任曉杰,楊 建,武 強(qiáng),彭德歲
河南煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司煤氣化公司義馬氣化廠,河南義馬 472300
水輪風(fēng)機(jī)替代電動(dòng)風(fēng)機(jī)在工業(yè)循環(huán)冷卻水中的應(yīng)用
任曉杰,楊 建,武 強(qiáng),彭德歲
河南煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司煤氣化公司義馬氣化廠,河南義馬 472300
傳統(tǒng)冷卻塔多使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn),只要冷卻系統(tǒng)在工作,無論實(shí)際循環(huán)量大小如何,為獲得需要的冷卻效果,都將起動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn),電能消耗成為企業(yè)成本支出的一項(xiàng)重要負(fù)擔(dān)。河南煤化集團(tuán)義馬氣化廠通過免能水輪風(fēng)機(jī)改造,利用冷卻水噴淋前的能量驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以帶動(dòng)風(fēng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng),從而取消電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
冷卻塔;水輪機(jī);節(jié)能
河南煤化集團(tuán)義馬氣化廠現(xiàn)有循環(huán)冷卻水站2套,安裝160~200kW冷卻風(fēng)機(jī)13臺(tái),總裝機(jī)功率2 525kW,風(fēng)機(jī)在夏季全部運(yùn)行時(shí)最大耗電量每天近6萬kwh。如將冷卻風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)改造為水輪機(jī),利用循環(huán)水泵的富裕揚(yáng)程驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行,一年可節(jié)電約1 800萬kwh,降低企業(yè)電費(fèi)支出,達(dá)到增效節(jié)能降耗目標(biāo)。2010年元月義馬氣化廠對(duì)廠內(nèi)一套8 000m3/h雙冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)中一臺(tái)4 000m3/h冷卻塔(驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率200kW)實(shí)施節(jié)能改造,將原電動(dòng)風(fēng)機(jī)改為水動(dòng)力風(fēng)機(jī)(水輪機(jī)),效果顯著。
目前,工業(yè)生產(chǎn)普遍使用的冷卻塔通風(fēng)方式上屬于機(jī)械通風(fēng)式,不同流量的冷卻塔需配置不同規(guī)格的風(fēng)機(jī)和電機(jī),工作流量越大所需的電機(jī)功率也越大;并且循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行期間,為保證給水溫度一直足夠低,常使電機(jī)風(fēng)機(jī)在較低水溫的情況下不斷旋轉(zhuǎn)而不能停運(yùn)。同時(shí),在冷卻塔設(shè)計(jì)是為保證系統(tǒng)具有足夠的冷卻效果,通常會(huì)在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上富裕10%左右的余量,而水泵選型時(shí)也會(huì)有一定富余,造成了能量的浪費(fèi)。根據(jù)能量守恒原理,冷卻水的質(zhì)量、流量在能量轉(zhuǎn)換前后沒有變化,上塔水流的水頭就是水輪機(jī)的能量,水頭越高,水流所作的功就越大。在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)入冷卻塔的水流具備相當(dāng)?shù)膭?dòng)能和壓力能,其部分能量能轉(zhuǎn)換來推動(dòng)水輪機(jī)做功。從循環(huán)水泵的性能來說,只要在有效揚(yáng)程內(nèi)就會(huì)自動(dòng)在一定范圍內(nèi)按照性能曲線調(diào)節(jié)流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速等參數(shù),要達(dá)到水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)條件對(duì)泵自身穩(wěn)定運(yùn)行沒有影響。選用水輪機(jī)的目的就是在低水頭、大流量下工作,水輪機(jī)對(duì)管路系統(tǒng)的阻力影響很少,能保證循環(huán)水泵的運(yùn)行效率,在沒有增加水泵原配套功率的情況下實(shí)現(xiàn)低能耗運(yùn)行。
由此可見使用水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)際是可行的,但前提條件是必須滿足水輪機(jī)所需的過水流量和足夠的水頭。
1)改造后,冷卻塔配用水泵電機(jī)實(shí)測(cè)電流必須不大于改造前實(shí)測(cè)電流(±2%);
2)冷卻塔風(fēng)機(jī)更換為節(jié)能型風(fēng)機(jī)后,葉片安裝角度與原風(fēng)機(jī)角度基本一致。在冷卻塔上塔流量維持4 000m3/h左右的前提下,水輪機(jī)轉(zhuǎn)速必須不小于原風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速125 r/min。在實(shí)際流量與額定流量差距大的情況下,以冷卻水降溫幅度不低于改造前作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(在相同濕球溫度的條件下),而不再以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或風(fēng)量作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn);
