摘要：目前，延安市某石化廠通過工藝改造升級、新增污水處理設(shè)施和設(shè)備等改造工程，實施石化廠污水達(dá)標(biāo)排放改造項目。為降低能源消耗，節(jié)約企業(yè)的運營成本，針對石化廠污水處理特點和現(xiàn)狀，提出具體節(jié)能措施，量化節(jié)能量，并評估其節(jié)能措施的經(jīng)濟性，在保障污水達(dá)標(biāo)排放前提下，為企業(yè)節(jié)能降耗工作提出合理建議。

關(guān)鍵詞：節(jié)能措施；節(jié)能效果分析；經(jīng)濟性評估

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）07-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.068

Analysis of Energy-Saving Measures for the Renovation Project of Petrochemical Plant Sewage Discharge Up to Standards

GENG Dan， JIANG Bo， GENG Lin

（Xi’an Jingtian Investment Consulting Co.， Ltd.， Xi’an 710005， China）

Abstract： At present， a petrochemical plant in Yan’an City， through process modification and upgrading， new wastewater treatment facilities and equipment and other renovation projects， the implementation of petrochemical plant wastewater discharge standards renovation project. In order to reduce energy consumption and save the operating costs of the enterprise， specific energy-saving measures are proposed for the characteristics and current situation of the petrochemical plant’s sewage treatment， quantify the energy savings， and evaluate the economics of its energy-saving measures， and make reasonable suggestions for the enterprise’s energy-saving and consumption reduction work under the premise of ensuring that the sewage meets the standard discharge.

Keywords： energy-saving measures; energy-saving effect analysis; economic evaluation

石化工業(yè)廢水具有污染物成分復(fù)雜，種類多，水質(zhì)波動大等特點，?如果處理不當(dāng)，?將嚴(yán)重威脅環(huán)境和人類的健康。延安市某石化廠為確保污水達(dá)標(biāo)排放，通過工藝改造升級，新增污水處理設(shè)施和設(shè)備等改造工程，實施石化廠污水達(dá)標(biāo)排放改造項目。根據(jù)項目能耗測算，改造后年綜合能源消費增量為564.19 tce。為實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排與可持續(xù)發(fā)展，從節(jié)能降耗的角度，針對石化廠污水達(dá)標(biāo)排放改造項目特點、現(xiàn)狀及用能情況，提出節(jié)能措施，為石化廠提高能源使用效率、降低能源消耗、節(jié)約運營成本以及增加環(huán)境效益提供參考。

1 建設(shè)背景

延安市某石化廠污水來源主要為生產(chǎn)裝置輸送的酸性廢水和堿渣廢水。目前，酸性廢水處理實際處理負(fù)荷比設(shè)計的負(fù)荷值大，無降解化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮等設(shè)施，上游生產(chǎn)裝置技術(shù)改造升級，導(dǎo)致堿渣廢水的污染物排放種類發(fā)生較大變化，現(xiàn)有處理設(shè)施無法正常處理。同時，高濃度污水處理系統(tǒng)存在臭氧催化塔液位不穩(wěn)定、催化劑床層堵塞嚴(yán)重問題。因此，石化廠污水處理系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，污水處理效果差。為提高污水處理效率，確保污水達(dá)標(biāo)排放，需要采取以下措施：新增反應(yīng)槽、絮凝槽、沉淀池、污泥儲池及相應(yīng)的加藥泵、攪拌機等設(shè)備；新增微電解反應(yīng)器、芬頓氧化反應(yīng)槽、pH調(diào)節(jié)池、絮凝池、氣浮池、曝氣生物濾池；兩座臭氧催化塔增設(shè)反洗設(shè)施和出水提升設(shè)施，同時開展必要的管道泵、調(diào)節(jié)閥、液化計等改造工程，實施石化廠污水達(dá)標(biāo)排放改造項目。

2 主要用能情況

經(jīng)評估，延安市某石化廠污水達(dá)標(biāo)排放改造項目主要耗能品種為電力、蒸汽、熱力、耗能工質(zhì)水以及壓縮空氣，年綜合能源消費量為2 564.73 tce。其中：電力為1 057.08 tce，占綜合能耗的41.22%；蒸汽為1 419.52 tce，占綜合能耗的55.35%；熱力為53.60 tce，占綜合能耗的2.09%；耗能工質(zhì)水為6.76 tce，占綜合能耗的0.26%；壓縮空氣為27.77 tce，占綜合能耗的1.08%。由此可見，電力和蒸汽為項目主要能源消費品種。

