循环冷却系统

循环冷却系统篇1

循环水泵是热力发电厂循环水系统中最主要的设备, 其运行的安全稳定与否关系到整个机组的安全性。浙江大唐乌沙山发电厂一期4*600MW机组循泵采用由长沙水泵厂出厂的88LKXB-19型立式单级单吸导叶式、内体可抽出式斜流泵。自2006年投入运行以来由于振动大、泵内有异音多次解体检查, 发现该循泵在运行不到一个检修周期后, 导轴承赛龙体存在较为严重的磨损甚至是融化现象, 导轴承与轴之间配合间隙已经严重超标, 致使循泵振动增大, 危及机组安全运行。为此, 迫切需要对循环水泵导轴承冷却系统进行优化。

2 原冷却方式及存在的问题

循环水泵轴系由3~4根轴通过套筒联轴器联接在一起组成, 轴系全部套装在内接管内, 在每根轴上都装有赛龙体导轴承, 其结构图如图1所示。循环水泵在旋转过程中泵轴与导轴承之间存在高速摩擦, 所产生的热量更加剧了赛龙体的磨损。循泵原来采用自冷却方式, 即在内接管上打有某一直径的若干圆孔, 循泵内经叶轮做功后的循环水通过圆孔进入内接管内对导轴承进行冷却及润滑。采用自冷却方式的优点是系统简单, 没有附加设备, 但同时也存在比较严重的缺陷:a.在循环水泵启动时, 泵体内并没有水, 导轴承处于干磨状态;b.该厂循环水系统采用开式循环, 冷却介质为海水。当海水处于低潮位时, 位于泵轴最上端的导轴承常处于冷却水供应不足的状态。从现场循泵解体后导轴承的磨损情况可以证实这一点。

3 冷却水系统优化方案

为了解决导轴承原有冷却方式的不足, 强化对导轴承的冷却, 减少动静摩擦对导轴承造成的磨损, 采用如下方案对循环水泵导轴承冷却方式进行优化:a.将循泵内接管上原有进水孔采用补焊方式加堵;b.从循环水泵出口母管处取经循泵做功后的循环水作为新的冷却介质;c.在最上端填料函处间隔120°打某一直径斜通孔, 作为新冷却介质的入口;d.将循泵做下端导轴承赛龙体由直筒型改型为“L”型, 以减少冷却水流失。

3.1 最优系统布置

为精简系统组成, 优化后的冷却水系统可采用单元母管制。根据循泵房内8台循泵布置方位, 将其分成两个单元, 每四台循泵为一个单元, 采用同一套导轴承冷却水系统。冷却水流由填料函处斜通孔进入内接管与泵轴组成的环形空间, 并达到泵轴最下端, 需克服导轴承与轴之间狭小间隙造成的通流阻力等各种阻力。因此, 系统中需设置增压泵为冷却水加压。在循环水泵运行期间, 冷却水系统须不间断地为循泵导轴承提供冷却水, 为此在系统中共加装两台增压泵 (一用一备) 并设置电动门旁路以增加系统的可靠性。为最大程度控制冷却水中杂质含量, 减少硬颗粒物进入导轴承之间对轴及轴承造成磨损, 在泵入口位置布置具有反冲洗功能的滤网, 并通过监控滤网进出口差压, 实时进行滤网反冲洗。

3.2 增压泵选型

在本系统中增压泵选型为离心式管道泵, 其中电机与泵同轴整体出厂, 既减少了现场安装时的工作量, 又避免了对轮不同心度造成的振动。

由于冷却水需有足够的压力才能“穿过”循环水泵做功的循环水达到内接管最下端的导轴承, 故:H=H1+H2+ΔH (1)

式中:H-增压水泵扬程;H1-循环水泵扬程, 15m;H2-循环水泵内水的高度, 10m;ΔH-冷却水沿程损失, 5m。

由式 (1) 可以计算得到增压水泵扬程H为30m。

经过调研, 每台循环水泵的冷却水量应不小于6m3/h才能对循泵导轴承进行充分的冷却, 故增压水泵流量不应小于24m3/h。

3.3 系统控制逻辑

冷却水系统中共布置两台增压泵和一台电动阀门形成三路并列支路, 在系统正常运行期间一台增压泵工作即可满足冷却水流量需求, 当在运行增压泵发生故障停止工作后, 备用增压泵联锁启动;若备用增压泵启动失败, 旁路电动门在5S内自动开启到全开阀位, 始终保持冷却水不间断对循泵导轴承进行冷却。

4 结论

系统改造完成后, 运行情况稳定, 通过对循换水泵导轴承冷却系统的改造, 冷却水充分带走了导轴承与轴摩擦产生的热量, 使得导轴承得到了很好的冷却, 最大程度上防止了导轴承赛龙体融化。同时系统中滤网对冷却水中杂质进行过滤, 减少颗粒物对导轴承及轴的磨损, 延长导轴承的使用寿命, 保证了循环水泵在检修周期内安全稳定运行。

摘要：分析了循环水泵原有导轴承冷却方式的弊端, 并提出了一种新型的导轴承冷却方案, 针对浙江大唐乌沙山发电厂一期4*600MW机组进行了改造, 取得了良好的冷却效果。对于同类机组具有借鉴意义。

关键词：循环水泵,导轴承,冷却系统,优化

参考文献

循环冷却系统篇2

中国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家，水资源总量居世界第六位，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排第110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。与此同时，国内水污染现状更是不容乐观，中国每年约有1/3的工业废水和90%以上的生活污水未经处理就排入水域，全国有监测的1200多条河流中，目前850多条受到污染，90%以上的城市水域也遭到污染，符合国家一级和二级水质标准的河流仅占32.2%，污染正由浅层向深层发展，地下水和近海域海水也正在受到日益严峻的污染威胁。

石化工业废水是最重要污染源之一，具有量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点，加强石化工业废水的处理与回用，可以有效减少其对环境的危害，增加社会效益，因此目前诸多大型石化企业建设之初，就已经设计采用污水零排放的工艺路线。1污水处理方法

石化工业污水主要有含盐污水、含油污水、清净污水三种。三种污水的水质不同决定了处理方法及处理后的不同的处理方式。1.1 含盐污水处理系统

含盐污水主要包括生产装置区的电脱盐废水、废碱渣处理单元出水、污水汽提后未回用的含硫污水，化水处理站中和污水、循环水旁滤罐排污水等高含盐污水。该系列污水含盐、含油量高并且含有其它杂质，乳化严重，不易处理后回用于循环水系统，但可以作为灌溉、冲洗用水等，但也有部分企业回用作循环水补水。

同时生产装置办公区的生活污水自流入污水处理场，经泵提升后进入含盐污水系统的生化处理单元，与含盐污水混合经生化处理后排至蓄水池以备用。1.2 含油污水处理系统

含油污水主要包括生产装置区排出的低浓度生产污水和装置污染区的初期雨水。该系列污水含盐量较低、含油量少、COD浓度较低，经深度处理后主要回用作循环水补充水。1.3 清净污水处理

为了更为广泛彻底地利用各种水资源，同时降低污水处理成本，一般石化企业都设计了清污分流系统。清净污水主要包括各装置区排出的未受化学污染的水、未回收的冷凝液及装置污染区的后期雨水等，也有企业将循环水排污水归结到清净污水范畴。该系列污水经生化、过滤、反渗透、离子交换处理后已与新鲜水处理后无任何差别，完全可以达到锅炉水的补水要求，可回用作锅炉的补充水。

2、中水对循环冷却水系统的危害

含油污水经处理后回用于循环冷却水系统，中水回用后对系统最大的潜在危害在于含油污水本身处理过程中流程较长，受不可控因素影响较多，造成中水回用时水质波动频繁。如果补水中有害离子含量较高时，随着循环水的不断浓缩，这些有害离子含量将成倍增加，系统腐蚀和结垢的潜在危险增大。中水是污水经生化处理后再进行回用的，这就不可避免地使水中含有大量的微生物，再加之本身含有丰富的营养物质，因此中水是微生物繁殖的理想

第1页环境。中水进入循环水系统后也必然会带来微生物大量生长。微生物问题是中水回用后循环水系统的另一大潜在危险。

在中水回用案例中，对循环水水质影响较大的因素有浊度、电导、油含量、硫化物、氨氮、异养菌总数等。2.1 浊度的影响

循环冷却水中的悬浮物和胶体等共同作用，形成水了浊度，是循环冷却水的重要控制指标之一。循环水浊度产生的原因很多，包括补充水带入的泥沙、难溶解盐类、有机物、腐殖质，以及空气中的粉尘等等。浊度过高，会给系统带来较大的危害，譬如大量悬浮物的沉积，胶状物质凝结成团，粘附在管道及换热器的表面，影响换热效果的同时，造成垢下腐蚀。另外浊度过高，在一定程度上影响了缓蚀阻垢剂的使用效果，并且浊度还为微生物提供了温床，使之有了依附物，增加了杀菌的难度。2.2 电导的影响

电导率和水体中的总溶解固体（TDS）具有相关性。电导率本身反映了水体中可导电离子的多少，即总溶解性固体的多少，但两者呈非线性关系。但根据经验，其电导率乘以0.67，其值基本可以反映总溶固的多少。

回用水的电导率一般都较新鲜水高出很多，补进循环水系统后，随着浓缩倍数增高，循环水的电导率会快速攀升，并且可能达到4000µs/cm以上。电导率高反映出水中可导电介质多，容易引起设备腐蚀的离子增多，从而促进设备腐蚀。2.3 油含量高的影响

