天鐵集團焦化廠冷卻塔節(jié)能技術改造

王俊嶺

（天津天鐵冶金集團焦化廠，河北涉縣056404）

天鐵集團焦化廠冷卻塔節(jié)能技術改造

王俊嶺

（天津天鐵冶金集團焦化廠，河北涉縣056404）

為了節(jié)約能源，天鐵集團焦化廠對冷卻塔進行改造，將焦化廠鼓冷工段水系統(tǒng)涼水架由電機驅動風扇冷卻降溫改為水輪機，冷卻效果良好，提高了設備的安全性能，有效地節(jié)約了能源，實現了能源的回收再利用，取得了較高的經濟效益。

水輪機；冷卻塔；水泵

1 引言

天鐵焦化廠現有兩座頂裝焦爐，年產焦炭120萬t。在焦爐生產中產生的荒煤氣經過集氣管和橋管中用大量循環(huán)氨水噴灑冷卻到82～86℃，再經過橫管初冷器把煤氣溫度冷卻到19～22℃。焦化廠現有3臺橫管初冷器，冷卻面積4 600 m2，經過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)水在經過冷卻塔降溫23℃。

天鐵焦化廠鼓冷系統(tǒng)共有6臺冷卻塔，型式為方形逆流通風冷卻塔：冷卻塔循環(huán)水量為2 660 m3/ h；水泵型號為4sh-9a，現場為開二備一，電機功率315 kW，流量1 330 m3/H，水泵額定揚程56 m；冷卻塔風機為軸流風機；直徑為4 700 mm；轉速為239 r/min；葉片材質為環(huán)氧玻璃鋼；驅動方式為電力（電機減速機）；電機額定功率為45 kW。

2 工藝簡介

2.1 工作原理

水輪機冷卻塔是一種新型的高效節(jié)能冷卻塔，其核心技術是以冷卻塔專用水輪機取代電機（包括減速機）作為風機動力源，使風機驅動方式由電力改為水力。水輪機的工作動力來自初冷器冷卻后循環(huán)水泵的富余揚程，不僅在工作時保證水輪機及冷卻塔的技術參數，而且循環(huán)水泵的能耗不變，利用橫管初冷器退水余壓驅動水輪機。水輪機的輸出軸直接與風機相連并帶動其轉動，達到節(jié)能的目的，從而獲得可觀的經濟和社會效益。

2.2 工藝流程

循環(huán)水經過清水泵輸送到橫管初冷器，對焦爐產生的煤氣進行換熱使煤氣降溫，循環(huán)水溫度由28℃升高到35℃左右，依靠設備高度差，循環(huán)水退水到冷卻塔進行冷卻，分別到水輪機塔冷卻，依靠循環(huán)水泵的富余揚程，驅動風扇旋轉，對循環(huán)水進行降溫。

3 改造及調試

3.1 電機驅動改為水輪機驅動

循環(huán)水系統(tǒng)風扇采用水輪機替代現有的電機及減速箱，將冷卻塔風機由電力驅動改為水力驅動，使原塔成為新型的節(jié)能型水動能冷卻塔。改造后保證水輪機在25%的可調過水流量范圍內能按照對應的功率正常運轉（水輪機在此過流量范圍內均在高效區(qū)運行）；改造范圍僅限于將電機及減速機改為水輪機，不改動冷卻塔整體結構及內部填料、布水設施、收水器等。在改造前相同工況下，改造后循環(huán)水泵電流無明顯變化，負荷無明顯變化。冷卻塔體噪聲及飄水等不高于現有電機驅動冷卻塔，并應符合GB/T 50392—2006（機械通風冷卻塔工藝設計規(guī)范）及CECS：118-2000（冷卻塔驗收測試規(guī)程）中相關要求。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，改造后風機轉速與原轉速允許偏差范圍應在±8%左右。

