循環(huán)水系統(tǒng)冷卻塔風機節(jié)能改造

董兆挺　陳　軍

(中國石化上海石油化工股份有限公司腈綸部，上海200540)

?

循環(huán)水系統(tǒng)冷卻塔風機節(jié)能改造

董兆挺陳軍

(中國石化上海石油化工股份有限公司腈綸部，上海200540)

摘要：結(jié)合中國石化上海石油化工股份有限公司腈綸部北組循環(huán)冷卻塔風機節(jié)能改造的應用實例，介紹循環(huán)水系統(tǒng)富余揚程利用的原理，評價了水輪機取代電機軸流風機的節(jié)能效果，并指出該技術(shù)在煉化企業(yè)推廣應用的意義。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水冷卻塔水輪風機節(jié)能

循環(huán)水冷卻塔是煉油化工企業(yè)必備的公用工程設備之一，在煉油化工行業(yè)中普遍存在揚程設計偏大的現(xiàn)象，采用傳統(tǒng)工藝設計時，循環(huán)冷卻回水富余揚程被自然釋放未得到有效的利用，在一定程度上增加了公用工程裝置的動力消耗和運行成本。

中國石化上海石油化工股份有限公司腈綸部北組循環(huán)水場(以下簡稱北組循環(huán)水場)于2001年8月初建成，共有抽風式逆流冷卻塔4座(位號為F-501-01、02、03、04)，其風機由4臺電機驅(qū)動，主要負責五效裝置的循環(huán)冷卻水供應，其回水壓力達到0.2 MPa以上,回水能量未能有效利用。為實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，通過分析研究循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，利用北組循環(huán)水泵的富余能量作為水輪機的動能，使冷卻塔風機的驅(qū)動方式由電力改為水力。

2011年12月和2013年7月北組循環(huán)水場分別對F-501-01、03冷卻塔風機進行了改造，用BYSFT-WP2500水輪機取代L80型軸流風機電機作為動力源，帶動葉片旋轉(zhuǎn)，滿足冷卻塔降溫要求，而F-501-02、04繼續(xù)使用L80型軸流風機。

1節(jié)能改造前設備概況

北組循環(huán)水場冷卻塔為方形敞開式逆流機械通風混凝土組合塔，組合形式為一組四間，北組循環(huán)水場布置見圖1。冷卻塔單塔處理量為2 500 m3/h，總循環(huán)水量4 920～5 200 m3/h，溫差6～8 K，回水壓力0.15～0.25 MPa；單塔平面尺寸12 m×12 m。循環(huán)水泵流量2 100 m3/h，揚程56 m，配用功率為500 kW的高壓電機。

圖1　北組循環(huán)水場布置

改造前，北組循環(huán)水場使用L80型電動軸流風機主要參數(shù)見表1。

表1　L80型電動軸流風機參數(shù)

2水輪機性能參數(shù)和應用原理

循環(huán)水冷卻塔的高效低耗是冷卻塔技術(shù)發(fā)展中的永恒目標，近年來逐步開始應用的水輪風機是一種利用循環(huán)冷卻水回水富余揚程的設備，使用該設備可以在現(xiàn)場設施改造很小的基礎上實現(xiàn)對循環(huán)水富余揚程的利用，從而達到節(jié)能的目的。BYSFT-WP2500型水輪機運行效率為90%，設計進水量2 460 m3/h，入口壓力10 m，額定轉(zhuǎn)速128.25～141.75 r/min，葉片直徑8 m，葉片安裝角度14°，傳動方式為循環(huán)水回水富余動能驅(qū)動。

循環(huán)水系統(tǒng)設計時，在計算設備和管路阻損及提升高度、輸送距離的每個環(huán)節(jié)中均有一定余量。北組循環(huán)水場冷卻水系統(tǒng)的換熱器位于10～20 m高的平臺上，計算出總的阻損后還應放大1.1～1.3 倍，并以此作為循環(huán)泵選型的依據(jù)。在水泵選型時，因沒有恰好與選定參數(shù)一致的揚程，從而往往選擇揚程較大的水泵。由于用戶用量瞬時變化，水泵系統(tǒng)在設計時不僅有富余揚程而且還有富余熱量[1]。在系統(tǒng)設計時的熱力學、傳熱學計算中，從換熱設備熱負荷、換熱面積到冷卻水需求量的各個環(huán)節(jié)均有一定的余量，這就形成了系統(tǒng)中充裕的富余量，從而使循環(huán)回水的富余揚程被自然釋放。冷卻塔水輪機就利用這些富余能量來帶動風機轉(zhuǎn)動，水輪機的輸出軸與風機相連，帶動風機旋轉(zhuǎn)取風，完成氣水熱量交換。水動風機冷卻塔的核心是高效率水輪機，它把循環(huán)水進入布水器時直接釋放而浪費的能量收集起來用于驅(qū)動風機，省去原來為風機提供動力的電機，達到節(jié)能目的。因此，水輪機替代電機驅(qū)動風機節(jié)能改造后，完全可以滿足換熱設備的工藝要求，這種節(jié)能改造是“系統(tǒng)能量的二次利用或回收”。

