鋼鐵行業(yè)無電耗水輪機在循環(huán)水系統(tǒng)中的推廣應用論述

李士文 段德州

摘要：無電耗水輪機就是借助于循環(huán)水系統(tǒng)中富余水壓驅動水輪機，水輪機帶動冷卻的塔風機，對電機進行了取代，也不會對循環(huán)水泵的電耗進行增加。為了能夠進一步的達到節(jié)電降耗的目的，拆除一臺循環(huán)水冷卻塔風機電機，在原來電機的基礎上安裝無電耗水輪機。為此通過分析無電耗水輪機在循環(huán)水系統(tǒng)中的推廣應用，分析循環(huán)水冷卻塔使用水輪機的可行性，以及介紹該設備的安裝方法以及驗收的標準，最終達到省電的目的。

關鍵詞：無電耗水輪機;循環(huán)水系統(tǒng);推廣應用

前? 言

在鋼鐵制造工業(yè)的快速發(fā)展下，企業(yè)中節(jié)能減排的工作也受到環(huán)境資源的影響，對企業(yè)提出了更高的要求，為了能夠提高企業(yè)能源、資源上的利用效率，需要結合生產中的實際情況，實行循環(huán)水冷卻塔的節(jié)能改造。

1、循環(huán)水系統(tǒng)介紹

山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司煉鋼廠安裝循環(huán)水冷卻塔共計144臺，主要使用在生產系統(tǒng)中利用循環(huán)水進行降溫，從而起到降溫的作用，回水的溫度需要達到31～39℃、壓力就需要變成0.08～0.25MPa，依靠余壓回到冷卻塔。在改造以前冷卻塔風機都是借助電機進行帶動的，電機功率為145kW。調節(jié)循環(huán)水泵是可以借助循環(huán)水壓力的調節(jié)來達到的，但是為了能夠進一步的起到降低損耗節(jié)約用電的目的，結合實際情況將運行車間60t轉爐165#冷卻塔冷卻風機的電機進行拆除，在原來電機的基礎上安裝無電耗水輪機，通過這種方式來使得冷卻風機進一步帶動。

2、無電耗水輪機特點

水輪機的運作原理就是將水流的能量轉換成為機械能的動力機械，這是屬于一種流體機械中透平機械。循環(huán)水系統(tǒng)具有足夠壓力以及能量經引水管引到水輪機中，以此推動水輪機葉輪進行旋轉，使冷卻塔風機進行轉動起來，實現(xiàn)做功。

第一，節(jié)能。無電耗貫流式水輪機就是借助于化工循環(huán)水系統(tǒng)富余水壓驅動水輪機轉輪，使得風機進行轉動進而達到做功的目的，這樣不僅會省去了冷卻塔原有風機使用的電機，還不會增加循環(huán)水泵中的電耗，所以這樣就達到百分百的省電。

第二，較低振動和噪音。對傳統(tǒng)型的冷卻塔配備電機等設備進行了取消，使得冷卻塔在進行過程中的機械振動、噪音降低;風機就是利用水來實現(xiàn)動力的，但是卻使得水流的能量進一步消減了，降低了振動和噪音。

第三，防漏電。正是因為其不帶有電機，所以非常適合在防爆、高危的環(huán)境下運行，這樣可以有效的防止電機出現(xiàn)漏電、損壞等故障的發(fā)生。

第四，有較好高的冷卻效果。在季節(jié)的不斷變化下，水輪機的轉速也隨著循環(huán)水壓力增減而進行增減，在風量方面也進行增減，最終完成了冷卻塔汽水比保證在最佳的狀態(tài)中，以起到最好的冷卻效果。

