半導(dǎo)體凈化工程中公用動力系統(tǒng)的能源互補(bǔ)再利用

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1 公用動力系統(tǒng)簡介

華虹 NEC（FAB1）的公用動力系統(tǒng)的主要相關(guān)參數(shù)如下：

（1）干燥壓縮空氣系統(tǒng)（CD A），主要用作精密的半導(dǎo)體工藝設(shè)備中氣動元件的驅(qū)動能源，C D A 機(jī)組使用冷凍水降溫。供氣壓力：0 . 7 5MPa；冷卻水溫度：送水溫度 24℃，回水溫度 30℃；冷卻介質(zhì)：冷凍水（冷凍水降溫冷卻水）――消耗冷凍機(jī)電量。

（2）工藝設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（PCW），主要用于生產(chǎn)設(shè)備發(fā)熱的冷卻，應(yīng)用冷凍水進(jìn)行降溫。系統(tǒng)流量：1600 m3/h；系統(tǒng)溫度：送水溫度 23℃，回水溫度 26℃；冷卻介質(zhì)：冷凍水――消耗冷凍機(jī)電量。

（3）熱水系統(tǒng)（Hot Water）主要用于各類空調(diào)機(jī)的供熱，使用外購蒸汽來加熱。熱水溫度：送水溫度 65℃，回水溫度 40℃；加熱介質(zhì)：蒸汽― 消耗蒸汽量。

（4）冷凍水系統(tǒng)（Chiller Water），由 5 臺1150U.S.RT，3 臺 2250U.S.RT 的特靈三級離心式制冷壓縮機(jī)組提供整個華虹 NEC 的制冷需求。冷凍水溫度：送水溫度 6℃，回水溫度 11℃―― 消耗冷凍機(jī)電量；冷卻水溫度：送水溫度32℃、回水溫度38℃―― 排放熱量。

（5）純水系統(tǒng)（UPW），純水在集成電路的制造過程中是必不可少的工藝介質(zhì)之一，純水的純度直接關(guān)系到集成電路制造工藝的等級。為了確保純水制造過程中穩(wěn)定的水處理效果，在冬季，必須將原水（自來水）預(yù)熱到 25℃才能進(jìn)入UPW的水處理工藝。純水系統(tǒng)流量：150 m3/h（日平均110m3/ h）。

原水溫度（冬季）：進(jìn)口溫度 5℃~15℃，出口溫度 25℃；加熱介質(zhì)：熱水 ―― 消耗蒸汽量。

（6）新風(fēng)系統(tǒng)（OA C），通過冷、熱盤管及多級過濾器等控制整個潔凈室環(huán)境的溫濕度和空氣潔凈度。新風(fēng)量：600000 m3/h；新風(fēng)平均溫度（冬季）：5℃；送風(fēng)溫度：23℃；加熱介質(zhì)：熱水 ―― 消耗蒸汽量；除濕介質(zhì)：冷凍水 ――消耗冷凍機(jī)電量。

2 節(jié)能技改項目的實(shí)施

現(xiàn)代半導(dǎo)體芯片工廠的生產(chǎn)工藝要求全年四季連續(xù)生產(chǎn)，并應(yīng)保持芯片生產(chǎn)環(huán)境具有嚴(yán)格控制的空氣潔凈度、溫度、濕度。生產(chǎn)所需壓縮空氣、工藝設(shè)備冷卻水等即使在冬季，冷量的大量需求仍然是必不可少的。半導(dǎo)體芯片工廠這種既需熱也需冷的特殊要求，為我們實(shí)施相關(guān)節(jié)能改造，特別是能源互補(bǔ)再利用的設(shè)想提供了依據(jù)和巨大的潛力。作為相關(guān)動力設(shè)備的主要負(fù)責(zé)團(tuán)隊，充分發(fā)揮聰明才智，提出了很多有建設(shè)性的改造意見并從2004年開始陸續(xù)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。以下就是這些節(jié)能改造的介紹。

（1）冷凍機(jī)熱回收

改造前，冬季空調(diào)新風(fēng)（OAC）機(jī)組需要將室外 5℃的新風(fēng)，由蒸汽加熱至 35℃再進(jìn)行處理。節(jié)能改造是將冷凍機(jī)制冷過程中原排向大氣的熱量回收利用，通過加裝的板式熱交換器加熱循環(huán)水，再使循環(huán)水先通過OAC機(jī)組前新增的預(yù)熱段盤管與新風(fēng)進(jìn)風(fēng)進(jìn)行熱交換。一方面將新風(fēng)預(yù)熱升溫至18℃，節(jié)約了蒸汽耗量；同時冷凍機(jī)的冷卻水被新風(fēng)間接冷卻，節(jié)約了冷卻塔散熱的耗電量及對大氣的熱量排放。冷凍機(jī)熱回收系統(tǒng)見圖1。

節(jié)能效果計算：節(jié)約蒸汽量按6臺OAC機(jī)組額定風(fēng)量 600000 m3/h、溫升 13℃，每年運(yùn)行4個月（120天）、每天24h計算，可節(jié)約蒸汽量約10942.48 t。節(jié)電量按每組冷卻塔風(fēng)扇平均少開一臺，每臺風(fēng)扇功率為7.5 kW，每年運(yùn)行4 個月計算，風(fēng)扇節(jié)電量約2.16萬kWh；但循環(huán)泵耗電量（循環(huán)泵2用 1 備，每臺功率37 kW，按每年運(yùn)行4個月多21.31萬kWh，所以年多耗電約19.15 萬kW h 。

