水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔在循環(huán)水冷卻塔中的可行性

韓進(jìn)雷

摘要：水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔是一種新型高效節(jié)能型產(chǎn)品，越來(lái)越多的應(yīng)用于市場(chǎng)。文章結(jié)合廊坊恒宇工具制造有限公司電動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的運(yùn)行狀況與水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的原理對(duì)照，進(jìn)行了探討比較。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)風(fēng)機(jī)；冷卻塔；水動(dòng)風(fēng)機(jī)

中圖分類號(hào)：TQ051?；?；?；?；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?；?；?；?；文章編號(hào)：1009-2374（2014）18-0073-02

1技術(shù)原理

水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔是一種新型高效節(jié)能型產(chǎn)品，其核心產(chǎn)品是高效混流式水輪機(jī)。其技術(shù)原理是用高效反擊混流式水輪機(jī)取代傳統(tǒng)冷卻塔的電機(jī)作為風(fēng)機(jī)動(dòng)力，用水輪機(jī)充分回收利用系統(tǒng)中所存在的富余能量帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直接去掉原冷卻塔的風(fēng)機(jī)電機(jī)，達(dá)到節(jié)能的目的。并且此項(xiàng)技術(shù)不增加水泵的功率，不僅保持了傳統(tǒng)冷卻塔的工作原理，而且保證冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨著系統(tǒng)熱負(fù)荷的多少而變化，使氣水比一直維持在最佳狀態(tài)，滿足生產(chǎn)工藝的需求，并且在滿足用戶設(shè)備正常使用的基礎(chǔ)上達(dá)到百分之百節(jié)能的目的。

2富余能量的來(lái)源

工業(yè)冷卻水在換熱設(shè)備和冷卻塔之間的循環(huán)是通過(guò)水泵來(lái)驅(qū)動(dòng)的。

在冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，熱力學(xué)，傳熱計(jì)算，從換熱設(shè)備的熱負(fù)荷，傳熱面積與總冷卻水量等各個(gè)環(huán)節(jié)，由于考慮到熱交換設(shè)備和管道系統(tǒng)的阻力損失和影響，一般要設(shè)計(jì)余量，即使在這個(gè)基礎(chǔ)上，仍應(yīng)接乘以1.1～1.3倍來(lái)選擇泵，由于它的具體模型的選擇往往是很難選擇發(fā)生的相同的泵的參數(shù)，根據(jù)原則，一般選擇大流量泵，由于疊加以上幾種方式，因此有大量的循環(huán)水系統(tǒng)中流動(dòng)過(guò)剩。

在循環(huán)水系統(tǒng)中，每個(gè)部分管、彎頭、閥門、變徑管有一定的阻力，阻力和壓力和冷卻塔高、換熱設(shè)備可以在循環(huán)水系統(tǒng)產(chǎn)生阻力，阻力也不能非常準(zhǔn)確地計(jì)算，因此，過(guò)程工程師計(jì)算阻力是一個(gè)通用的數(shù)據(jù)，根據(jù)這個(gè)值選擇的泵頭，人們認(rèn)為是安全且滿足生產(chǎn)需要的，基于數(shù)值計(jì)算在克服阻力的至少10%～20%保證金的選擇，由于疊加的情況，有很多剩余電梯大量循環(huán)供水系統(tǒng)。

冷卻塔節(jié)能改造的原理就是充分回收利用系統(tǒng)中存在的大量富余水量和富余揚(yáng)程來(lái)推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從根本上去掉冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)，達(dá)到節(jié)能的目的。

3改造工況模擬

冷卻塔水輪機(jī)節(jié)能改造的核心是對(duì)原冷卻塔的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，即拆除原冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)軸等部件，微調(diào)上水管道，對(duì)原冷卻塔布水系統(tǒng)、填料、收水器及水泵等部件不做更改，對(duì)整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)而言，其相當(dāng)于在原管路系統(tǒng)中增加一個(gè)阻力裝置（水輪機(jī)），因此對(duì)于改造后的工況相當(dāng)于在改造前的基礎(chǔ)上略微增加系統(tǒng)的管道阻力，即可以通過(guò)對(duì)冷卻塔上塔閥門進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)（閥門調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)）來(lái)模擬改造后的效果。

4系統(tǒng)工況分析

此循環(huán)水系統(tǒng)共計(jì)有5臺(tái)4700T冷卻塔，冷卻塔設(shè)計(jì)溫差10℃，系統(tǒng)回水壓力為不小于0.2MPa（20米），噴頭正常工作所需壓力大約為0.5米，布水管高度為8.5米，因此系統(tǒng)中的富余壓頭約為11米，系統(tǒng)總設(shè)計(jì)水量為23500T，實(shí)際總水量大約為20000T，通過(guò)閥門及并水做功完全可以使單臺(tái)水輪機(jī)實(shí)際過(guò)水量達(dá)到水輪機(jī)設(shè)計(jì)工況的要求（對(duì)于4700T冷卻塔，改造時(shí)匹配選用KER-5000型水輪機(jī)，此型號(hào)水輪機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)水量為5000T/h）。因此，對(duì)于此循環(huán)水系統(tǒng)完全可以進(jìn)行冷卻塔風(fēng)機(jī)無(wú)電化改造。

