèi)變化，在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)管道壓力遠(yuǎn)小于或遠(yuǎn)大干設(shè)定值時(shí)，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(fù)荷生產(chǎn)時(shí)考慮到用水量會(huì)迅速增加，故采用PID調(diào)節(jié)方式，通過對偏差量的檢測，自動(dòng)形成循環(huán)水給定壓力，這樣加泵更快。 費(fèi)用計(jì)算 1．采用直排方式所投資水資源費(fèi)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(fèi)水資源3 000t，按0．758元/t計(jì)算，折合人民幣約2 274元，一年浪費(fèi)83萬元，是一筆很大的損失。同時(shí)，由于鋁錠冷卻水排放時(shí)還需凈化后才能排放，也需較大的投資費(fèi)用，共計(jì)120萬元/年，這樣，帶來的經(jīng)濟(jì)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(fèi)用 （1）電氣控制投資費(fèi)用估算 恒壓供水單套3臺水泵電氣控制系統(tǒng)投資費(fèi)用：變頻器2臺（5萬元，臺），PLC控制系統(tǒng)10萬元，共計(jì)（2×5+10）×2×3=120萬元。 （2）鋪設(shè)管道投資費(fèi)用估算 供水管道包括供水管道和回水管道，每個(gè)供水系統(tǒng)管道長度約為200m共計(jì)200×3=600m，直徑為377×10的鋼管，重量計(jì)算按公式W=πρ（D-S）SL/1 000計(jì)算，管道投資費(fèi)用約60萬元（5 000元/t）。 （3）其他費(fèi)用 人工費(fèi)用包括其他額外投資按20萬元計(jì)算。 效益分析 1．改造后節(jié)約電能及人工費(fèi)用 采用恒壓供水與人工起動(dòng)直接供水相比。目前該廠鑄造車間應(yīng)用9臺55kW三相異步電動(dòng)機(jī)供應(yīng)冷卻水，9臺30 kW熱泵軸冷卻鋁錠的回流熱水，達(dá)到循環(huán)供水。平常豎井及橫鑄機(jī)組無開動(dòng)時(shí)，用水量較小時(shí)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(shí)間較多、節(jié)能效果非常顯著，實(shí)際測得冷泵實(shí)際電流為44 A，熱泵電流32A。如果按一年工作360 d，調(diào)速30～50Hz隨機(jī)分布來計(jì)算，結(jié)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(jì)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(yùn)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(shí)造成的冷卻水供應(yīng)不足，也較好地解決了生產(chǎn)低峰期水源和電能的浪費(fèi)，同時(shí)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(shè)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(yù)計(jì)年節(jié)約費(fèi)用4萬元。 2．差額計(jì)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(fèi)用共計(jì)120+19．2656+4=144萬元/年。而改造費(fèi)用共計(jì)200萬元，一年半即可收回成本，所以其經(jīng)濟(jì)性是相當(dāng)明顯的。 3．其他優(yōu)點(diǎn) 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(dòng)鑄造機(jī)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(diào)節(jié)閥門工藝落后，而采用變頻調(diào)速則可根據(jù)管路水流量或壓力大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保持一設(shè)定值，達(dá)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(diào)速，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，減泵時(shí)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(yùn)行，同時(shí)針對所使用18臺泵均使用多年，需要定期進(jìn)行檢修的實(shí)際情況，增加了軟、硬件備用功能，有效地延長了設(shè)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(shí)實(shí)現(xiàn)故障后自動(dòng)起動(dòng)，具有一定的先進(jìn)性。 |