3、無電耗水輪機應用于循環(huán)水冷卻塔

山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司位于平原地帶、冬季與夏季溫度差異較大、冬季晝夜溫差大約在5～8℃、夏季晝夜溫差變化范圍大約在5～10℃。夏季煤冷水冷卻溫度≤40℃，所以在本次改造過程中全面考慮降效、特殊環(huán)境因素影響，重點對設備材質、關鍵元部件等選型方面的問題重點關注。無電耗水輪機技術在發(fā)電企業(yè)中被廣泛應用的，但在鋼鐵行業(yè)生產工藝、生產規(guī)模等方面影響下是一處空白。在本次進行改造中，風輪機葉輪所使用的材質是不銹鋼;軸承所使用高質量的進口軸承，使得壽命進一步得到保證;水輪機進水端軸承腔所采用機械密封，出水端的軸承腔所采用多重密封加離心甩水的形式;冷卻塔改造可行性和驗收標準分別是：

（一）改造技術的理論依據

1.水輪機輸出軸功率理論依據

水輪機輸出軸功率理論公式：

W水 = g×q×H×η水式中g—水容重，9.81×10?kg/m?;H—水輪機進口壓力，m;q—水輪機進水流量，m3/s;η—水輪機效率。

2.風機額定轉速時所需軸功率理論依據;

W電機=√3 i×U×cosφ×η電機×η減速機×η傳動軸? 式中 i—電機運行電流，U—電機運行電壓，cosφ—電機功率因數(shù);η電機—電機效率;η減速機—減速機效率;η傳動軸—傳動軸效率。

3.軸功率匹配原則

當水輪機做功所輸出軸功率W水≥原運行風機所需軸功率W電，則改造后水輪機轉速可達到原轉速的要求。

4.400t風機軸功率匹配校核。

5.現(xiàn)風機軸功率計算

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

式中 i—風機電機實際電流，i=24a;η—傳動裝置效率，η=η電機×η減速機=0.9×0.9=0.81。

6.水輪機做功壓力及計算：H= W電/（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—水輪機進水流量、q=420m?/h=0.12m?/s;H—水輪機做功壓力 ，H=10.1m;η—水輪機效率，η=0.92。依據以上計算，水輪機轉速達到額定轉速所需的做功壓力為10.1m。水輪機入水壓力（表壓）計算：水輪機做功壓力+布水壓力=10.1+1=11.1m

7.改造后水輪機達到額定轉速所需的回水壓力：該系統(tǒng)塔頂至地面位差H1=9m=9.5m;水輪機進水管道中心離塔頂高度H2=0.5m;水輪機入水壓力H3=10.9m;故改造后回水壓力計算如下：H1+H2+H3=9.4+0.5+10.1=20m

改造可行性分析：

現(xiàn)系統(tǒng)實際運行回水壓力>20m，改造后水輪機達到額定轉速所需的回水壓力為20 m，回水壓力大于水輪機所需回水壓力20m，因此該系統(tǒng)富裕壓力遠大于滿足水輪機運行要求，改造是完全可行的。

（二）驗收標準

水輪機流量在420m3/h，水輪機做功壓力不超11m，風機達到原來額定轉速215rpm±3%時視為驗收合格。

4、設備安裝

利用水輪機對塔頂電機進行改造。具體性的做法是將冷卻塔頂電機拆除，原有的扇葉保留，水輪機安裝在塔頂固定位置上。循環(huán)冷卻塔頂進水管連接到水輪機的入口處，水輪機的出水管連接到冷卻塔的配水系統(tǒng)中。軟連接安裝到水輪機進水、出水管線處。

5、結束語

水輪機就是借助于循環(huán)水壓力進行回水，只有壓水流借助于水輪機進水流到作用到轉輪葉片上，使得轉輪進行選裝，借助主軸把頂部上的風機帶動起來，以產生冷卻的效果。所以通過分析無電耗水輪機在循環(huán)水系統(tǒng)中的推廣應用，可以再數(shù)據上分析采用無電耗水輪機以后帶來的節(jié)能效果以及社會效益，起到節(jié)能降耗的作用。

參考文獻

[1]米富來.冷卻塔風機驅動電機用水輪機代替的節(jié)能研討[J].化工管理.2018（21）：12-15.

[2]張曉敏，高建剛.循環(huán)水冷卻塔水動風機技術改造可行性研究[J].大氮肥.2018（05）：47-52.

作者簡介：

李士文，男，機械制造與設計，主管工程師

段德州，男，機械制造與設計，煉鋼廠機修車間主任，