涼水塔水動風機試驗應用小結

何月波，阿不都克里木，顧山川，趙洪亮

（塔西南石化廠，新疆澤普 844804）

塔西南石化廠化肥循環水場共12間冷卻塔，皆為機械通風逆流薄膜式冷卻塔，所用抽風式軸流通風機型號為L47型，因為不同流量的冷卻塔需配置不同規格的風機和電機，工作流量越大所需的電機功率也越大；并且只要冷卻系統在正常工作，無論實際工作流量如何，電機都將驅動風機旋轉，以獲得需要的冷卻效果，在保證冷卻效果的同時，冷卻塔會在原合理指標的基礎上各系統放大20%左右，這樣，造成了能源的浪費。

在倡導節能減排的今天，冷卻塔水動風機引起我廠高度關注，它是用專用的微型高效水輪機取代電機（包括傳動軸、減速機）作為風機動力，使風機驅動方式由電力改為水力，而專用水輪機的工作動力來源于整個冷卻循環水系統中的富余能量。水動風機冷卻塔能在原系統設計、使用參數不變和設備正常使用的前提下，取消原電機，達到節能的目的，因此，我們決定進行試驗。

1 改造方案

本次改造選用化肥循環水系統12間涼水塔當中的一間——12＃涼水塔進行試驗，改造前的單塔示意見圖1。

1.1 原有12＃涼水塔狀況

1.1.1 冷卻塔部分

結構型式 方型逆流水泥組合塔

額定流量 800m3／h 額定溫差 10℃

布水器型式 固定 進水管徑 DN400

1.1.2 水 泵

額定揚程 12～52m 電機功率 380kW

額定流量 1404～2268m3／h

出口壓力 0.55MPa

1.1.3 風機部分

型號 L47 電機功率 30kW風機直徑 4700mm 轉速 200r／min（約）傳動方式 減速機／傳動軸 材質 玻璃鋼

圖1 改造前12＃涼水塔示意圖

1.2 水輪機技術參數

結構型式微型雙擊式 規格型號SJ750A

水輪機效率 85% 重 量 550kg

外形尺寸（長×寬×高） 1092×983×1211mm

1.3 試驗方法及措施

（1）拆除12＃冷卻塔原來的風機驅動電機和變速器，以微型雙擊式冷卻塔專用水輪機取代電機（包括傳動軸、減速機）作為風機動力源，使風機驅動方式由電力改為水力，原塔成為新型的節能型水動風機冷卻塔。改造示意見圖2。

雙泵運行條件下，對現場各個參數進行監測，監測點及方法如下：

合成總流量 現場管道超聲波流量計

進塔流量 超聲波流量計（儀表工程部測量）

進塔水壓 現場進塔管線壓力表

進塔水溫監測點 進塔水管線溫度計

集水池水溫 8＃泵進出口管線溫度表

環境溫度 水銀溫度計

出塔水溫監測點 制作集水槽并采用水銀溫

度計測量

圖2 12＃涼水塔試驗改造后示意圖

由于受上塔水量、環境氣溫、風速等很多因素影響，測定的溫度只能作為參考，但風機葉片轉速作為考核依據就要直觀和簡單得多。改造前后相關參數及比較見表1、2。

表1 試驗水動風機改造前后指標對比

表2 試驗水動風機改后上塔流量與風機葉片轉速的關系

（2）對冷卻塔進出水管路進行相應調整，增加兩路水輪機進口管線和直接進塔頂水分布管的副線，在水輪機進口和副線上安裝截止閥；塔體結構和風機葉片保持不變，從而最大限度利用原有的完好設備，降低改造成本和減少施工時間。

（3）試驗風機數據計算

經計算，水輪機輸出功率為80.7kW，風機軸功率為75.3kW。由此得知，水輪機輸出功率大于風機軸功率。

冷卻塔額定冷卻水量2 500m3／h，額定溫差10℃，氣水比0.84，則冷卻塔實際需要風量為187.5×104m3／h。

風機額定風量262×104m3／h，多余風量74.5×104m3／h，這樣，不僅增加了冷卻塔的飄水率，而且消耗了約15%的電機功率（11.3kW），減速機消耗約30%的電機功率（22.6kW），故風機消耗在冷卻塔實際需要風量（換熱風量）上的實際軸功率僅為：75.3―11.3―22.6＝41.4kW。

2 結果與討論

（1）通過表1數據可以看出，12＃涼水塔水動風機試驗改造后，在環境溫度提高的情況下，涼水塔進出水溫差幾乎沒有大的變化，上塔壓力的指標控制在0.2～0.35MPa之間，隨著季節的變化，水動風機的轉速會隨著循環水流量的增減而增減，風量也隨之增減，使冷卻塔的氣水比穩定在最佳狀態，達到冷卻效果最好。

（2）試運行水動風機，采用紅外線轉速儀測得水動風機葉片轉速218r／min，流量712m3／h；進水動風機閥門開度30%；測得旁邊11＃塔電動風機葉片轉速207r／min，流量2 074m3／h；表2數據顯示，當流量達到600～700m3／h，水動風機葉片轉速就已達到額定轉速，而涼水塔的設計處理量800m3／h，也就是說未達到設計負荷，風機轉速就達到了200r／min，因此上塔管線設置了副線。為保證設備的安全，不能再提高轉速，只能讓其余循環水走副線，保證涼水塔的處理負荷。在調試過程中發現11＃、12＃塔水量配給不均衡，如3月24日11＃2 074m3／h、12＃712m3／h，4月2日測11＃1 480m3／h、12＃600～650m3／h。雙泵運行狀態下合成1＃～5＃每間420m3／h，11＃塔1 400m3／h，12＃塔800m3／h，尿素6＃～9＃塔每間350m3／h，10＃塔1 200m3／h，1＃～9＃塔處理能力大（填料比表面積大）、10＃～12＃處理能力小（填料比表面積小），而水量恰恰相反，合成和尿素兩邊都各有一半的水量，造成尿素7＃泵、合成8＃泵出口溫度比1＃～9＃高5℃左右，匯入總管后水溫偏高，因此，1＃～9＃風機改造不一定能達到10＃～12＃的改造效果。但雙泵運行只開1＃～9＃塔則不受此限制，合成每間塔840m3／h、尿素725m3／h，能滿足水動風機水量要求（上述問題不是水動風機造成的）。

（3）12＃涼水塔水動風機耗電為0，創造了經濟效益，電動風機功率為30kW，改為水動風機后每年可減少用電量26.28×104kW·h，單價為0.30元，則直接效益為7.884萬元。

（4）計算表明，水輪機輸出功率遠大于風機實際軸功率，水輪機完全可以取代電機（包括傳動軸、減速機）作為風機動力源，使風機驅動方式由電力改為水力，達到最好的冷卻效果。

3 結 論

12＃涼水塔水動風機的試驗改造，無論從節能、經濟效益，還是安全角度看都無疑是新的突破，接下來我們將進行全廠涼水塔水動風機的改造，實現其更廣闊的應用前景。