5可行性理論計(jì)算

冷卻塔風(fēng)機(jī)無(wú)電化改造的關(guān)鍵是改造后水輪機(jī)實(shí)際輸出軸功率大于改造前風(fēng)機(jī)軸功率（即：P輸出>P風(fēng)機(jī)）。

5.1風(fēng)機(jī)軸功率

對(duì)于貴公司循環(huán)水系統(tǒng)4700m3/h冷卻塔，所配風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為160kW，冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)軸功率為115kW。

即風(fēng)機(jī)實(shí)際軸功率大約為115kW。

5.2系統(tǒng)富余壓頭計(jì)算

系統(tǒng)閥門的關(guān)閉就是系統(tǒng)富余能量的表現(xiàn)，每個(gè)閥門，對(duì)應(yīng)不同的流量及開(kāi)度，目前上塔閥門沒(méi)有完全打開(kāi)，上塔閥門開(kāi)度為平均在35°左右，系統(tǒng)回水壓力應(yīng)為0.2MPa（20米），冷卻塔塔平面高度為16.5米，布水管高度為8.5米，因此系統(tǒng)中的富余壓頭為：

H富余=20米-8.5米-0.5米=11米

其中：H為系統(tǒng)中的富余壓頭；

20米為系統(tǒng)上塔閥門前推算數(shù)；

8.5米為冷卻塔布水管高度；

0.5米為噴頭正常工作所需壓力；

5.3?；富余能量計(jì)算

系統(tǒng)富余能量P=ρ×g×Q×H÷3600

其中：ρ為水的密度（1.0×103kg/m3）；

g為重力加速度（9.81m2/s）；

H為系統(tǒng)中可用富余壓頭；

Q為循環(huán)水系統(tǒng)中體積流量（此方案中系統(tǒng)總流量大約為47500T通過(guò)閥門調(diào)節(jié)及并水做功可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)水輪機(jī)實(shí)際過(guò)水量達(dá)到4000T的工況）

因此系統(tǒng)中的總富余能量為：

P=ρ×g×Q×H÷3600

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

=1423.81kW

即：水輪機(jī)利用的富余功率為：P水輪機(jī)=1423.81kW

水輪機(jī)輸出軸功率：

P輸出=P水輪機(jī)×0.85（水輪機(jī)效率）=1210.24kW

可改造判斷：

P輸出/P風(fēng)機(jī)=1210.24÷105≈11.5

從計(jì)算結(jié)果看，改造11臺(tái)冷卻塔能量很充足，改造后系統(tǒng)還有富余能量的存在。

6改造前后的工況對(duì)比

溫差：在相同工況的條件下，保證改造前后溫差不變。

轉(zhuǎn)速：在相同流量下保證改造前后風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速誤差在±5%以內(nèi)。

節(jié)電：160kW×3臺(tái)×24小時(shí)×330天=3801600度。節(jié)電效果明顯。

說(shuō)明：我公司循環(huán)水系統(tǒng)單臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為160kW，3臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)總功率為480kW。

7節(jié)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算

改造循環(huán)水系統(tǒng)3臺(tái)冷卻塔，冷卻塔單臺(tái)設(shè)計(jì)流量為4700m3/h，電機(jī)總功率為480kW。

每天工作24小時(shí)，一年工作330天（11個(gè)月），可節(jié)電：480kW×24小時(shí)×330天=3801600度。

按平均工業(yè)電費(fèi)0.5元/度，可節(jié)省費(fèi)用：3801600×0.5=1900800元。

電機(jī)和減速箱日常管理和維修保養(yǎng)成本費(fèi)；

根據(jù)普查計(jì)算出最低的日常管理和維修保養(yǎng)成本：12元/m3/年（即：12元/m3/年×4700m3/h×3臺(tái)=169200元/年）

8?；結(jié)論

經(jīng)技改后，循環(huán)水系統(tǒng)3臺(tái)冷卻塔即可節(jié)約電費(fèi)1900800元/年，再加上節(jié)約的電機(jī)和減速器維修和保養(yǎng)費(fèi)用169200元/年，一年共計(jì)節(jié)約2070000元。如按冷卻塔15年壽命計(jì)，節(jié)約的總費(fèi)用總計(jì)達(dá)到3100萬(wàn)元。endprint