水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的應(yīng)用及節(jié)能分析

高國(guó)棟

摘要：冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)正在逐步發(fā)展，該項(xiàng)目具有極大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。它不僅能夠節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)過(guò)程中使得企業(yè)效益大大增長(zhǎng)，同時(shí)也可以起到保護(hù)自然環(huán)境的作用，降低資源的消耗，遵循節(jié)能減耗的原則，對(duì)生態(tài)的發(fā)展具有重要的意義。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的工作原理、工作特點(diǎn)以及其使用條件和節(jié)能的效果進(jìn)行了分析。通過(guò)介紹某公司一期2×330MW的工程，介紹了其節(jié)能改造項(xiàng)目及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水動(dòng)風(fēng)機(jī);冷卻塔;應(yīng)用;改造

引言： 在國(guó)內(nèi)，當(dāng)前的鋼鐵企業(yè)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)大部分是運(yùn)用的機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。為了實(shí)現(xiàn)通風(fēng)冷卻，電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部分，來(lái)保證冷卻風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在操作過(guò)程中會(huì)有極大的弊端。它嚴(yán)重的耗費(fèi)電能，并且由于故障問(wèn)題較為嚴(yán)重，因而增加了成本，使得在維護(hù)檢修過(guò)程中支付了較大的費(fèi)用，得不償失。在宣鋼主要的工業(yè)水系統(tǒng)循環(huán)過(guò)程中，存在著大約110座機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。其中，電耗費(fèi)每年達(dá)到了大約980萬(wàn)元。因此，為了能夠減小成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格的對(duì)凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的工作原理及應(yīng)用條件

混流式水輪機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)是水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的核心技術(shù)。通過(guò)水利能夠帶動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，而水輪機(jī)與風(fēng)機(jī)相連，其通過(guò)功率的輸出能夠帶動(dòng)它的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而代替了電機(jī)。傳統(tǒng)的電機(jī)作為風(fēng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)源，冷卻水系統(tǒng)又要為水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻提供了工作動(dòng)力。冷卻水系統(tǒng)是水動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的必要條件，在應(yīng)用過(guò)程中，我們要做到及時(shí)的對(duì)其循環(huán)冷卻水的能耗進(jìn)行相應(yīng)的的觀察和分析，對(duì)其系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀況有穩(wěn)定的把握，關(guān)注水輪機(jī)功率的輸出，并且能夠判斷其是否滿足了水動(dòng)風(fēng)機(jī)的軸功率需要[1]。對(duì)于設(shè)備，要進(jìn)行及時(shí)的檢查和更新，避免設(shè)備出現(xiàn)老化現(xiàn)象以及管道結(jié)構(gòu)等出現(xiàn)問(wèn)題，從而對(duì)系統(tǒng)的供水能力造成了嚴(yán)重的危害，也影響了水系統(tǒng)擴(kuò)容改造的判斷。能夠?qū)λ啓C(jī)進(jìn)行正確的運(yùn)用，能夠避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。它可以對(duì)電能進(jìn)行節(jié)約，而且在管網(wǎng)系統(tǒng)中，能夠起到一定的調(diào)節(jié)作用。

2改造方案

內(nèi)做功是水輪機(jī)的主要做工方式，通過(guò)和原布水器進(jìn)行連接，在先前的進(jìn)水管設(shè)備里，進(jìn)行儀器的安裝，使其能夠?qū)﹂y門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣能夠保證其能在操作過(guò)程中可以調(diào)節(jié)上塔水量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而才能達(dá)到更加安全了穩(wěn)定效果。這樣循環(huán)水系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)能和壓能的作用，最大程度的對(duì)能源進(jìn)行利用，從而能夠?qū)鋮s塔水動(dòng)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。在一期工程為2×330MW空冷機(jī)組輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)中，對(duì)原來(lái)的方案中，3臺(tái)冷卻塔冷卻風(fēng)機(jī)中的#1冷卻塔進(jìn)行改造，確保改進(jìn)冷卻塔系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能[2]。

