天铁集团焦化厂冷却塔节能技术改造

王俊岭

（天津天铁冶金集团焦化厂，河北涉县056404）

天铁集团焦化厂冷却塔节能技术改造

王俊岭

（天津天铁冶金集团焦化厂，河北涉县056404）

为了节约能源，天铁集团焦化厂对冷却塔进行改造，将焦化厂鼓冷工段水系统凉水架由电机驱动风扇冷却降温改为水轮机，冷却效果良好，提高了设备的安全性能，有效地节约了能源，实现了能源的回收再利用，取得了较高的经济效益。

水轮机；冷却塔；水泵

1 引言

天铁焦化厂现有两座顶装焦炉，年产焦炭120万t。在焦炉生产中产生的荒煤气经过集气管和桥管中用大量循环氨水喷洒冷却到82～86℃，再经过横管初冷器把煤气温度冷却到19～22℃。焦化厂现有3台横管初冷器，冷却面积4 600 m2，经过煤气与水间接换热冷却，循环水水温度由28℃升高到35℃，35℃的循环水在经过冷却塔降温23℃。

天铁焦化厂鼓冷系统共有6台冷却塔，型式为方形逆流通风冷却塔：冷却塔循环水量为2 660 m3/ h；水泵型号为4sh-9a，现场为开二备一，电机功率315 kW，流量1 330 m3/H，水泵额定扬程56 m；冷却塔风机为轴流风机；直径为4 700 mm；转速为239 r/min；叶片材质为环氧玻璃钢；驱动方式为电力（电机减速机）；电机额定功率为45 kW。

2 工艺简介

2.1 工作原理

水轮机冷却塔是一种新型的高效节能冷却塔，其核心技术是以冷却塔专用水轮机取代电机（包括减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力。水轮机的工作动力来自初冷器冷却后循环水泵的富余扬程，不仅在工作时保证水轮机及冷却塔的技术参数，而且循环水泵的能耗不变，利用横管初冷器退水余压驱动水轮机。水轮机的输出轴直接与风机相连并带动其转动，达到节能的目的，从而获得可观的经济和社会效益。

2.2 工艺流程

循环水经过清水泵输送到横管初冷器，对焦炉产生的煤气进行换热使煤气降温，循环水温度由28℃升高到35℃左右，依靠设备高度差，循环水退水到冷却塔进行冷却，分别到水轮机塔冷却，依靠循环水泵的富余扬程，驱动风扇旋转，对循环水进行降温。

3 改造及调试

3.1 电机驱动改为水轮机驱动

循环水系统风扇采用水轮机替代现有的电机及减速箱，将冷却塔风机由电力驱动改为水力驱动，使原塔成为新型的节能型水动能冷却塔。改造后保证水轮机在25%的可调过水流量范围内能按照对应的功率正常运转（水轮机在此过流量范围内均在高效区运行）；改造范围仅限于将电机及减速机改为水轮机，不改动冷却塔整体结构及内部填料、布水设施、收水器等。在改造前相同工况下，改造后循环水泵电流无明显变化，负荷无明显变化。冷却塔体噪声及飘水等不高于现有电机驱动冷却塔，并应符合GB/T 50392—2006（机械通风冷却塔工艺设计规范）及CECS：118-2000（冷却塔验收测试规程）中相关要求。在给定额定水量的情况下，改造后冷却塔冷却效果不低于改造前，改造后风机转速与原转速允许偏差范围应在±8%左右。

3.2 系统调试

循环水系统打开2台水泵，实测流量为2 300 m3/h左右，均布于5台冷却塔，每台冷却塔平均水量460 m3/h左右。进行调试时，当水量流量达到450 m3/h，水轮机风机转速达到200 r/min，此时风机转速已达到转速要求；调整循环泵上水量，当冷却塔上塔流量为550 m3/h左右，风机转速240 r/ min，水轮机进口压力0.1 MPa。冷却水量为500 m3/ h时，降温为10℃工业逆流塔淋水，体积按1∶1计算为500 m3，现场实际冷却塔长宽高为8.4 m×8.4 m×8 m，则体积为564.48 m3，已大于所需。冷却500 m3/h水量时，降温为10℃，工业逆流塔所需风机直径为4 200 mm，风机额定转速在188 r/min左右，风量为33.4×104m3/h，所需电机功率为22 kW或30 kW。现场所用电机功率为45 kW，风机直径为4 700 mm，转速为239 r/min，相当于在为一个1 000 m3/h冷却塔进行降温。1 000 m3/h冷却塔降温所需风量为66.6×10 m3/h。当到夏季时，因为环境温度以及湿球温度的增大，冷却塔下塔温度不会低于湿球温度+5℃，此时再大的风量也无法进行更大幅度的降温，只会增加飘水率。

