敞开式净循环水系统最优浓缩倍数的探讨(上)

摘要:运用生命周期成本法分析了首钢京唐钢铁公司某敞开式净循环水系统的生命周期成本。对该系统在运行过程中涉及的各项成本进行量化分析，并且随季节变化而改变系统边界条件，从而得出不同的浓缩倍数的优化结果。关键词:敞开式;净循环水系统;浓缩倍数:生命周期成本敞开式净循环水系统最优浓缩倍数的探讨(上)张建红'，吴礼云'，刘正发"，陈志新*.徐明"， 李金辉3(1.首钢技术研究院，北京100043; 2. 首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北曹妃甸063200;3.首钢新钢有限责任公司动力厂，北京100041; 4. 北京首钢国际工程技术有限公司，北京100043;5.唐山首钢宝业钢铁有限责任公司，北京100041)尽管我国水资源短缺，但是技术限制和管理落间接冷却水，因此选取某个净循环冷却水系统为研后等原因造成的浪费水现象仍然十分严重。据不完究对象，对其生命周期成本进行分析。全统计，国内平均吨钢新水牦最是国外先进企业的1.1内部成本IC环呆近4倍，其他工业产品的单位耗水量均比国外高数内部成本是指传统跟生产有关(原料、能源、人23倍。我国冶金工业水重复利用率平均不到70%，而力资源、设备等)的费用、潜在费用和不可估算费发达国家高达90%。用。循环冷却水系统的内部成本构成主要包括以下水的循环利用是冶金企业用水的基本特征，而几个方面:补水费IC,水泵电费IC2,冷却风机电浓缩倍数是衡量节水的一个重要技术经济指标。同费IC;.排污费IC,，缓蚀阻垢药剂费ICs.杀菌灭时，提高循环冷却水的浓缩倍数，也是节水减排的藻药剂费IC。以及系统设备折旧、维护费IC, (人力.重要手段。但是浓缩倍数并非越高越好，浓缩倍数资源费等一般为定值，在此不考虑)。过高后对水质稳定配方，药剂性能的要求更加苛1.1.1 补水费1C;刻，药剂的费用将大幅度增加。因此必须对循环冷Na.补水量Qm =-(1)却水系统在不同浓缩倍数条件下的生命周期成本进N-1+ a行分析，从而确定最优浓缩倍数。式中: Qm--系统补水量， m>/h,N--循环水浓缩倍数;1循环冷却水系统生命周期成本分析a一-蒸发损失量(a=^T/6oo，0 T为冷生命周期成本法是将企业生命周期内的各种成却塔进出口温差。由于冬季气温很低，接触传热量本，包括环境成本都纳入其涵盖范围之内的一种考可占总传热量的50%以上，甚至70%左右,夏季气虑了企业生产经营全部环境影响的成本计划与控制温较高，接触传热量甚小，蒸发传热占主要地位，其方法。生命周期成本(LCC) 包含:内部成本(IC:传热量可占总传热量的80%~90%。因此在各季节企业再生产过程中所用原料、公用工程的成本费冷却塔进出7澳*县去差则的n互季取△T= 10用)。外部环境成本内部化，即外部成本(EC:产c，春中国煤化工取OT=4c.),品生命周期过程中所有环境费用的总和)。. CNMH G由于钢铁工业生产中有70% ~ 80%的冷却水为据此可计算不同浓缩倍数下的补水费用:部分药剂，而进入系统的补充水不含药剂，这将导__Qm直.(2)IC1=- 10000致循环冷却水中的药剂浓度下降，不能达到预期效式中: IC,--系统补水费用，万元/季度，果。因此，应不断向循环冷却水中补充药剂，以确f--水费单价，元/m'.保循环冷却水中的药剂浓度相对稳定。另外，如系1.1.2 循环供水泵电费统中有铜或铜合金换热设备时，循环冷却水处理应由于清循环冷却水系统是通过管网压力进行补投加铜缓蚀剂或采用硫酸亚铁进行铜管成膜。铜缓水的，因此在各浓缩倍数条件下用电量是一样的，蚀剂用量较少，一般可与缓蚀阻垢剂混匀-起投p:加。缓蚀阻垢剂加药量为:A.=P .4(3)(9)G,= 1000(N- 1)= 1000N式中: A-供水泵耗电量，kWh/季度;P.-- -水泵的功率，kW I式中: G,--系统正常运行时单位时间内的加药t;--供水泵运行时间，h.量，t/季度:因此水泵电费为:蒸发水量Q=(N-I)axQ(10)Qm .在(4)g--单位体积循环水缓蚀阻垢剂的加药量，.IC2=- 10000式中: IC2-一供水泵电费， 万元/季度;mg/L.则系统缓蚀阻垢剂的费用即为:t,--电费单价，元/kWh.1.1.3 冷却凤机电费IC, ;10000G.t.去(11)节在相同的工况下，热负荷一定，冷却塔的冷却式中: 1C,--系统药剂费用，万元/季度, .能|数也是相同的，根据冷却塔的性能曲线可知，水气1,--缓蚀阻垢剂单价，元/t.环保比也是相同的，即风机的风量也是相同的，因此在1.1.6 呆菌灭藻药剌费24不同的浓缩倍数下风机的功率也是一样的。 