在化工企業(yè)中，循環(huán)冷卻水是一項常見且很重要的公用工程系統，其具有系統復雜、用戶多、水量大等特點。相應的循環(huán)冷卻水系統的能耗也非常高，其用水量約占企業(yè)總用水量的85%~92%，用電負荷約占企業(yè)總用電量的20%~30%。故對化工企業(yè)中循環(huán)水系統進行節(jié)能優(yōu)化，其效果對企業(yè)的節(jié)能影響甚大。本文就從循環(huán)冷卻水的系統選用、設備配置或選用、水質處理藥劑或技術選用等方面的節(jié)能技術展開討論，可作為實際工程的借鑒和參考。
1 循環(huán)冷卻水系統選用:
一般情況下，工業(yè)循環(huán)冷卻水系統分為兩大類：敞開式和密閉式系統。
敞開式系統是指循環(huán)冷卻水與空氣直接接觸冷卻的循環(huán)冷卻水系統，循環(huán)回水在開式冷卻塔內與空氣直接接觸來進行換熱，降低溫度。開式冷卻塔的降溫主要由水的蒸發(fā)冷卻實現，故系統的水量損失較大，又因為與空氣直接接觸，導致系統水質較差，排污量增大，相應的補水量也較大。但相較于閉式系統，在相同的處理能力下，其電耗較小，冷卻塔的總占地面積也遠小于閉式系統。
密閉式系統是指循環(huán)冷卻水不與大氣直接接觸冷卻的循環(huán)冷卻水系統，循環(huán)回水在閉式冷卻塔的換熱管束內與空氣、噴淋水間接接觸換熱，降低溫度。閉式冷卻的降溫主要由水的傳熱冷卻實現，故系統的水量損失較小，又因為其循環(huán)水介質一般為軟水（或純水），且不與空氣接觸，系統水質較好，基本不排污,故系統的補水量很小。因閉式系統要求的風量更大，且又配置了噴淋泵，故與開式相比電耗較大。由于換熱效果的制約，閉式冷卻塔一般單塔zui大的處理能力約300m3/h，如果處理能力較大,就需要并聯多臺閉式塔，設備的占地面積也會相應增加。閉式系統內的循環(huán)水介質為軟水，還需配置軟水制備系統為閉式循環(huán)水系統補水。
綜合來說，敞開式系統的總能耗較閉式系統低，相對更節(jié)能。但如果工藝設備對水質要求較高，或受項目建設地條件的影響（如水資源較缺乏或空氣中揚塵沙土較多），選用密閉式系統就比較合理。
2 設備選用或配置
通常循環(huán)冷卻水系統主要包括如下設備：冷卻塔、循環(huán)水泵，開式系統還可能有旁濾設備、加藥設備。根據項目的運行工況，選用合適的設備，可以達到節(jié)能的效果。
2.1 冷卻塔
（1）水動風機（水輪機）冷卻塔
為了達到要求的換熱效果，一般工業(yè)冷卻塔都為電力驅動的機械通風式，通過安裝在塔頂的電機帶動風機旋轉，在塔內強制使空氣流動實現換熱。隨著節(jié)能環(huán)保的意識逐漸深化，水動風機冷卻塔近年來開始得到推廣，并在一些項目中實際運用。
水動風機冷卻塔的核心技術是以水輪機取代電機（ 包括傳動軸、減速機）作為風機動力源，使冷卻塔的風機驅動方式由電力改為水力，水輪機的輸出軸直接與風機相連而帶動其旋轉，用水力來推動冷卻塔風葉，達到通風換熱目的。目前，應用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統的水動風機冷卻塔的水輪機轉動的原動力來源于循環(huán)冷卻水系統的余壓（循環(huán)水泵的富余揚程），充分利用了系統本身的富裕能量，減少電耗達到節(jié)能的目的。
水動風機冷卻塔若要正常運行，上冷卻塔處的循環(huán)回水必須有足夠的壓力水頭用于推動水輪機，一般為0.1~0.3mpa。在設計過程中，為了滿足工藝換熱設備的要求換熱效果，循環(huán)給水壓力會設計的偏大; 另外在管網水頭損失計算時也較保守。這將會使系統實際工況點的壓力低于額定壓力，導致整個循環(huán)水系統*處于超流量、低壓力的工況下運行。此時采用水動風機冷卻塔不僅可以節(jié)省傳統冷卻塔電機的電能，同時對于管網系統還有一定的壓力調節(jié)作用。另外在某些工業(yè)項目中，可能會有易燃易爆的工藝介質進入循環(huán)冷卻水系統，對冷卻塔風機有防爆要求時，那選用水動風機替代防爆電機相對更合理經濟。
