王俊嶺

（天津天鐵冶金集團(tuán)焦化廠(chǎng)，河北涉縣056404）

天鐵集團(tuán)焦化廠(chǎng)冷卻塔節(jié)能技術(shù)改造

王俊嶺

（天津天鐵冶金集團(tuán)焦化廠(chǎng)，河北涉縣056404）

為了節(jié)約能源，天鐵集團(tuán)焦化廠(chǎng)對(duì)冷卻塔進(jìn)行改造，將焦化廠(chǎng)鼓冷工段水系統(tǒng)涼水架由電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇冷卻降溫改為水輪機(jī)，冷卻效果良好，提高了設(shè)備的安全性能，有效地節(jié)約了能源，實(shí)現(xiàn)了能源的回收再利用，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

水輪機(jī)；冷卻塔；水泵

1 引言

天鐵焦化廠(chǎng)現(xiàn)有兩座頂裝焦?fàn)t，年產(chǎn)焦炭120萬(wàn)t。在焦?fàn)t生產(chǎn)中產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)過(guò)集氣管和橋管中用大量循環(huán)氨水噴灑冷卻到82～86℃，再經(jīng)過(guò)橫管初冷器把煤氣溫度冷卻到19～22℃。焦化廠(chǎng)現(xiàn)有3臺(tái)橫管初冷器，冷卻面積4 600 m2，經(jīng)過(guò)煤氣與水間接換熱冷卻，循環(huán)水水溫度由28℃升高到35℃，35℃的循環(huán)水在經(jīng)過(guò)冷卻塔降溫23℃。

天鐵焦化廠(chǎng)鼓冷系統(tǒng)共有6臺(tái)冷卻塔，型式為方形逆流通風(fēng)冷卻塔：冷卻塔循環(huán)水量為2 660 m3/ h；水泵型號(hào)為4sh-9a，現(xiàn)場(chǎng)為開(kāi)二備一，電機(jī)功率315 kW，流量1 330 m3/H，水泵額定揚(yáng)程56 m；冷卻塔風(fēng)機(jī)為軸流風(fēng)機(jī)；直徑為4 700 mm；轉(zhuǎn)速為239 r/min；葉片材質(zhì)為環(huán)氧玻璃鋼；驅(qū)動(dòng)方式為電力（電機(jī)減速機(jī)）；電機(jī)額定功率為45 kW。

2 工藝簡(jiǎn)介

2.1 工作原理

水輪機(jī)冷卻塔是一種新型的高效節(jié)能冷卻塔，其核心技術(shù)是以冷卻塔專(zhuān)用水輪機(jī)取代電機(jī)（包括減速機(jī)）作為風(fēng)機(jī)動(dòng)力源，使風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式由電力改為水力。水輪機(jī)的工作動(dòng)力來(lái)自初冷器冷卻后循環(huán)水泵的富余揚(yáng)程，不僅在工作時(shí)保證水輪機(jī)及冷卻塔的技術(shù)參數(shù)，而且循環(huán)水泵的能耗不變，利用橫管初冷器退水余壓驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)。水輪機(jī)的輸出軸直接與風(fēng)機(jī)相連并帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到節(jié)能的目的，從而獲得可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.2 工藝流程

循環(huán)水經(jīng)過(guò)清水泵輸送到橫管初冷器，對(duì)焦?fàn)t產(chǎn)生的煤氣進(jìn)行換熱使煤氣降溫，循環(huán)水溫度由28℃升高到35℃左右，依靠設(shè)備高度差，循環(huán)水退水到冷卻塔進(jìn)行冷卻，分別到水輪機(jī)塔冷卻，依靠循環(huán)水泵的富余揚(yáng)程，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行降溫。

3 改造及調(diào)試

3.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)