循环水中的油含量过多，一方面容易粘附在设备表面，同时吸附其它杂质，影响换热效果；另外可以为微生物提供营养源，促进微生物的大量繁殖；再者当油污粘附在设备表面时，影响缓蚀剂阻垢剂与设备表面的作用，降低了缓蚀阻垢效果，所以当回用水中油含量高时，随着浓缩倍数的提高，油含量浓度将成倍增加，影响了设备的稳定运行。2.4 硫化物及氨氮的影响

硫化物及氨氮高的主要负面影响为促进设备腐蚀。硫化物是腐蚀性极强的物质[2]，当硫化物含量过高时，硫化物、铁、氢离子等相互作用形成S-Fe-H的循环腐蚀体系，加速设备的腐蚀，并且难于控制。因此各循环冷却水系统都对补水硫化物的含量提出了严格的要求，即要求硫化物含量不大于0.1mg/L。

氨氮含量高时，一方面为系统中的微生物提供营养源，另一方面表现为对金属材质（尤其是铜合金）的腐蚀。氨氮随补水进入循环水，降解过程主要为冷却塔吹脱、硝化反应、同其他微生物的同化作用、与氧化性杀菌剂作用等几个方面[3][4]。

第2页 ⑴、氨氮会在细菌的作用下发生硝化反应，产生H离子，造成循环水PH值异常波动，当补水的氨氮含量高（如15mg/L）时，有可能使水的PH值降低至5.0以下，会造成系统局部或大面积腐蚀现象。

⑵、氮、磷本身即为菌藻类生长的必需营养元素，氨氮含量高，可为细菌提供过多的营养，在适宜的温度环境中，会大量繁殖，其尸体会形成生物黏泥，附着在设备表面，影响换热的同时，又促进了垢下腐蚀现象的发生。

⑶、氧化性杀菌剂主要作用原理是活性氯的杀菌作用，而氨氮能与活性氯发生反应，生成氯胺，一方面增加了杀菌剂的用量，另一方面降低了杀菌的效果。

2.5 异养菌的影响

当补水异养菌总数高时，在循环水中因温度适宜、氧气充分、以及其他营养源的存在下，会大量繁殖，尽管可以通过杀菌剂杀灭，但其尸体容易形成生物黏泥，粘附在设备表面，影响换热器换热效果，同时容易引起垢下腐蚀。中水回用系统中，有很多都是微生物问题控制不当而引起的结垢和腐蚀问题，严重影响了设备的安全长效运行，同时降低了设备的使用寿命，增加了生产安全隐患。3 加强中水回用的日常方法

中水回用增加了循环冷却水的管理难度，但可以通过加强现场管理、优化操作等方式将中水对循环水系统危害降至最小程度。3.1 加强污水的监控

根据诸多中水回用案例的经验，多数不合格中水回用后引起的循环冷却水系统问题，其根源多在于中水微生物本身的控制不到位，可以采取如下几项技术措施进行处理： ⑴、生化池处理后的中水在进入中水储罐前，加入适量氧化性杀菌剂，以控制回用中水在补进循环水系统时余氯在0.1mg/l以上，可以有效控制异养菌总数，避免其大量繁殖； ⑵、如果中水出水色度高的话，必然造成循环水带色，且经过不断浓缩，使得循环水颜色加深，特别是在生化池出水不正常的情况下，更是如此：当出现中水带色时，应根据污水的设计流程，在监测池前投入适量的脱色絮凝剂，去除中水的色度，同时还可进一步降低中水中的COD值；当出现中水出水COD值大于60mg/L以上，可通过加大氧化性杀菌剂投加量氧化杀菌，使进入循环水系统中的COD值尽量降低一些，这一措施对控制循环水中的生物粘泥量和系统中含油量是非常重要的。

⑶、严格控制中水中的含油量指标，防止由于含油量太高造成循环水系统油泥油污物的大量

第3页生成，影响循环水水质。3.2 加强水处理药剂的管理

中水回用之后，一般面临着钙硬度、总碱度的提高，增加了系统的结垢风险，原有的水处理药剂配方及投加量可能已经不适应中水的要求，因此必须针对水质的变化作出相应的更改，选用阻垢效果更好的分散剂加强其阻垢效用，同时兼顾缓蚀性能的提高。同时适当加大氧化性杀菌剂的用量，保持水体中的余氯不能长时间低于0.2mg/L，最好达到0.5mg/L左右，以加强对微生物的控制。同时高浓度的余氯还对设备管道上的生物黏泥有一定的逐步剥离作用，但不能使水中的余氯长时间大于1.0mg/L，以免对系统材质造成腐蚀。3.3 加强循环水系统运行管理

中水开始回用于循环冷却水系统，不能一蹴而就，需要逐步提高中水的使用比例，在系统中实现中水的比例占单位时间内补水总量的30%，经循环水系统稳定后，再逐步提高至40%、50%、60%直至设计要求，期间要密切监视异养菌总数、腐蚀速率、粘附速率、生物粘泥量、总铁等项指标的变化情况。

中水回用操作中应尽量避免补水水质波动较大，按照设计要求保持中水和新水按照一定的比例补进循环水系统，进而避免循环冷却水系统水质波动大，维持水中各种离子的平衡状态，减少结垢和腐蚀的风险。4 结论

⑴、石化工业污水按照水质及来源不同分为含盐污水、含油污水及清净污水，中水回用主要是指含油污水回用于循环冷却水系统。

⑵、中水回用造成循环水水质的恶化，增加了循环冷却水系统的运行风险，主要体现在中水出水水质不稳定，尤其需要关注的监测指标有浊度、油含量、氨氮、硫化物、异养菌等。⑶、中水回用后，需加强中水和循环水的水质监测和管理，指定详细的控制指标，保持系统稳定，避免出现大排大补等现象。

[5]

循环冷却系统篇3

关键词：炼油厂；循环冷却水；系统；问题

中图分类号：TE685 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）29-0177-02

中国石化海南炼油化工有限公司地处我国海南省西北部洋浦经济开发区区域，与北部湾比邻，包括避风港以及深水良港在内的区域优势比较显著。在当前技术条件支持下，海南炼化原油综合加工能力基本保持在平均每年800万t以上水平，循环冷却水系统在整个炼油化工工艺技术的优化发展中占据着不容小觑的作用。现阶段，为满足海南炼化各单元对于循环水用水的要求，设置有循环水场。考虑到炼油、化工所需循环水水质的差异性，系统共分两部分，其中炼油部分循环水设计用量为

25 973 m3/h，设计规模为29 800 m3/h；化工部分循环水设计用量为8 100 m3/h，设计规模为12 000 m3/h。在整个生产系统运行过程当中，化工循环水系统与空分空压循环水系统之间的循环冷、热水增设连通跨线，以便空分空压在正常生产时可由化工循环水系统供应。

1 炼油厂循环冷却水系统工艺原理及改进措施分

析

水体在通过循环冷却水系统相关化热性设备（包括炼油装置、水冷器装置以及化工装置在内）的换热反应作用之下会留有一部分的余压。这部分余压使得压力循环热水水体能够流入冷却塔当中发生冷却反应。特别值得注意的一点是：在整个冷却塔装置内部，这部分压力循环热水的流动方向始终保持与冷却塔内部空气流向的相反性，并在与空气发生直接且充分性接触反应的过程当中完成相应的物质交换作业以及热交换作业。在经过冷却塔内部充分冷却处理的水体能够在配水渠传输通道的作用之下自塔下水池流入冷水池反应装置当中，并在此过程当中完成借助于循环冷水泵装置的加压处理与输送操作，从而实现循环使用。基于对改进后整个炼油厂循环冷却水系统工作流程的分析，从设备配置角度上来说，应当做出相应优化的内容重点可以归纳为如下几个方面。

①冷却塔装置优化。针对传统循环冷却水系统冷却塔中老化风机及电机装置进行更新处理，特别注意将风筒更新为动能回收作业模式。在此基础之上，针对包括风筒、收水器以及配料装置在内的关键设备原材进行优化改进，优选强度参数较高的非金属材料，通过对这部分关键设备原材耐腐蚀性能的提升，有效减少整个炼油厂循环冷却水系统在正常运行状态下频频出现的维修问题，进而实现相关设备运行作业的长期性与稳定性。与此同时，针对原有循环冷却水系统中收水器在运行状态下所表现出的漂水损失率较高的问题予以改进，通过对更新高效低阻收水器装置的方式，一方面能够提高漂水作业的有效性，另一方面也能够实现对风机有效使用寿命的维护与延长。在此基础之上，结合海南炼油厂所处地域特性，通过对玻璃钢材质保护性设备的选取能够实现对整个冷却塔抗紫外线干扰的有效保护，确保循环冷却水系统运行的正常性与稳定性。

②循环冷水泵装置优化。首先，将循环冷水泵布设位置设定在露天状态，相对于室内环境下的运行而言，露天布设状态下循环冷水泵装置维修作业更为简便、运行维护费用开支更为合理，并借助于对真空泵装置抽真空方式的应用，确保了整个循环冷水泵装置启动响应动作执行的有效性与可靠性。与此同时，改进后的循环冷水处理系统还于炼油装置邻近部位配备有小型水泵，能够实现在炼油设备处于启动/停止状态下对于循环水供水量的调节目的。与此同时，针对原油循环冷却水系统在实践运行过程当中出现的蒸汽分配不均衡问题进行了有效改进，通过设置两台透平驱动作业泵装置的方式一方面确保了循环冷水泵运行作业的节能性，另一方面通过对蒸汽平衡的有效满足提高了循环水作业效率。

