水动风机冷却塔在循环水冷却塔中的可行性

韩进雷

摘要：水动风机冷却塔是一种新型高效节能型产品，越来越多的应用于市场。文章结合廊坊恒宇工具制造有限公司电动风机冷却塔的运行状况与水动风机冷却塔的原理对照，进行了探讨比较。

关键词：电动风机；冷却塔；水动风机

中图分类号：TQ051 ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ；文章编号：1009-2374（2014）18-0073-02

1技术原理

水动风机冷却塔是一种新型高效节能型产品，其核心产品是高效混流式水轮机。其技术原理是用高效反击混流式水轮机取代传统冷却塔的电机作为风机动力，用水轮机充分回收利用系统中所存在的富余能量带动风机转动，直接去掉原冷却塔的风机电机，达到节能的目的。并且此项技术不增加水泵的功率，不仅保持了传统冷却塔的工作原理，而且保证冷却塔风机转速随着系统热负荷的多少而变化，使气水比一直维持在最佳状态，满足生产工艺的需求，并且在满足用户设备正常使用的基础上达到百分之百节能的目的。

2富余能量的来源

工业冷却水在换热设备和冷却塔之间的循环是通过水泵来驱动的。

在冷却塔循环水系统的设计，热力学，传热计算，从换热设备的热负荷，传热面积与总冷却水量等各个环节，由于考虑到热交换设备和管道系统的阻力损失和影响，一般要设计余量，即使在这个基础上，仍应接乘以1.1～1.3倍来选择泵，由于它的具体模型的选择往往是很难选择发生的相同的泵的参数，根据原则，一般选择大流量泵，由于叠加以上几种方式，因此有大量的循环水系统中流动过剩。

在循环水系统中，每个部分管、弯头、阀门、变径管有一定的阻力，阻力和压力和冷却塔高、换热设备可以在循环水系统产生阻力，阻力也不能非常准确地计算，因此，过程工程师计算阻力是一个通用的数据，根据这个值选择的泵头，人们认为是安全且满足生产需要的，基于数值计算在克服阻力的至少10%～20%保证金的选择，由于叠加的情况，有很多剩余电梯大量循环供水系统。

冷却塔节能改造的原理就是充分回收利用系统中存在的大量富余水量和富余扬程来推动水轮机转动，进而带动风机转动，从根本上去掉冷却塔风机电机，达到节能的目的。

3改造工况模拟

冷却塔水轮机节能改造的核心是对原冷却塔的风机系统进行改动，即拆除原冷却塔风机电机、减速机、传动轴等部件，微调上水管道，对原冷却塔布水系统、填料、收水器及水泵等部件不做更改，对整个循环水系统而言，其相当于在原管路系统中增加一个阻力装置（水轮机），因此对于改造后的工况相当于在改造前的基础上略微增加系统的管道阻力，即可以通过对冷却塔上塔阀门进行适当调节（阀门调节实验）来模拟改造后的效果。

4系统工况分析

此循环水系统共计有5台4700T冷却塔，冷却塔设计温差10℃，系统回水压力为不小于0.2MPa（20米），喷头正常工作所需压力大约为0.5米，布水管高度为8.5米，因此系统中的富余压头约为11米，系统总设计水量为23500T，实际总水量大约为20000T，通过阀门及并水做功完全可以使单台水轮机实际过水量达到水轮机设计工况的要求（对于4700T冷却塔，改造时匹配选用KER-5000型水轮机，此型号水轮机设计过水量为5000T/h）。因此，对于此循环水系统完全可以进行冷却塔风机无电化改造。

5可行性理论计算

冷却塔风机无电化改造的关键是改造后水轮机实际输出轴功率大于改造前风机轴功率（即：P输出>P风机）。

5.1风机轴功率

对于贵公司循环水系统4700m3/h冷却塔，所配风机电机功率为160kW，冷却塔风机设计轴功率为115kW。

即风机实际轴功率大约为115kW。

5.2系统富余压头计算

系统阀门的关闭就是系统富余能量的表现，每个阀门，对应不同的流量及开度，目前上塔阀门没有完全打开，上塔阀门开度为平均在35°左右，系统回水压力应为0.2MPa（20米），冷却塔塔平面高度为16.5米，布水管高度为8.5米，因此系统中的富余压头为：

H富余=20米-8.5米-0.5米=11米

其中：H为系统中的富余压头；

20米为系统上塔阀门前推算数；

8.5米为冷却塔布水管高度；

0.5米为喷头正常工作所需压力；

5.3 ；富余能量计算

系统富余能量P=ρ×g×Q×H÷3600

其中：ρ为水的密度（1.0×103kg/m3）；

g为重力加速度（9.81m2/s）；

H为系统中可用富余压头；

Q为循环水系统中体积流量（此方案中系统总流量大约为47500T通过阀门调节及并水做功可以实现单台水轮机实际过水量达到4000T的工况）

因此系统中的总富余能量为：

P=ρ×g×Q×H÷3600

=1.0×103kg/m3×9.81m2/s×47500m3/h×11m÷3600

=1423.81kW

即：水轮机利用的富余功率为：P水轮机=1423.81kW

水轮机输出轴功率：

P输出=P水轮机×0.85（水轮机效率）=1210.24kW

可改造判断：

P输出/P风机=1210.24÷105≈11.5

从计算结果看，改造11台冷却塔能量很充足，改造后系统还有富余能量的存在。

6改造前后的工况对比

温差：在相同工况的条件下，保证改造前后温差不变。

转速：在相同流量下保证改造前后风机转速误差在±5%以内。

节电：160kW×3台×24小时×330天=3801600度。节电效果明显。

说明：我公司循环水系统单台冷却塔风机电机功率为160kW，3台冷却塔风机电机总功率为480kW。

7节能经济计算

改造循环水系统3台冷却塔，冷却塔单台设计流量为4700m3/h，电机总功率为480kW。

每天工作24小时，一年工作330天（11个月），可节电：480kW×24小时×330天=3801600度。

按平均工业电费0.5元/度，可节省费用：3801600×0.5=1900800元。

电机和减速箱日常管理和维修保养成本费；

根据普查计算出最低的日常管理和维修保养成本：12元/m3/年（即：12元/m3/年×4700m3/h×3台=169200元/年）

8 ；结论

经技改后，循环水系统3台冷却塔即可节约电费1900800元/年，再加上节约的电机和减速器维修和保养费用169200元/年，一年共计节约2070000元。如按冷却塔15年寿命计，节约的总费用总计达到3100万元。endprint