循環(huán)水系統(tǒng)風(fēng)扇采用水輪機(jī)替代現(xiàn)有的電機(jī)及減速箱，將冷卻塔風(fēng)機(jī)由電力驅(qū)動(dòng)改為水力驅(qū)動(dòng)，使原塔成為新型的節(jié)能型水動(dòng)能冷卻塔。改造后保證水輪機(jī)在25%的可調(diào)過(guò)水流量范圍內(nèi)能按照對(duì)應(yīng)的功率正常運(yùn)轉(zhuǎn)（水輪機(jī)在此過(guò)流量范圍內(nèi)均在高效區(qū)運(yùn)行）；改造范圍僅限于將電機(jī)及減速機(jī)改為水輪機(jī)，不改動(dòng)冷卻塔整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部填料、布水設(shè)施、收水器等。在改造前相同工況下，改造后循環(huán)水泵電流無(wú)明顯變化，負(fù)荷無(wú)明顯變化。冷卻塔體噪聲及飄水等不高于現(xiàn)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)冷卻塔，并應(yīng)符合GB/T 50392—2006（機(jī)械通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)規(guī)范）及CECS：118-2000（冷卻塔驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程）中相關(guān)要求。在給定額定水量的情況下，改造后冷卻塔冷卻效果不低于改造前，改造后風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與原轉(zhuǎn)速允許偏差范圍應(yīng)在±8%左右。

3.2 系統(tǒng)調(diào)試

循環(huán)水系統(tǒng)打開(kāi)2臺(tái)水泵，實(shí)測(cè)流量為2 300 m3/h左右，均布于5臺(tái)冷卻塔，每臺(tái)冷卻塔平均水量460 m3/h左右。進(jìn)行調(diào)試時(shí)，當(dāng)水量流量達(dá)到450 m3/h，水輪機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到200 r/min，此時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)到轉(zhuǎn)速要求；調(diào)整循環(huán)泵上水量，當(dāng)冷卻塔上塔流量為550 m3/h左右，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速240 r/ min，水輪機(jī)進(jìn)口壓力0.1 MPa。冷卻水量為500 m3/ h時(shí)，降溫為10℃工業(yè)逆流塔淋水，體積按1∶1計(jì)算為500 m3，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際冷卻塔長(zhǎng)寬高為8.4 m×8.4 m×8 m，則體積為564.48 m3，已大于所需。冷卻500 m3/h水量時(shí)，降溫為10℃，工業(yè)逆流塔所需風(fēng)機(jī)直徑為4 200 mm，風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速在188 r/min左右，風(fēng)量為33.4×104m3/h，所需電機(jī)功率為22 kW或30 kW。現(xiàn)場(chǎng)所用電機(jī)功率為45 kW，風(fēng)機(jī)直徑為4 700 mm，轉(zhuǎn)速為239 r/min，相當(dāng)于在為一個(gè)1 000 m3/h冷卻塔進(jìn)行降溫。1 000 m3/h冷卻塔降溫所需風(fēng)量為66.6×10 m3/h。當(dāng)?shù)较募緯r(shí)，因?yàn)榄h(huán)境溫度以及濕球溫度的增大，冷卻塔下塔溫度不會(huì)低于濕球溫度+5℃，此時(shí)再大的風(fēng)量也無(wú)法進(jìn)行更大幅度的降溫，只會(huì)增加飄水率。

結(jié)論：水輪機(jī)塔上塔流量達(dá)到450 m3/h，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到200 r/min左右，滿(mǎn)足循環(huán)水降溫要求。

根據(jù)需求，水輪機(jī)新風(fēng)機(jī)選用為德州貝諾風(fēng)力機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LF47型的風(fēng)機(jī)，具體參數(shù)如下：風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量4片，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速190 r/min，風(fēng)量65×104m3/h。

當(dāng)循環(huán)水上塔流量為400 m3/h時(shí)，實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速為174 r/min（水輪機(jī)轉(zhuǎn)速與流量關(guān)系成線(xiàn)性正比關(guān)系），使用新風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為174 r/min時(shí)，風(fēng)量為59.9×104m3/h，能夠滿(mǎn)足降溫要求，且此時(shí)水量只有400 m3/h，能滿(mǎn)足降溫要求。

