铝电解铸造冷却水循环再利用的经济分析

循环经济是一种以资源高效利用和循环利用为核心。以“三R”（即减量化Reduce、再使用Reuse、再循环Recycle）为原则，低消耗、低排放、高效率为基本特征，以生态产业链为发展载体，以清洁生产为重要手段，实现物质资源的有效利用和经济与生态的可持续发展。 中国铝业青海分公司铸造铝锭生产中的冷却水采用循环水，即循环再利用，它是一种很好的经济循环的体现，它用水泵来供给，虽然在恒压控制电路的设计和配置及输送管道铺设等方面需要较大投资，但从长远来考虑，节约的水资源成本远远高于改造投资费用，因此，经济性相当可观。 冷却水循环工艺 铸造循环水工艺流程如图1所示，由于铝电解铸锭过程中温度非常高，需要急剧冷却才能较好地保证后续工作的完成。因此，铝锭生产中需要大量的冷却水，冷泵从冷却塔水池中将水通过管道输送到铸造厂房铸造机，采用设计的喷水冷却器对铝锭进行冷却。而热泵将冷却过铝锭后的热水通过管道抽送到冷却塔进行冷却，这样，形成往复循环再利用的过程。 恒压供水控制原理 采用数字PID控制技术，使PID的参数整定和调整实现在线控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统对铸造循环水采用PID控制和PD控制，使系统实现了快速、稳定的输出。 工作原理如图2所示，将管网的实际压力经反馈后送到比较器的输入端与给定压力进行比较，当管网压力不足时，通过对参数运算，调整PID的参数，控制电压上升，使VVVF频率相应增大，水泵转速加快，供水量加大，迫使管网压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，迫使管网压力下降，以保持恒压供水的稳定。 在本系统中采用了多泵控制，单泵设定在25～50Hz范围内变化，在调节范围内管道压力远小于或远大干设定值时，可以依靠增加或减少水泵数量来完成，加减泵按1→2→3选换顺序选择。满负荷生产时考虑到用水量会迅速增加，故采用PID调节方式，通过对偏差量的检测，自动形成循环水给定压力，这样加泵更快。 费用计算 1．采用直排方式所投资水资源费用 电解铸造铝锭若不采用循环水，而采用直排冷却水，每吨铝锭约需3 t水，每天全厂产量约为1 000 t，每天浪费水资源3 000t，按0．758元/t计算，折合人民币约2 274元，一年浪费83万元，是一笔很大的损失。同时，由于铝锭冷却水排放时还需净化后才能排放，也需较大的投资费用，共计120万元/年，这样，带来的经济损失对企业来说是巨大的，而且与国家节约资源、节约用水及企业节能降耗、增创效益相违背。 2．冷却水恒压循环再利用投资费用 （1）电气控制投资费用估算 恒压供水单套3台水泵电气控制系统投资费用：变频器2台（5万元，台），PLC控制系统10万元，共计（2×5+10）×2×3=120万元。 （2）铺设管道投资费用估算 供水管道包括供水管道和回水管道，每个供水系统管道长度约为200m共计200×3=600m，直径为377×10的钢管，重量计算按公式W=πρ（D-S）SL/1 000计算，管道投资费用约60万元（5 000元/t）。 （3）其他费用 人工费用包括其他额外投资按20万元计算。 效益分析 1．改造后节约电能及人工费用 采用恒压供水与人工起动直接供水相比。目前该厂铸造车间应用9台55kW三相异步电动机供应冷却水，9台30 kW热泵轴冷却铝锭的回流热水，达到循环供水。平常竖井及横铸机组无开动时，用水量较小时一般只开一台冷泵一台热泵，水压限于0.4MPa左右。该条件下，由于泵的功率较大、工作时间较多、节能效果非常显著，实际测得冷泵实际电流为44 A，热泵电流32A。如果按一年工作360 d，调速30～50Hz随机分布来计算，结果可以节约，热泵30×24×360×32×3/56=192 342（kW•h），按0．25元/kW•h计算，每年可以节约48084元，冷泵55×24×360×58×3/102=81 063（kW•h）则每年可以节约192 656元，改造后运行效果良好，较好地解决了铸造循环水供给存在的问题，避免了泵投切不及时造成的冷却水供应不足，也较好地解决了生产低峰期水源和电能的浪费，同时也避免了水压过大造成水槽水位过高而外溢，造成车间淹没及对厂房设备绝缘的破坏。另外，不再由人工专门值班起、停水泵，节约了人力，预计年节约费用4万元。 2．差额计算 将本公司铸造冷却水改为循环水节约水源及电能和人工费用共计120+19．2656+4=144万元/年。而改造费用共计200万元，一年半即可收回成本，所以其经济性是相当明显的。 3．其他优点 除了节约能量外，这种恒压供水系统还有如下好处：稳定水压、防止由于人为操作阀门引起水压变化不一，引起铸造厂房“水淹”事故而影响正常生产。此外因生产需要开动铸造机组多少不一样，用水量不一样。交接班几乎需1 h左右。人为调节阀门工艺落后，而采用变频调速则可根据管路水流量或压力大小自动调节电动机转速，保持一设定值，达到改善供水工艺条件的目的。 在供水系统中采用变频器调速，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电动机的转速和加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节电、节资，并使系统处于可靠运行状态，实现恒压供水，减泵时采用“先起先停”的切换方式，相对于“先起后停”方式，更能确保各泵的正常运行，同时针对所使用18台泵均使用多年，需要定期进行检修的实际情况，增加了软、硬件备用功能，有效地延长了设备的使用寿命。压力闭环控制，使系统用水量任何变化均能使供水管网的压力保持给定值，大大提高了供水的稳定性，变频故障后仍能保持不间断供水，同时实现故障后自动起动，具有一定的先进性。