3)安裝水輪機(jī)后,冷卻塔系統(tǒng)管道阻力會(huì)有所增大,使總管流量有小幅減少,其減少量不超過總管流量的5%~8%。
1)拆卸風(fēng)機(jī)原電機(jī)、傳動(dòng)軸、減速機(jī),安裝4 000m3/h混流式水輪機(jī);
2)對(duì)冷卻塔原進(jìn)水、布水管道作相應(yīng)變更施工,使冷卻塔回水先進(jìn)入水輪機(jī),從水輪機(jī)出來后再完成布水;
3)冷卻塔原風(fēng)機(jī)更換為節(jié)能型風(fēng)機(jī);
4)為不影響水輪機(jī)進(jìn)水管的布置,將原檢修橋拆除,移位90度后重新安裝固定,并將原檢修門位置進(jìn)行更換。
冷卻塔散熱系統(tǒng)的循環(huán)水是由循環(huán)水泵按照系統(tǒng)所要求的壓力、流量送至冷卻塔內(nèi)進(jìn)行熱交換的,因此進(jìn)塔后的水流及余壓可以充分利用。進(jìn)入冷卻塔的循環(huán)冷卻水按照一定的壓力、流量流過水輪機(jī)組,從而使水輪機(jī)組獲得輸出功率,改造后的水輪機(jī)輸出軸直接與風(fēng)機(jī)相連而帶動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn),達(dá)到節(jié)能目的。
本次改造將雙冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)中一臺(tái)冷卻塔T1(運(yùn)行流量約4 000m3/h)實(shí)施節(jié)能改造,另外一臺(tái)則仍為電力驅(qū)動(dòng)冷卻塔。改造完成后,分別對(duì)兩臺(tái)冷卻塔進(jìn)行隔離獨(dú)立運(yùn)行,分別進(jìn)行72h、48h性能考核對(duì)比。性能考核期間所收集的運(yùn)行數(shù)據(jù)如下:
表1 T1水輪風(fēng)機(jī)性能考核數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
表2 T2電動(dòng)風(fēng)機(jī)性能考核數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
1)從表1、2對(duì)比可以看出,在同樣都是單塔上水情況下,循環(huán)水泵電流在使用水動(dòng)風(fēng)機(jī)期間比使用電動(dòng)風(fēng)機(jī)期間平均降低2.05A,降幅為3.28%。改造前所疑慮的水動(dòng)風(fēng)機(jī)可能引起循環(huán)水泵負(fù)荷增加的情況并未發(fā)生,相反由于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)需更高的背壓,工藝系統(tǒng)回水壓力上升了0.04MPa,系統(tǒng)壓力上升促使系統(tǒng)循環(huán)水量的降低。
2)為維持穩(wěn)定的化工裝置生產(chǎn),上塔流量未能控制在4 000m3/h流量,而是采取分別隔離的模式將流量控制在6 000~7 000m3/h范圍內(nèi)進(jìn)行比較的。在循環(huán)水回水壓力0.28 MPa、全開T1上塔閥的情況下,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試該臺(tái)水輪機(jī)最高轉(zhuǎn)速為117r/min,比電機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速略低。
由于本次改造將原有風(fēng)機(jī)葉片(10片)更換為鋁合金制風(fēng)機(jī)葉片(8片),風(fēng)機(jī)風(fēng)量由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制未能測(cè)量。在進(jìn)行的橫向數(shù)據(jù)比較中,在相同濕球溫度下,T1塔冷卻后水溫始終高于T2塔1~2℃,說明T2塔電動(dòng)風(fēng)機(jī)提供的冷量大于T1塔;T1塔降溫幅度則與T2塔基本持平,達(dá)到6℃。
3)從T1/2塔橫向數(shù)據(jù)比較中可以看出,根據(jù)系統(tǒng)上水流量計(jì)顯示,改造前后循環(huán)水量無明顯變化。但是,T1塔該改造后回水壓力上升0.04MPa,兩循環(huán)水泵總電流下降4.1A,也就是說T1塔改造后肯定存在一定的流量損失。
通過上述數(shù)據(jù)比較及技術(shù)分析,水輪機(jī)改造后在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電量折減方面雖未能達(dá)到改造技術(shù)要求但就運(yùn)行情況來看,其使用效果與原電動(dòng)風(fēng)機(jī)比較接近,能基本滿足生產(chǎn)需要,具有實(shí)用性,可在循環(huán)水系統(tǒng)負(fù)荷有一定富裕量的系統(tǒng)中推廣使用,且其具有充分利用循環(huán)水余壓節(jié)能、取消了傳統(tǒng)型冷卻塔配備電機(jī)及減速器配置、環(huán)境噪音低、維修費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn),且其轉(zhuǎn)速可根據(jù)水輪機(jī)進(jìn)水量的變化實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級(jí)變速,可根據(jù)季節(jié)變化相應(yīng)調(diào)整冷卻后水溫,季節(jié)適應(yīng)性強(qiáng)。因此,水輪冷卻塔風(fēng)機(jī)在工業(yè)循環(huán)冷卻水中應(yīng)用技術(shù)值得推廣。
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1674-6708(2010)25-0175-02