3 可采取節(jié)能措施

3.1 太陽能路燈照明

根據(jù)項目單位提供的相關(guān)資料，本項目有條件使用獨立式太陽能路燈照明系統(tǒng)照明項目內(nèi)道路。本項目道路面積約為810 m2，建議本項目采用太陽能路燈和路燈結(jié)合的方式照明。太陽能路燈按15 m的平均寬度雙側(cè)布置，燈間距為15 m，共需8套太陽能路燈，充分利用太陽能提供照明，太陽能不足以照明時，由加裝在太陽能路燈桿上的常規(guī)照明燈具提供照明。加裝的常規(guī)燈具單套耗電功率按照40 W計算，夜晚照明時間按平均8 h計算，年耗電量約為700 kW·h。本項目正常情況道路照明年耗電2 000 kW·h，采用太陽能路燈年可節(jié)約用電1 300 kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為0.16 tce。

3.2 綠色照明LED系統(tǒng)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，節(jié)能燈具生產(chǎn)技術(shù)也越來越成熟。與金鹵燈相比，發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）燈具有4個性能特征：一是在同等照度下，LED燈的功率僅為金鹵燈功率的1/5[1]；二是相對金鹵燈，LED燈的功率因數(shù)高，無功損耗少，更省電；三是金鹵燈的壽命一般較短，只有6 000～20 000 h，而LED燈具壽命為50 000～100 000 h；四是金鹵燈的流明衰減率更高，每6個月就需要更換一次，而LED燈在相同的流明輸出下可以使用3～5年，節(jié)約成本。

本項目原設(shè)備房屋（硫酸廢水預(yù)處理間、環(huán)保6套裝置綜合處理間、加藥間）照明均采用廣照型工廠燈，金鹵燈光源，本次替換為LED光源。根據(jù)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013），設(shè)備廠房照度為100 lx。功率為70 W金鹵燈光通量為4 200 lm，功率為50 W的LED燈光通量為6 500 lm。燈具數(shù)量計算公式如式（1）所示，照明年用電量計算公式如式（2）所示，照明年節(jié)電量計算公式如式（3）所示。

（1）

式中：N為燈具數(shù)量，盞；E為平均照度，lx；S為照射區(qū)域面積，m2；?為單個燈具光通量；CU為空間利用系數(shù)，一般取0.8～0.45；K為維護系數(shù)，一般取0.6～0.8。

W=N×P×Kx×Tn×Kp（2）

式中：W為照明年用電量，kW·h/a；P為單個燈具功率，W；Kx為需要系數(shù)，一般取0.7～0.8；Tn為年實際工作小時數(shù)，h/a；Kp為年平均負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75。

?W=W1-W2（3）

式中：?W為照明年節(jié)電量，kW·h/a；W1為采取節(jié)能措施前照明年用電量，kW·h/a；W2為采取節(jié)能措施后照明年用電量，kW·h/a。

以硫酸廢水預(yù)處理間照明為例：根據(jù)式（1）、式（2）、式（3）計算，當(dāng)照明均采用廣照型工廠燈，金鹵燈光源，燈具數(shù)量為6盞，照明年用電量為

785 kW·h；照明均采用廣照型工廠燈，金鹵燈光源替換為LED光源，燈具數(shù)量為4盞，照明年用電量為374 kW·h；照明年節(jié)電量為411 kW·h。經(jīng)計算，將設(shè)備房屋照明廣照型工廠燈金鹵燈光源均替換為LED光源，年節(jié)電量共計3 400 kW·h，即0.42 tce。

3.3 變頻調(diào)速技術(shù)

由項目主要用能情況可知，電力能耗為本項目主要能耗類型，占比最大。其中，鼓風(fēng)曝氣、提升水泵以及污泥脫水設(shè)備占總電力能耗71%?？紤]污水處理廠實際情況，本次優(yōu)化曝氣鼓風(fēng)機，采用風(fēng)機專用系統(tǒng)變頻器，進(jìn)行一拖一變頻控制。系統(tǒng)啟動后，風(fēng)機專用系統(tǒng)變頻器會根據(jù)生化池溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）值，調(diào)節(jié)曝氣鼓風(fēng)機工作電源頻率大小，從而控制曝氣鼓風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速。當(dāng)DO值高出預(yù)設(shè)值，則無極下調(diào)電機轉(zhuǎn)速；當(dāng)DO值低于預(yù)設(shè)值，則無極上調(diào)電機轉(zhuǎn)速。

本項目鼓風(fēng)機年用電總量為5.457 4×106 kW·h，采用的節(jié)能變頻器節(jié)電率一般在15%～55%[2]，本項目按20%計算，風(fēng)機年節(jié)約的用電量為1.091 5×106 kW·h，節(jié)能量為134.14 tce。

3.4 蒸汽節(jié)能輸送技術(shù)

