付軍平 劉新利

【摘 要】循環(huán)水冷卻塔的作用就是通過將換熱后的熱回水進(jìn)入塔頂部，經(jīng)過塔內(nèi)布水系統(tǒng)噴淋至填料層，增加水與空氣接觸，由蒸發(fā)散熱、接觸散熱和輻射散熱三個過程共同作用使得回水溫度降低，冷卻后的循環(huán)水收集在水池中，待投加水質(zhì)穩(wěn)定藥劑后經(jīng)過循環(huán)水泵加壓再次送至各個工段換熱器繼續(xù)為工藝介質(zhì)降溫，各類水耗損失通過補(bǔ)充水來解決，以保證各系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也是節(jié)約水資源是重要途徑之一。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)水；冷卻塔；水輪機(jī)；改造技術(shù)

一、傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)

傳統(tǒng)循環(huán)水冷卻風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動，啟動后電機(jī)帶動減速機(jī)，經(jīng)減速和變向帶動冷卻風(fēng)機(jī)葉片，將冷卻塔周邊的空氣經(jīng)由冷卻塔底部抽吸進(jìn)入塔內(nèi)，空氣與熱循環(huán)水換熱后在離心力的作用下快速流動，經(jīng)風(fēng)筒向上排散。風(fēng)筒為玻璃鋼拼裝而成，通過粘接防滲漏處理，風(fēng)筒垂直剖面為雙曲線型，其水平截面最小處為風(fēng)葉水平中心截面，以確保冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行時的風(fēng)口形成，從而保證冷卻塔的運(yùn)行效率。

陜西長青能源化工有限公司主裝置循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)配用380V電機(jī)，功率為200KW，轉(zhuǎn)速1486r/min，噪音108Db。

二、無電耗水能風(fēng)機(jī)應(yīng)用的目的、意義

冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)中必須用循環(huán)水泵加壓將循環(huán)水輸送至各個工段，所以必然存在一定的富余能量（20%-25%），在運(yùn)行時就把這些能量聚集在某個閥門處，久而久之這些能量就白白地流失掉。水能風(fēng)機(jī)（水輪機(jī)）的應(yīng)用就是利用這些“富余能量”轉(zhuǎn)換為高效機(jī)械能，對冷卻塔風(fēng)機(jī)做功，從而100%取代電機(jī)對冷卻塔風(fēng)機(jī)的驅(qū)動，達(dá)到節(jié)電目的。

三、外置貫流式水能風(fēng)機(jī)

長青能化公司首次改造采用一臺外置貫流式水能風(fēng)機(jī)替換了循環(huán)水主裝T404A3風(fēng)機(jī)電機(jī)。

（一）工作原理

水能風(fēng)機(jī)是采用循環(huán)水回水的水能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，利用冷卻塔設(shè)備所在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冗余水能驅(qū)動水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)代替原電機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)的散熱降溫方法，廢除了傳統(tǒng)的冷卻塔中用電機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)的散熱的方式，無需對原有冷卻塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和風(fēng)筒減速機(jī)等進(jìn)行大范圍改造就可完全取代電機(jī)，從而實現(xiàn)“零”電能消耗的新型節(jié)能環(huán)保冷卻塔。

外置貫流式水輪機(jī)如何能達(dá)到電機(jī)驅(qū)動效率的關(guān)鍵是：了解冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計中的富余能量，同時水輪機(jī)的葉輪設(shè)計也是關(guān)鍵，富余能量的組成主要由以下6個部分：

1）循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮的余量值；

2）換熱設(shè)備的勢能利用；

3）水輪機(jī)的自身調(diào)節(jié)能力；

4）循環(huán)水系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換效率；

5）閥門沒有開啟到位時，被閥門所消耗的能量。

6）低流量通過合并再分流方法滿足系統(tǒng)要求。

（二）結(jié)構(gòu)特點

陜西長青能源化工有限公司循環(huán)水主裝置泠卻塔為5000m3/h×4四塔連體，先對三號塔T404A3進(jìn)行無電耗水能風(fēng)機(jī)節(jié)能改造，項目采用GLW-B5000外置貫流式水輪機(jī)。其主要設(shè)計參數(shù)分別為：流量5000m3/h；壓力：0.8～0.13MPa；轉(zhuǎn)速：1250～1500r/min。

GLW-B5000外置貫流式水輪機(jī)性能特點：

1）節(jié)能：水輪機(jī)利用循環(huán)水系統(tǒng)富余水壓驅(qū)動水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，從而帶動風(fēng)葉轉(zhuǎn)動，既完全省去了冷卻塔配備風(fēng)機(jī)所用的電機(jī)，又沒有增加循環(huán)水泵的電耗，因此省電達(dá)100%。

2）低噪音：無電耗水輪機(jī)取消了傳統(tǒng)型冷卻塔配備電機(jī)等設(shè)備，大大降低了冷卻塔運(yùn)行時的機(jī)械噪音。

3）安全可靠：無電耗水輪機(jī)由于不帶電機(jī)，特別適用于在防爆、高危環(huán)境下運(yùn)行，避免了電網(wǎng)負(fù)荷因素的影響，杜絕了電機(jī)的漏電、電控設(shè)備、損壞等故障。

4）維護(hù)方便：外置式無電耗水輪機(jī)冷卻塔直接取代電機(jī)，置于電機(jī)基礎(chǔ)上，維護(hù)使用方便，避免內(nèi)置式水輪機(jī)冷卻塔維護(hù)需吊裝整個風(fēng)機(jī)等麻煩。

