半導體凈化工程中公用動力系統的能源互補再利用

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1 公用動力系統簡介

華虹 NEC（FAB1）的公用動力系統的主要相關參數如下：

（1）干燥壓縮空氣系統（CD A），主要用作精密的半導體工藝設備中氣動元件的驅動能源，C D A 機組使用冷凍水降溫。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：冷凍水（冷凍水降溫冷卻水）――消耗冷凍機電量。

（2）工藝設備冷卻水系統（PCW），主要用于生產設備發熱的冷卻，應用冷凍水進行降溫。系統流量：1600 m3/h；系統溫度：送水溫度 23℃，回水溫度 26℃；冷卻介質：冷凍水――消耗冷凍機電量。

（3）熱水系統（Hot Water）主要用于各類空調機的供熱，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：蒸汽― 消耗蒸汽量。

（4）冷凍水系統（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（UPW），純水在集成電路的制造過程中是必不可少的工藝介質之一，純水的純度直接關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定的水處理效果，在冬季，必須將原水（自來水）預熱到 25℃才能進入UPW的水處理工藝。純水系統流量：150 m3/h（日平均110m3/ h）。

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

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

2 節能技改項目的實施

現代半導體芯片工廠的生產工藝要求全年四季連續生產，并應保持芯片生產環境具有嚴格控制的空氣潔凈度、溫度、濕度。生產所需壓縮空氣、工藝設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。半導體芯片工廠這種既需熱也需冷的特殊要求，為我們實施相關節能改造，特別是能源互補再利用的設想提供了依據和巨大的潛力。作為相關動力設備的主要負責團隊，充分發揮聰明才智，提出了很多有建設性的改造意見并從2004年開始陸續實施，實現了節能減排的目標，取得了良好的社會效益和經濟效益。以下就是這些節能改造的介紹。

（1）冷凍機熱回收

改造前，冬季空調新風（OAC）機組需要將室外 5℃的新風，由蒸汽加熱至 35℃再進行處理。節能改造是將冷凍機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水，再使循環水先通過OAC機組前新增的預熱段盤管與新風進風進行熱交換。一方面將新風預熱升溫至18℃，節約了蒸汽耗量；同時冷凍機的冷卻水被新風間接冷卻，節約了冷卻塔散熱的耗電量及對大氣的熱量排放。冷凍機熱回收系統見圖1。

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

實際節能成果，冷凍機熱回收系統安裝有電能表和熱能表，2005 年 12 月投入運行使用后，蒸汽用量明顯降低，節能效果見表1。累計節約蒸汽量為 37225.15 t，折合標煤 3499.16 t，節約蒸汽費用為 792.85 萬元。冷卻塔風扇節電量 38.88 萬kWh，但循環泵耗電量=191.81 萬 kWh，所以多耗電 152.93 萬 kWh，總共節約費用 701.09 萬元，折合節約標煤為 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℃才能進入純水的制造流程中，CDA的節能改造是利用原需要冷凍水去降溫的CDA機組產生的熱量。只增加一臺板式熱交換和循環泵實現提升原水箱水溫的目標，一方面節約了蒸汽耗量，同時 CDA 冷卻水被原水冷卻，節約了冷凍機制冷的耗電量。CDA 熱回收系統見圖 2。

節能效果計算，節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℃。節約蒸汽量按每年使用4個月（120天）、每天24h計算，約1669.43 t。

節電量按每年運行4個月計算為20.77萬kWh，循環泵耗電量，循環泵1 臺、功率為3.7 kW，每年運行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，每年節電量約 19.7 萬 kWh。

節能成果，CDA 熱回收系統安裝有熱能表，2006 年 11 月投入運行使用后，蒸汽用量和冷凍水負荷明顯降低，節能效果見表 2。實際每年運行周期為 11 月至次年 4 月，截至 2011 年 11 月，累計運行 31 個月，累計節約蒸汽量為 8796.86 t，折合標煤 854.47 t，節約蒸汽費用為 191.34 萬元。如果不考慮板換的損失，節約的制冷量等于節約的電量，故冷凍機節電量約113.09 萬 kWh，循環泵耗電量為8.26萬 kWh，總共節約費用 254.24 萬元，節能減排量折合標煤為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℃才能進入純水的制造流程中。PCW 節能改造，是利用原需要冷凍水降溫的 PCW循環從產設備產生熱量。僅僅是增加一臺板式熱交換器和循環泵，實現提升原水溫的目標。一方面節約了蒸汽耗量，同時一部分 PCW 回水被原水預冷卻，降低了 PCW 水的溫度，節約了冷凍機制冷的耗電量。PCW 熱回收系統系統圖見圖 3。

節能效果計算：節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℃，每年運行 5 個月（150 天）每天 24 h 計算，可節約蒸汽量約 6 751.37 t；PCW降溫減少的耗冷量折合節電量按流量為1600 m3/h，PCW 水箱溫度從26℃降低到 25.1℃，PCW 送水溫度為 23℃，每年運行 5 個月（150 天）每天 24 h計算，節電量約為 109.96 萬 kWh；綜合節電約104.56萬 kWh。

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

（待續）