錢存東

（揚(yáng)州市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心，江蘇 揚(yáng)州 225009）

閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是以水作為冷卻介質(zhì)，由換熱器設(shè)備、循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)、管道及其他有關(guān)設(shè)備組成的一種冷卻水系統(tǒng)，它被應(yīng)用到各行各業(yè)。系統(tǒng)用電設(shè)備包括循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)，年運(yùn)行時(shí)間長，消耗了大量電能。大連化工（江蘇）有限公司循環(huán)水裝置，原來共有4臺冷卻水循環(huán)泵（單臺額定功率335.7 kW）及4臺冷卻塔風(fēng)機(jī)（單臺額定功率75 kW），冷卻水塔采用電動機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)進(jìn)行熱交換。由于在設(shè)計(jì)中對系統(tǒng)水力損失估算不準(zhǔn)，及在制造使用中因考慮可靠性等多種因素，使該系統(tǒng)的水泵有大量富余揚(yáng)程和流量。循環(huán)水泵出口壓力為0.45 MPa，冷卻水到達(dá)塔頂壓力為0.21 MPa，這樣的壓力足以驅(qū)動水輪機(jī)。因此，該公司對循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)應(yīng)用水輪機(jī)驅(qū)動進(jìn)行了節(jié)電技術(shù)改造。從2011年至2012年底，該公司通過前期的調(diào)研、立項(xiàng)、設(shè)計(jì)和實(shí)施，完成該項(xiàng)節(jié)電技術(shù)改造項(xiàng)目，并取得較好的節(jié)電效益。

1 項(xiàng)目實(shí)施前循環(huán)水系統(tǒng)工藝

項(xiàng)目實(shí)施前的系統(tǒng)流程：循環(huán)冷卻回水裝置通過集水池、循環(huán)水泵將循環(huán)水加壓為0.45 MPa后，進(jìn)入冷卻水給水管線送入系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)換熱器換熱后，返回冷卻塔頂，水壓為0.21 MPa，在冷卻塔自上而下由電動機(jī)拖動風(fēng)機(jī)加速空氣流動，使熱水與冷空氣充分交換進(jìn)行降溫后，冷卻水進(jìn)入塔下集水池，再經(jīng)循環(huán)水泵加壓為0.45 MPa，然后供出，如此往返。這個(gè)工藝過程中循環(huán)水泵和風(fēng)機(jī)均要消耗電能。圖1為改造前循環(huán)水系統(tǒng)流程圖。

2 項(xiàng)目實(shí)施后流程及能耗

圖1 改造前循環(huán)水系統(tǒng)流程圖

項(xiàng)目實(shí)施后的系統(tǒng)流程：循環(huán)冷卻回水裝置通過集水池、循環(huán)水泵將循環(huán)水加壓為0.45 MPa后，進(jìn)入冷卻水給水管線送入裝置內(nèi)，經(jīng)換熱器換熱后，返回冷卻塔頂，水壓為0.21 MPa，在冷卻塔自上而下驅(qū)動水輪機(jī)從而拖動風(fēng)機(jī)加速空氣流動，即水輪機(jī)拖動風(fēng)機(jī)，使熱水與冷空氣充分交換進(jìn)行降溫后，冷卻水進(jìn)入塔下集水池，再經(jīng)循環(huán)水泵加壓為0.45 MPa，然后供出，如此往返。這個(gè)系統(tǒng)流程中只有循環(huán)水泵消耗了電能。

水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動力機(jī)械，它屬于流體機(jī)械中的透平機(jī)械。水輪機(jī)拖動風(fēng)機(jī)就是以水力驅(qū)動風(fēng)機(jī)，而不是傳統(tǒng)的電力。在水力驅(qū)動風(fēng)機(jī)冷卻塔中，是以水輪機(jī)取代電動機(jī)作為風(fēng)機(jī)動力源。水輪機(jī)的工作動力來自系統(tǒng)的富余流量和富余揚(yáng)程。改造后，水泵提供的熱水經(jīng)過水輪機(jī)并帶動其旋轉(zhuǎn)。水輪機(jī)的輸出軸直接與風(fēng)機(jī)相連，進(jìn)而帶動風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。圖2為改造后循環(huán)水系統(tǒng)流程。

圖2 改造后循環(huán)水系統(tǒng)流程圖

3 改造措施技術(shù)優(yōu)勢

循環(huán)水冷卻塔采用水輪機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）節(jié)能。利用循環(huán)水余壓驅(qū)動水輪機(jī)帶動風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動，完全節(jié)省了冷卻塔配備風(fēng)機(jī)的電動機(jī)消耗的電能，并且沒有增加循環(huán)水泵的電耗，為用戶節(jié)省了電費(fèi)，節(jié)電率100%。

（2）高效。隨著季節(jié)變化，水動風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨循環(huán)水流量的增減而增減，風(fēng)量也隨之增減，使冷卻塔的汽水比穩(wěn)定在最佳狀態(tài)，達(dá)到最佳冷卻效果。

（3）可靠。水動風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可靠性高，從根本上杜絕了電動機(jī)，電控和減速機(jī)漏電、漏油、燒毀和損壞的故障，為安全持續(xù)運(yùn)行提供了保證；水輪機(jī)的重量小于改造前的電動機(jī)、減速機(jī)、傳動軸三者之和，從而使冷卻塔重心下移，增加運(yùn)行環(huán)境安全性。

（4）低噪音。取消了傳統(tǒng)型冷卻塔配備電動機(jī)及減速器，大大減低了冷卻塔運(yùn)行時(shí)的機(jī)械噪音。

（5）壽命長。水輪機(jī)結(jié)構(gòu)精密，技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計(jì)壽命為15年以上。核心部件選用合金抗腐蝕耐磨材料，轉(zhuǎn)動部分的封裝為一次壓模加工成型，轉(zhuǎn)動部分與水輪機(jī)水室的水完全隔開，保證水輪機(jī)長期在低維護(hù)率下運(yùn)行。

（6）費(fèi)用低。維修費(fèi)用低。以水輪機(jī)替代電動機(jī)及減速器，避免傳統(tǒng)冷卻塔每年對電動機(jī)、減速器等的維護(hù)、更換費(fèi)用。

（7）安全?？稍谌魏涡璺辣沫h(huán)境下安全運(yùn)行。

4 節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益分析

改造前，一臺冷卻塔風(fēng)機(jī)所配電動機(jī)電流實(shí)測為117 A，輸入功率為64.5 kW。改造后，拆除電動機(jī)，不需要消耗電能。

若一臺冷卻塔風(fēng)機(jī)按年運(yùn)行時(shí)間7 000 h計(jì)算，4臺冷卻塔風(fēng)機(jī)年可節(jié)約電量

64.5 kW×7 000 h×4=1 806 000 kWh

年節(jié)約電費(fèi)

1 806 000 kWh×0.65（元/kWh）=1 173 900元

其中：電價(jià)以0.65元/kWh計(jì)，平均電價(jià)=（全年電費(fèi)-變壓器容量費(fèi)）/年總用電量。

每臺水輪機(jī)按30萬元計(jì)算，總投資120萬元，回收期12個(gè)月。