水輪機替代工業(yè)冷卻塔風(fēng)機電機的節(jié)能技術(shù)改造

李玉秀

摘要：工業(yè)冷卻塔電動風(fēng)機耗電多，用冷卻塔專用混流式水輪機取代電機能獲得可觀的經(jīng)濟效益。本文通過某企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的冷卻塔的原有設(shè)施分析、提出工程改造概況、并通過節(jié)能計算，對改造后設(shè)備運轉(zhuǎn)情況及改造后經(jīng)濟效益分析，對節(jié)能改造效果做出了評價，改造后水輪機替代工業(yè)冷卻塔風(fēng)機電機既能保證系統(tǒng)設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，而且改造后的水輪機冷卻塔具有節(jié)能、可靠、冷卻效果好、安全、環(huán)保、經(jīng)濟、通用性等優(yōu)點，得出結(jié)論：用水輪機替代工業(yè)冷卻塔風(fēng)機電機的方法是切實可行的。

關(guān)鍵詞：冷卻塔；電動風(fēng)機；水輪機；節(jié)能

中圖分類號：TK79 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

冷卻塔廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟的許多部門，它是利用水和空氣的接觸，通過蒸發(fā)和傳導(dǎo)散熱來降低熱量的一種設(shè)備。長期以來，冷卻塔冷卻時所用的風(fēng)機主要由電機驅(qū)動，電機一年所消耗的電能十分巨大，而且進入冷卻塔冷卻的循環(huán)水均有一定的富余水壓力，這部分能量都浪費掉了。而水輪機冷卻塔就是利用循環(huán)水的富余能量來驅(qū)動水輪機帶動風(fēng)機旋轉(zhuǎn)，達到風(fēng)機的設(shè)計轉(zhuǎn)速和風(fēng)量，省去風(fēng)機原配用的電機和附屬設(shè)施，節(jié)約了電能和維修費用，從而獲得可觀的經(jīng)濟效益。

1改造前原有設(shè)施情況

撫順某企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中冷卻塔為方型逆流玻璃鋼組合塔，風(fēng)機為電動軸流風(fēng)機，冷卻水泵為專用上塔熱水泵。

1.1 冷卻塔

采用4臺方型逆流玻璃鋼組合塔，單臺額定處理水流量為700m3/h，實際處理水量600 m3/h；額定溫差為100C，進出口水溫400C /300C；實際溫差2.30C， 進出口水溫28.10C /25.80C。

1.2風(fēng)機

共有4臺配套的軸流風(fēng)機，傳動方式為電機—減速機；電機功率為22kw，電壓為380V，額定電流為230A；葉片數(shù)量為8片；風(fēng)機轉(zhuǎn)數(shù)為210r/min。

1.3 上塔熱水泵

熱水泵是3臺KQSN400-M19/377臥式雙吸式離心泵，夏季高溫季節(jié)為2臺運行，1臺備用，其它季節(jié)為2臺運行，2臺備用；額定流量為1820m3/h；揚程為27.5m；進口壓力為4m，出口壓力為15m；電機功率為185kw，電源電壓為380V，額定電流為341.6A。

2 改造實施情況

2.1 改造內(nèi)容

將4臺冷卻塔的電動風(fēng)機全部實施節(jié)能改造，以專用混流式水輪機取代電機（包括傳動軸、減速機）作為風(fēng)機動力源，使風(fēng)機驅(qū)動方式由電力改為水力。相應(yīng)地對冷卻系統(tǒng)的上塔水管道進行改造，令上塔水經(jīng)過水輪機后再流入布水系統(tǒng)進行布水。為了保證在特殊情況下需要停開風(fēng)機時，冷卻塔仍能正常使用，增設(shè)了旁通管道，并安裝用于切斷檢修、運行切換的閥門。同時為了防止冷卻塔冬季運行時結(jié)冰，增加了化冰管裝置。

冷卻塔電動風(fēng)機節(jié)能改造后如圖1所示。

2.2 混流式水輪機技術(shù)參數(shù)

本次改造所選用的水輪機技術(shù)參數(shù)：HL-LJ-A7-G-700（垂直出水）混流式冷卻塔專用水輪機；流量為700 t/h；進水壓力0.06～0.15MPa；進口口徑300mm；出口口徑350 mm；當壓力為0.06MPa時轉(zhuǎn)速達到210±10%r/min；效率88%。

