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半导體(tǐ)净化工程中公用(yòng)动力系统的能(néng)源互补再利用(yòng)

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1 公用(yòng)动力系统简介

华虹 NEC（FAB1）的公用(yòng)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(yòng)作精密的半导體(tǐ)工艺设备中气动元件的驱动能(néng)源，C D A 机组使用(yòng)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）――消耗冷冻机電(diàn)量。

（2）工艺设备冷却水系统（PCW），主要用(yòng)于生产设备发热的冷却，应用(yòng)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――消耗冷冻机電(diàn)量。

（3）热水系统（Hot Water）主要用(yòng)于各类空调机的供热，使用(yòng)外購(gòu)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℃―― 消耗冷冻机電(diàn)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），纯水在集成電(diàn)路的制造过程中是必不可(kě)少的工艺介质之一，纯水的纯度直接关系到集成電(diàn)路制造工艺的等级。為(wèi)了确保纯水制造过程中稳定的水处理(lǐ)效果，在冬季，必须将原水（自来水）预热到 25℃才能(néng)进入UPW的水处理(lǐ)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(xīn)风系统（OA C），通过冷、热盘管及多(duō)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(xīn)风量：600000 m3/h；新(xīn)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 ――消耗冷冻机電(diàn)量。

2 节能(néng)技改项目的实施

现代半导體(tǐ)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(yǒu)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(kě)少的。半导體(tǐ)芯片工厂这种既需热也需冷的特殊要求，為(wèi)我们实施相关节能(néng)改造，特别是能(néng)源互补再利用(yòng)的设想提供了依据和巨大的潜力。作為(wèi)相关动力设备的主要负责团队，充分(fēn)发挥聪明才智，提出了很(hěn)多(duō)有(yǒu)建设性的改造意见并从2004年开始陆续实施，实现了节能(néng)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(néng)改造的介绍。

（1）冷冻机热回收

改造前，冬季空调新(xīn)风（OAC）机组需要将室外 5℃的新(xīn)风，由蒸汽加热至 35℃再进行处理(lǐ)。节能(néng)改造是将冷冻机制冷过程中原排向大气的热量回收利用(yòng)，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(xīn)增的预热段盘管与新(xīn)风进风进行热交换。一方面将新(xīn)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(xīn)风间接冷却，节约了冷却塔散热的耗電(diàn)量及对大气的热量排放。冷冻机热回收系统见图1。

节能(néng)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(kě)节约蒸汽量约10942.48 t。节電(diàn)量按每组冷却塔风扇平均少开一台，每台风扇功率為(wèi)7.5 kW，每年运行4 个月计算，风扇节電(diàn)量约2.16万kWh；但循环泵耗電(diàn)量（循环泵2用(yòng) 1 备，每台功率37 kW，按每年运行4个月多(duō)21.31万kWh，所以年多(duō)耗電(diàn)约19.15 万kW h 。

实际节能(néng)成果，冷冻机热回收系统安装有(yǒu)電(diàn)能(néng)表和热能(néng)表，2005 年 12 月投入运行使用(yòng)后，蒸汽用(yòng)量明显降低，节能(néng)效果见表1。累计节约蒸汽量為(wèi) 37225.15 t，折合标煤 3499.16 t，节约蒸汽费用(yòng)為(wèi) 792.85 万元。冷却塔风扇节電(diàn)量 38.88 万kWh，但循环泵耗電(diàn)量=191.81 万 kWh，所以多(duō)耗電(diàn) 152.93 万 kWh，总共节约费用(yòng) 701.09 万元，折合节约标煤為(wèi) 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(néng)进入纯水的制造流程中，CDA的节能(néng)改造是利用(yòng)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電(diàn)量。CDA 热回收系统见图 2。

节能(néng)效果计算，节能(néng)改造前冷冻水流量為(wèi)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(yòng)4个月（120天）、每天24h计算，约1669.43 t。

节電(diàn)量按每年运行4个月计算為(wèi)20.77万kWh，循环泵耗電(diàn)量，循环泵1 台、功率為(wèi)3.7 kW，每年运行4 个月计算耗電(diàn)量為(wèi)1.07 万kWh，每年4 个月计算耗電(diàn)量為(wèi)1.07 万 kWh，每年节電(diàn)量约 19.7 万 kWh。

节能(néng)成果，CDA 热回收系统安装有(yǒu)热能(néng)表，2006 年 11 月投入运行使用(yòng)后，蒸汽用(yòng)量和冷冻水负荷明显降低，节能(néng)效果见表 2。实际每年运行周期為(wèi) 11 月至次年 4 月，截至 2011 年 11 月，累计运行 31 个月，累计节约蒸汽量為(wèi) 8796.86 t，折合标煤 854.47 t，节约蒸汽费用(yòng)為(wèi) 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電(diàn)量，故冷冻机节電(diàn)量约113.09 万 kWh，循环泵耗電(diàn)量為(wèi)8.26万 kWh，总共节约费用(yòng) 254.24 万元，节能(néng)减排量折合标煤為(wèi)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(néng)进入纯水的制造流程中。PCW 节能(néng)改造，是利用(yòng)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(fēn) 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電(diàn)量。PCW 热回收系统系统图见图 3。

节能(néng)效果计算：节约蒸汽量按原水流量為(wèi) 110m3/h ，原水温度 1 0 ℃，改造后可(kě)升為(wèi) 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(kě)节约蒸汽量约 6 751.37 t；PCW降温减少的耗冷量折合节電(diàn)量按流量為(wèi)1600 m3/h，PCW 水箱温度从26℃降低到 25.1℃，PCW 送水温度為(wèi) 23℃，每年运行 5 个月（150 天）每天 24 h计算，节電(diàn)量约為(wèi) 109.96 万 kWh；综合节電(diàn)约104.56万 kWh。

节能(néng)成果，PCW 热回收系统节能(néng)改造安装有(yǒu)热能(néng)表，2008 年 12 月投入运行使用(yòng)后，蒸汽用(yòng)量和冷冻水负荷明显降低，节能(néng)成果见表 3。实际每年运行周期為(wèi) 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 為(wèi)29 596.37 t，折合标煤為(wèi) 2 782.06 t，节约蒸汽费用(yòng)為(wèi) 701.67 万元。如果不考虑板换的损失，96.37 t，折合标煤為(wèi) 2 782.06 t，节约蒸汽费用(yòng)為(wèi) 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電(diàn)量，故冷冻机节電(diàn)量约368.19 万 kWh。耗電(diàn)量实际每年运行周期為(wèi) 11 月至次年4 月，截至 2011 年 11 月，累计运行18 个月）：水泵耗電(diàn)量约 19.44 万 kWh，综合节電(diàn)量348.75 万 kWh，总共节约费用(yòng) 910.92 万元，总共节能(néng)量折合标煤為(wèi)4 191.01 t。

（待续）