③加药系统优化。通过对原有炼油厂循环冷却水系统运行作业的分析发现：在加药系统的运行过程当中，相关运行管理维护工作人员无法针对参与循环冷却水系统反应的药剂成分进行监测处理，也无法以一种相对于而言比较直观与简便的方式进行统计，从而在整个加药系统的运行过程当中无法可靠确保加药合格率的稳定性。基于原有加药系统存在的以上问题，在整个炼油厂循环冷却水系统的改进过程当中借助于对示踪技术的应用有效解决了以上问题。经过改进处理后的整个加药系统由加药泵装置、加药罐装置以及控制仪装置组成。其中加药罐容积设定为1.0 m3，正常运行状态下加药泵极限流量为30.3 l/h。简单来说，在整个炼油厂循环冷却水系统的正常运行状态下，仅需要将循环水水体回水部分引入控制设备采样水进口位置即可实现对加药药剂中所含各种有效成分的监测作业，并借助于人机交互的方式直观显示。更为关键的一点是，显示于数字显示器终端中的数据信息能够以标准电流的方式完成输出作业，从而给实现对加药系统中加压泵装置开度有效控制的目的。这种改进方式最为显著的优势在于能够确保整个炼油厂循环冷却水应用系统中总磷含量能够始终控制在标准规范范围内，进而也就确保了加药系统加药合格水平的高效与稳定。

④自动杀菌系统优化。更新原有杀菌系统中所采取的杀菌技术，借助于对缓慢释放型自动杀菌技术的应用实现整个杀菌系统在炼油厂循环冷却水系统中的自动化控制。特别值得注意的一点是：借助于整个杀菌系统对自动化控制的实现，能够实现对整个反应过程当中循环水水体回水余氯值的有效控制，这对于提高整个循环冷却水系统杀菌作业时效性与可靠性而言极为关键。

2 炼油厂循环冷却水技术控制优势分析

在针对炼油厂循环冷却水系统进行改进的技术支持作用之下，考虑到原有循环冷却水系统受到各方面因素影响较易在正常运行过程当中出现循环水水体水质结垢及腐蚀问题，从而对整个循环冷却水系统相关设备的换热效率发挥以及正常使用年限的实现造成不利影响，干扰对循环水水处理作业的有效性，在以上改进过程当中还应当基于对炼油厂循环冷却水系统技术的有效控制确保其应用质量的稳定性以及循环水水体质量的有效性。具体而言，需要关注如下几点问题。

首先，在炼油厂循环冷却水系统自动加药装置运行过程当中借助于对荧光示踪技术的综合应用，能够确保加药系统运行相对于反应状态下循环水水体阻垢问题的有效缓释及消解目的，从而提高循环水水体水质。与此同时，通过对余氯分析仪装置的应用能够实现对加药系统相对于加药剂量的有效控制。简单来说，在自动加药装置的正常运行状态作用之下，循环水水体中的余氯含量应当中维持在0.5～1.0 mg/l的正常水平范围之内。这也就意味着当余氯分析仪装置监测到循环水水体中余氯参数表现为1.0 mg/l状态的情况下，自动加药装置能够及时停止药剂加入动作。而当余氯分析仪装置监测到循环水水体中余氯参数表现为1.0 mg/l状态的情况下，自动加药装置能够及时停止药剂加入动作。

其次，在炼油厂循环冷却水系统杀菌剂缓慢投加自动控制系统的运行过程当中，能够以自动加药系统中余氯分析仪装置所确定的循环水水体中余氯值含量的有效控制，结合对循环水回水总管装置运行专题太的分析确保杀菌剂量的选取能够保持与循环回水总管余氯值参数的相关性变动，进而确保有关循环水水体杀菌剂消毒处理的有效性。在此过程当中需要特别注意的一个方面问题在于：通过对加料斗装置、计量系统装置、输送系统装置以及自动控制装置的总额和应用，能够结合对循环回水总管实时余氯量指标的在线设定，通过余氯控制仪装置针对加料斗电动阀装置、补水阀装置以及输送泵装置传输相应的数据信号，通过对指标高低程度的判定完成自动化的杀菌与消毒作业过程。

3 结语

综上所述，通过对炼油厂原有循环冷却水系统的改进与优化，确保了整个系统技术综合应用的有效性，提高了循环冷却水处理系统的作业效率与运行质量，由此而获取的经济效益与综合效益是极为突出的。总而言之，本文针对有关炼油厂循环冷却水技术相关问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。

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循环冷却水系统生产运行问题分析篇4

循环冷却一般采用敞开式循环冷却水系统,冷却水用后通过冷却塔或其他冷却设备进行再冷,以循环再用。然而冷却水在循环过程中要与空气接触,部分水在通过冷却塔时会不断蒸发损失,因而水中各种矿物质和离子含量也不断增高,导致水质恶化,使循环冷却水系统产生腐蚀、结垢及产生附着物和菌藻等问题,影响系统的正常运行。

1 循环冷却水运行过程中问题产生的机理

1.1 冷却水中附着物的形成

循环冷却水系统中附着物的组成通常很复杂,可把附着物分为水垢和污泥。水垢是以盐类化合物组成的沉积物,其组成主要是一些难溶性的化合物,如碳酸钙、硫酸钙、磷酸镁和硅酸镁等。污泥可以遍布冷却水系统的各个部位,尤其是水流滞缓的部位,例如冷却塔水池底部。

1.2 冷却水中悬浮物的形成

冷却水中的悬浮物主要成因:水源沉清处理的效果不佳,以致泥沙、氢氧化铝、铁的氧化物等悬浮物进入循环冷却水系统;冷却水系统运行时处理的工艺条件不当;水通过冷却塔时,将空气中的杂质带入冷却水系统。

1.3 冷却水系统中微生物的滋长

冷却水系统中真菌大都属于藻状菌纲,大量繁殖后形成棉团状物附着在金属表面上,影响换热器热交换、堵塞管道。影响微生物在冷却水系统中的因素主要有温度、换热管洁净程度和光照情况。多数微生物的繁殖生长温度为20 ℃左右,如高于30 ℃,大部分常见微生物就会死亡。在洁净的换热器管路中,微生物也不易生长。光照对水中藻类的繁殖和生长也有很大关系,即光照越强,藻类越容易繁殖,所以藻类易于在冷却塔内出现。

1.4 腐蚀问题的产生

循环冷却水系统中的悬浮物是加速冷却设备腐蚀的重要因素[1]。由于回用污水中的有机物、氨氮、硫化物、含盐量、氯离子、硫酸根离子等物质的浓度比新鲜水高,循环冷却水在系统循环浓缩后,对水质稳定性产生了较大的影响,腐蚀性大大增强,同时对微生物繁殖提供了更加有利的条件[2]。

目前,国内外对于局部腐蚀形成机理的研究,大部分都认为点蚀形成的原因一是与腐蚀产物膜的不均匀致密有关;二是与流体流动对腐蚀产物膜的破坏有关。在不同流速的作用下,腐蚀产物膜薄弱的地方先出现破损,露出没有腐蚀产物膜保护的基体,这部分将会有较高的腐蚀速率[3]。

2 解决办法

2.1 水垢的控制

循环水系统中最易生成的是碳酸钙,水垢控制即是防止碳酸钙的析出,一般采用以下几类方法[3]:

(1)从补充冷却水中除去成垢的钙、镁离子。目前常用的软化方法有两种:一是离子交换树脂法,该法适于补充水量小的循环水系统用;二是石灰软化法,即投加石灰。该方法成本低,适于原水(尤其是暂时硬度大的结垢型原水)钙含量高,补充水量较大的循环冷却水系统。

(2)加酸或通入CO2 气体,低pH 值稳定重碳酸盐。使下列平衡左移。

$C Ο_{2} + Η_{2} Ο \overset{}{\to} 2 Η^{+} + C Ο$ $_{3}^{2 -}$

加酸法目前仍有使用,关键是控制好加酸量,否则酸量过多会加速设备腐蚀。通CO2 气体同样应注意控制好pH值,否则循环水通过冷却塔时,由于CO2溢出,CaCO3在塔内结晶,堵塞填料,形成钙垢转移现象。

(3)投加阻垢剂:在循环水中投加阻垢剂,破坏的结晶增长过程,以达到控制水垢形成的目的。目前常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机多酸盐、有聚磷酸盐、聚丙烯酸盐等。

2.2 悬浮物的控制

(1)对循环水进行预处理

清洗和预膜工作被称为循环水系统化学处理的预处理。对于新系统,主要是清除设备和管道中的碎屑、杂物和尘土以及冷却设备的锈蚀和油污,以便提高预膜效果,减少腐蚀和结垢。对于老系统,主要是清除冷却设备中的垢、黏泥和金属腐蚀产物。循环水系统的预膜是为了提高缓蚀剂的成膜效果,常在循环水系统开车初期投加较高的缓蚀剂量,待成膜后再降低药剂浓度维持补膜。