當(dāng)循環(huán)水上塔流量為500 m3/h時(shí)，轉(zhuǎn)速為218 r/min，使用新風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為218 r/min時(shí)，風(fēng)量為74.5×104m3/h，能滿(mǎn)足降溫要求。

結(jié)論：當(dāng)循環(huán)水上冷卻塔水量400～500 m3/h之間時(shí)，水輪機(jī)能保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

如果停冷卻塔檢修維護(hù)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致出水量上升，達(dá)到2 300 m3/h時(shí)，2 300 m3/h÷4=575 m3/h，會(huì)超過(guò)水輪機(jī)額定流量，也超過(guò)風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。此時(shí)，如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)大大縮短產(chǎn)品壽命，且流量過(guò)高會(huì)對(duì)冷卻塔母管及上塔管道造成損傷；雖然此時(shí)可以使用旁通管道釋放多余流量，但水輪機(jī)流量下降后轉(zhuǎn)速也下降，通過(guò)旁通管調(diào)節(jié)流量在400～500 m3/h之間。

水輪機(jī)在各個(gè)時(shí)間段的降溫效果見(jiàn)表1～表3。

表1 水輪機(jī)未開(kāi)啟時(shí)循環(huán)水溫度情況 /℃

表2水輪機(jī)開(kāi)啟時(shí)上午循環(huán)水溫度情況 /℃

4 改進(jìn)后效果

目前對(duì)一臺(tái)冷卻塔進(jìn)行了改造，冷卻達(dá)到了預(yù)期效果，并滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要，將原來(lái)的45 kW風(fēng)扇電機(jī)更換為水輪機(jī)。按照每年運(yùn)行360天計(jì)算，每年可以節(jié)約電費(fèi)約25萬(wàn)元，水輪機(jī)投資約每臺(tái)20萬(wàn)，設(shè)備投資用當(dāng)年用節(jié)約電費(fèi)可以收回。

4.1 節(jié)能效果

水輪機(jī)有很高的水能回收利用率，充分利用循環(huán)水系統(tǒng)富余的水勢(shì)能使水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由水輪機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)到降溫，取代了冷卻塔風(fēng)扇配套的電機(jī)，并且確保安裝水輪機(jī)后不增加循環(huán)水泵耗電，不減小冷卻塔工作效率，從而達(dá)到100%節(jié)能的目的。4.2 方便操作和調(diào)節(jié)

由于水輪機(jī)是依靠循環(huán)水的富余能力推動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)交通閥門(mén)水量大小，控制通過(guò)水輪機(jī)的循環(huán)水量大小來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，還可以根據(jù)天氣溫度變化情況，直接打開(kāi)旁通來(lái)啟停水輪機(jī)。

表3 水輪機(jī)開(kāi)啟時(shí)下午循環(huán)水溫度情況 /℃

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)冷對(duì)卻塔的改造，不僅創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有明顯的間接效益，即實(shí)現(xiàn)了能源的回收再利用，有效地節(jié)約了能源，保護(hù)了環(huán)境，充分利用循環(huán)水系統(tǒng)的富余能量，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備的安全性能，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

Transformation of Cooling Tower for Energy Saving at Tiantie Group Coking Plant

WANG Jun-ling
(Coking Plant,Tiantie Group,She County,Hebei Province 056404,China)

In order to save energy,Tiantie Group Coking Plant makes improvement on the cooling tower to change motor driven fan cooling into hydroturbine cooling for the cooling water stand of water system at the workshop section of cold air blasting.After improvement the cooling effect is satisfactory and equipment safety property improved.Energy is effectively saved and energy recovery and reutilization are realized.High economic benefit is achieved.

hydroturbine;cooling tower;water pump

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.06.023

2014-06-06

2014-06-28

王俊嶺（1972—），男，工程師，主要從事煉焦設(shè)備技術(shù)管理工作。