但是筆者認為在一般的新建工業(yè)項目中不宜立即采用水動風機冷卻塔，新建項目中系統的能量富裕無法計算也不能通過穩(wěn)定的運行參數來判斷。如果在開始的設計中就考慮水輪機的壓力要求，又將會使這部分動能要求轉嫁到循環(huán)水泵上，增大水泵的揚程也就是增加了循環(huán)水泵的功率。
（2）噴霧冷卻塔
目前已在實際項目中運用的噴霧冷卻塔主要為兩大類，一類為噴霧通風冷卻塔，另一類為h jp型噴霧冷卻塔。噴霧通風冷卻塔的核心部件是噴霧推進霧化器，其利用循環(huán)回水的余能，通過渦流室與收擴型特殊噴嘴釋放能量，形成細小水粒、霧粒、水泡。噴頭在水平方向存在傾角，霧流脫離噴嘴在塔體內上升的過程中，與空氣之間有很大的作用面積，因而產生了反推動力，使噴頭快速反方向運動。因此噴嘴流產生一個水平方向的相反的力，推動旋轉機構及輕質風葉旋轉，產生風力，形成空氣在塔內的對流，在達到降低循環(huán)水溫度的同時實現節(jié)電目標。當循環(huán)回水的水壓在0.12~ 0.16mpa時，特殊噴嘴的流速可以達到18m/s左右，風筒內風速可以達到28m/s。
根據實際項目運用表明，噴霧通風冷卻塔的冷卻效果與普通冷卻塔效果相當，但是節(jié)省了風機電機運行的電耗，僅增加部分設備改造的一次性投資。
hjp型噴霧冷卻塔的冷卻原理是利用從噴頭噴出的高速旋轉水流，在噴孔外的汽化室里形成真空，迫使一部分水汽化，并從其余的水中獲得熱量補償其汽化潛熱，即它是利用相變的原理將高溫水進行大幅度的降溫。同時，當水噴到噴霧塔內的空間時，又與空氣進行熱交換形成第二次小幅度的降溫，該裝置的降溫差由上述兩部分的降溫差組成。通過噴孔汽化室汽化的水占總水量的比例，主要取決于噴頭結構的特殊設計與進入噴頭前水的溫度。
由于hjp型噴霧冷卻塔采用蒸發(fā)為主的冷卻方式，冷卻效果好，還可以通過控制進入汽化室汽化水的比例，處理進水溫度較高的循環(huán)水。h jp型噴霧冷卻塔不但能確保降溫效果，而且因裝置結構內部無填料、無風機、無任何機械運動件，而節(jié)省了更換填料、定期保養(yǎng)風機的費用和工作量。在節(jié)水上亦因無風機的拔風作用而減少了水量的損失，且飄逸的霧汽不會對周圍環(huán)境產生水淋現象。但由于其一次投資費用過高，目前在國內的工業(yè)循環(huán)水系統中運用還不多。
（3）冷卻塔風機的變頻
一般工業(yè)冷卻塔的處理能力是按照工藝zui大能力及夏天zui大熱負荷的條件下選定的，但是在實際設備運行中，由于季節(jié)、溫度、工作負載等諸多因素都將變化，偏離設計的zui不利情況，使設備經常處于較低負荷的情況下運行，造成不必要的電耗。
交流變頻調速技術是近幾年電氣傳動領域興起的一項新技術，該裝置通過改變電源頻率來改變電機轉速。在典型的冷卻塔風機變頻控制系統中，采用內置pid功能的變頻器，以冷卻塔出水溫度為控制對象組成閉環(huán)控制。在循環(huán)冷卻給水管道上安裝一個溫度傳感器，將冷卻給水溫度信號傳給變頻器，經變頻器自身的pid控制器后，給出適當的電壓和頻率給冷卻塔電機，調節(jié)風機轉速和輸出功率或是調節(jié)風機開啟的臺數（多臺運行的情況下）。這樣形成一個閉環(huán)反饋系統，當冷卻給水溫度降低時，減小風機轉速或減少風機運行數量，從而達到節(jié)能降耗的目的。
2.2 循環(huán)水泵的變頻調速
目前許多工業(yè)項目的循環(huán)水系統通過節(jié)流方式來改變循環(huán)水泵的壓頭和流量，這種方式雖然簡單易行，但在調節(jié)過程中由于人為地增加了阻力，產生了大量的能量損失，而且實際負荷遠離額定工況時，水泵常常偏離區(qū)運行，出現“大馬拉小車”的現象。
對于循環(huán)冷卻水用水量變化較大的系統，若采用變頻調速技術，改變水泵電機轉速來調節(jié)水泵流量，既可以避免采取節(jié)流方式的能力損失，又可以保證水泵始終在區(qū)運行，因此可以大幅度的節(jié)約電能。
