浅谈水轮机的节能改造

黄在京 王天刚 罗继亮

（广西北部湾新材料有限公司，广西 北海 536017）

0 前言

目前，高炉采用的是敞开式循环冷却系统（也叫净循环冷却系统），即从高炉被冷却构件流出来的热水经管道流入泵站热水池，用泵送上冷却塔，经蒸发与空气的热交换，被冷却的降温水流回泵站冷水池，再用水泵加压送至高炉被冷却构件的循环系统。

为了使送上冷却塔的热水快速冷却，需在冷却塔上安装风机，通过风机的抽风使进入冷却塔的水流快速散热冷却。没有改造的风机均是需要电动机驱动的，经过对部分风机的改造，目前高炉一期冷却塔上的10台风机已有5台是水轮机驱动风机。

1 水轮机的工作原理

水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力装置，按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机是通过水流冲击转轮旋转来实现能量转换，主要是动能的转换。反击式水轮机则是利用水流的反作用力推动转轮旋转，工作过程中水流的压

力能和动能都得到了利用[1]。

高炉一期净循环冷却水系统采用的混流反击式水轮机型，该水轮机工作过程为：热水经过管道进入蜗壳后，随着蜗壳引到座环，又通过导水叶片流向转轮，推动转轮旋转。从转轮出来的水排向出水管，最后从出水管排除进入冷却塔填料，主轴随转轮转动从而带动风叶旋转，产生的风与进入填料的水进行换热。

2 冷却塔降水温降温幅度

用于高炉被冷却构件的水温要求：≤30℃，进入循环水池的热水和出循环水池的冷水水见表1。一般情况下，高炉下来是热水进入热水池后温度会降至32 ℃～36 ℃，经过冷却塔冷却后的水温在30 ℃以下，冷却塔的降温幅度在5 ℃左右。

3 冷却塔改造

3.1 冷却塔改造的水轮机结构简图

冷却塔改造的水轮机结构简图如图1所示。

表1 进入循环水池的热水和出循环水池的冷水水温

3.2 冷却塔改造实施主要步骤

通过对原有电机驱动的风机进行改造，可以实现使用水轮机驱动风机，冷却塔改造前、后对比图如图2所示。主要改造步骤有2个。1）先将原电机、传动轴、减速机等拆除，安装新型水轮机。2）将原进水管向上延伸至水轮机入水口高度，水轮机入水口连接进水管，出口连接布水管。而原进水管与布水管相连处安装调节阀，用于调节水轮机进水量，其他部件不变[2]。

3.3 改造排序图

图1 水轮机结构简图

图2 冷却塔改造前、后对比图

此次水轮机改造如图3所示。

图3 水轮机改造

高炉一期净循环冷却塔建设初期，10个风机均设计为电机驱动，配置45 kW功率的电机。改为水轮机驱动后，进水管扬程变长，再加上水轮机的阻力，供水流量减少。另外，电动风机转速为1 480 r/min，而水轮机驱动风机转速只有100 r/min～300 r/min，转速降低意味着单位时间内冷却效果的降低。考虑到在不增加水泵功率及明显降低冷却效果的情况下，此次采取间隔式改造，这样汇集到冷水池的水混合后，加上补充水，水温就能满足高炉要求。

4 水轮机改造后的效果

4.1 节能效果

按改造1台电动风机计算，电机功率为45 kW，电机日耗电量为：45×24=1080kW·h，年耗电量为：1080×360=388800 kW·h（冷却塔为全年全天候运行，除去停机维修时间约5 d）。按平均电价0.5元/ （kW·h）计，每年约需电费为：0.5/10000×388800=19.44万元。

水轮机的能源由加压水泵提供，以上改造是在不增加水泵功率的前提下进行，因此风机改成水轮机驱动后，加压水泵无耗电量增长。那么，每年可以减少电耗为：5×388800=1944000 kW·h，节约电费为：5×19.44=97.2万元。

4.2 改造效果确认

高炉一期净循环冷却塔节能改造，是基于不增加水泵功率、不降低水处理量和不超高炉对冷水水温要求的前提下进行，改造后效果见表2。

表2 改造后效果

5 结论

冷却塔水轮机代替电机驱动风机可以将水流能量利用起来，达到降低能耗的目的，为企业节约成本。

受水泵功率、冷水温度要求以及水处理量的限制，不能对电动风机进行全部改造。采用间隔式改造，既可以达到节能的目的，又不会影响冷却效果，在一定程度上减少了水雾对周边设施的影响。