水動風機冷卻塔在循環水冷卻塔中的可行性

韓進雷

摘要：水動風機冷卻塔是一種新型高效節能型產品，越來越多的應用于市場。文章結合廊坊恒宇工具制造有限公司電動風機冷卻塔的運行狀況與水動風機冷卻塔的原理對照，進行了探討比較。

關鍵詞：電動風機；冷卻塔；水動風機

中圖分類號：TQ051?；?；?；?；文獻標識碼：A?；?；?；?；文章編號：1009-2374（2014）18-0073-02

1技術原理

水動風機冷卻塔是一種新型高效節能型產品，其核心產品是高效混流式水輪機。其技術原理是用高效反擊混流式水輪機取代傳統冷卻塔的電機作為風機動力，用水輪機充分回收利用系統中所存在的富余能量帶動風機轉動，直接去掉原冷卻塔的風機電機，達到節能的目的。并且此項技術不增加水泵的功率，不僅保持了傳統冷卻塔的工作原理，而且保證冷卻塔風機轉速隨著系統熱負荷的多少而變化，使氣水比一直維持在最佳狀態，滿足生產工藝的需求，并且在滿足用戶設備正常使用的基礎上達到百分之百節能的目的。

2富余能量的來源

工業冷卻水在換熱設備和冷卻塔之間的循環是通過水泵來驅動的。

在冷卻塔循環水系統的設計，熱力學，傳熱計算，從換熱設備的熱負荷，傳熱面積與總冷卻水量等各個環節，由于考慮到熱交換設備和管道系統的阻力損失和影響，一般要設計余量，即使在這個基礎上，仍應接乘以1.1～1.3倍來選擇泵，由于它的具體模型的選擇往往是很難選擇發生的相同的泵的參數，根據原則，一般選擇大流量泵，由于疊加以上幾種方式，因此有大量的循環水系統中流動過剩。

在循環水系統中，每個部分管、彎頭、閥門、變徑管有一定的阻力，阻力和壓力和冷卻塔高、換熱設備可以在循環水系統產生阻力，阻力也不能非常準確地計算，因此，過程工程師計算阻力是一個通用的數據，根據這個值選擇的泵頭，人們認為是安全且滿足生產需要的，基于數值計算在克服阻力的至少10%～20%保證金的選擇，由于疊加的情況，有很多剩余電梯大量循環供水系統。

冷卻塔節能改造的原理就是充分回收利用系統中存在的大量富余水量和富余揚程來推動水輪機轉動，進而帶動風機轉動，從根本上去掉冷卻塔風機電機，達到節能的目的。

3改造工況模擬

冷卻塔水輪機節能改造的核心是對原冷卻塔的風機系統進行改動，即拆除原冷卻塔風機電機、減速機、傳動軸等部件，微調上水管道，對原冷卻塔布水系統、填料、收水器及水泵等部件不做更改，對整個循環水系統而言，其相當于在原管路系統中增加一個阻力裝置（水輪機），因此對于改造后的工況相當于在改造前的基礎上略微增加系統的管道阻力，即可以通過對冷卻塔上塔閥門進行適當調節（閥門調節實驗）來模擬改造后的效果。

4系統工況分析

此循環水系統共計有5臺4700T冷卻塔，冷卻塔設計溫差10℃，系統回水壓力為不小于0.2MPa（20米），噴頭正常工作所需壓力大約為0.5米，布水管高度為8.5米，因此系統中的富余壓頭約為11米，系統總設計水量為23500T，實際總水量大約為20000T，通過閥門及并水做功完全可以使單臺水輪機實際過水量達到水輪機設計工況的要求（對于4700T冷卻塔，改造時匹配選用KER-5000型水輪機，此型號水輪機設計過水量為5000T/h）。因此，對于此循環水系統完全可以進行冷卻塔風機無電化改造。

5可行性理論計算

冷卻塔風機無電化改造的關鍵是改造后水輪機實際輸出軸功率大于改造前風機軸功率（即：P輸出>P風機）。

5.1風機軸功率

對于貴公司循環水系統4700m3/h冷卻塔，所配風機電機功率為160kW，冷卻塔風機設計軸功率為115kW。

即風機實際軸功率大約為115kW。

5.2系統富余壓頭計算

系統閥門的關閉就是系統富余能量的表現，每個閥門，對應不同的流量及開度，目前上塔閥門沒有完全打開，上塔閥門開度為平均在35°左右，系統回水壓力應為0.2MPa（20米），冷卻塔塔平面高度為16.5米，布水管高度為8.5米，因此系統中的富余壓頭為：

H富余=20米-8.5米-0.5米=11米

其中：H為系統中的富余壓頭；

20米為系統上塔閥門前推算數；

8.5米為冷卻塔布水管高度；

0.5米為噴頭正常工作所需壓力；

5.3?；富余能量計算

系統富余能量P=ρ×g×Q×H÷3600

其中：ρ為水的密度（1.0×103kg/m3）；

g為重力加速度（9.81m2/s）；

H為系統中可用富余壓頭；

Q為循環水系統中體積流量（此方案中系統總流量大約為47500T通過閥門調節及并水做功可以實現單臺水輪機實際過水量達到4000T的工況）

因此系統中的總富余能量為：

P=ρ×g×Q×H÷3600

=1.0×103kg/m3×9.81m2/s×47500m3/h×11m÷3600

=1423.81kW

即：水輪機利用的富余功率為：P水輪機=1423.81kW

水輪機輸出軸功率：

P輸出=P水輪機×0.85（水輪機效率）=1210.24kW

可改造判斷：

P輸出/P風機=1210.24÷105≈11.5

從計算結果看，改造11臺冷卻塔能量很充足，改造后系統還有富余能量的存在。

6改造前后的工況對比

溫差：在相同工況的條件下，保證改造前后溫差不變。

轉速：在相同流量下保證改造前后風機轉速誤差在±5%以內。

節電：160kW×3臺×24小時×330天=3801600度。節電效果明顯。

說明：我公司循環水系統單臺冷卻塔風機電機功率為160kW，3臺冷卻塔風機電機總功率為480kW。

7節能經濟計算

改造循環水系統3臺冷卻塔，冷卻塔單臺設計流量為4700m3/h，電機總功率為480kW。

每天工作24小時，一年工作330天（11個月），可節電：480kW×24小時×330天=3801600度。

按平均工業電費0.5元/度，可節省費用：3801600×0.5=1900800元。

電機和減速箱日常管理和維修保養成本費；

根據普查計算出最低的日常管理和維修保養成本：12元/m3/年（即：12元/m3/年×4700m3/h×3臺=169200元/年）

8?；結論

經技改后，循環水系統3臺冷卻塔即可節約電費1900800元/年，再加上節約的電機和減速器維修和保養費用169200元/年，一年共計節約2070000元。如按冷卻塔15年壽命計，節約的總費用總計達到3100萬元。endprint