然而，循环冷却水系统的水温和pH值均适宜微生物吊|由于各季节蒸发传热量不一样，因此风机的运行时生长，冷却塔塔下水池又常年露置室外，阳光充足，间也不一样。风机耗电量为:这更给微生物的生长繁殖创造了条件。微生物主要(5)A2=R.右是蘭藻类，它们的存在不仅使水质恶化，还与其它式中: A2--风机耗电量，kWh/季度，有机或无机杂质构成粘垢附着、沉积在系统内，增P,--风机的功率，kW;加了水流阻力，井且严重地降低了热交换设备的传t,--风机运行时间，h.热效率，粘垢不仅妨碍缓蚀剂发挥其防腐蚀功能，因此风机电费为:甚至促进腐蚀过程。因此，必须采取透当措施控制.(6)菌藻类在循环冷却水中的生长繁殖。目前冶金企业1C;=- 10000 -最常用的杀生剂是氧化型杀菌剂。杀菌灭藻剂的加1.1.4排污费药量为:排污量为:(7), 'g.(12)h”N-1+aG。=1000式中: 0n--系统排水量，m*/h.式中:G.--系统正常运行时单位时间内的加药据此可以计算出不同依缩倍数条件下的系统排量， t/季度，.单位体积循环水杀菌灭藻剂的加药污费，即:(8)量， mg/L.IC. = 10000- .t则系统杀蔺天藩剂的费用即为:式中: IC.- -系统排污费，万元/季度:中国煤化工(13)1,--排污费费单价，元/m'.MHCNMH G万元/季度:1.1.5缓蚀阻垢药剌费不机划川讽川'伴随系统运行，风吹损失及排污损失均会带走f,--缓蚀阻垢剂单价，元/t,ts--杀菌灭藻剂投加时间，h。考虑夏季高f。--水资源附加费，元/m'.温季节时菌藻繁殖旺盛，危害明显，因此采用夏季1.2.2 发电排放附加费连续投加方式，gc 取值0.5~0.8mg/L,其余季节在发电过程中会排放CO2. SO2. NOx以及粉.采用间歇投加方式，春秋季gc取值2~4mg/L，一尘等环境有害物质，根据估算的各污染物的环境价天投加两次，每次3h;冬季gc取值2~ 4mg/L,一值所得出的发电过程中各污染物的排放最就可以计天投加两次，每次2h.算其环境成本，即:1.1.7 系统设备折旧、维护费A.E0,V(18)在高浓缩倍数下，由于冷却水中的含盐最逐步10000增高，金属设备表面形成的腐蚀电池的腐蚀电流增A= EA= A.+A2(19)大，腐蚀速率就会加快，从而导致系统设备加速折式中: EC2--发电排放附加费，万元/季度，旧。因此，必须保证系统在合理的浓缩倍数下运行。A --系统耗电量，kWh/季度;根据在不同浓缩倍数下设备腐蚀情况的试验数据,6;- - 第i项污染物的环境价值单位，元/t,设备折旧率模型近似可用指数函数形式表示，即:V,--第i项污染物的排放量，t/kWh.η= a●eN(14)几种主要污染物的环境价值见表1。式中: n--设备折旧率，%;表1几种主要污染物的环境价值a, b--系统设备折旧系数，可转化为最污染物CO，SO, NOx_CO废水小二乘拟合曲线求解。环境价值(元/t)6000 800010000.8折旧费即为系统设备的一次投资与折旧率的乘1.2.3 废水排污附加费节积，即:废水排放必将对环境造成不同程度的危害，因IC,-c.刀(15)此有必要对废水的环境价值进行估算。废水排放附式中: IC,--系统设备折旧费，万元/季度，加费为废水的排放量与废水环境价值的乘积，即:| 25]c--设备一次投资费用，万元。Q .fEC;= 10000 t(20)该循环冷却水系统的内部成本即为:式中: EC,---废水排放附加费，万元/季度,IC= EICf,--废水环境价值，元/t。= IC:+IC:+IC;+IC+IC;+IC+IC,(16)1.2.4缓蚀阻垢剂使用排放附加费1.2外部成本外部成本指有关企业公益活动和社会责任的费由于药剂在生产、制造及使用过程中会造成环5用(如废物排放导致的环境影响费、污染挖制费、处境的损害，因此须计算出在不同浓缩倍数下系统所置费、生态修复费和回收回用费等)。循环冷却水系添加的药剂量，再根据其造成的环境污染物的环境统的外部成本主要包括水资源附加费，发电排放附价值来估算药剂消耗所造成的环境价值，即:G.gθ;V加费，废水排污附加费，缓蚀阻垢剂使用排放附加.ECs=- 10000 - 4(21)费，杀菌灭藻剂使用排放附加费，设备折旧再造附式中: EC-缓蚀阻垢剂消耗附加费，万元/季度;加费。V,--第i项污染物的排放量，t/t。1.2.1水资源附加费模型中补水主要考虑为工业水，若要转化为对1.2.5杀菌天藻剌使用排放附加费水资源的消耗就必须找出工业水的产出系数，那么G.2θV水资源附加费即为:EC,=- 1. .t(22)EC =: Qm.μ.fo(17)式中:"中国煤化工费，万元/季式中: EC1--水资源附加费，万元/季度;度:CNMHGμ--工业水产出系数:一般自用水率为.书1项门朵物则俳放重，t/t。5%-10%，可取μ为1.06,(未究待续)