3改造方法及內(nèi)容

北組循環(huán)水場有4座冷卻塔，由于該系統(tǒng)流量僅有4 920 t/h，冷卻塔風機按2 500 t/h 流量配置，故現(xiàn)有的流量只能改造2臺，本次改造F-501-01及03，將4座冷卻塔分成2組(01和02一組、03和04一組)。改造時通過整合流量，由原來的進兩座塔的水量整合給一臺水輪機，水輪機出水后再均勻分配給兩塔布水，使改造后四塔布水和未改造前布水基本一致。每一組中都有兩個冷卻塔，其中一座冷卻塔由風機電機驅(qū)動改為水輪機驅(qū)動，而另一座冷卻塔的風機仍為電機驅(qū)動。改造時原冷卻塔結(jié)構(gòu)基本不變，只改動電動風機驅(qū)動部件及部分配水管部件，以下為改造基本步驟。

(1)拆除電機、減速機、軸，根據(jù)實際情況，新增水輪機基礎。

(2)對上塔水管管路系統(tǒng)進行調(diào)整，使循環(huán)水在經(jīng)過水輪機以后再流入布水系統(tǒng)進行布水。改造后系統(tǒng)工況有所改變，須對系統(tǒng)閥門進行調(diào)節(jié)，使工況滿足水輪機設計標準。

(3)增加旁通管和旁通閥，在因特殊情況而需停開風機時，使冷卻塔仍能正常使用。

(4)進出水管、水輪機底座做支撐，風筒開孔并加固。

改造后的北組循環(huán)水場水輪機流程見圖2。

圖2　北組循環(huán)水場水輪機流程

4改造效果

4.1運行評價

兩組水輪機經(jīng)過夏季高溫季節(jié)和冬季低溫季節(jié)的運行跟蹤，水輪機的轉(zhuǎn)速隨循環(huán)水流量的增減而變化，風量也隨之變化，對于季節(jié)變化時的溫度調(diào)整非常有利，可使冷卻塔的氣水比保持在最佳狀態(tài)。夏季模式因循環(huán)水量大，水輪機滿負荷運行，水輪機轉(zhuǎn)速在135 r/min，使F-501-01～04四塔布水分布基本均勻，可以充分發(fā)揮冷卻塔降溫效用。冬季模式時因循環(huán)水量低，通過控制閥門，調(diào)節(jié)F-501-01、03布水量，水輪機轉(zhuǎn)速在110 r/min，F(xiàn)-501-02、04軸流風機電機可停用，通過F-501-02、04自然冷卻降溫。

同時循環(huán)水供水水泵壓力基本不變，回水壓力較投運前稍有提高。五效換熱器設備運行正常，水溫能滿足工藝需求，利用回水壓力作為風機動力源是可行和有效的。由水輪機替代電動機以后，100%達到了節(jié)能目的，同時杜絕了電機和電控系統(tǒng)漏電等故障的發(fā)生。

4.2節(jié)能效果評價

項目投運后，可替代原90 kW電機驅(qū)動，直接節(jié)約電量按風機負荷90%計算，每年工作8 000 h計算，則每年可節(jié)約用電2×90×8 000×0.9=1.296×106kWh，電價按0.5元/kWh計算，則每年可節(jié)約電費64.8萬元。

5結(jié)語

北組循環(huán)水場兩座冷卻塔使用水輪機代替電機驅(qū)動風機，水輪機具有設備簡單、改造少、易于操作、節(jié)電、無噪聲、高效、安全等特點，在實際生產(chǎn)中運行平穩(wěn)，循環(huán)水溫差及流量等各參數(shù)均能滿足實際生產(chǎn)需要。利用水輪機可以降低運行成本，節(jié)能效果明顯，可在煉化企業(yè)推廣應用。

參考文獻

[1]慕星華，劉明，丁書文. 循環(huán)水場冷卻塔風機節(jié)能改造[J].中外能源,2014,19(1):96-98.

Based on the application case of reconstruction of circulating water cooling tower in the North Section of Acrylic Fiber Division of SINOEPC Shanghai Petrochemical Co., Ltd., the principle of utilization of surplus lift in circulating watersystem was introduced, the energy-saving effectiveness of replacing the turbine motor axial fan with water turbine was evaluated, and the significance of promoting the technology in petrochemical enterprises was illustrated.

Keywords：circulating water, cooling tower, water turbine, energy-saving

收稿日期：2016-03-08。

作者簡介：董兆挺，男，1981年出生，2003年畢業(yè)于集美大學機械工程學院熱能與動力工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事機械設備管理工作。

文章編號：1674-1099(2016)03-0056-03中圖分類號：TQ051.5

文獻標識碼：A

Energy-saving Reconstruction of Circulating Water Cooling Tower Fan System

Dong Zhaoting，Chen Jun

(AcrydicFiberDivision，SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

ABSTRACT