循环水系统传统机械通风冷却改为水动能冷却塔的探讨论文_李云超

涟源钢铁集团有限公司能源中心 湖南娄底 417009

摘要：结合工程实例，系统地阐述了机械通风冷却塔电动风机节能改造的条件和原理，介绍了水动能回收冷却塔特点及改造工程概况、数据分析、节能计算、静态投资回收期，并对节能改造的效果进行评价。

关键词：电动风机 水轮机 节能改造 效果评价

1、概述

目前国内钢铁企业循环水冷却水系统基本上都是采用电动机＋风机的冷却方式，这种冷却方式最大的缺点是：浪费电能、机械故障率高、日常管理及维修成本高。

现涟钢老区循环水系统机力塔约有200多座，使用的机力塔共有150多座。循环水系统使用的机力塔电费每年约1500万元，若包括冷却塔的检修维护检修费总费用接近2000万元。为此，有必要探讨采取一种循环水冷却新工艺，既能减电费、维修维护费，又能使循环水经冷却后满足主体单位生产的新型冷却工艺，而水动能回收冷却塔就是在这一基础上提出实验研究的。

2、工作原理

水动能回收冷却塔是一种新型的高效节能冷却塔，其核心技术是以反击式冷却塔专用水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力。水轮机的工作动力来自循环水泵的富余扬程，不仅在工作时保证水轮机的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。水轮机的输出轴直接与风机相连并带动其转动，达到节能目的。上塔余压是否在0.15MPa以上的机械通风冷却塔，均可采用水动风机代替。合理地利用水轮机，可以对所有电动风机冷却塔进行节能改造，越是大型冷却塔，节能改造的效果越好，从而获得可观的经济效益和社会效益。

3. 原有设施改造前的情况

这次改造的机力冷却塔是涟钢能源中心压风三班的冷却塔，压风三班（负责向3200m3高炉、360m2烧结机供压风）循环水站原有一组2座横流式机械通风冷却塔，单座额定冷却水量600m3/h、额定温差10℃，总冷却水量1200m3/h；4台循环水泵，2台大泵2台小泵正常情况下运行1台大泵1台小泵，总供水量950m3/h。

3.1冷却塔

型式：横流式机械通风冷却塔。

组合型式：1组2格。

塔体结构型式：钢筋混凝土；

单间塔体几何尺寸：长×宽×高＝7.0×14.0×10.0（m）；

额定冷却水量：1200m3/h；

实测冷却水量：460m3/h；

淋水密度：12.5m3/㎡ ；

气水比0．74

额定温差：10℃；

实测温差：5.2℃（32.6/27.4℃）；

循环冷却回水上塔进口口径：DN300；

上塔进口阀门开度：40％。

3.2 风机

型式：轴流风机；

型号：FL42型；

数量：2台；

直径：Φ4700mm；

额定风量：4.8×105 m3/h；风压：154Pa（15.4mm H2O）；

转速：136rpm（r/min）；

叶片数量：4；叶片安装角度：19.5～22.5o；

驱动方式：电力（电机、传动轴、减速机）；

电机额定功率：22kW；电压：380V；

额定电流： 31A；实测电流：29A。

3.3 循环水泵

型式：卧式双吸离心泵；

型号：24sh－9A；

数量：4台；工作方式：2台工作、2台备用；

两台大泵性能参数：

额定流量：Q=380m³/h 额定扬程：H=44m

额定电压：U=380V 额定功率：P=75kW

两台小泵性能参数：

额定流量：Q=190m³/h 额定扬程：H=44m

额定电压：U=380V 额定功率：P=37Kw

4、改造工程概况

4.1 改造内容

将2座冷却塔中的1座，即2＃冷却塔的电动风机实施节能改造，水动能回收冷却塔专用水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力。同时，相应地修改循环冷却回水上塔管道的配管。经过改造，循环冷却回水先通过水轮机后，再进入冷却塔的配水系统。

4.2 水动能风机冷却塔技术参数

水动能回收冷却塔专用水轮机是江苏正大志诚节能科技有限公司生产的，在本次改造工程中，选用的水轮机技术参数如下：

型式：反击式水轮机；

型号：FJ600-A

流量：600m3/h；

进水压力：≥0.15m MPa；

进口口径：DN450；出口口径：DN700；

功率：80.7kW；

转速：136rpm（r/min）；

效率：85％；

外形几何尺寸：长×宽×高＝760×800×600 （mm）；

本体材质：机转轮叶片采用不锈钢材质，所有螺栓和螺母以及其它易锈蚀零件均采用不锈钢材质；水轮机和减速器的箱体均采用铸钢件，保证设备需要的强度和耐久性；

轴材质：45＃钢；

轴承：原装日本进口轴承，保证10年的使用寿命；

齿轮：采用硬齿面齿轮，精度符合国家的齿轮行业6级标准。

重量：1200kg。

5、水动能风机冷却塔的应用特点

5.1 改造后水动能风机冷却塔与改造前电动风机冷却塔的性能比较

水动风机冷却塔与电动风机冷却塔的比较

5.2 水动能风机冷却塔的特点

5.2.1 节能

风机驱动方式为水力，水轮机的工作动力来自循环水泵的富余扬程，不仅在工作时保证水轮机的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。水轮机的输出轴直接与风机相连并带动其转动，达到节能目的。

5.2.2 运行可靠

反击式冷却塔专用水轮机具有设计严谨、结构合理、转动平稳、维护及检修方便的特点，杜绝了漏电、漏油、电机及减速机损坏甚至烧毁的故障，为风机的安全连续工作提供了保障。

5.2.3 冷却效果好

随着季节变化，水轮机的转速是随着水压的增减而同步增减，风机风量也随之增减，使冷却塔的汽水比稳定在最佳状态，达到最好的冷却效果。

5.2.4 安全

可在爆炸危险环境工作。

5.2.5 环保

由于取消了电机、传动轴、减速机，因而降低了噪声、振动、飘水所带来的环境污染。

5.2.6 通用

所有机械通风冷却塔，均可采用水动风机。合理地利用水轮机，可以对所有电动风机冷却塔进行节能改造，越是大型冷却塔，节能改造的效果越好，从而获得可观的经济效益和社会效益。

5.2.6 经济

由于取消了电机、传动轴、减速机，因而减少了日常的维护、检修工作，并降低了运行成本。

6、理论分析与结论

6.1理论分析

6.1.1 循环水泵富余扬程计算

循环水泵富余扬程计算公式：

式中 ——循环水泵富余扬程；

——循环水泵额定扬程44m；

——循环水泵（阀门全开）出口压力38m；

——循环水泵进口压力5m。

6.1.2 水轮机输出功率计算

水轮机输出功率计算公式：

式中 ——水轮机输出功率；

——水的容重；

——冷却塔实测冷却水量，

；

——循环水泵富余扬程，11m；

——水轮机效率，0.85。

6.1.3 风机轴功率计算

风机轴功率计算公式：

根据计算结果得知，水轮机输出功率大于风机轴功率。

7 结束语

数据计算及分析结果表明，水轮机输出功率远大于风机实际轴功率，因此，水轮机完全可以取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力，能达到最好的冷却效果。

参考文献

[1]张林军.水轮机冷却塔可行性分析[J].节能技术，2010,28（3）：276-279.

[2]崔海涛.冷却塔循环水节能改造探索[J],中国设备工程，2013（6）：10-11.

论文作者:李云超

论文发表刊物:《基层建设》2016年12期

论文发表时间:2016/10/28

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