當循環(huán)冷卻水流量變化時，間接的會引起管網壓力的變化。根據此特點，采用內置pid功能的變頻器，以冷卻水壓力為控制對象組成閉環(huán)控制。在循環(huán)冷卻給水管道上安裝一個壓力傳感器，根據管網的壓力信號經變頻器自身的pid控制器后，給出適當的電壓和頻率給循環(huán)水泵電機，調節(jié)電機轉速和輸出功率或是調節(jié)循環(huán)水泵開啟的臺數（多臺運行的情況下）。這樣形成一個閉環(huán)反饋系統，維持冷卻給水的壓力，并使設備的啟動運行得以改善，延長了設備的使用壽命，又降低了電耗。
3 水質處理藥劑或技術選用
3.1 提高濃縮倍數
循環(huán)水系統的補水量等于系統中各種蒸發(fā)、風吹、滲漏和排污損失之和，提高系統運行的濃縮倍數可以減少排污量，即減少系統的補水量，達到節(jié)水的目的。但是過高的提高濃縮倍數，會使循環(huán)冷卻水的硬度、堿度、氯離子等的濃度過高，使水的結垢傾向、腐蝕性大大增加，就需要相應的提高循環(huán)水的水質穩(wěn)定處理效果。
這就需要有效的水質處理方法，在考慮環(huán)保的同時，采用的水處理藥劑來提高濃縮倍數。以下幾種水質穩(wěn)定處理藥劑已經在一些工業(yè)項目中的循環(huán)水系統應用，并且取得了明顯的效益。
硫酸-阻垢劑處理：是指在水體中先加入硫酸使補充水堿度降到一定程度后再加入阻垢劑如聚磷酸鹽、有機阻垢劑等。從而達到阻垢和保證循環(huán)水穩(wěn)定運行的目的。該法占地小、技術簡單。但是需注意so2-4濃度過高會侵蝕混凝土，同時用有機磷處理循環(huán)冷卻水勢必加強水生物的繁殖，加重腐蝕程度，所以藥劑處理要同時考慮阻垢、緩蝕及殺菌等多方面的效果，一般可以考慮采用復合型阻垢劑。
弱酸樹脂交換處理：可降低水中的碳酸鹽硬度及相應的堿度，再投加緩蝕劑可防止循環(huán)水系統的腐蝕，既可提高循環(huán)水濃縮倍率，又不會增加水中硫酸根離子。該法適用于處理碳酸鹽硬度比例高的水，優(yōu)點是系統簡單、運行條件好、交換容量大、易再生、酸耗較低，從根本上解決了結垢問題。缺點是運行費用高、占地面積大、廢水排放量大。
石灰軟化-加酸：補充水在預處理時就投加適當的石灰，除去水中的ca2+、mg2+，原水鈣含量高而補水量又較大的循環(huán)冷卻水系統常采用這種方法。經石灰處理的水，雖然碳酸鹽堿度可以降低，但卻有可能出現caco3 沉淀，為消除這種不穩(wěn)定性,可添加少量h2so4。此法優(yōu)點是處理能力大，運行費用較低。缺點是投資大、對石灰粉純度要求高、對環(huán)境影響大。
反滲透脫鹽處理技術：采用反滲透對循環(huán)冷卻水進行軟化、除鹽處理。其脫鹽率常在98%左右，一般95%。該處理法操作方便，易于實現自動化，并且脫鹽效果好，有利于提高循環(huán)水水質。缺點是投資大、膜污染嚴重、清洗頻繁。
臭氧水處理技術：臭氧作為水處理劑，殺菌能力強、排污量少，既能節(jié)水節(jié)能，又不用調節(jié)水的ph，無二次污染，對循環(huán)水的緩蝕、阻垢、殺菌等均有良好的效果。
3.2 管道減阻節(jié)能劑
減阻節(jié)能劑是用于降低流體流動阻力實現節(jié)能的化學添加劑。近年來環(huán)保節(jié)能機構啟動了減阻節(jié)能專項研究項目，丹麥、荷蘭、加拿大、美國、日本和新加坡等國家對表面活性減阻技術進行了大量的研究工作，取得了很大成效，管道摩擦阻力zui高可減少70%以上，某些減阻節(jié)能劑品種已進入實用階段。國內也開展了管道減阻節(jié)能的基礎研究，并進行了減阻節(jié)能劑的應用研究。
目前已開發(fā)了陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑為主劑的三類減阻節(jié)能劑配方。減阻節(jié)能劑應用于循環(huán)水系統中，不僅能夠降低管網投資造價，而且能降低循環(huán)水泵日常運行的電耗。在循環(huán)水系統中加入管道減阻節(jié)能劑是簡便易行的節(jié)能方法，現有循環(huán)水系統改造無需新增大筆設備投資，具有廣闊的發(fā)展前景，經濟和社會效益巨大。