淺談水輪機的節能改造

黃在京 王天剛 羅繼亮

（廣西北部灣新材料有限公司，廣西 北海 536017）

0 前言

目前，高爐采用的是敞開式循環冷卻系統（也叫凈循環冷卻系統），即從高爐被冷卻構件流出來的熱水經管道流入泵站熱水池，用泵送上冷卻塔，經蒸發與空氣的熱交換，被冷卻的降溫水流回泵站冷水池，再用水泵加壓送至高爐被冷卻構件的循環系統。

為了使送上冷卻塔的熱水快速冷卻，需在冷卻塔上安裝風機，通過風機的抽風使進入冷卻塔的水流快速散熱冷卻。沒有改造的風機均是需要電動機驅動的，經過對部分風機的改造，目前高爐一期冷卻塔上的10臺風機已有5臺是水輪機驅動風機。

1 水輪機的工作原理

水輪機是把水流的能量轉換為旋轉機械能的動力裝置，按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。沖擊式水輪機是通過水流沖擊轉輪旋轉來實現能量轉換，主要是動能的轉換。反擊式水輪機則是利用水流的反作用力推動轉輪旋轉，工作過程中水流的壓

力能和動能都得到了利用[1]。

高爐一期凈循環冷卻水系統采用的混流反擊式水輪機型，該水輪機工作過程為：熱水經過管道進入蝸殼后，隨著蝸殼引到座環，又通過導水葉片流向轉輪，推動轉輪旋轉。從轉輪出來的水排向出水管，最后從出水管排除進入冷卻塔填料，主軸隨轉輪轉動從而帶動風葉旋轉，產生的風與進入填料的水進行換熱。

2 冷卻塔降水溫降溫幅度

用于高爐被冷卻構件的水溫要求：≤30℃，進入循環水池的熱水和出循環水池的冷水水見表1。一般情況下，高爐下來是熱水進入熱水池后溫度會降至32 ℃～36 ℃，經過冷卻塔冷卻后的水溫在30 ℃以下，冷卻塔的降溫幅度在5 ℃左右。

3 冷卻塔改造

3.1 冷卻塔改造的水輪機結構簡圖

冷卻塔改造的水輪機結構簡圖如圖1所示。

表1 進入循環水池的熱水和出循環水池的冷水水溫

3.2 冷卻塔改造實施主要步驟

通過對原有電機驅動的風機進行改造，可以實現使用水輪機驅動風機，冷卻塔改造前、后對比圖如圖2所示。主要改造步驟有2個。1）先將原電機、傳動軸、減速機等拆除，安裝新型水輪機。2）將原進水管向上延伸至水輪機入水口高度，水輪機入水口連接進水管，出口連接布水管。而原進水管與布水管相連處安裝調節閥，用于調節水輪機進水量，其他部件不變[2]。

3.3 改造排序圖

圖1 水輪機結構簡圖

圖2 冷卻塔改造前、后對比圖

此次水輪機改造如圖3所示。

圖3 水輪機改造

高爐一期凈循環冷卻塔建設初期，10個風機均設計為電機驅動，配置45 kW功率的電機。改為水輪機驅動后，進水管揚程變長，再加上水輪機的阻力，供水流量減少。另外，電動風機轉速為1 480 r/min，而水輪機驅動風機轉速只有100 r/min～300 r/min，轉速降低意味著單位時間內冷卻效果的降低。考慮到在不增加水泵功率及明顯降低冷卻效果的情況下，此次采取間隔式改造，這樣匯集到冷水池的水混合后，加上補充水，水溫就能滿足高爐要求。

4 水輪機改造后的效果

4.1 節能效果

按改造1臺電動風機計算，電機功率為45 kW，電機日耗電量為：45×24=1080kW·h，年耗電量為：1080×360=388800 kW·h（冷卻塔為全年全天候運行，除去停機維修時間約5 d）。按平均電價0.5元/ （kW·h）計，每年約需電費為：0.5/10000×388800=19.44萬元。

水輪機的能源由加壓水泵提供，以上改造是在不增加水泵功率的前提下進行，因此風機改成水輪機驅動后，加壓水泵無耗電量增長。那么，每年可以減少電耗為：5×388800=1944000 kW·h，節約電費為：5×19.44=97.2萬元。

4.2 改造效果確認

高爐一期凈循環冷卻塔節能改造，是基于不增加水泵功率、不降低水處理量和不超高爐對冷水水溫要求的前提下進行，改造后效果見表2。

表2 改造后效果

5 結論

冷卻塔水輪機代替電機驅動風機可以將水流能量利用起來，達到降低能耗的目的，為企業節約成本。

受水泵功率、冷水溫度要求以及水處理量的限制，不能對電動風機進行全部改造。采用間隔式改造，既可以達到節能的目的，又不會影響冷卻效果，在一定程度上減少了水霧對周邊設施的影響。