结论：水轮机塔上塔流量达到450 m3/h，风机转速达到200 r/min左右，满足循环水降温要求。

根据需求，水轮机新风机选用为德州贝诺风力机械设备有限公司生产的LF47型的风机，具体参数如下：风机叶片数量4片，风机转速190 r/min，风量65×104m3/h。

当循环水上塔流量为400 m3/h时，实测转速为174 r/min（水轮机转速与流量关系成线性正比关系），使用新风机，转速为174 r/min时，风量为59.9×104m3/h，能够满足降温要求，且此时水量只有400 m3/h，能满足降温要求。

当循环水上塔流量为500 m3/h时，转速为218 r/min，使用新风机，转速为218 r/min时，风量为74.5×104m3/h，能满足降温要求。

结论：当循环水上冷却塔水量400～500 m3/h之间时，水轮机能保持正常运转。

如果停冷却塔检修维护时，会导致出水量上升，达到2 300 m3/h时，2 300 m3/h÷4=575 m3/h，会超过水轮机额定流量，也超过风机额定转速。此时，如果长时间运转，会大大缩短产品寿命，且流量过高会对冷却塔母管及上塔管道造成损伤；虽然此时可以使用旁通管道释放多余流量，但水轮机流量下降后转速也下降，通过旁通管调节流量在400～500 m3/h之间。

水轮机在各个时间段的降温效果见表1～表3。

表1 水轮机未开启时循环水温度情况 /℃

表2水轮机开启时上午循环水温度情况 /℃

4 改进后效果

目前对一台冷却塔进行了改造，冷却达到了预期效果，并满足了生产需要，将原来的45 kW风扇电机更换为水轮机。按照每年运行360天计算，每年可以节约电费约25万元，水轮机投资约每台20万，设备投资用当年用节约电费可以收回。

4.1 节能效果

水轮机有很高的水能回收利用率，充分利用循环水系统富余的水势能使水轮机转动，由水轮机带动风扇转到降温，取代了冷却塔风扇配套的电机，并且确保安装水轮机后不增加循环水泵耗电，不减小冷却塔工作效率，从而达到100%节能的目的。4.2 方便操作和调节

由于水轮机是依靠循环水的富余能力推动风扇转动，可以通过调节交通阀门水量大小，控制通过水轮机的循环水量大小来调节风扇转速，还可以根据天气温度变化情况，直接打开旁通来启停水轮机。

表3 水轮机开启时下午循环水温度情况 /℃

5 结束语

通过冷对却塔的改造，不仅创造了显著的经济效益，而且具有明显的间接效益，即实现了能源的回收再利用，有效地节约了能源，保护了环境，充分利用循环水系统的富余能量，减少了工人的劳动强度，提高了设备的安全性能，取得了较高的经济效益。

Transformation of Cooling Tower for Energy Saving at Tiantie Group Coking Plant

WANG Jun-ling
(Coking Plant,Tiantie Group,She County,Hebei Province 056404,China)

In order to save energy,Tiantie Group Coking Plant makes improvement on the cooling tower to change motor driven fan cooling into hydroturbine cooling for the cooling water stand of water system at the workshop section of cold air blasting.After improvement the cooling effect is satisfactory and equipment safety property improved.Energy is effectively saved and energy recovery and reutilization are realized.High economic benefit is achieved.

hydroturbine;cooling tower;water pump

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.06.023

2014-06-06

2014-06-28

王俊岭（1972—），男，工程师，主要从事炼焦设备技术管理工作。