(2)增大浓缩倍数

在敞开式循环冷却水系统,由于蒸发、风吹,系统中的一部分不含盐分的水会损失掉,导致系统循环水中的各种矿物质和离子浓度越来越大。为了使循环水中的含盐量维持在一定的范围,必须不断地补充新鲜水,排出浓缩水。提高循环冷却水浓缩倍率的途径主要有水质稳定剂处理法、加酸降碱度法、旁流过滤法、补充水石灰处理法、补充水弱酸阳床处理法和补充水反渗透膜法。

(3)投加分散剂

将粘合在一起的泥团杂质等分散成微粒悬浮于水中,随水流流动而不沉积,从而减少污垢对传热的影响,部分悬浮物还可随排污排出。

(4)增加旁滤设备

旁滤水处理目的是保持循环水水质,使循环水系统在满足浓缩倍数条件下有效和经济地运行。循环冷却水处理系统设计中有下列情况时,应考虑设置旁滤水处理设施:设定的浓缩倍数超过允许指标;存在外界污染(如空气中飘尘);工艺物料泄漏及其他污染物;需要去除下列杂质的一项或几项的:悬浮物、生物粘泥;含其它有害污染物质和油类污物等。

2.3 循环冷却水系统金属腐蚀的控制

循环冷却水系统金属腐蚀的控制方法常用的有以下四种:

(1)添加缓蚀剂

缓蚀剂是一种用于腐蚀介质中抑制金属腐蚀的添加剂,不改变腐蚀介质的性质,不需特殊投加设备和对设备表面进行处理,因此使用缓蚀剂是一种经济效益高且适应性较强的金属防护措施[4]。缓蚀剂的作用机理主要有钝化作用和吸附成膜作用两种。钝化作用是指改变金属表面元素的结构及化学性质,从而起到保护作用。吸附成膜是利用缓蚀剂和金属之间的吸附作用,使其沉积在金属表面,形成一层保护膜,阻止腐蚀性介质和金属表面的接触,降低腐蚀速率。

(2)提高循环水的pH值

提高循环水的pH值是使金属表面生成氧化性保护膜的倾向增大且易于钝化,从而控制设备腐蚀。但提高循环水的pH值后,循环水水垢倾向增大、设备腐蚀速度下降,以及导致某些缓蚀剂失效。目前可通过添加专门为碱性冷却水处理开发的复合缓蚀剂来解决。

(3)选用耐腐蚀材料的换热器

比如聚丙烯换热器或石墨改性聚丙烯换热器,但由于换热效果差,很少使用。

(4)用防腐涂料涂覆,通过防腐涂料的屏蔽、缓蚀、阴极保护及PH 值缓冲作用来保护设备不受腐蚀。

2.4 循环冷却水系统微生物的控制

微生物大量繁殖会产生微生物黏泥沉积在换热器管的表面,从而降低工厂产量。流体流动可以供给微生物养分,并移走产生的废物。增加流速可使紧靠生物黏泥的流体层流底层变薄,从而使养分的传递速率及废物的移出速率增大,使生物黏泥增厚。综合考虑流速对腐蚀结垢的影响,循环水的流速宜选择在1.0 m/s,此时的瞬时污垢热阻值、沉积率、垢层厚度达到最低值[3]。温度对生物膜的生长也具有很大影响。

对循环水系统中的微生物引起的腐蚀、粘泥的控制方法有:选用耐腐蚀设备;控制循环水中的含氧量、PH值、悬浮物和微生物养料等指标[5,6];在防腐涂料中添加杀生剂[7],抑制微生物的生长;采取冷却水水池加盖等措施,防止阳光照射;设置旁流过滤设备;对补充水进行混凝沉淀预处理,以及颇有前途的噬菌体法等。

3 结论

循环冷却水占整个工业用水的80%左右[8],且对水质要求并不苛刻,将深度处理后的污水回用于冷却水系统具有很大的潜力。在实际应用中需要根据原水水质、循环水量级温升、补水水质和价格、使用循环水的换热器设备材质等实际情况,综合考虑经济效益和环境效益,选择适宜的措施,制定出经济、实用、可行的循环水处理方案。但这些传统的方法,有时不能从根本上解决盐浓缩引起的问题,且投加各种水处理剂的操作复杂、药剂费用高,使循环水浓缩倍数不高,运行管理成本较高,还需要我们进一步的研究和探讨。

摘要：循环冷却水是我国化工、电力、冶金等工业生产中非常重要的一部分,确保循环冷却水系统正常、稳定的运行意义重大。本文简述了我国循环冷却水系统运行过程中存在的腐蚀、结垢和微生物黏泥等问题,并对问题产生的原因、机理以及相应的解决措施进行了简单的探讨。

关键词：循环冷却水,腐蚀,结垢,微生物黏泥

参考文献

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[7]何嘉.浅谈控制电厂循环水系统微生物腐蚀和粘泥的措施[J].新疆化工,2010(1):35-37.

循环冷却系统篇5

热电厂冷却循环系统废水在选矿工艺中的应用

摘要：某公司利用热电厂循环冷却系统排放的废水经水处理后供给选矿厂工艺生产用水,大大节约了选矿对新水的用量,提高了水资源的有效利用率,取得了良好的经济效益和社会效益.作者：韩义忠作者单位：甘肃省金昌市金川镍钴研究设计院,甘肃,金昌,737100期刊：有色冶金节能 Journal：ENERGY SAVING OF NONFERROUS METALLURGY年，卷(期)：2010,26(2)分类号：X758关键词：热电厂循环冷却水废水回用

冷却水系统巧改造篇6

改造前

使用曼罗兰UNISET75高速轮转报纸印刷生产线初期，笔者根据冷却水系统的技术说明书组装了冷却水系统，其结构如图1所示。考虑到南京的气候特点，该冷却水系统选择了制冷机组与风冷机组相结合的冷却方式。在夏、秋季，采用制冷机组制冷；在春、冬季，采用风冷机组制冷，这是因为风冷机组较制冷机组耗电量低，可节约大量电能，又可避免冬季制冷机组不易启动的问题。此外，冷却水系统中还设置了一个容量为5立方米的贮水柜，可为设备泵站提供温度相对恒定的冷却水。

经过1年多的运行后，笔者发现电气柜的热交换片上常出现渗水现象，刚开始以为是夏季湿度大，空气流过相对较冷的热交换片而产生的冷凝现象，然而在空气相对干燥的冬季仍会出现渗水现象，且情况越来越严重。为此，笔者将热交换片的保护罩打开，发现在冷水流经的热交换片的铜管上有水珠冒出，于是初步确认是热交换片自身出现了漏水现象，而不是冷凝现象。

为进一步查明热交换片出现渗水的原因，笔者对冷却水系统中的水质进行了化验。化验结果表明，水质中的颗粒物杂质超标。究其原因，主要是冷却水系统的管路太长，且由于贮水柜内装有浮球式补水阀，且其上方留有一个检修口，使得冷却水系统处于相对开放的状态，大量空气进入冷却水系统，造成管道氧化、锈蚀。大量铁锈从管壁剥落后，随着水流进入电气柜的热交换片中，对热交换片的铜管产生冲刷、研磨。时间一长，铜管的管壁就会变薄，最终被磨破，从而导致漏水。

原因查明后，笔者将贮水柜内的浮球式补水阀外移，将检修口做密闭处理，使整个冷却水系统处于相对密闭的状态，同时，加强了水质检测，并定期更换冷却水。采取上述措施后，电气柜的热交换片渗水现象明显减轻。

改造后

为进一步提高冷却水的水质，尤其是进入到电气柜热交换片的冷却水的水质，2010年7月，我们对冷却水系统进行了改造，改造后的冷却水系统结构如图2所示。

由图2可知，改造后的冷却水系统比原有的冷却水系统增加了板式热交换器。该板式热交换器将原有冷却水系统分成了2个独立的水系统，即贮水柜系统和设备系统。这两个系统的冷却水互不交叉，热量交换通过相隔的板式热交换器中的不锈钢片完成。

其中，设备系统中的设备泵站是负责向电气柜提供所需温度的冷却水的重要环节，其通过一个电动的比例控制阀实时、自动地将来自于板式热交换器的冷水与来自电气柜中的回流水相混合，为电气柜提供预先设定好温度的冷却水，其原理如图3所示。

当温度传感器检测到电气柜中的冷却水温度高于电气柜预先设定的温度时，电动的比例控制阀会加大冷水的进水比例，使设备泵站的出水温度下降；当温度传感器检测到电气柜中的冷却水温度低于电气柜预先设定的温度时，电动的比例控制阀会减少冷水的进水比例，同时加大从电气柜回流的热水比例，使设备泵站的出水温度上升。通过这样的双向调节，设备泵站的出水温度可基本保持恒定，从而为电气柜提供所需温度的冷却水。

需要注意的是，电动的比例控制阀同时具备手动调节的功能，在设备泵站实际运行中，每过一段时间，可用手动的方法检查电动的比例控制阀转动是否灵活，以防因长时间不转动而导致转动部分因生锈而卡住。

此外，改造冷却水系统时我们还做了以下变动：一是将板式热交换器与设备泵站放在同一水平面上，确保设备泵站的水压与板式热交换器的水压相同，因为如果板式热交换器的位置高于或低于设备泵站的位置，均会产生水压叠加效应或增加设备泵站内水泵的负荷，从而产生故障；二是将板式热交换器尽量放在设备泵站附近，尽可能减少连接板式热交换器与设备泵站的管道长度，同时，设备泵站到电气柜之间的管道采用高强度塑料水管压接而成，以降低管道产生铁锈等颗粒物的可能性。