目前，國內(nèi)的蒸汽管道直埋技術(shù)多是借鑒國外的“鋼套鋼”外滑動的結(jié)構(gòu)形式。該技術(shù)在工程實例中反映出3個缺點：一是在運輸、儲存等環(huán)節(jié)，空氣層易導(dǎo)致保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)入大量水、顆粒物等雜質(zhì)；二是常用套管保溫材料多不防水，保溫層在高溫下運行若浸水，則會大大降低其保溫性能，從而損失大量的熱能；三是保溫層厚度較厚，增加了外套管規(guī)格。

本項目采用蒸汽節(jié)能輸送技術(shù)，蒸汽輸送管道的保溫層采用納米級二氧化硅氣凝膠絕熱保溫材料、玻璃纖維、泡沫保溫材料等無機材料，利用抽真空技術(shù)，將保溫管道保溫腔中空氣抽空，減少對流換熱的熱量損失，降低蒸汽輸送環(huán)節(jié)熱能損耗。該技術(shù)具備保溫性好、防水性強、穩(wěn)定性高以及節(jié)能等特點。同時，優(yōu)化疏水方式，降低疏水環(huán)節(jié)熱能損耗。

采用蒸汽節(jié)能輸送技術(shù)，管道外表面散熱損失平均減少20%以上；工程造價平均降低5%以上；管道占據(jù)空間也進(jìn)一步縮小。

本項目采用蒸汽節(jié)能輸送技術(shù)，年蒸汽損耗減少20%，節(jié)約蒸汽量為206 336 kg/a，節(jié)約綜合能耗為15.45 tce。

3.5 精準(zhǔn)曝氣控制系統(tǒng)

污水處理廠采用精確曝氣系統(tǒng)的優(yōu)勢：一是能夠精確且穩(wěn)定地控制生化池DO濃度，提高生物處理效率，出水水質(zhì)得到改善；二是實時依據(jù)污水處理廠風(fēng)向、風(fēng)力、溫度、進(jìn)水水質(zhì)等情況，調(diào)整鼓風(fēng)曝氣量，以需定供，及時、準(zhǔn)確地分配氣體，調(diào)整生化池DO濃度；三是優(yōu)化曝氣鼓風(fēng)機的運行，降低曝氣鼓風(fēng)機電耗；四是對于傳統(tǒng)依靠人工控制鼓風(fēng)曝氣而言，精確曝氣通常可以實現(xiàn)25%～40%的節(jié)氣率，在鼓風(fēng)機風(fēng)量可調(diào)節(jié)的情況下，對應(yīng)地可以實現(xiàn)鼓風(fēng)機10%～25%的節(jié)電率[3]。

本項目采用精準(zhǔn)曝氣控制系統(tǒng)年節(jié)約鼓風(fēng)機電耗20%，年節(jié)約電量8.732×10-5 kW·h，折為107.31 tce。

4 節(jié)能量

經(jīng)評估，采取節(jié)能措施后，年節(jié)約用電共計1.969 4×10-6 kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為242.04 tce；年可節(jié)約蒸汽量206 336 kg，節(jié)能量為15.45 tce。

5 節(jié)能措施經(jīng)濟性評估

根據(jù)分析，本項目采用太陽能路燈照明年可節(jié)約能源費用為0.07萬元，靜態(tài)投資回收期為11.43年；采用綠色照明LED系統(tǒng)可節(jié)約能源費用為0.19萬元，靜態(tài)投資回收期為0.84年；采用變頻調(diào)速技術(shù)可節(jié)約能源費用為60.03萬元，靜態(tài)投資回收期為0.12年；采用蒸汽節(jié)能輸送技術(shù)可節(jié)約能源費用為1.47萬元，靜態(tài)投資回收期為12.61年；采用精準(zhǔn)曝氣控制系統(tǒng)可節(jié)約能源費用為48.03萬元，靜態(tài)投資回收期為1.04年。

按此估算，采取節(jié)能措施后年可節(jié)約能源費用共計109.79萬元。項目節(jié)能投資1年內(nèi)可收回成本。

6 結(jié)論

延安市某石化廠污水達(dá)標(biāo)排放改造項目電力和蒸汽能耗占比大，在節(jié)電方面可采取太陽能路燈照明、綠色照明LED系統(tǒng)、變頻調(diào)速技術(shù)、精準(zhǔn)曝氣控制系統(tǒng)等節(jié)能措施，在節(jié)約蒸汽量方面可采用蒸汽節(jié)能輸送技術(shù)。經(jīng)節(jié)能評估，在保證總排污水達(dá)標(biāo)排放的情況下，延安市某石化廠污水達(dá)標(biāo)排放改造項目節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟合理。

參考文獻(xiàn)

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3 張 輝，王佳偉，周 軍，等.A2/O工藝城市污水處理廠節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)研究及成果工程應(yīng)用[J].中國建設(shè)信息（水工業(yè)市場），2010（5）：11.