2.1風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算

在改造過(guò)程中其關(guān)鍵點(diǎn)為改造之后的水輪機(jī)實(shí)際輸出功率相比之前的風(fēng)機(jī)軸功率應(yīng)該有所增加。（即P輸出>P風(fēng)機(jī)）對(duì)于上文系統(tǒng)中2000m3/h的冷卻塔，其配備的風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率是90kW，η電機(jī)=0.85，則P電機(jī)=P額×0.85=76.5kW。由于每一個(gè)機(jī)械設(shè)備的做功不同，它的風(fēng)機(jī)輸入功率約為P風(fēng)機(jī)=P電機(jī)×η電機(jī)×η減速機(jī)×η傳動(dòng)軸=64.13kW。

2.2 系統(tǒng)富余能量計(jì)算

根據(jù)相應(yīng)公式，可以計(jì)算循環(huán)水系統(tǒng)富余能量的多少，功率：P=ρ×g×Q×H÷3600[3]。在3臺(tái)冷卻塔的系統(tǒng)中;可以得出，P 總輸出 =56.95kW×3個(gè) =170.85kW，水輪機(jī)輸出軸功率：P輸出=P水輪機(jī)×0.85=145.22kW ，因此我們可以得出可改造條件系統(tǒng)的工作效率：P 輸出/ P 風(fēng)機(jī)=145.22÷64.13 ≈2.3。

由此我們可以得出結(jié)論，在對(duì)前兩臺(tái)冷卻塔進(jìn)行改造完成后，還會(huì)剩余豐富的能量，因而仍然具有一定的能量能被使用。

3調(diào)試方案

3.1#1、#3處于全開(kāi)狀態(tài)，#2關(guān)閉

一直對(duì)#1、#3進(jìn)行全開(kāi)狀態(tài)，在工程進(jìn)行過(guò)程中，緩慢的關(guān)閉#2的上塔門(mén)，在此過(guò)程中，記錄請(qǐng)各工序的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，關(guān)注水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，記錄油溫以及震動(dòng)情況，對(duì)各工序的電流以及管道壓力和溫度狀況進(jìn)行及時(shí)記錄。當(dāng)開(kāi)式水母管在溫度上升達(dá)到三度時(shí)，繼停止實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，使機(jī)器恢復(fù)至原狀態(tài)。

2.2關(guān)閉#2塔，節(jié)流#3

塔在上一步執(zhí)行過(guò)程中正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)應(yīng)該慢慢的對(duì)#3塔上塔門(mén)進(jìn)行關(guān)閉操作，同樣記錄各工序的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，關(guān)注水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，記錄油溫以及震動(dòng)情況等，對(duì)各工序的電流以及管道壓力和溫度狀況進(jìn)行及時(shí)反應(yīng)[4]。同理，當(dāng)開(kāi)式水母管進(jìn)回水溫度上漲達(dá)到3℃時(shí)，就立即停止實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，使機(jī)器恢復(fù)至原狀態(tài)。

3.3#1塔正常上水，#2、#3塔同時(shí)截流

在這一過(guò)程中，我們將#1上塔門(mén)進(jìn)行開(kāi)合狀態(tài)。與此同時(shí)，慢慢關(guān)閉#2和#3上塔門(mén)。按照上兩個(gè)步驟再操作一次進(jìn)行記錄，記錄請(qǐng)各工序的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，關(guān)注水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，記錄油溫以及震動(dòng)情況，對(duì)各工序的電流以及管道壓力和溫度狀況進(jìn)行及時(shí)記錄。當(dāng)開(kāi)式水母管在溫度上升達(dá)到三度時(shí)，立即停止實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，使機(jī)器恢復(fù)至原狀態(tài)。注意在對(duì)#2、#3的上塔門(mén)進(jìn)行相應(yīng)操作時(shí)，把握使最小開(kāi)度在百分之二十以內(nèi)。

4調(diào)試效果

依據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)列表，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析并且得出結(jié)論。