改造后的冷却水系统运行6年来，经检测发现，水质情况良好，电气柜的热交换片上没有再发生渗水现象，取得了良好的预期效果。

提高循环冷却水系统浓缩倍数的措施篇7

1 浓缩倍数的定义及重要性

《工业循环冷却水处理设计规范》 (GB-50050) 中, 对“浓缩倍数”的定义为[4]:循环冷却水与补充水含盐量的比值。在《给水排水设计基本术语标准》 (GBJ—125) 中, 对“浓缩倍数”的定义为[5]:在循环冷却水中, 由于蒸发而浓缩的溶解固体与补充水中溶解固体的比值, 或指补充水流量对排污水流量的比值。

根据循环水系统的水量平衡, 可得到以下公式:Qm=Qb+Qe+Qw。式中, Qm为补充水量 (m3/h) ;Qb为排污和渗漏损失水量 (m3/h) ;Qe为蒸发损失水量 (m3/h) ;Qw为风吹损失水量 (m3/h) 。浓缩倍数的表达式为:undefined。式中, N为浓缩倍数;Cr为循环冷却水的含盐量 (mg/L) ;Cm为补充水的含盐量 (mg/L) 。排污及风吹损失量中的含盐量与循环冷却水的含盐量相同, 蒸发损失水量中含盐量为零。根据水中溶解含盐量的平衡, 可得到下式:QmCm= (Cb+Qw) Cr。所以, undefined;undefined;undefined, 而Qe=Qr×k×△t。式中, Qr-为循环冷却水量 (m3/h) ;k为气温系数 (1/℃) ;△t为冷却塔进出水温差 (℃) 。气温系数k根据进塔气温确定, 冷却塔进出水温差△t、循环冷却水量Qr一定, 则循环冷却水蒸发损失水量Qe基本不变。

由以上公式可见, 补充水量Qm与N/ (N-1) 成正比, 而排污水量Qb与1/ (N-1) 成正比。浓缩倍数就越高, 冷却水被循环利用的次数就越多, 补充的新鲜水量和排放污水量相应减少。提高冷却水的浓缩倍数既可节约水资源, 还可节约由排污流失的药剂量, 减少对环境的影响, 经济效益和社会效益显著。因此, 采用高浓缩倍数循环冷却水处理技术成为工业节水的主要方法之一。

2 浓缩倍数的选择

根据上述分析可知, Qm/Qe=N/ (N-1) 。补充水量/蒸发水量与浓缩倍数的关系见图1。由图1可知, 在低浓缩倍数1—2区域, 随着浓缩倍数增加, 补充水量和排污水量迅速减少;在浓缩倍数达到4—5倍以上时, 曲线变平缓。浓缩倍数增加, 补充水和排污水量减少较少, 可达到节水的目的。但是, 随着浓缩倍数的增加, 系统含盐量增加, 也会增加循环水水质的结垢腐蚀倾向, 加速微生物生长和生物粘泥的生成等, 加大了水处理难度[6]。综合考虑, 一般认为浓缩倍数在3—5倍是经济合理的。

《工业循环冷却水处理设计规范》 (GB-50050) 中规定:间冷开式系统的设计浓缩倍数不宜小于5.0, 且不应小于3.0。《中国节水技术政策大纲》明确提出:“发展高效循环冷却水处理技术。在敞开式循环间接冷却水系统, 推广浓缩倍数大于4倍的水处理运行技术, 逐步淘汰浓缩倍数小于3倍的水处理运行技术”。据资料显示[3]:1998年整个石化系统循环冷却水的平均浓缩倍数约为2.0倍, 2000年平均浓缩倍数约为2.5倍;国际上一般循环冷却水的浓缩倍数为5—8倍, 特殊情况的浓缩倍数也很少低于5倍, 而大于8倍的系统正在逐渐增加, 甚至达到20倍以上[1]。

3 浓缩倍数的影响因素和提高措施

3.1 设计不合理因素

在循环冷却水设计中, 热负荷估算过高, 实际运行时冷却塔进出水温差△t小于设计值, 造成蒸发水量Qe过小。在这种情况下, 可在热负荷不变的情况下酌情减少循环水量来使△t增大, 从而提高浓缩倍数。但需要注意循环水流速不能过低, 最好不应小于0.75m/s。如果在设计中存在几套循环冷却水系统, 则可从总体上协调, 更改设计, 合理安排各个循环冷却水系统的热负荷分布。

V/R比即系统的容积与循环水量之比。系统的容积大即系统水池大、管网过长等情况, 加大了水池、管网泄漏的机会, 导致系统的水量损失机会增加, 对提高浓缩倍数不利。适当降低V/R比能有效缩短达到要求浓缩倍数的时间, 减少水处理药剂的初始投加量, 特别是对一次性投加的预膜剂、杀菌剂等, 节约了水处理成本。在浓缩倍数一定的情况下, 降低V/R比值, 能减少药剂的停留时间, 有利于防止有机磷分解, 降低水中正磷酸盐含量。但我国石化系统炼油企业中循环水平为V/R=0.88, 最高达2.2, 最低为0.38, 这与工业循环水设计规范中要求V/R在1/5—1/3之间相差甚远, 增加了提高浓缩倍数的难度。

3.2 循环冷却水水质因素

水质对浓缩倍数的影响:冷却水在循环中不断地反复使用, 由于水温升高、水流速度变化、水蒸发、各种无机离子和有机物质的浓缩等多种原因会产生比开路系统更为严重的沉积物附着、设备腐蚀和微生物大量滋生造成堵塞管道等问题, 这给循环水水质稳定处理水平提出了更高的要求。因为若补水中有害离子如腐蚀性的氯离子、成垢离子钙、镁离子浓度过高, 会产生腐蚀和结垢倾向。随着循环冷却水浓缩倍数的提高, 水中结垢和腐蚀性离子也会成倍增加, 较高的浓缩倍数不利于系统的微生物控制。欧阳志[7]研究表明, 当浓缩倍数从1.74倍提高到3.25倍时, 腐蚀和沉积只有小幅增加;而当浓缩倍数提高到4.5倍以上时, 腐蚀与沉积的增幅明显加大。这就要求在高浓缩倍数条件下运行时, 在加强对循环水日常管理的同时, 对水处理配方也要做出相应的调整, 以适应高钙、高碱及强腐蚀性水质条件的要求。

稳定循环冷却水水质方法[8,9]:①加酸法。可采用加酸调整pH值的方法, 这是因为酸可使水中的碳酸盐硬度转化为非碳酸盐硬度。因此, 向循环水中加入酸可防止循环水浓缩时碳酸钙的析出, 提高饱和钙离子浓度, 从而在补充水质基本不变的情况下提高浓缩倍数。在目前普遍采用的有机磷循环水处理工艺中, 其pH范围常控制在8.7—9.0之间。②硫酸—阻垢剂稳定处理。在水体中先加入硫酸使补充水碱度降到一定程度后再加入阻垢剂如聚磷酸盐、有机阻垢剂等, 从而达到阻垢和保证循环水稳定运行的目的。某发电厂循环水实施加硫酸与阻垢剂的联合处理方法证明, 将浓缩倍数提高到4.5—5.0倍是可行的, 并能产生巨大的经济效益, 有利于节能减排[10]。③弱酸阳离子交换树脂法。可降低水中的碳酸盐硬度及相应的碱度, 再投加缓蚀剂可防止循环水系统的腐蚀, 提高循环水浓缩倍数。但采用该方法时, 应将循环水碱度控制在指标范围内。因为当补充水的碱度小于或等于硬度时, 弱酸床运行周期如果较短, 周期内的平均出水含有酸度, 不能作为循环水使用。④补充水软化处理法。对循环冷却水系统的补充水进行预处理, 在中国山西、德国、美国等发电厂均采用“石灰软化—加酸—旁滤加药”工艺, 在稳定水质、提高浓缩倍数上取得了很好的效果。这种处理法是指补充水在预处理时就投加适当的石灰, 以除去水中的Ca2+、Mg2+。原水钙含量高而补水量又较大的循环冷却水系统常采用这种方法。经石灰处理的水, 虽然碳酸盐碱度可降低, 但却有可能出现CaCO3沉淀, 为消除这种不稳定性, 可添加少量H2SO4。该处理法优点是处理能力大, 运行费用较低;缺点是投资大, 对石灰粉纯度要求高, 对环境影响大。⑤臭氧处理法。臭氧作为水处理剂的杀菌能力强、排污量少, 既能节水节能, 又不用调节水的pH, 无二次污染, 对循环水的缓蚀、阻垢、杀菌等均有良好的效果。⑥其他高效处理技术。中国石油天然气股份有限公司辽阳分公司采用AEC处理技术, 以不含磷的专利AEC和HPS-I产品来控制结垢和沉积, 并使用TRASAR循环水自控技术来帮助药剂投加和药量控制, 使两个循环水系统的腐蚀、结垢及微生物都得到了很好的控制, 浓缩倍数由原来的2.5—3.5倍提高到6.0倍以上[11]。类似技术在国内与国外也已实现, 如吉化乙烯循环水场、云南天然气化工厂、苏州金华盛纸业热电厂等也将浓缩倍数提高到10倍左右, 腐蚀、结垢、微生物等情况均得到良好的控制。

