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半导体净化工程中公用动力系统的能源互补再利用

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1 公用动力系统简介

华虹 NEC（FAB1）的公用动力系统的主要相关参数如下：

（1）干燥压缩空气系统（CD A），主要用作精密的半导体工艺设备中气动元件的驱动能源，C D A 机组使用冷冻水降温。供气压力：0 . 7 5MPa；冷却水温度：送水温度 24℃，回水温度 30℃；冷却介质：冷冻水（冷冻水降温冷却水）――消耗冷冻机电量。

（2）工艺设备冷却水系统（PCW），主要用于生产设备发热的冷却，应用冷冻水进行降温。系统流量：1600 m3/h；系统温度：送水温度 23℃，回水温度 26℃；冷却介质：冷冻水――消耗冷冻机电量。

（3）热水系统（Hot Water）主要用于各类空调机的供热，使用外购蒸汽来加热。热水温度：送水温度 65℃，回水温度 40℃；加热介质：蒸汽― 消耗蒸汽量。

（4）冷冻水系统（Chiller Water），由 5 台1150U.S.RT，3 台 2250U.S.RT 的特灵三级离心式制冷压缩机组提供整个华虹 NEC 的制冷需求。冷冻水温度：送水温度 6℃，回水温度 11℃―― 消耗冷冻机电量；冷却水温度：送水温度32℃、回水温度38℃―― 排放热量。

（5）纯水系统（UPW），纯水在集成电路的制造过程中是必不可少的工艺介质之一，纯水的纯度直接关系到集成电路制造工艺的等级。为了确保纯水制造过程中稳定的水处理效果，在冬季，必须将原水（自来水）预热到 25℃才能进入UPW的水处理工艺。纯水系统流量：150 m3/h（日平均110m3/ h）。

原水温度（冬季）：进口温度 5℃~15℃，出口温度 25℃；加热介质：热水 ―― 消耗蒸汽量。

（6）新风系统（OA C），通过冷、热盘管及多级过滤器等控制整个洁净室环境的温湿度和空气洁净度。新风量：600000 m3/h；新风平均温度（冬季）：5℃；送风温度：23℃；加热介质：热水 ―― 消耗蒸汽量；除湿介质：冷冻水 ――消耗冷冻机电量。

2 节能技改项目的实施

现代半导体芯片工厂的生产工艺要求全年四季连续生产，并应保持芯片生产环境具有严格控制的空气洁净度、温度、湿度。生产所需压缩空气、工艺设备冷却水等即使在冬季，冷量的大量需求仍然是必不可少的。半导体芯片工厂这种既需热也需冷的特殊要求，为我们实施相关节能改造，特别是能源互补再利用的设想提供了依据和巨大的潜力。作为相关动力设备的主要负责团队，充分发挥聪明才智，提出了很多有建设性的改造意见并从2004年开始陆续实施，实现了节能减排的目标，取得了良好的社会效益和经济效益。以下就是这些节能改造的介绍。

（1）冷冻机热回收

改造前，冬季空调新风（OAC）机组需要将室外 5℃的新风，由蒸汽加热至 35℃再进行处理。节能改造是将冷冻机制冷过程中原排向大气的热量回收利用，通过加装的板式热交换器加热循环水，再使循环水先通过OAC机组前新增的预热段盘管与新风进风进行热交换。一方面将新风预热升温至18℃，节约了蒸汽耗量；同时冷冻机的冷却水被新风间接冷却，节约了冷却塔散热的耗电量及对大气的热量排放。冷冻机热回收系统见图1。

节能效果计算：节约蒸汽量按6台OAC机组额定风量 600000 m3/h、温升 13℃，每年运行4个月（120天）、每天24h计算，可节约蒸汽量约10942.48 t。节电量按每组冷却塔风扇平均少开一台，每台风扇功率为7.5 kW，每年运行4 个月计算，风扇节电量约2.16万kWh；但循环泵耗电量（循环泵2用 1 备，每台功率37 kW，按每年运行4个月多21.31万kWh，所以年多耗电约19.15 万kW h 。

