钢铁行业无电耗水轮机在循环水系统中的推广应用论述

李士文 段德州

摘要：无电耗水轮机就是借助于循环水系统中富余水压驱动水轮机，水轮机带动冷却的塔风机，对电机进行了取代，也不会对循环水泵的电耗进行增加。为了能够进一步的达到节电降耗的目的，拆除一台循环水冷却塔风机电机，在原来电机的基础上安装无电耗水轮机。为此通过分析无电耗水轮机在循环水系统中的推广应用，分析循环水冷却塔使用水輪机的可行性，以及介绍该设备的安装方法以及验收的标准，最终达到省电的目的。

关键词：无电耗水轮机;循环水系统;推广应用

前  言

在钢铁制造工业的快速发展下，企业中节能减排的工作也受到环境资源的影响，对企业提出了更高的要求，为了能够提高企业能源、资源上的利用效率，需要结合生产中的实际情况，实行循环水冷却塔的节能改造。

1、循环水系统介绍

山东莱钢永锋钢铁有限公司炼钢厂安装循环水冷却塔共计144台，主要使用在生产系统中利用循环水进行降温，从而起到降温的作用，回水的温度需要达到31～39℃、压力就需要变成0.08～0.25MPa，依靠余压回到冷却塔。在改造以前冷却塔风机都是借助电机进行带动的，电机功率为145kW。调节循环水泵是可以借助循环水压力的调节来达到的，但是为了能够进一步的起到降低损耗节约用电的目的，结合实际情况将运行车间60t转炉165#冷却塔冷却风机的电机进行拆除，在原来电机的基础上安装无电耗水轮机，通过这种方式来使得冷却风机进一步带动。

2、无电耗水轮机特点

水轮机的运作原理就是将水流的能量转换成为机械能的动力机械，这是属于一种流体机械中透平机械。循环水系统具有足够压力以及能量经引水管引到水轮机中，以此推动水轮机叶轮进行旋转，使冷却塔风机进行转动起来，实现做功。

第一，节能。无电耗贯流式水轮机就是借助于化工循环水系统富余水压驱动水轮机转轮，使得风机进行转动进而达到做功的目的，这样不仅会省去了冷却塔原有风机使用的电机，还不会增加循环水泵中的电耗，所以这样就达到百分百的省电。

第二，较低振动和噪音。对传统型的冷却塔配备电机等设备进行了取消，使得冷却塔在进行过程中的机械振动、噪音降低;风机就是利用水来实现动力的，但是却使得水流的能量进一步消减了，降低了振动和噪音。

第三，防漏电。正是因为其不带有电机，所以非常适合在防爆、高危的环境下运行，这样可以有效的防止电机出现漏电、损坏等故障的发生。

第四，有较好高的冷却效果。在季节的不断变化下，水轮机的转速也随着循环水压力增减而进行增减，在风量方面也进行增减，最终完成了冷却塔汽水比保证在最佳的状态中，以起到最好的冷却效果。

3、无电耗水轮机应用于循环水冷却塔

山东莱钢永锋钢铁有限公司位于平原地带、冬季与夏季温度差异较大、冬季昼夜温差大约在5～8℃、夏季昼夜温差变化范围大约在5～10℃。夏季煤冷水冷却温度≤40℃，所以在本次改造过程中全面考虑降效、特殊环境因素影响，重点对设备材质、关键元部件等选型方面的问题重点关注。无电耗水轮机技术在发电企业中被广泛应用的，但在钢铁行业生产工艺、生产规模等方面影响下是一处空白。在本次进行改造中，风轮机叶轮所使用的材质是不锈钢;轴承所使用高质量的进口轴承，使得寿命进一步得到保证;水轮机进水端轴承腔所采用机械密封，出水端的轴承腔所采用多重密封加离心甩水的形式;冷却塔改造可行性和验收标准分别是：

（一）改造技术的理论依据

1.水轮机输出轴功率理论依据

水轮机输出轴功率理论公式：

W水 = g×q×H×η水式中g—水容重，9.81×10?kg/m?;H—水轮机进口压力，m;q—水轮机进水流量，m3/s;η—水轮机效率。

2.风机额定转速时所需轴功率理论依据;

W电机=√3 i×U×cosφ×η电机×η减速机×η传动轴  式中 i—电机运行电流，U—电机运行电压，cosφ—电机功率因数;η电机—电机效率;η减速机—减速机效率;η传动轴—传动轴效率。

3.轴功率匹配原则

当水轮机做功所输出轴功率W水≥原运行风机所需轴功率W电，则改造后水轮机转速可达到原转速的要求。

4.400t风机轴功率匹配校核。

5.现风机轴功率计算

W电= √3×i×u×cosΦ×η=1.732×24×0.38×0.85×0.81=10.9kW（3-3）

式中 i—风机电机实际电流，i=24a;η—传动装置效率，η=η电机×η减速机=0.9×0.9=0.81。

6.水轮机做功压力及计算：H= W电/（9.81×q×η）=10.9/（9.81×0.12×0.92）=10.1m式中 g—水容重，g=9.81×10?kg/m?; q—水轮机进水流量、q=420m?/h=0.12m?/s;H—水轮机做功压力 ，H=10.1m;η—水轮机效率，η=0.92。依据以上计算，水轮机转速达到额定转速所需的做功压力为10.1m。水轮机入水压力（表压）计算：水轮机做功压力+布水压力=10.1+1=11.1m

7.改造后水轮机达到额定转速所需的回水压力：该系统塔顶至地面位差H1=9m=9.5m;水轮机进水管道中心离塔顶高度H2=0.5m;水轮机入水压力H3=10.9m;故改造后回水压力计算如下：H1+H2+H3=9.4+0.5+10.1=20m

改造可行性分析：

现系统实际运行回水压力>20m，改造后水轮机达到额定转速所需的回水压力为20 m，回水压力大于水轮机所需回水压力20m，因此该系统富裕压力远大于满足水轮机运行要求，改造是完全可行的。

（二）验收标准

水轮机流量在420m3/h，水轮机做功压力不超11m，风机达到原来额定转速215rpm±3%时视为验收合格。

4、设备安装

利用水轮机对塔顶电机进行改造。具体性的做法是将冷却塔顶电机拆除，原有的扇叶保留，水轮机安装在塔顶固定位置上。循环冷却塔顶进水管连接到水轮机的入口处，水轮机的出水管连接到冷却塔的配水系统中。软连接安装到水轮机进水、出水管线处。

5、结束语

水轮机就是借助于循环水压力进行回水，只有压水流借助于水轮机进水流到作用到转轮叶片上，使得转轮进行选装，借助主轴把顶部上的风机带动起来，以产生冷却的效果。所以通过分析无电耗水轮机在循环水系统中的推广应用，可以再数据上分析采用无电耗水轮机以后带来的节能效果以及社会效益，起到节能降耗的作用。

参考文献

[1]米富来.冷却塔风机驱动电机用水轮机代替的节能研讨[J].化工管理.2018（21）：12-15.

[2]张晓敏，高建刚.循环水冷却塔水动风机技术改造可行性研究[J].大氮肥.2018（05）：47-52.

作者简介：

李士文，男，机械制造与设计，主管工程师

段德州，男，机械制造与设计，炼钢厂机修车间主任，