2.3 改造費用

每臺電動風(fēng)機節(jié)能改造費用20萬元，其中設(shè)備購置費10.5萬元，主要材料費6.5萬元，安裝工程費2萬元，其他費用1萬元。四臺全部改造完成總計費用為80萬元。

圖 1 改造后結(jié)構(gòu)圖

Fig.1 After transforming structure

3 改造后經(jīng)濟效益分析

單臺風(fēng)機電機功率22kW，按冷卻塔每年工作8000h計，則每年用電1.76x105 kWh，電費按0.55元/kWh元計，則每年電費：0.55x 1.76 x105 =9.68萬元。

根據(jù)節(jié)能計算結(jié)果，改造后一臺冷卻塔每年節(jié)約電費9.68萬元，四臺全部改造后節(jié)約電費為38.72萬元，如果考慮電機、傳動軸、減速機的維護、檢修費用，每年可節(jié)約維修維護費用12.7萬元。綜合兩項可知四臺冷卻塔電動風(fēng)機節(jié)能改造后，總計年可以節(jié)約費用為38.72+12.7=51.42萬元。改造后靜態(tài)投資回收期為：80÷51.42=1.56a。

可見用于電動風(fēng)機節(jié)能改造的靜態(tài)投資期約1.56年即可回收全部投資成本。

4 改造后設(shè)備運轉(zhuǎn)情況

冷卻塔改造后，在保證上塔供水量達到700t/h，進口壓力為0.06MPa的條件下，風(fēng)機轉(zhuǎn)速為230 r/min，而且上塔水泵電機運行電流比改造前降低了10%。改造后溫差為120C，進出口水溫410C /290C，系統(tǒng)設(shè)備運行狀況良好，達到了預(yù)期要求。

5 結(jié)束語

水輪機替代工業(yè)冷卻塔風(fēng)機電機不但保證了系統(tǒng)設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，而且改造后的水輪機冷卻塔具有如下優(yōu)點：

1）節(jié)能。在保證冷卻塔溫降設(shè)計參數(shù)的前提下，以水輪機取代風(fēng)機電機，改電力驅(qū)動為水力驅(qū)動，完全省去電機的能耗，100%節(jié)電。

2）可靠。專用混流式水輪機設(shè)計嚴謹、結(jié)構(gòu)合理、轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、維護及檢修方便的特點，為風(fēng)機的安全連續(xù)工作提供了保障。

3）冷卻效果好。隨著季節(jié)變化，水輪機的轉(zhuǎn)速隨著水壓的增減而同步增減.風(fēng)機風(fēng)量也隨之增減，使冷卻塔的汽水比穩(wěn)定在最佳狀態(tài)，達到最好的冷卻效果。

4）安全。由于水輪機替代了電機，風(fēng)機上無任何的電氣設(shè)備，杜絕了漏電漏油現(xiàn)象，從而可在任何需防爆環(huán)境下安全運行。

5）環(huán)保。由于取消了電機、傳動軸、減速機，因而降低了噪聲、振動、漏油、飄水所帶來的環(huán)境污染。

6）經(jīng)濟。由于取消了電機、傳動軸、減速機，因而減少了日常的維護、檢修工作，并降低運行成本。

7）通用。凡是使用傳統(tǒng)冷卻塔的場合，均可采用水輪機式風(fēng)機冷卻塔，并能對所有類型的傳統(tǒng)冷卻塔進行節(jié)能改造，改造的塔形越大，其節(jié)能效果越明顯。

參考文獻：

1.高鳳淮.水動風(fēng)機冷卻塔的應(yīng)用及節(jié)能分析.節(jié)能與減排.2010-01-11。

2.趙振國.冷卻塔. 中國水利水電出版社.2001-11。

3.劉力.淺談冷卻塔風(fēng)機的節(jié)能與改造，《中國科技博覽》 2014 、03

4. 王江紅，李佳明。水輪機代替電機驅(qū)動冷卻塔風(fēng)機的可行性研究《建筑工程技術(shù)與設(shè)計》 2014、12