實(shí)際節(jié)能成果，冷凍機(jī)熱回收系統(tǒng)安裝有電能表和熱能表，2005 年 12 月投入運(yùn)行使用后，蒸汽用量明顯降低，節(jié)能效果見表1。累計節(jié)約蒸汽量為 37225.15 t，折合標(biāo)煤 3499.16 t，節(jié)約蒸汽費(fèi)用為 792.85 萬元。冷卻塔風(fēng)扇節(jié)電量 38.88 萬kWh，但循環(huán)泵耗電量=191.81 萬 kWh，所以多耗電 152.93 萬 kWh，總共節(jié)約費(fèi)用 701.09 萬元，折合節(jié)約標(biāo)煤為 2881.33 t。

（2）CDA 熱回收

改造前，冬季低溫的自來水原水需要先由蒸汽加熱到 25℃才能進(jìn)入純水的制造流程中，CDA的節(jié)能改造是利用原需要冷凍水去降溫的CDA機(jī)組產(chǎn)生的熱量。只增加一臺板式熱交換和循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)提升原水箱水溫的目標(biāo)，一方面節(jié)約了蒸汽耗量，同時 CDA 冷卻水被原水冷卻，節(jié)約了冷凍機(jī)制冷的耗電量。CDA 熱回收系統(tǒng)見圖 2。

節(jié)能效果計算，節(jié)能改造前冷凍水流量為134m3/h、100 m3/h，送水溫度6℃、回水溫度 16℃。節(jié)約蒸汽量按每年使用4個月（120天）、每天24h計算，約1669.43 t。

節(jié)電量按每年運(yùn)行4個月計算為20.77萬kWh，循環(huán)泵耗電量，循環(huán)泵1 臺、功率為3.7 kW，每年運(yùn)行4 個月計算耗電量為1.07 萬kWh，每年4 個月計算耗電量為1.07 萬 kWh，每年節(jié)電量約 19.7 萬 kWh。

節(jié)能成果，CDA 熱回收系統(tǒng)安裝有熱能表，2006 年 11 月投入運(yùn)行使用后，蒸汽用量和冷凍水負(fù)荷明顯降低，節(jié)能效果見表 2。實(shí)際每年運(yùn)行周期為 11 月至次年 4 月，截至 2011 年 11 月，累計運(yùn)行 31 個月，累計節(jié)約蒸汽量為 8796.86 t，折合標(biāo)煤 854.47 t，節(jié)約蒸汽費(fèi)用為 191.34 萬元。如果不考慮板換的損失，節(jié)約的制冷量等于節(jié)約的電量，故冷凍機(jī)節(jié)電量約113.09 萬 kWh，循環(huán)泵耗電量為8.26萬 kWh，總共節(jié)約費(fèi)用 254.24 萬元，節(jié)能減排量折合標(biāo)煤為1277.98 t。

（3）PCW 熱回收改造前，冬季低溫的自來水原水需由蒸汽加熱到 25℃才能進(jìn)入純水的制造流程中。PCW 節(jié)能改造，是利用原需要冷凍水降溫的 PCW循環(huán)從產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生熱量。僅僅是增加一臺板式熱交換器和循環(huán)泵，實(shí)現(xiàn)提升原水溫的目標(biāo)。一方面節(jié)約了蒸汽耗量，同時一部分 PCW 回水被原水預(yù)冷卻，降低了 PCW 水的溫度，節(jié)約了冷凍機(jī)制冷的耗電量。PCW 熱回收系統(tǒng)系統(tǒng)圖見圖 3。

節(jié)能效果計算：節(jié)約蒸汽量按原水流量為 110m3/h ，原水溫度 1 0 ℃，改造后可升為 2 0 ℃，原水加熱后溫度 25℃，每年運(yùn)行 5 個月（150 天）每天 24 h 計算，可節(jié)約蒸汽量約 6 751.37 t；PCW降溫減少的耗冷量折合節(jié)電量按流量為1600 m3/h，PCW 水箱溫度從26℃降低到 25.1℃，PCW 送水溫度為 23℃，每年運(yùn)行 5 個月（150 天）每天 24 h計算，節(jié)電量約為 109.96 萬 kWh；綜合節(jié)電約104.56萬 kWh。

節(jié)能成果，PCW 熱回收系統(tǒng)節(jié)能改造安裝有熱能表，2008 年 12 月投入運(yùn)行使用后，蒸汽用量和冷凍水負(fù)荷明顯降低，節(jié)能成果見表 3。實(shí)際每年運(yùn)行周期為 11 月至次年 4 月，截止至 2011 年11月 ，累 計 運(yùn) 行 1 8 個 月 累 計 節(jié) 約 蒸 汽 量 為29 596.37 t，折合標(biāo)煤為 2 782.06 t，節(jié)約蒸汽費(fèi)用為 701.67 萬元。如果不考慮板換的損失，96.37 t，折合標(biāo)煤為 2 782.06 t，節(jié)約蒸汽費(fèi)用為 701.67 萬元。如果不考慮板換的損失，節(jié)約的制冷量相當(dāng)于節(jié)約的電量，故冷凍機(jī)節(jié)電量約368.19 萬 kWh。耗電量實(shí)際每年運(yùn)行周期為 11 月至次年4 月，截至 2011 年 11 月，累計運(yùn)行18 個月）：水泵耗電量約 19.44 萬 kWh，綜合節(jié)電量348.75 萬 kWh，總共節(jié)約費(fèi)用 910.92 萬元，總共節(jié)能量折合標(biāo)煤為4 191.01 t。

（待續(xù)）