化工生產循環冷卻水系統節能降耗措施

王長宇

（兗礦集團煤化公司安全生產部，山東 鄒城 273500）

0 概述

隨著現代工業的迅猛發展，自然資源嚴重缺乏問題日趨顯著。因此節能降耗工作已成為企業生產與發展關鍵點?，F代企業向進一步是降低生產成本，提高企業經濟效益增效及市場競爭力，就務必加大開展節能技術改造。

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

1 循環水系統節能改造簡介

1.1 目前循環水系統的運行現狀

在工業循環水系統中，一般回流入冷卻塔的水流還具有大量的能量，表現在：

1.1.1 因為換熱設備位置高，循環水必須泵到很高的位置，循環水從最高位置流到出水口（或熱水池）的位差較大，循環回水就具有位能，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。這是因為計算系統阻力是經驗估算，不準確，設計考慮安全系數，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換為旋轉機械能的動力機械，它屬于一種利用水能的原動機，其應用大大降低了企業生產電耗，是企業節支降耗的重要途徑。

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，沖擊式水輪機的轉輪受到水流的沖擊而旋轉。工作過程中轉輪部分受水，與大氣聯通，主要是動能的轉換。

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、轉速匹配才能達到滿意出力。

2 系統概況及能量計算

2.1 改造前系統運行概況及能量試算

本系統有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要求。現工況上塔閥門開度23°，如將上塔閥門23°調整至90°，在流量3800m3/h 時，閥門閉壓計算如表1、表2。

表1 通過閥門特性參數及公式Kv=Cv/1.167 計算流量系數值

表2 蝶閥閉壓壓差計算(△P)

通過以上計算可分析：當改造后經過目前閥門開度23°調整至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。

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為

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

2.2.2 風機電機軸功率和水輪機功率計算

根據風機實測電流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速要求。

3 節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為動能加以利用，在冷卻塔原電動機位置用水輪機代替原電動機，通過聯軸器、傳動軸、減速機（根據工況情況調整減速比，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，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。該改造利用原循環水系統具有的富余能量，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速。改造示意如圖1：

圖1

3.2 節能改造效果

該改造用水輪機利用原循環水系統具有的富余壓能，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變為旋轉的動力，代替電動機驅動風機，節約了電能。該改造完全不改變原冷卻塔內部結構，因此，原冷卻效果不變。

4 節能改造經濟分析

本公司流量4500m3/h 中溫塔為例：取消電機功率200kW 節能計算：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成本費根據實事求是的普查計算出電機最低的日常管理和維修保養成本（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 結論

經過節能改造，供水車間系統10 臺4500m3/h 冷卻塔每年可節約電費約423.72 萬元。如按冷卻塔10 年壽命計,節約的總費用為468.72萬元。