实际节能成果，冷冻机热回收系统安装有电能表和热能表，2005 年 12 月投入运行使用后，蒸汽用量明显降低，节能效果见表1。累计节约蒸汽量为 37225.15 t，折合标煤 3499.16 t，节约蒸汽费用为 792.85 万元。冷却塔风扇节电量 38.88 万kWh，但循环泵耗电量=191.81 万 kWh，所以多耗电 152.93 万 kWh，总共节约费用 701.09 万元，折合节约标煤为 2881.33 t。

（2）CDA 热回收

改造前，冬季低温的自来水原水需要先由蒸汽加热到 25℃才能进入纯水的制造流程中，CDA的节能改造是利用原需要冷冻水去降温的CDA机组产生的热量。只增加一台板式热交换和循环泵实现提升原水箱水温的目标，一方面节约了蒸汽耗量，同时 CDA 冷却水被原水冷却，节约了冷冻机制冷的耗电量。CDA 热回收系统见图 2。

节能效果计算，节能改造前冷冻水流量为134m3/h、100 m3/h，送水温度6℃、回水温度 16℃。节约蒸汽量按每年使用4个月（120天）、每天24h计算，约1669.43 t。

节电量按每年运行4个月计算为20.77万kWh，循环泵耗电量，循环泵1 台、功率为3.7 kW，每年运行4 个月计算耗电量为1.07 万kWh，每年4 个月计算耗电量为1.07 万 kWh，每年节电量约 19.7 万 kWh。

节能成果，CDA 热回收系统安装有热能表，2006 年 11 月投入运行使用后，蒸汽用量和冷冻水负荷明显降低，节能效果见表 2。实际每年运行周期为 11 月至次年 4 月，截至 2011 年 11 月，累计运行 31 个月，累计节约蒸汽量为 8796.86 t，折合标煤 854.47 t，节约蒸汽费用为 191.34 万元。如果不考虑板换的损失，节约的制冷量等于节约的电量，故冷冻机节电量约113.09 万 kWh，循环泵耗电量为8.26万 kWh，总共节约费用 254.24 万元，节能减排量折合标煤为1277.98 t。

（3）PCW 热回收改造前，冬季低温的自来水原水需由蒸汽加热到 25℃才能进入纯水的制造流程中。PCW 节能改造，是利用原需要冷冻水降温的 PCW循环从产设备产生热量。仅仅是增加一台板式热交换器和循环泵，实现提升原水温的目标。一方面节约了蒸汽耗量，同时一部分 PCW 回水被原水预冷却，降低了 PCW 水的温度，节约了冷冻机制冷的耗电量。PCW 热回收系统系统图见图 3。

节能效果计算：节约蒸汽量按原水流量为 110m3/h ，原水温度 1 0 ℃，改造后可升为 2 0 ℃，原水加热后温度 25℃，每年运行 5 个月（150 天）每天 24 h 计算，可节约蒸汽量约 6 751.37 t；PCW降温减少的耗冷量折合节电量按流量为1600 m3/h，PCW 水箱温度从26℃降低到 25.1℃，PCW 送水温度为 23℃，每年运行 5 个月（150 天）每天 24 h计算，节电量约为 109.96 万 kWh；综合节电约104.56万 kWh。

节能成果，PCW 热回收系统节能改造安装有热能表，2008 年 12 月投入运行使用后，蒸汽用量和冷冻水负荷明显降低，节能成果见表 3。实际每年运行周期为 11 月至次年 4 月，截止至 2011 年11月 ，累 计 运 行 1 8 个 月 累 计 节 约 蒸 汽 量 为29 596.37 t，折合标煤为 2 782.06 t，节约蒸汽费用为 701.67 万元。如果不考虑板换的损失，96.37 t，折合标煤为 2 782.06 t，节约蒸汽费用为 701.67 万元。如果不考虑板换的损失，节约的制冷量相当于节约的电量，故冷冻机节电量约368.19 万 kWh。耗电量实际每年运行周期为 11 月至次年4 月，截至 2011 年 11 月，累计运行18 个月）：水泵耗电量约 19.44 万 kWh，综合节电量348.75 万 kWh，总共节约费用 910.92 万元，总共节能量折合标煤为4 191.01 t。

（待续）