3.3 其他

影响循环冷却水浓缩倍数的因素不仅涉及到系统设计、设备、药剂、水质等, 还与循环冷却水系统的运行、操作、管理有着密切的联系。由于现场设备管理不严, 造成被冷却介质泄漏进入循环水中, 污染循环水, 被迫采用大量排污置换方式来解决问题。如氨和其他一些有机物的泄漏也会造成循环水微生物过度繁殖、水质恶化等一系列问题。其次, 在生产运行管理中重主装置生产, 造成对循环水生产和使用管理粗放, 出现乱排放循环水现象, 如用循环水冲洗设备和地面等。此外, 在循环冷却水系统的实际运行中疏于对循环冷却水的检测, 对循环冷却水的各种参数和运行情况没有全面及时的了解, 故不能及时采用正确有效的措施来控制浓缩倍数。采用不合理的调整补充水量和污水排放量, 都会对浓缩倍数的提高造成影响。所以, 在循环冷却水系统运行时应注意:①做好循环水的水质处理工作, 加强循环水的化学组成和物理化学性质的监测和控制。项目指标异常要及时分析原因, 采取相应措施处理, 确保循环水稳定的水质。②加强对现场换热器的日常管理, 在各装置的循环冷却水的出口总管处设置取样点, 当循环冷却水的水质状况发生异常时, 应对各装置取样点采样进行分析, 尽快确定泄漏装置, 防止或减少因换热器泄漏造成被冷却介质污染循环水事故的发生。③重视水质稳定处理技术的进步, 采用高效优质水处理药剂和配方来适应高浓缩倍数运行的要求, 尽量降低补充水的浊度, 以减少带入循环水中的泥沙等悬浮物含量。

4 结论

通过上述分析可见, 在循环冷却水系统中, 随着系统浓缩倍数的提高, 系统的补充水量与排污水量将迅速降低。循环冷却水系统的浓缩倍数N为3—5倍左右时, 无论是补充水量和排污量, 还是循环利用率都较经济与合理。但随着水质稳定技术的提高和较高的节水要求, 循环水的浓缩倍数会逐步提高, 因此需要同时考虑运行和管理的经济性和合理性, 恰当地提高浓缩倍数。

在实际生产中, 循环冷却水系统的许多因素都制约着浓缩倍数的提高。循环水浓缩倍数的提高不能只依赖水稳剂配方的优化, 还要不断改进设备设施, 采用先进的加药控制系统、分析系统对水质变化进行及时监测调整;要优化冷却塔, 加强管理, 减少泄漏和装置外排循环水。只有实现综合管理水平的提高, 才能保证循环水系统在较高浓缩倍数下运行。

摘要：根据水量平衡原则和水中溶解含盐量的平衡, 从理论上对浓缩倍数的选择进行了探讨。结合实际情况, 从设计、水质因素、管理等方面分析了影响浓缩倍数提高的原因, 提出了提高浓缩倍数的措施、方法和水质稳定技术。

关键词：循环冷却水,浓缩倍数,措施

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面向钢厂的工业循环冷却水系统初探篇8

钢铁企业炼铁、炼钢、连铸、热轧、制氧、自备电厂等各单元均有大量的工业循环冷却水用户, 工业循环冷却水系统如同主工艺生产的生命线, 对于正常的生产和维护设备的安全起着至关重要的作用。工业循环冷却水系统具有系统复杂、用户多、水量大、循环水介质种类多等特点。循环冷却水系统能耗也极高, 用电负荷约占整个单元项目用电量的20%~30%, 大型钢铁联合企业单元内循环冷却水系统的能耗可达数千甚至上万千瓦。在工业循环冷却水系统设计过程中, 贯彻节能措施, 开展节能设计, 降低水系统的电耗, 将有助于控制整个项目的能耗, 对于节能减排有积极的意义。

2 钢厂工业循环冷却水系统的类别与组成

按循环水介质分类, 钢铁企业工业循环冷却水系统通常可分为纯水 (或软水) 密闭式循环水处理系统、敞开式工业净循环水处理系统、浊循环水处理系统等。

2.1 纯水 (或软水) 密闭式循环水系统

纯水 (或软水) 密闭式循环水系统常用于关键设备的间接冷却。纯水 (或软水) 密闭式循环水系统内循环水基本与外界隔绝, 以确保水质。常用的纯水 (或软水) 密闭式循环水系统的工艺流程如下“水处理站循环供水泵出水→工艺设备→板式换热器或蒸发空冷器→回水至水处理站循环供水泵。

2.2 敞开式工业净循环水系统

敞开式工业净循环水系统常用于一般设备的间接冷却及作为换热器的冷媒水。工业净循环水系统为敞开式系统, 也是最常见的循环水系统。工业净循环水系统常用的工艺流程为:水处理站循环供水泵出水→自清洗过滤器→工艺设备→冷却塔→冷水池→水处理站循环供水泵吸水;或换热器冷媒水出水 (温度升高) →冷却塔→冷水池→换热器循环供水泵→自清洗过滤器→换热器冷媒水进水。

2.3 浊循环水系统

浊循环水系统常用于冶金行业的炼铁、炼钢、连铸、热轧等单元的煤气清洗、冲渣、火焰切割、喷雾冷却、淬火冷却、精炼除尘等。浊循环水系统常用的工艺流程如下:1) 煤气清洗浊循环水:废水→高架流槽→粗颗粒分离器→辐流式沉淀池→热水池→冷却塔→冷水池→回水至用户;2) 冲渣浊循环水:冲渣水→铁皮沟→旋流池→平流沉淀池 (带撇油装置) →高速过滤器→冷却塔→冷水池→回水至用户;3) 淬火冷却浊循环水:用户回水→铁皮沟→热水池→部分水过滤→部分水上冷却塔→冷水池→与未冷却、过滤的水混合→回水至用户;4) 火焰切割与喷雾冷却浊循环水:用户回水→铁皮沟→旋流池→平流沉淀池 (带撇油装置) 或化学除油沉淀器→热水池→冷却塔→冷水池→高速过滤器→回水至用户;5) 精炼除尘浊循环水:用户回水→热井罐或热水池→混合池→反应池→平流沉淀池 (或斜板沉淀池) →热水池→冷却塔→冷水池→回水至用户。

3 钢厂工业循环冷却水系统能耗的组成

1) 水量能耗。无论对于密闭式循环水系统、敞开式工业净循环水系统还是浊循环水系统, 工艺设备用户都需要大量的循环冷却水, 要供水则必须供电, 用户多、水量大则用电需求量大, 也意味着能耗高;用户少、水量小则用电需求量小, 也意味着能耗小。

2) 水压能耗。密闭式循环水系统、敞开式工业净循环水系统或是浊循环水系统, 不同的工艺设备用户用水水压要求也不同, 压力要求高则能耗高, 压力要求低则能耗低。就水压能耗而言, 密闭式循环水系统所须增加的水压用于补偿整个管网系统水头损失;而敞开式工业净循环水系统和浊循环水系统存在泄压点, 供水压力根据用户要求并计算沿程管路的水头损失而定。敞开式工业净循环水系统虽然在车间工艺设备用户处是闭路管网, 但到了水处理站有冷却塔, 冷却塔就是敞开式工业净循环水系统的泄压点;浊循环水系统在工艺设备处就是泄压点, 因为浊循环水一般是用来直接冷却工艺设备或冲洗用的, 必然泄压。所以, 就水压能耗而言, 由于敞开式工业净循环水系统和浊循环水系统都存在泄压能耗, 因此密闭式循环水系统的水压能耗要远低于敞开式工业净循环水系统和浊循环水系统。另外, 在考虑水压能耗时, 不仅要考虑供水压力的因素, 也同时要考虑压力回水这一因素。对于循环水系统而言, 有供水则必有回水。回水的压力必须能满足从主工艺单元车间回水至循环水处理站。

3) 用水方式能耗。用水方式能耗主要体现在用水制度上。用水制度分为连续用水制度和间断用水制度。连续用水制度用电量一定高于间断用水制度, 连续用水制度能耗也一定高于间断用水制度能耗。

4) 热量能耗。工业循环冷却水, 特别是闭式循环冷却水系统和敞开式工业净循环水系统, 其主要作用是带走在生产过程中由工艺设备所产生的大量热量。对于工业循环冷却水系统而言, 带走热量的主要设备是换热器、蒸发空冷器或冷却塔, 如果采用换热器冷却作为间接冷却的手段, 最后起冷却作用的还是冷却塔。冷却塔与蒸发空冷器要实现热量在循环水系统与大气之间的交换, 势必也要消耗电力、能量。循环水系统供回水温差越大, 需要交换的热量就越大, 风机的电耗也越大, 能耗就越高。另外, 如果用户要求的水温低, 也会直接导致冷却塔或蒸发空冷器用电量的增大和能耗的上升。

5) 距离能耗。距离能耗主要是指水处理站与主体工艺单元车间之间的管道距离所产生的水头损失。供回水管路短, 管道的水头损失就小, 可以适当的降低供水水泵的电机功率, 在长期的运行中可节约能源。以一座循环水量为10000m3/h的工业净循环水处理站为例, 每缩短100m的供回水管路, 每小时就可节约用电约40k W。

6) 水力不平衡能耗。钢铁企业工业循环冷却水系统复杂、水量大、用户多且分散, 用户位置的高低、用水量的大小也往往不同, 在调试和生产运行过程中, 各用户之间水力不平衡的现象时有发生。有的工艺设备用水点的用水量和供水压力始终偏小得不到满足, 通常采取以下措施来应对:局部用户前增设新的加压泵场提高水压, 如果直接从管网抽水则要求是被抽水的循环水总管管径足够大, 不影响附近用户的用水, 在整个循环水系统中增加总循环水量和水压。有的工艺设备用水点剩余水头过多, 在大量泄水或处于超压状态, 只能在管网上增设减压节流措施。水力不平衡不仅造成了循环水系统内部的混乱, 影响生产, 也大量浪费了能源, 这就是所谓的水力不平衡能耗。

