“水-电混合技术”在机械通风冷却塔节能改造中的应用

2016-08-12包可羊杭州福鼎节能科技服务有限公司浙江杭州310009

低碳世界 2016年14期

包可羊（杭州福鼎节能科技服务有限公司，浙江　杭州　310009）

包可羊（杭州福鼎节能科技服务有限公司，浙江杭州310009）

冷却塔风机耗电是循环水系统的主要能耗之一。通过对循环水系统设计富余水头进行充分利用，解决因富余水头不足而导致能耗浪费现象，对冷却塔风机进行“水-电混合”驱动改造（即：采用水轮机驱动的同时，能量不足部份采用辅助电机补足），且可实现“单独水轮机驱动”、“单独电机驱动”和“水-电混合动力驱动”三种驱动模式，给系统的安全运行提供保障。

循环水；冷却塔；水-电混合驱动；节能

在工业发展给人们带来巨大的经济效益和社会进步的同时，对环境所产生的影响也越来越显现。随着国家对社会发展与环境污染的重视，国家对节能、减排要求和标准日益提高，企业对节能的需求也越来越重视和迫切。循环水系统作为工业企业中的一个重要组成部份，在为生产工艺设备降温保驾护航的同时也消耗了大量的能源。而冷却塔就是循环水系统中的主要耗能设备之一。

1　循环水系统介绍

工业生产过程中，往往会产生在量热量，使生产设备或产品（汽体或液体）温度升高，必须及时冷却，以免影响生产的正常进行和产品质量。水是吸收和传递热量的良好介质，常用来冷却生产设备和产品。为了重复利用吸热后的水以节约水资源，常采用循环冷却水系统，如图1所示。

图1　

冷水池中的水通过水泵送至生产换热设备，水温升高后利用余压流入冷却塔，在冷却塔内利用风机所产生的空气与水对流接触后，使水温下降。

2　机械通风冷却塔的节能方法及特点

机械通风冷却塔是以电机驱动轴流风机叶片转动，并使空气从进风口抽入与热水对流换热，来达到降低水温的效果。具有冷却效果好，效率高的特点，但因风机需电机驱动，消耗大量的电能。为节约风机电耗，机械通风冷却塔有以下几种方法：

2.1调速电机

（1）根据春、夏、秋、冬季节对冷却塔需求风量的不同，设计高、中、低3档可调速的电机。虽能起到一部份节能效果，但因3档调速不能充分适应冷却塔在不同季节对风量的要求。

（2）根据季节和生产负荷的不同，采用变频调速或永磁调速装置调节电机的转速。该种方法机呼可以实现无极调速，可达到较好的节能效果。但变频器和永磁调速在运行过程中均有一部份效率损耗。

2.2水动风机冷却塔

在循环水系统管路设计时，因多方面因素考滤，水泵扬程比管路实际所需扬程大，造成系统存在一定的富余水头。通过利用这部份富余水头来推动水轮机转动，从而带动风机旋转。这种采用“纯水轮机机驱动”的方法，省去了电机，达到节能的目的。

但因每个循环水系统在设计、使用过程中富余水头均不同。富余水头充足的循环水系统一般可通过安装水轮机来代替电机驱动风机，使回水富余水头实现充分利用，达到节能的目的；而富余水头不足的循环水系统则因无法达到风机设计转速而白白浪费。

3　“水-电混合技术”的介绍

冷却塔的“水-电混合技术”是利用循环水系统中的富余回水能量驱动“高效水轮机”转动并通过“双输动力入齿轮箱”带动冷却塔风扇转动，从而取代传统冷却塔的电机；在系统富余水头不足或需增加冷却塔风扇转速以提高冷却塔降温效果时，通过监测控制软件自动启动辅助电机，与水轮机共同驱动风扇转动，确保系统换热效果。

辅助电机采用与原冷却塔功率相同的电机，并配有变频调速装置，可在水轮机维护时单独驱动冷却塔风机且风机转速可达到原转速。能实现“单独水轮机驱动”、“单独电机驱动”和“水-电混合动力驱动”，确保系统的换热效果，给系统的安全运行提供保障。

