陳樹(shù)林

（河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司機(jī)動(dòng)處，河北 宣化 075100）

一、引言

目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)多數(shù)采用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，冷卻風(fēng)機(jī)以電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)冷卻。這種冷卻方法最大缺點(diǎn)是浪費(fèi)電能、故障率高、維護(hù)檢修費(fèi)用大。宣鋼主要工序循環(huán)水系統(tǒng)有機(jī)械通風(fēng)冷卻塔110多座，每年電耗費(fèi)用約980萬(wàn)元。為了節(jié)能降耗，先后把煉鋼110t轉(zhuǎn)爐的濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)和120t轉(zhuǎn)爐的凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)4臺(tái)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔改造為水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔。

二、水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的工作原理及應(yīng)用條件

水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的核心技術(shù)是根據(jù)混流式水輪機(jī)原理和結(jié)構(gòu)，利用水力驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，水輪機(jī)的輸出軸直接與風(fēng)機(jī)相連而帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，從而取代了電機(jī)作為風(fēng)機(jī)動(dòng)力源。

水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的水輪機(jī)工作動(dòng)力來(lái)源于冷卻水系統(tǒng)的余壓，這也是水動(dòng)風(fēng)機(jī)應(yīng)用于冷卻水系統(tǒng)的前提條件。在應(yīng)用時(shí)要進(jìn)行循環(huán)冷卻水的能耗分析，掌握系統(tǒng)的運(yùn)行工況及穩(wěn)定性；充分考慮水輪機(jī)的輸出功率（即能夠利用的上塔余壓）能否滿足風(fēng)機(jī)的軸功率；考慮后續(xù)設(shè)備老化、管道結(jié)垢等因素對(duì)系統(tǒng)供水能力（包括水量、水壓）帶來(lái)的影響及循環(huán)水系統(tǒng)是否有擴(kuò)容改造的可能性。合理的利用水輪機(jī)不僅可以節(jié)電，同時(shí)對(duì)于管網(wǎng)系統(tǒng)還有一定的壓力調(diào)節(jié)作用。

三、改造前系統(tǒng)概況及水動(dòng)風(fēng)機(jī)的選型

煉鋼廠120t轉(zhuǎn)爐中心水泵站凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)有GBNL-500機(jī)械通風(fēng)冷卻塔1座，標(biāo)稱流量500m3/h，風(fēng)機(jī)配套電機(jī)22kW；設(shè)計(jì)水溫差Δt=10℃；上塔水泵兩臺(tái)，日常運(yùn)行一開(kāi)一備。

1.冷卻塔部分

型號(hào)GBNL-500機(jī)械通風(fēng)冷卻塔；塔體結(jié)構(gòu)形式：鋼框架玻璃鋼；標(biāo)稱流量500m3/h；濕球溫度24℃；大氣壓力100.4kPa；進(jìn)水溫度43℃、出水溫度33℃、溫差10℃；實(shí)測(cè)進(jìn)水溫度35℃、出水溫度28.5℃、溫差6.5℃。

2.水泵部分

型號(hào)DFSS200-400C；數(shù)量?jī)膳_(tái)（一用一備）；額定揚(yáng)程40m；額定流量617m3/h；額定功率90kW；額定電壓380V；實(shí)測(cè)電流120A；水泵出口閥開(kāi)啟度68%；水泵出口壓力0.39MPa。

3.風(fēng)機(jī)部分

型號(hào)LF-42；直徑φ4.2m；風(fēng)量4.5×105m3/h；風(fēng)壓127.5Pa；轉(zhuǎn)速240r/min；葉片數(shù)量4；額定功率22kW；額定電壓380V；實(shí)測(cè)電流25A。

4.水動(dòng)風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

型號(hào)S-HL500A水力牌水輪機(jī)；流量500m3/h；工作水頭≥11m；轉(zhuǎn)速243r/min；效率85%；轉(zhuǎn)輪材質(zhì)為鑄鋼；軸承采用LYC組合軸承；轉(zhuǎn)輪采用混流式超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)。

