摘 要：为了降低棉纺企业用水量，根据棉纺企业水流图，理论计算了空调用水、锅炉用水、空压冷却用水、浆纱用水和人员用水,并与实际用水量计量进行对比,发现用水中存在的泄漏情况或节水潜力,通过综合采取技术改造、设备管理提升等措施来降低用水量，使用水量从最高年58万t下降至42万t，年节约水费100万元。认为：进行动态用水能效的分析研究，对于企业节水降费有着积极作用。
关键词:棉纺企业;水流图;用水量;水能效分析;节水;
棉纺企业作为工业企业中的用水大户,加强用水能效管理对于纺织厂来说极为重要。特别是在当前水资源短缺、水价高企的情况下，如何做好水资源能效管理，对当前纺织企业尤为重要。我公司新厂区于2014年建成投产，供水系统作为其中的子系统服务于生产和生活。生产用水主要分7个单元：空调用水，锅炉用水，空压冷却用水，浆纱用水，人员用水，消防用水，绿化、喷泉用水。其中的消防和绿化、喷泉只是偶然使用或间断使用，没有纳入常态管理。在水资源管理方面，根据棉纺企业的生产实际情况，我们配备了两级计量器具。主进水用水单位配备1台用水计量器，次级用水单位配备53台用水计量器具，主要用水设备配备基本使用次级用水单位计量器具，未单独配备仪器仪表。2015年满产后,企业年用水量达到了58万t。如何减少用水量，降低用水成本,成为能源管理人员的责任和课题。
1 用水单元计算
由于我公司空调、空压用水是一个系统，水通过相应处理可重复使用。在这个循环水系统内某一点计量的进水量只能作为整个系统的补水量。仅靠计量手段难以全面评估各用水单元用水量变化的合理性。通过水流图和用水设备工艺参数可计算出各用水单元耗水量，动态掌握各单元理论数据和各计量数据的变化，综合分析各单元用水量数据是否合理，能否改进及制定相应的改进措施。
针对7个用水单元，除去消防和绿化单元，尝试建立水综合利用理论模型或工程实践模型来动态监测各单元理论用水量。
1.1 空调用水量计算
西安地区空气较干燥,干湿球温度相差较大。为此，在生产车间的空调方案上，公司采用了间接蒸发冷却空调技术。空气在喷淋室进行焓值和湿度调整，通过喷淋蒸发段完成了这一物理过程。根据空气进出口的含湿量差和空调机组处理的风量计算结果与实际测试结果相差较小,利用空调的耗水量来计算耗水蒸发损失[1]。图1为空调水流简图。
空气含湿量的变化反映为水气密度的变化，因此补水量W=Q（ρ工-ρ外）×b。式中：Q为进风量，ρ工为工艺水汽密度，ρ外为室外水汽密度，b为新风占比。根据理想气体状态方程和相对湿度Rh计算公式，通过查表可知不同温度T下的饱和蒸汽压P饱；水蒸气的摩尔质量为18 g/mol；气体常数为8.314 J/(mol·K),可知不同温度下饱和蒸汽密度ρ饱=18P饱/(8.314×T)=18P饱×Rh/(8.314×T×1 000)，单位为kg/m3。结合空调飘水及泄露损耗约5%，空调用水量W=18Qb/8 314×(P饱工Rh工/T工-P饱外Rh外/T外)×1.05。
根据西安年平均气温及湿度和生产所需温湿度要求，可计算出生产空调耗水9.9 t/h、日均耗水250 t的标准参考值。具体见表1。各车间合计补水量9 910 738 g/h。
表1 各车间使用空调的工艺要求及空调运转参数得出的补水量
1.2 浆纱用水计算
准备车间用水分为调浆用水和浆纱机了机时清洁用水。清洁用水量的控制更多与人员操作及班组管理有关，大致每天10 t用量。
对于调浆用水，根据经轴上浆后的浆液总含固率n=浆料干重/(浆液中水重+浆料干重)×100%进行推导计算。考虑浆料干重有5%的损耗，用水量(浆液中水重）W=干浆重量(1-n)/n=1.05×浆纱产量×上浆率(1-n)/n。按照浆纱月产量900 t、上浆率10%、总含固率12%、浆料干重94.5 t计算，用水量为693 t，日均23 t。
根据计算，准备车间日用水量大约33 t。
1.3 锅炉用水计算
在棉纺织企业生产中，蒸汽作为准备工序不可或缺的传热介质，在调浆、上浆、烘干工序普遍使用。我公司生产用蒸汽温度约150 ℃，通过自备燃气锅炉产生。锅炉用水先要经过软化处理，约产生5%的高矿物质废水排掉，而烘干桶内的冷凝水将再次送回锅炉重复使用。下面的锅炉水流图简单反映了锅炉水利用的过程。
