化工生產(chǎn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能降耗措施

王長宇

（兗礦集團煤化公司安全生產(chǎn)部，山東 鄒城 273500）

0 概述

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，自然資源嚴重缺乏問題日趨顯著。因此節(jié)能降耗工作已成為企業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展關鍵點。現(xiàn)代企業(yè)向進一步是降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益增效及市場競爭力，就務必加大開展節(jié)能技術改造。

高耗能是化工生產(chǎn)企業(yè)的主要特點，因此降耗工作成為企業(yè)日常工作中的重中之重。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是化工生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要單元，其能耗在整個化工生產(chǎn)系統(tǒng)中占很大比例，因此如何通過降低循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行成本提高生產(chǎn)效益，成為眾多化工生產(chǎn)企業(yè)探討的方向。本文主要從循環(huán)水降溫冷卻環(huán)節(jié)降耗措施進行討論。

1 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造簡介

1.1 目前循環(huán)水系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀

在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中，一般回流入冷卻塔的水流還具有大量的能量，表現(xiàn)在：

1.1.1 因為換熱設備位置高，循環(huán)水必須泵到很高的位置，循環(huán)水從最高位置流到出水口（或熱水池）的位差較大，循環(huán)回水就具有位能，又叫勢能；

1.1.2 水泵富余，就是選用的水泵的額定揚程偏大。這是因為計算系統(tǒng)阻力是經(jīng)驗估算，不準確，設計考慮安全系數(shù)，選用的水泵的額定揚程一般就偏大，很多大10 米以上，因此，水泵實際提供給循環(huán)水的能量就有富余。可以說，目前這兩種能量的浪費情況在很多企業(yè)是很常見的。

1.2 水輪機項目改造工藝簡介

水輪機是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的動力機械，它屬于一種利用水能的原動機，其應用大大降低了企業(yè)生產(chǎn)電耗，是企業(yè)節(jié)支降耗的重要途徑。

水輪機按原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類，沖擊式水輪機的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)。工作過程中轉(zhuǎn)輪部分受水，與大氣聯(lián)通，主要是動能的轉(zhuǎn)換。

反擊式水輪機可分為混流式、軸流式、斜流式、和貫流式。反擊式水輪機中水流充滿整個轉(zhuǎn)輪流道，全部葉片同時受到水流的作用所以在同樣的水頭下轉(zhuǎn)輪直徑小于沖擊式水輪機。

每種水輪機有自己的適用范圍，不同的水頭、流量、應采用相適應的水輪機，才能獲得較佳的效率、轉(zhuǎn)速匹配才能達到滿意出力。

2 系統(tǒng)概況及能量計算

2.1 改造前系統(tǒng)運行概況及能量試算

本系統(tǒng)有10 臺4500m3/h 冷卻塔，總處理水量為：45000m3/h；目前實測回水總量為：38000m3/h，和冷卻塔總處理水量相比，水量略微偏小。目前實測單塔回水量Q=3800m3/h，冷卻塔溫降6℃（40/34 ℃），能滿足冷卻設備正常生產(chǎn)要求。現(xiàn)工況上塔閥門開度23°，如將上塔閥門23°調(diào)整至90°，在流量3800m3/h 時，閥門閉壓計算如表1、表2。

表1 通過閥門特性參數(shù)及公式Kv=Cv/1.167 計算流量系數(shù)值

表2 蝶閥閉壓壓差計算(△P)

通過以上計算可分析：當改造后經(jīng)過目前閥門開度23°調(diào)整至90°時，在回水壓力基本不變的前提下，此處就有有富裕壓力△P，=△P1-△P2=0.15-0.00038=0.15（Mp）供水輪機運轉(zhuǎn)。

2.2 改造后涼水塔風機運行工況預算

2.2.1 改造預選水輪機工作參數(shù)為

Q=3800～4600m3/h、H=12.5m(3)功率=107～133KW。當改造系統(tǒng)中水量和富裕壓力參數(shù)符合水輪機設計參數(shù)時，改造后水輪機轉(zhuǎn)速600/分通過1:4 減速機減速后風機轉(zhuǎn)速達到150 轉(zhuǎn)/分鐘(可根據(jù)旁通進水量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速)。

2.2.2 風機電機軸功率和水輪機功率計算

根據(jù)風機實測電流243～282A、電壓380∨可算出風機實際功率為107KW 水輪機輸出功率能達到現(xiàn)風機電機實際功率107KW 就可取代風機電機做工，

那么水輪機進水按照實測3800 m3/h 計算、產(chǎn)生107K 動力所需揚程計算：

H(水輪機需要揚程)=P 水輪機要達到的功率/Q 容重×G 流量(每秒)×η 效率

其中：Q 容重—水的容重（9.81）

結(jié)論：在改造后，當流量為3800m3/h、富裕壓力12.16m 時，水輪機完全能夠滿足冷卻塔風機轉(zhuǎn)速要求。

3 節(jié)能改造方案及改造效果

3.1 具體改造方案

安裝水輪機可以將該富余能量變?yōu)閯幽芗右岳茫诶鋮s塔原電動機位置用水輪機代替原電動機，通過聯(lián)軸器、傳動軸、減速機（根據(jù)工況情況調(diào)整減速比，選用配套減速機可有使用方指定品牌保證與原減速機一致）。將上塔主管引到塔平臺，將水引到水輪機進口，做功后再從水輪機出口引到原布水主管中，水輪機前進水管路安裝一個蝶閥，水輪機進水口安裝一個伸縮節(jié)，便于安裝檢修。在原上水管中，水輪機進出引水管之間加一閥門控制水流，如風機轉(zhuǎn)速過高，可以將部分水流從該閥門流進冷卻塔，不通過水輪機。該改造利用原循環(huán)水系統(tǒng)具有的富余能量，采用水輪機完全代替原來的風機電動機,水輪機達到原電動機轉(zhuǎn)速。改造示意如圖1：

圖1

3.2 節(jié)能改造效果

該改造用水輪機利用原循環(huán)水系統(tǒng)具有的富余壓能，保持水泵出口壓力不變，因此水泵流量也和改造前一樣，只是用水輪機將原浪費了的壓能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)的動力，代替電動機驅(qū)動風機，節(jié)約了電能。該改造完全不改變原冷卻塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此，原冷卻效果不變。

4 節(jié)能改造經(jīng)濟分析

本公司流量4500m3/h 中溫塔為例：取消電機功率200kW 節(jié)能計算：冷卻塔電機功率200KW（實際功率107KW），每年使用時間按330 天，每天按24 小時計：107Kw×330 天×24 小時×10臺=8474400 度/年。

電價按0.5 元/度計：0.5 元/度×8474400 度/年=423.72 萬元/年。

電機日常管理和維修保養(yǎng)成本費根據(jù)實事求是的普查計算出電機最低的日常管理和維修保養(yǎng)成本（10 元/噸/年）：10 元/ 噸/年×4500T臺×10 臺=45 萬元/年。

總費用：423.72 萬元/年+45 萬元/年=468.72 萬元/年。

5 結(jié)論

經(jīng)過節(jié)能改造，供水車間系統(tǒng)10 臺4500m3/h 冷卻塔每年可節(jié)約電費約423.72 萬元。如按冷卻塔10 年壽命計,節(jié)約的總費用為468.72萬元。