淺談水動風機冷卻塔在工業(yè)企業(yè)的應用

摘要：水動風機冷卻塔利用水輪機代替電機驅動風機，該塔和傳統(tǒng)的電機冷卻塔相比，其冷卻能力、外形尺寸、噪聲等均滿足要求，當冷卻泵的富余揚程可以滿足水輪機驅動需要時，節(jié)能效果較為明顯。

關鍵詞：冷卻塔、水動風機冷卻塔、水輪機

1、前言

目前我國的能源問題已經成為制約經濟發(fā)展和社會發(fā)展的重要因素，為此國務院從戰(zhàn)略和全局的高度做出了《關于加強節(jié)能工作的決定》，要求各級地方政府和企業(yè)要充分認識節(jié)能工作的重要性和緊迫性，并采取有力措施，調動社會各方面力量做好節(jié)能工作。對多數企業(yè)而言，電費是未被企業(yè)控制的最后一項成本。

冷卻塔電動風機是消耗電能的主要設備之一，而我國在用冷卻塔技術落后，許多企業(yè)風機電機選型偏大;循環(huán)水泵系統(tǒng)因嚴重汽蝕或多年失修而效率低下;風、水、熱交換介質三者未能很好匹配等，凡此種種直接導致了冷卻塔冷卻效果的降低和能耗的增加。因此，在目前能源緊張的嚴峻現實中，全方位的對冷卻塔進行節(jié)能改造已成為當務之急。

2、水動風機冷卻塔的定義及特點

簡單的講：冷卻塔是一個散熱裝置，是一種利用水的蒸發(fā)吸熱原理來散去工業(yè)上或制冷空調中產生的廢熱以保證系統(tǒng)運行的裝置，他能將冷卻水的溫度降下來;而水動風機冷卻塔利用水輪機代替電機驅動風機，該冷卻塔和傳統(tǒng)的電機冷卻塔相比，采用渦輪增壓水輪技術，利用冷卻塔設備原有的循環(huán)冷卻水推動風機散熱，廢除在傳統(tǒng)的冷卻塔中用電機驅動風機的散熱方式，省卻機械減速裝置和電機。開創(chuàng)冷卻塔行業(yè)節(jié)能、環(huán)保、省成本的新篇章。

特點：節(jié)能、環(huán)保、經濟、安全、高效、通用。

3、水輪機的動力和阻力分析

3.1 冷卻塔專用水輪機的動力計算

由能量方程式推算水輪機的輸出軸功率公式為

W=γ×Q×H×η （kw）

γ—水的容重1000×9.81N/m3 ? Q—水流量m3 /s

H—水頭m ? ? ? ? ? η—水輪機的效率，0.88

水輪機水頭由伯努利方程計算：H=Z+P+V2 /2g

由于冷卻塔專用水輪機采用立軸形式，水輪機的轉輪是立置的，它的進出水位在同一平面上，沒有位能。Z=0（Z—水輪機進出水位之差）

沖擊式水輪機是開放型的，進出水都與空氣接觸，進出口的水流的壓力都保持在同一個大氣壓上，壓力差很小，可以忽略不計，即沒有壓能。P=0（P—水流內具備的壓力）

水流在噴出之時，已經把壓能轉變成速度能—-動能。所以冷卻塔專用的雙擊式水輪機在討論水頭時僅計算動能。冷卻塔的進塔水壓就是水頭，由下式計算

H=V2/2g（由于水流的速度V是單位面積上的過流水量）

V=Q/S（S—過流斷面積 ㎡）

水頭公式又可以用H=Q2/2gS2 來計算

歸并上述公式后得冷卻塔專用水輪機的出力W=9.81× Q3/2gS2 ×0.88 =0.44Q3/S2

很顯然，當已知供塔泵的流量Q以后，決定水輪機出力的關鍵是過流斷面S，斷面越小流速越大，出力就越大。但縮小斷面，流量就會減少，這是一對相互依賴的矛盾，要達到最佳狀態(tài)只有在確定流量的情況下，確定過流斷面，才能表現出一個最好的出力情況。

3.2 水輪機的阻力怎么計算

冷卻塔的循環(huán)水管路中，增設一個水輪機無疑是增加阻力，阻力增加水流量減少，還影響換熱設備的正常運轉。阻力嚴重甚至于會造成換熱設備管子爆裂的事故。水動飛機冷卻塔水輪機阻力僅為0.5m（0.005Mpa），很小。這相當于在管路中增多一個彎頭或]閥門的阻力。不會影響其它設備。0.5m的阻力，相比于噴霧塔的噴嘴阻力，顯然要小得多。水輪機阻力實在小，可以大大放心改造現有冷卻塔，無須擔心換熱設備增加負擔。

水輪機的阻力由水流進入轉輪前的速度和水流道形狀決定。水動風機冷卻塔的水輪機流道是漸縮圓弧形，阻力由局部水頭損失公式計算H= ξV2/2g ，ξ -- 阻力系數 = 0.081 由實驗實際使用中獲得。當8m水頭運作時，由較小的流速獲得最高出力，用上式計算得，水輪機的阻力為0.5m。

4、經濟效益分析

冷卻能力接近的兩種塔，由于水動塔進塔水壓需5m 左右水頭，普通塔的布水水頭只需2m，就把原來由冷卻塔的耗電量轉為冷卻泵消耗?？紤]管道路徑較長，彎頭多，往往超出計算水頭損失，為了保證循環(huán)水系統(tǒng)正常工作，我們在選型時，把原2m 的布水水頭作為安全因素來考慮，所以冷卻泵二次選型的揚程比原揚程高5m，重新選型后部分水泵功率有所增加。

例：電機冷卻塔涼水能力100m3/h，電機功率N=5.5kW，冷卻水泵型號為IS100-80-125，Q=100m3/h，H=20m，電機功率N=11kW，將其改造為水動風機冷卻塔后，涼水能力不變的情況下依然為100m3/h，冷卻水泵調整為IS100-80-160，Q=100m3/h，H=32m，電機功率N=15kW，總電負荷減少16.5-15=1.5kW，

年節(jié)約電費（按平均每天運行24小時，電價0.5元/度，一年運行330天計算）

年節(jié)約電量1.5kW×24×330=11880kW

年節(jié)約電費11880×0.5=5940元

5、結論

水輪機工作是依靠水的壓力。認為冷卻塔用水輪機必需有富余的揚程才能應用。這是一個錯誤的認識。

水輪機是靠水壓來進行工作的。進塔水壓被用掉了，流過水輪機以后就沒有了水壓，無法用于布水。這是一個錯誤的認識。

雙擊式水輪機效率很低，冷卻塔是少量的水量和壓頭，被雙擊式水輪機占用了部分水量，就影響了冷卻塔的冷卻效果。這是一個錯誤的認識。

水輪機適用于500噸/時以下的小型冷卻塔，不適用于700噸/時以上的大型冷卻塔，尤其是3000噸/時以上的大型冷卻塔，大型冷卻塔與小型冷卻塔有明顯不同的概念，不能混淆套用。這是一個錯誤的認識。

參考文獻

[1]金亞飚.鋼鐵企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能設計探討{J}.冶金能源。

[2]金亞飚.鋼鐵冶金工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水力平衡設計{J}.給水排水

作者簡介：劉彬，1991年出生，男，遼寧省錦州市義縣人，滿族，本科，研究方向：采暖通風。