4 小结

总之, 钢厂工业循环冷却水系统十分复杂, 在节能设计时必须进行周密的考虑和详细的计算。

摘要：钢铁企业工业循环冷却水系统如同主工艺生产的生命线, 对于正常的生产和维护设备的安全起着至关重要的作用。循环冷却水系统能耗也极高, 用电负荷约占整个单元项目用电量的20%～30%。本文探讨了钢铁企业工业循环冷却水系统的分类、组成, 以及能耗的组成。

关键词：钢铁企业,循环冷却水系统,节能

参考文献

循环冷却系统篇9

关键词：多功能,循环回路,电子装置,冷却系统,去离子水

1 去离子水冷却电子装置

随着芯片集成化程度的不断提高, 电子装置工作时所产生的高密度热流必须及时带走, 以避免损坏灵敏装置;但在冷却时为规避短路风险, 必须去除回路水中的带电离子, 以防流经时造成电子装置短路, 而付出高昴代价。通常采用非铜中间换热器, 例如激光焊接或镍纤焊的不锈钢板式换热器, 安装在各式电子装置的冷却回路中, 并由去离子水担当载冷剂, 以应用在激光器、电视发射站以及变压器等场合。

2 激光器的冷却

激光器的冷却是去离子水冷却电子装置的回路中, 最典型的应用之一。激光器现已广泛用于工业加工, 如精确切割工具;以及医学, 如癌症治疗等过程中;其中所含的点火灯和激光发生器, 就需冷却以防部件过热。

(1) 激光发生器的冷却回路。

如图1所示, (1) 为激光器, (2) 为其中的激光发生器, 由于激光发生器的冷却对载冷剂的电阻率要求甚高, 因此必须采用去离子水作载冷剂, 并采用非铜中间换热器 (5) 。去离子水流经激光发生器 (2) 时, 吸收其中散热而升温, 再流经非铜中间换热器 (5) , 以向另侧的载冷剂放热而降温, 然后与新产生的去离处理水相混合, 并流经膨胀器 (9) 后, 再由水泵 (6) 驱动, 一路流经过滤器 (8) , 然后再次去冷却激光发生器 (2) ;另一路流经去离子设备 (7) , 以重新完成去离子过程。

(2) 点火灯的冷却回路。

如图1所示, 由于点火灯 (3) 的冷却对载冷剂的电阻率不作要求, 因此采用普通中间换热器 (4) , 并无需由去离子水作载冷剂。冷却水分两路流经点火灯 (3) , 吸收其中散热而升温, 再流经中间换热器 (4) , 以向另侧的载冷剂放热而降温, 然后重新去冷却两只点火灯 (3) 。

3 多功能循环回路驱动电子装置冷却系统

(1) 电子装置冷却系统。

电子装置冷却系统如图2中左侧所示:去离子水流经非铜中间换热器 (1) , 以向另侧的载冷剂放热而降温后, 一部分流入电子装置冷却盘管 (2) 中, 吸收其中散热而升温;另一部分则与补充水 (8) 混合后进入净水回路 (3) 中, 先后流经除氧器 (4) 和离子交换器 (5) , 再流经膨胀器 (6) 和过滤器 (7) , 最后与电子装置冷却盘管 (2) 中流出的高温水相混合, 并由水泵 (9) 重新打入非铜中间换热器 (1) 中, 以完成电子装置冷却系统的循环。

电子装置冷却系统的现有二级驱动回路如图2中右侧所示:载冷剂在水泵 (11) 的驱动下流经非铜中间换热器 (1) , 吸收其中散热而升温, 然后或者流经干式空冷器, 以把电子装置散热直接排放环境;或者流经冷水机组, 以把电子装置散热间接排放环境;从而一方面极大浪费了电子装置的散热, 另一方面电子装置操作间的夏季空调负荷、春/秋季新风负荷、冬季采暖负荷, 却要由单独的热泵机组来负担, 既增加一套热泵机组的初投资, 也增加其运行费用。

(2) 多功能循环回路。

鉴于电子装置冷却系统的现有二级驱动回路, 在初投资和运行费用上的缺陷, 本文提出一种新型二级驱动回路, 多功能循环回路如图3所示;循环泵驱动温度Tp的载冷剂流经:止回阀、制冷量Qp的热泵换热器、温度Tf的储热水箱、换热量Qf且出口载冷剂温度Te的风机盘管、吸收热量Qe的非铜中间换热器;其中室外环境温度Tout, 电子装置操作间的室内温度Tin;以实现一年四季的多功能回路循环。

4 多功能回路循环

(1) 制冷-冷却循环。

如图4所示:循环泵驱动温度Tp为30℃的载冷剂流经:止回阀、制冷量Qp为10kW的热泵换热器、温度Tf为20℃的储热水箱、不散热因此出口载冷剂温度Te也为20℃的风机盘管、吸收热量Qe为10kW的非铜中间换热器;其中室外环境温度Tout为35℃～42℃, 电子装置操作间的室内温度Tin不作要求;以实现夏季空调最大负荷时的制冷-冷却循环。

(2) 制冷-冷却+空调循环。

如图5所示:循环泵驱动温度Tp为30℃的载冷剂流经:止回阀、制冷量Q p为12kW的热泵换热器、温度Tf为18℃的储热水箱、散冷量Qf恰好满足5kW空调名义负荷Qac且出口载冷剂温度Te为23℃的风机盘管、吸收热量Qe为7kW的非铜中间换热器;其中室外环境温度Tout为28℃～35℃, 电子装置操作间的室内温度Ti n为2 6℃;以实现夏季空调名义负荷时的制冷-冷却+空调循环。

(3) 电装-新风循环。

如图6所示:循环泵驱动温度Tp为30℃的载冷剂流经:止回阀、不制热的热泵换热器、温度Tf也为30℃的储热水箱、散热量Qf恰好满足5k W新风负荷Qn且出口载冷剂温度Te为25℃的风机盘管、吸收热量Qe为5k W的非铜中间换热器;其中室外环境温度T ou t为14℃～28℃, 电子装置操作间的室内温度T in为2 1℃;以实现春、秋季新风负荷时的电装-新风循环。

(4) 电装-采暖循环。

如图7所示:循环泵驱动温度Tp为30℃的载冷剂流经:止回阀、不制热的热泵换热器、温度Tf也为30℃的储热水箱、散热量Qf恰好满足3k W采暖名义负荷Qh且出口载冷剂温度Te为27℃的风机盘管、吸收热量Qe为3k W的非铜中间换热器;其中室外环境温度Tout为0～14℃, 电子装置操作间的室内温度Tin为20℃;以实现冬季采暖名义负荷时的电装-采暖循环。

(5) 电装+制热-采暖循环。

如图8所示:循环泵驱动温度Tp为30℃的载冷剂流经:止回阀、制热量Qp为5kW的热泵换热器、温度Tf为35℃的储热水箱、散热量Qf恰好满足6kW采暖最大负荷Qh且出口载冷剂温度Te为29℃的风机盘管、吸收热量Qe为1kW的非铜中间换热器;其中室外环境温度Tout为-14℃～0, 电子装置操作间的室内温度Tin为20℃;以实现冬季采暖最大负荷时的电装+制热-采暖循环。

5 技术优势

多功能循环回路的技术优势分述如下。

(1) 回路中循环水温的均衡分布。

由表1可见:载冷剂先后流经热泵换热器-风机盘管-中间换热器, 这种循环流经次序使得无论热泵在夏季制冷还是冬季制热, 其换热器的出水温度Tf无论是较低的18℃还是较高的35℃, 经风机盘管的散冷或散热之后, 使中间换热器的进水温度Te均又恢复到最佳的20℃～29℃范围, 且出水温度Tp更是恒定在30℃;回路中循环水温的均衡分布既确保了电子装置的冷却需要, 又兼顾了电子装置操作间的空调、采暖、新风等多功能需求, 是实现多功能的技术前提。

(2) 电子装置的冷却负荷与其操作间的房间负荷保持平衡。

由表1可见:假设电子装置的冷却负荷按照室外温度成线性分布, 则通过控制热泵和风机盘管的启/停, 以及制冷/制热, 或高速/低速的切换, 可使一年四季中电子装置的冷却负荷与其操作间的房间负荷保持平衡;从而既确保了电子装置的冷却需要, 又兼顾了电子装置操作间的空调、采暖、新风等多功能需求。

(3) 多功能。

由图4～图8可见:充分回收和利用电子装置的冷却负荷, 可就地满足电子装置操作间的夏季空调名义负荷、春/秋季新风负荷、冬季采暖名义负荷、冬季采暖最大负荷, 从而实现多功能。

(4) 低流阻循环。

由表1可见:对于热泵换热器、风机盘管和中间换热器的优化选型, 可使载冷剂流经多功能循环回路的总流动阻力∑P控制在46kPa, 故而属低流阻循环, 从而极大降低串联回路的运行成本!