根据能量守恒可知，V(Ig-Igs)=QEη。式中：V为产生蒸汽量（kg）；Ig为蒸汽焓，查表可知150 ℃蒸汽焓值为2 746.3 kJ/kg；Igs为给水焓，查表可知40 ℃水焓值为168.06 kJ/kg；E为天然气热值，根据天然气公司提供数据约为8 400 kcal/m3(8 400×4.185 8 kJ/m3);η锅炉热效率约为90%，即有V=（Q/81.4）×103 kg。按照公司生产用天然气平均日均用量Q 6 000 m3，蒸汽量V为70 t，蒸汽压力P为0.42 MPa，蒸汽温度T蒸为423 K，给水温度T为40 ℃，排污率F为5%，回水率H为70%，软水消耗R为5%，锅炉用水量W=[V/(1-F)-V×H]/(1-R)=[70/(1-0.05)-70×0.7]/(1-0.05)≈27（t）,即每日需用水量约为27 t。
1.4 换热塔蒸发水量
空气压缩机在棉纺织企业使用广泛，其在运转过程中产生的大量热量可以通过冷却水带走，冷却水变为高温水，高温水通过板式换热带走部分热量进行余热利用后，送入换热塔继续交换散发热量后成为冷却水再送回空压机循环使用。各空调的高焓值水也送回换热塔散发热量后补充空压机冷却水循环使用。图3为换热示意简图。
根据换热塔的换热是通过水的汽化潜热这一物理过程来实现的，因此换热塔换热量Q1与汽化潜热Q2相等。利用比热容公式[2]和汽化热公式可推导出换热塔蒸发水量V2=CV1ΔT/r。式中：水的比热容C为4.2 kJ/（kg·℃）；ΔT为换热水进出口温度差；V1为换热塔水流量（m3/h）；r为进水的汽化潜热（kJ/kg）。
我公司换热塔相应各项数据：ΔT为10 ℃，40 ℃进水的汽化潜热r为2 406.3 kJ/kg，冷却水流量V1为600 m3/h。通过计算V2约为10.5 m3/h，日均蒸发水量约252 t。
1.5 人员用水
人员用水主要分为饮用和盥洗用水。饮用水量占比较少，主要为盥洗用水。由于纺织企业为人员密集型企业,生产区厕所采用沟槽式，冲水方式为虹吸式高位水箱，由于该冲水方式的特点是水满就冲，从耗水的角度来看就相当于管道开放式长流水。共有50 kg大水箱24个，30 kg小水箱12个，供水管流量800 kg/h，因此生产区厕所冲水日用量约为36×24×0.8=691（t）。再加上办公区域用水及洗漱等用水消耗，全公司人员日用水总量约为700 t。
2 用水单元计算在节水降本中的作用
汇总以上各用水单元用水量，我公司理论日用水量约为1 262 t。而实际每日自来水进水量却高达1 600 t~1 700 t，实际用水量超过理论用量25%以上。据此判断存在大规模的泄漏。但通过反复检查各输水管线却并未发现大的泄漏点。经过反复辩论、探讨，根据排查的情况综合判断最大可能发生泄漏的点是空调喷淋池，经过对全厂32部空调的喷淋池排干水详细检查，最终发现有10座水池防渗处理层出现裂缝，导致泄漏。经过维修后日进水量下降至1 400 t左右，2016年用水量下降至48万t，较上年度减少了10万t，对比高峰时期下降了17.24%。
对比各用水单元的日用水量，人员用水明显占比过大，职工人均日用水量超过270 kg,远超80 kg的中等强度劳动人均日用水额度。通过对厕所冲水进行改造，将原来虹吸式冲水方式改造为远红外探测延时冲水。小水箱平均冲水周期大约为5 min，大水箱冲水周期大约为8 min。每天冲水大约需要（30×12×60/5）×24+（50×24×60/8）×24=319 680（kg），日进水量也降至1 200 t，年用水量降至42万t。
3 结语
节约用水是企业水资源管理人的责任和义务，如何在具体工作中找到节约用水、降低生产成本的思路非常重要。我们按照各用水单元建立了用水模型，辅助使用计量手段，从科学理论和数据入手，从实际出发综合采取技术改造、管理创新、宣传教育等手段高效用水效率。现在年生产用水量稳定在40万t以下。以西安市当前计量吨水价5.80元计算，和高峰时期相比年节约水费100万元以上。
参考文献
[1] 董晓杰，黄翔，吕伟华，等.蒸发冷却空调机组耗水量计算公式的推导与分析[J].西安工程大学学报，2016,30(3):294-299.
[2] 袁威湿式冷却塔蒸发传质换热过程的主动抑制机制与节水研究[D].济南:山东大学2021.