“纯水轮机驱动”与“水-电混合驱动”的区别：

3.1系统富余水头

纯水轮机驱动：循环水系统均存在一定的富余水头，纯水轮机驱动需要充足的富余水头，在富余水头充足的系统中可达到100%节电，实现冷却塔无电化运行。但目前许多循环水系统中所存在的富余水头均不足，如采用纯水轮机驱动替代原电机驱动，则会造成风机无法达到原转速，从而影响设备的换热效果，甚至影响生产。

水-电混合驱动：可对系统中的富余水头进行充分利用，在富余水头充足时实现100%节电，在富余水头不足时可水轮机和电机同时驱动，以达到要求的风机转速及风量。可实现“单独水轮机驱动”、“单独电机驱动”和“水-电混合动力驱动”三种方式运行。

3.2水轮机及减速器

纯水轮机驱动：纯水轮机驱动一般采用混流式水轮机，安装于冷却塔风筒内，位于风叶下方，减速器立式安装于水轮机上部。在运行过程中因混流式水轮机体积大，对冷却塔的通风存在影响，且减速器的下油封极易造成漏油，造成减速器的损坏，使冷却塔无法运行，并对循环水水质造成污染。

水-电混合驱动：水-电混合驱动采用贯流式水轮机或将混流式水轮机立式安装，水轮机安装于风筒外，采用双动力输入减速器替代原减速器卧式安装与风叶下方。在运行过程中对冷却塔的风通不存在影响，且因水轮机和电机的输入端均水平设计在减速器中间，无漏油隐患。减速器安装有机械机油泵，对轴承进行润滑和降温，增加轴承的使用寿命。

4　项目应用

4.1项目情况

某企业循环水系统有560kW循环水泵3台，将冷水供往各生产设备进行热交换，换热后的热水通过3座水处理量为2000m3/h的冷却塔降温冷却，冷却塔风机配套电机功率为55kW。经过杭州福鼎节能科技服务有限公司现场测试水泵常年2开1备运行，其中一台装有变频调速装置，且运行时循环水泵进出口阀门全开，为保证末端设备的压力要求和换热效果，系统通过调节冷却塔上塔阀门开度来控制系统压力。通过对测试数据分析，循环水泵在高效区内运行，运行方式和控制方法较为合理；但因冷却塔上塔阀门未全开，导致循环水系统回水存在背压现象，造成了回水富余水头浪费；且冷却塔风机配套电机为定速电机，无法在季节变化时对风机转速进行调节，存在季节性无效能耗浪费现象。

4.2改造方案

通过对循环水系统富余水头进行计算，发现该水系统回水富余水头不足，改造后无法实现3座冷却塔在风机全速运行时100%节电。为确保系统的安全生产，在不改变系统运行模式和工艺参数、不增加水泵能耗的前提下对系统富余水头进行充分利用，采用“水-电混合技术”可对全部3座冷却塔进行节能改造。主要改造方法如下：

（1）因冷却塔无备用，利用系统年终大修时对冷却塔上水管进行改造，在原进水管上增设旁通阀门、水轮机进回水阀门及接口。

（2）拆除原单动力输入减速器，安装双动力输入减速器、水轮机和辅助电机（辅助电机采用原电机代替）。安装水轮机支撑支架，对接上水管道和回水管道。

（3）安装变频调速装置和自动控制系统，通过实测监测供回水温差，来控制辅助电机的开启和转速。

（4）在原3台电机的控制柜来安装电度表和计时器，计量改造前、后的风机电机耗电量。

4.3改造效果

通“水-电混合技术”对冷却塔进行改造，改造前、后对比如表1～2。

从表1可看出，改造前后水泵和冷却塔的运行模式、系统供水总管压力、供水总管压力、运行流量均保持不变，水泵能耗没有增加，且在风机全速运行时转速反而比改造前高，降温效果优于改造前。