5）壽命長：無電耗水輪機(jī)結(jié)構(gòu)精密，技術(shù)先進(jìn)，正常情況下可長期連續(xù)工作達(dá)8萬小時以上。

6）環(huán)保：無電耗水輪機(jī)冷卻塔取消了電機(jī)后，降低了因電機(jī)的耗電所帶來的二氧化碳的排放量，降低了噪聲所帶來的環(huán)境污染。

7）經(jīng)濟(jì)：水輪機(jī)取消了電機(jī)等設(shè)備的配備，不但大大降低了產(chǎn)品成本，同時也大大減少了日常維護(hù)和維修成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

四、安裝運(yùn)行

循環(huán)水是通過循環(huán)水泵經(jīng)加壓至>0.4MPa后送往各工段換熱器進(jìn)行熱交換的，通過換熱器進(jìn)口到出口實際消耗不了進(jìn)水總管的壓力，還有很大一部分的余壓，換熱器出水經(jīng)管道引入塔頂水輪機(jī)進(jìn)口。而換熱器出口壓力大約有0.35MPa，管路損失約0.05MPa，上冷卻塔位差損耗約0.10MPa，最終水輪機(jī)進(jìn)口水壓約0.20MPa。因各循環(huán)水系統(tǒng)對冷卻塔的溫降要求不盡相同，故水輪機(jī)進(jìn)口所需壓力約為0.10～0.15MPa。由此可見，利用這部分余壓完全能夠滿足驅(qū)動水輪機(jī)做功，達(dá)到冷卻塔風(fēng)機(jī)（原所配電機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)式）所需軸功率。水壓越高、流量越大，水輪機(jī)的輸出功率也就越大。很顯然，經(jīng)過計算，GLW-B5000型水輪機(jī)完全符合改造安裝的要求。在安裝水輪機(jī)時，保留原有冷卻塔外型結(jié)構(gòu)、尺寸不改變，各種技術(shù)指標(biāo)均能達(dá)到冷卻塔設(shè)計要求，改造安裝可以安全實施。

（一）改造安裝過程

本次T404A3的單臺冷卻塔無電耗水能風(fēng)機(jī)的改造項目于2014年3月實施并完成。改造后僅去除原冷卻塔T404A3電機(jī)，保留傳動軸和減速機(jī)，保留風(fēng)機(jī)及配套輪轂，保留風(fēng)筒及原電機(jī)基礎(chǔ)，水輪機(jī)則安裝在塔頂原電機(jī)位置，位于冷卻塔北側(cè)的回水管經(jīng)過改裝后連接到水輪機(jī)的進(jìn)水管，循環(huán)水經(jīng)過水輪機(jī)做功后從水輪機(jī)出水管引出，出水管連接到原冷卻塔的回水管上，保證循環(huán)回水正常通往配水系統(tǒng)。為了保證改造后水輪機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，在水輪機(jī)進(jìn)水端和出水端都要安裝軟連接。為了更好的監(jiān)測水輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，在水輪機(jī)的進(jìn)水端和出水端都要安裝壓力表、測振和轉(zhuǎn)速檢測，并遠(yuǎn)傳至中央控制室DCS系統(tǒng)，監(jiān)盤人員可隨時監(jiān)控。

（二）運(yùn)行情況

改造結(jié)束后經(jīng)原技術(shù)部、生產(chǎn)運(yùn)行部、機(jī)動部、原工程部、安環(huán)部等各部門的聯(lián)合檢查驗收。于3月25日至28日圓滿通過了72小時性能考核，改造前后循環(huán)水系統(tǒng)水量、壓力平穩(wěn)無變化，循環(huán)水泵負(fù)荷無增加；水輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，各項參數(shù)正常；改造對生產(chǎn)無不利影響，達(dá)到了預(yù)期節(jié)能效果。

五、改造效益

使用水輪機(jī)的冷卻塔系統(tǒng)故障點少，以一臺水輪機(jī)代替電機(jī)、減速器和傳動部分，可以實現(xiàn)長時間無故障運(yùn)行，為使用單位節(jié)省大量的維護(hù)和更換冷卻塔電機(jī)的費(fèi)用和人力。經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

1）計算依據(jù)

冷卻塔年運(yùn)行時間約8000小時，原電機(jī)功率分別為200KW，實際運(yùn)行電流為245A，電價0.55元/度，電機(jī)功率因數(shù)0.93。

2）節(jié)能綜合分析

每臺風(fēng)機(jī)年節(jié)電量=U×I×1.732×COSφ×運(yùn)行時間

=380×245×1.732×0.93×8000≈120萬度/年

每臺風(fēng)機(jī)年節(jié)電費(fèi)用120萬度×0.55元/度=66萬元

3）減排效益

可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：3867噸，可減少二氧化碳排放：10053噸，具有良好的節(jié)能減排效果。

六、結(jié)論

改造經(jīng)濟(jì)高效，節(jié)能環(huán)保，安全穩(wěn)定，技術(shù)創(chuàng)新，應(yīng)用推廣意義大，總結(jié)為以下幾點：

1）對于原冷卻塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)無任何影響，對循環(huán)水系統(tǒng)富裕能量充分利用，解決了原電機(jī)驅(qū)動冷卻塔風(fēng)機(jī)的耗電的問題；

2）設(shè)計巧妙利用了原電機(jī)風(fēng)機(jī)的減速箱和電機(jī)基礎(chǔ)，安裝在冷卻塔外部，施工簡單易行，改造工期短，不改變塔內(nèi)、外的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)；操作、維護(hù)、檢修方便；

3）可根據(jù)水量、溫度自主調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高低來改變風(fēng)量大小，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)全天候連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證水溫平穩(wěn)。

【參考文獻(xiàn)】

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