4.1同時(shí)節(jié)流#2、#3塔情況

打開(kāi)#1塔上塔門(mén)，使三塔一起進(jìn)行無(wú)節(jié)上水過(guò)程，此時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到22r/min，開(kāi)式水的供回水溫度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。關(guān)閉#2、#3塔上塔門(mén)時(shí)，其程度達(dá)到60°的情況下，其轉(zhuǎn)速變?yōu)?2r/min，在升高1.1℃溫度時(shí)，開(kāi)式水供回水母管溫度減小了0.3℃。關(guān)閉#2、#3塔上塔門(mén)，其程度達(dá)到45°的情況下，其轉(zhuǎn)速變?yōu)?0r/min，在升高2℃溫度時(shí)，開(kāi)式水供回水母管溫度減小了1℃。關(guān)閉#2、#3塔上塔門(mén)時(shí)，其程度達(dá)到30°的情況下，其轉(zhuǎn)速變?yōu)?8r/min，在升高4.3℃溫度時(shí)，開(kāi)式水供回水母管溫度減小了2℃。此時(shí)，關(guān)閉其中一臺(tái)設(shè)備，則另一臺(tái)設(shè)備由894r/ min的轉(zhuǎn)速變?yōu)?10r/min，環(huán)境溫度增長(zhǎng)了7℃，供回水溫度能夠維持在一定范圍內(nèi)[5]。

4.2同時(shí)節(jié)流#1、#3塔情況

使#2塔停止運(yùn)轉(zhuǎn)，打開(kāi)#1、#3塔，保持九十度的上塔閥門(mén)開(kāi)度，95rpm的水輪轉(zhuǎn)速，保證其符合條件。電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)該是4.89r/min（停機(jī)狀態(tài)）和;610.10r/min。

5項(xiàng)目的社會(huì)效益和前景探討

能夠達(dá)到節(jié)能功效，能夠通過(guò)水泵內(nèi)的余壓，使電能的損耗降低，摒棄了風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)用，從而使節(jié)能效果顯著增加。此外，其還具有可靠安全性，其設(shè)計(jì)性嚴(yán)謹(jǐn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)中能夠平穩(wěn)進(jìn)行，改善了漏油的現(xiàn)象，使故障大大減少，從而也為其人身安全提供了保障。由于其冷卻塔的中心實(shí)現(xiàn)了，大大增強(qiáng)了其運(yùn)行環(huán)境，在改造過(guò)程中，我們?nèi)∠穗姍C(jī)和減速機(jī)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，大大減少了其損耗問(wèn)題，減少了維修的成本。由于季節(jié)的更替，循環(huán)水流量增減，則水動(dòng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也增減，從而影響了風(fēng)量的增減。這樣就能夠保證冷卻塔的汽水得保持在穩(wěn)定狀態(tài)。十冷卻效果更加良好，采用水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻它，能夠有效地解決其噪音和振動(dòng)問(wèn)題。由此我們可以看出這一節(jié)能改造具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ);國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)編制的《國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄（第三批）》中，水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔是30項(xiàng)高效節(jié)能技術(shù)之一，它涉及多個(gè)行業(yè)，因此在發(fā)展過(guò)程中前景極為廣闊。在保證系統(tǒng)安全的前提下，相對(duì)每輪機(jī)組系統(tǒng)工作時(shí)，分別改造一臺(tái)冷卻塔，但在改造過(guò)程中，要等待系統(tǒng)進(jìn)行并認(rèn)真的進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，這樣能夠更科學(xué)地得到想要的結(jié)論。這一技術(shù)具有極大的發(fā)展空間，其具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)改造，能夠獲得更高的收益，降低成本，増強(qiáng)企業(yè)效益，同時(shí)，節(jié)能環(huán)保，深得人心。因此，我們應(yīng)該不斷加大對(duì)水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的研究與應(yīng)用，積極進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，不斷促進(jìn)其行業(yè)的發(fā)展。

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