四、可行性分析

1.上塔水泵余壓（富余揚(yáng)程）測(cè)算

式中：H余——上塔水泵富余揚(yáng)程，m；

H出——上塔水泵出口揚(yáng)程，m；

H高——泵出口至塔頂高度，m；

H噴——冷卻塔噴嘴揚(yáng)程，m；

∑h——管道系統(tǒng)沿程和局部水頭損失，m。

2.風(fēng)機(jī)實(shí)際輸入功率計(jì)算

式中：N輸入——風(fēng)機(jī)輸入功率，kW；

U——電壓，V；

I——電流，A；

cosφ——功率因數(shù)；

η電——電機(jī)效率；

η減——減速機(jī)效率；

η傳——傳動(dòng)軸效率。

3.水輪機(jī)輸出功率計(jì)算

式中：N輸出——水輪機(jī)輸出功率,kW；

Q——水輪機(jī)流量，m3/h；

H余——水輪機(jī)工作水頭（水泵富余揚(yáng)程），m；

η機(jī)——水輪機(jī)效率85%。

4.結(jié)論

根據(jù)計(jì)算結(jié)果：N輸出＞N輸入，該系統(tǒng)具備改造的前提條件，可以由水輪機(jī)取代電機(jī)作為風(fēng)機(jī)的動(dòng)力源。

五、改造措施

1.內(nèi)容及步驟

（1）拆除原GBNL-500機(jī)械通風(fēng)冷卻塔風(fēng)機(jī)、減速器、電機(jī)，根據(jù)水輪機(jī)外形連接尺寸圖做底座平臺(tái)定位和基礎(chǔ)支撐。

（2）對(duì)上塔水管進(jìn)行調(diào)整改造，將所有循環(huán)冷卻水通過(guò)水輪機(jī)做功后再均勻分布至冷卻塔布水器。

（3）根據(jù)改造管道布置圖和水輪機(jī)進(jìn)、出口安裝圖，進(jìn)行水輪機(jī)定位安裝和進(jìn)出水管對(duì)接。

（4）安裝襯套及風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)角度按原角度調(diào)整定位。（5） 調(diào)水試車。

（6）經(jīng)過(guò)改造，循環(huán)冷卻水先通過(guò)水輪機(jī)，再均勻分布至布水器，參見(jiàn)圖1、圖2。

2.費(fèi)用

一臺(tái)GBNL-500冷卻塔的電動(dòng)風(fēng)機(jī)改造費(fèi)用21萬(wàn)元，其中設(shè)備費(fèi)17萬(wàn)元，材料費(fèi)1.3萬(wàn)元，建安費(fèi)2.7萬(wàn)元。

六、水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的特點(diǎn)和使用

1.水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的特點(diǎn)

（1） 由水輪機(jī)取代電機(jī)作為風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力，而水輪機(jī)原動(dòng)力來(lái)源于冷卻水系統(tǒng)的余壓。在保證冷卻水系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求基礎(chǔ)上，由于流量不變，水泵電機(jī)功率也不變，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（2） 轉(zhuǎn)輪采用混流式超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)，機(jī)身無(wú)減速裝置，減少了易損件，阻力小，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

（3） 水輪機(jī)機(jī)身設(shè)置有導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳降溫效果。

（4） 結(jié)構(gòu)合理，其能量轉(zhuǎn)換是在流道內(nèi)完成，并取消了電機(jī)、傳動(dòng)軸、減速機(jī)，機(jī)械噪聲較低。

（5）對(duì)冷卻水系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力有一定的調(diào)節(jié)作用。

（6）減少日常維護(hù)、檢修工作，降低了運(yùn)行費(fèi)用。

2.性能比較（表1）

表1 改造前后電動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔與水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔性能對(duì)比

七、效益

原機(jī)械通風(fēng)機(jī)冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)功率22kW，冷卻塔按年運(yùn)行7 920h計(jì)算，年耗電量=22kW×7 920h=17.4萬(wàn)kW·h，按工業(yè)電費(fèi)0.58元/kW·h計(jì)算，則年電費(fèi)=10.1萬(wàn)元。

經(jīng)計(jì)算，一臺(tái)500m3/h機(jī)械通風(fēng)冷卻塔改造為水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，年節(jié)約電費(fèi)10.1萬(wàn)元。