(5) 节省热泵机组初投资及其运行费用。

由表1可见:在电子装置操作间中其春、秋季的新风负荷和冬季的采暖名义负荷是由回收的电子装置冷却负荷所独立承担, 而其冬季的采暖最大负荷则由回收的电子装置冷却负荷共同分担;并且其夏季的空调名义负荷和冬季的采暖最大负荷均是由电子装置冷却用热泵机组所承担, 从而既节省一套电子装置操作间用热泵机组的初投资, 也节省其运行费用。

6 结语

载冷剂的循环流经次序, 确保了回路中循环水温的均衡分布, 是实现多功能的技术前提;通过控制热泵和风机盘管的运行切换, 可使一年四季中电子装置的冷却负荷与其操作间的房间负荷保持平衡;充分回收和利用电子装置的冷却负荷, 可就地满足电子装置操作间在四季中的各种负荷, 以实现多功能;优化各设备选型, 可形成低流阻循环, 从而降低运行成本;既节省一套电子装置操作间用热泵机组的初投资, 也节省其运行费用。

参考文献

[1]侴乔力, 马春青.大连冰山集团有限公司, 空气-太阳能-电能复合热源热泵型冷热水机组[J].暖通空调, 2004 (12) .

循环冷却水系统的复合节电方式实践篇10

关键词：循环水系统,水泵,节电

循环冷却水系统在流程工厂中广泛使用, 它向需冷却的工艺设备提供冷却水源, 保证其连续稳定运行。为了循环和冷却目的, 这样的系统会使用大量的水泵、风机等耗电设备。

在热电厂中, 风机、水泵占厂用电量的比例较高, 约65%[1], 而大多数的风机和水泵还是通过风门或闸阀来调节流量, 属于耗能方式。这种状况与技术水平和粗放的工业设计有关: 由于工艺的复杂性, 设备和管道系统阻力难以做到精确计算, 为保险起见, 设计人员就以更大的安全裕量来选择水泵, 而辅以阀门节流, 以控制所需的扬程和流量, 这种现象很普遍。这些系统在实际运行时, 普遍存在大马拉小车, 机泵效率低, 能源浪费大的现象, 存在着较大的改进机会和节电空间。

1 改造前系统工况

本实例是热电站循环冷却水系统, 它向汽机凝汽器、冷油器、锅炉风机的液力耦合器冷油器、风机轴承等提供冷却用水, 见图1 所示。

热电站循环水系统的水泵站共有5 台水泵, 并联, 通常2 用3 备, 通过调整每台水泵出口的手动闸阀开度, 实现对供水扬程和流量的控制。水泵型号: 300S - 32, H = 32 m, Q = 790 m3/ h; 电机型号: Y2 - 280M - 4, 90 k W, 380 V, 167 A, cos =0. 87。水泵站的泵机配置和在不同工况下的耗电情况 ( 以电流值计) 见表1。

2 问题及节电分析

现场调查发现, 供水总管压力保持在约0. 14MPa, 每台运行的水泵出口阀门开度大约为30% , 循环水泵出口管压力表指示在0. 36 ~ 0. 40 MPa。这说明闸阀存在明显的富裕扬程损失, 而此时泵的电机电流已接近额定电流。试图开大闸阀的开度, 但会导致电机过流, 好象没有节电空间, 或者是水泵所匹配的电机功率太小。但事实并非如此, 因此, 结合水泵性能曲线和管路系统特性曲线作分析如下 ( 见图2) 。

设计时, 设计者根据计算确定系统所需的扬程和流量等参数, 然后选择相应规格的泵, 确保工作点处在泵的高效区, 并以此来匹配电机。假如图中“B”点 ( 扬程Hb和流量Qb) 是设计的工作点, Q-H是所选水泵的性能曲线, 那么此时 ηb应是泵的高效点, Pb应是最经济的电机配置功率。

但是, 泵的实际工作点是由水泵性能曲线QH与管路系统特性曲线 ( Q-H) 需的交点位置来确定的。泵一旦选定, 其Q-H, P-H, η-H等性能曲线就确定了, 此时的交点只能取决于管路系统阻力的特性曲线 ( Q-H) 需, 即两条线自然相交的“A”点。可以看出, “A”点偏离了设计的“B”工作点, 此时对应的泵效率 ηa< ηb, 泵轴功率Pa> Pb。表现为“A”点泵效率降低, 电机过流, 其对应的扬程Ha和流量Qa也不能满足设计要求。出现这种情况, 通常表明设计者对泵规格选型偏大或者高估了管道系统阻力, 而实际的管道系统特性曲线较为平坦, 电机出现过流并非是水泵和电机不匹配。

要达到设计的扬程和流量, 传统设计通常安装出口阀门来调节开度, 人为改变管路系统特性曲线至 ( Q-H) 需1, 它与Q-H曲线交于“B”点, 形成新的稳定工作点, 从而达到设计要求。

但是, 由于在系统中增加了闸阀的开度调节, 造成了在阀门上BB’段的扬程损失。这也说明这段扬程对系统来说是多余的, 是设计出来的富裕量, 这就是闸阀上的节流损失。要实现水泵系统的节能首先就需要消除这部分的节流损失。通过阀门改变管道系统特性曲线总是耗能的, 只有从另一方面对水泵的性能曲线进行改变。而水泵的性能曲线是在指定的叶轮直径和转数下试验所得, 所以可通过改变水泵叶轮直径和控制水泵速度来改变泵的性能曲线。叶轮直径和速度对泵的扬程和流量的影响趋势见图3。

3 节电方案和效果

3. 1 切削水泵叶轮直径

由于可供选择的水泵规格的有限性, 水泵选型未必都能满足用户对扬程和流量等的精确要求, 所以泵的制造厂家是允许对泵的叶轮在一定范围内进行切削的。根据水泵的车削定律, 对水泵的叶轮直径D进行改变至D1、D2, 将得到一组相似的水泵性能曲线, 同样满足相似律[2]:

式中: D为叶轮直径, Q为泵流量; H为泵扬程; P为泵轴功率。

由于变径是一个不可逆转的过程, 故在切削水泵叶轮时, 需要精确计算。首先确定最大容许的切削量, 以确保泵的效率不受太大影响, 而这个切削量与泵的比转数ns相关, 本案例中:

式中: n为泵的转速, r/min; Q为流量, m3/ s; H为扬程, m; ns为比转数。查表得到最大车削量应≤11%。[3]

先期委托水泵厂切削加工, 以逐步切削的方式, 并把直径减小后的叶轮装回泵中进行试验, 观察泵后的阀门能否全打开, 电机是否过流。经过多次切削试验, 叶轮直径从352 mm减小到326mm, 切削比例为7. 4% ( < 11% ) , 此时阀门能够全打开, 电机电流也低于额定电流。后来公司由机加工车间自主加工车削叶轮, 简单易行, 几乎没有成本。

叶轮切削前后的泵性能曲线的变化见图4①。

从改造前后的性能曲线比较看, 泵的扬程下降6m, 所需功率相应降低约14 % , 实现了部分节电。

3. 2 变频改造

叶轮的切削量是有限的, 且不可逆转, 但工艺设备的开停需要控制相应水泵的开停或阀门的开度, 以便调整流量和扬程。同样, 随着气温和冷却负荷的变化, 系统的工作点也会出现变化, 也需要做出及时的调整控制。显然, 通过叶轮切削方式无法满足所有变化, 大多数情况下还是需要保留闸阀节流调节。变频调速作为成熟的技术, 可实现水泵的大范围的无级调速, 还可以灵活引入反馈信号形成闭环控制系统, 实现恒压供水的自动调节。随着水泵速度的改变, 其特性符合下列关系。

可以看出, 水泵功率与转速的立方成正比。水泵可能需要根据工况和天气等原因在较大范围内调速, 因此, 潜在的节电空间也可能会很大。但变频器造价高, 针对多台水泵并联供水系统, 本例只对一台水泵电机实现变频调速, 就完全能够达到控制和节能的作用。

在本案例中, 安装1 台90 k VA变频器对1 台水泵电机进行控制。取供水总管的压力变送器4~ 20 m A信号送变频器作为反馈信号, 与设定供水压力信号进行比较。通过设置在变频器中的PID算法对水泵调速, 实现供水总管压力的闭环自动调节。本系统在保证了恒定压力供水的前提下, 实现了降速后的显著节电。改造后, 变频泵运行在28Hz, 此时变频器显示面板上显示值仅是额定功率的17% 。

3. 3 应用效果

通过叶轮切削和增加变频调速改造后, 在大多数的工况下, 系统由1 台经过叶轮变径的工频泵和1 台调速的变频泵组合运行, 并联泵的总性能曲线 ( Q-H) ’有较大的变化, 见图5。

图5 中Qd1> Qn1, 说明经过叶轮切削的泵 ( 运行在工频下) 作为主供水泵, 由变频器控制的水泵作为辅助供水, 调整泵速实现供水总管的压力闭环自动控制。当系统需要的供水量可由一台水泵保证供应时, 则优先单独使用变频泵供水。

这个组合运行方案很好地适应了天气、冷却水需求等的变化, 并消除了人为调整, 减轻了劳动强度, 提高了控制精度, 实现了恒压供水, 彻底消除了闸阀上的节流损失。系统投入使用多年后, 运行稳定, 节电效果显著, 见表2。

另外, 在本项目完成之后, 我们还以六西格玛项目形式, 遵循“定义—测量—分析—改进—控制”的步骤[4], 通过开展工艺试验、遵循最佳实践、优化运行参数, 最终进一步减少了系统的循环水量和不必要的扬程, 实现了进一步的节电。