3.2 系統(tǒng)調試

循環(huán)水系統(tǒng)打開2臺水泵，實測流量為2 300 m3/h左右，均布于5臺冷卻塔，每臺冷卻塔平均水量460 m3/h左右。進行調試時，當水量流量達到450 m3/h，水輪機風機轉速達到200 r/min，此時風機轉速已達到轉速要求；調整循環(huán)泵上水量，當冷卻塔上塔流量為550 m3/h左右，風機轉速240 r/ min，水輪機進口壓力0.1 MPa。冷卻水量為500 m3/ h時，降溫為10℃工業(yè)逆流塔淋水，體積按1∶1計算為500 m3，現場實際冷卻塔長寬高為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，降溫為10℃，工業(yè)逆流塔所需風機直徑為4 200 mm，風機額定轉速在188 r/min左右，風量為33.4×104m3/h，所需電機功率為22 kW或30 kW。現場所用電機功率為45 kW，風機直徑為4 700 mm，轉速為239 r/min，相當于在為一個1 000 m3/h冷卻塔進行降溫。1 000 m3/h冷卻塔降溫所需風量為66.6×10 m3/h。當到夏季時，因為環(huán)境溫度以及濕球溫度的增大，冷卻塔下塔溫度不會低于濕球溫度+5℃，此時再大的風量也無法進行更大幅度的降溫，只會增加飄水率。

結論：水輪機塔上塔流量達到450 m3/h，風機轉速達到200 r/min左右，滿足循環(huán)水降溫要求。

根據需求，水輪機新風機選用為德州貝諾風力機械設備有限公司生產的LF47型的風機，具體參數如下：風機葉片數量4片，風機轉速190 r/min，風量65×104m3/h。

當循環(huán)水上塔流量為400 m3/h時，實測轉速為174 r/min（水輪機轉速與流量關系成線性正比關系），使用新風機，轉速為174 r/min時，風量為59.9×104m3/h，能夠滿足降溫要求，且此時水量只有400 m3/h，能滿足降溫要求。

當循環(huán)水上塔流量為500 m3/h時，轉速為218 r/min，使用新風機，轉速為218 r/min時，風量為74.5×104m3/h，能滿足降溫要求。

結論：當循環(huán)水上冷卻塔水量400～500 m3/h之間時，水輪機能保持正常運轉。

如果停冷卻塔檢修維護時，會導致出水量上升，達到2 300 m3/h時，2 300 m3/h÷4=575 m3/h，會超過水輪機額定流量，也超過風機額定轉速。此時，如果長時間運轉，會大大縮短產品壽命，且流量過高會對冷卻塔母管及上塔管道造成損傷；雖然此時可以使用旁通管道釋放多余流量，但水輪機流量下降后轉速也下降，通過旁通管調節(jié)流量在400～500 m3/h之間。

水輪機在各個時間段的降溫效果見表1～表3。

表1 水輪機未開啟時循環(huán)水溫度情況 /℃

表2水輪機開啟時上午循環(huán)水溫度情況 /℃

4 改進后效果

目前對一臺冷卻塔進行了改造，冷卻達到了預期效果，并滿足了生產需要，將原來的45 kW風扇電機更換為水輪機。按照每年運行360天計算，每年可以節(jié)約電費約25萬元，水輪機投資約每臺20萬，設備投資用當年用節(jié)約電費可以收回。

4.1 節(jié)能效果

水輪機有很高的水能回收利用率，充分利用循環(huán)水系統(tǒng)富余的水勢能使水輪機轉動，由水輪機帶動風扇轉到降溫，取代了冷卻塔風扇配套的電機，并且確保安裝水輪機后不增加循環(huán)水泵耗電，不減小冷卻塔工作效率，從而達到100%節(jié)能的目的。4.2 方便操作和調節(jié)

由于水輪機是依靠循環(huán)水的富余能力推動風扇轉動，可以通過調節(jié)交通閥門水量大小，控制通過水輪機的循環(huán)水量大小來調節(jié)風扇轉速，還可以根據天氣溫度變化情況，直接打開旁通來啟停水輪機。

表3 水輪機開啟時下午循環(huán)水溫度情況 /℃

5 結束語

通過冷對卻塔的改造，不僅創(chuàng)造了顯著的經濟效益，而且具有明顯的間接效益，即實現了能源的回收再利用，有效地節(jié)約了能源，保護了環(huán)境，充分利用循環(huán)水系統(tǒng)的富余能量，減少了工人的勞動強度，提高了設備的安全性能，取得了較高的經濟效益。

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，主要從事煉焦設備技術管理工作。