凉水塔水动风机试验应用小结

何月波，阿不都克里木，顾山川，赵洪亮

（塔西南石化厂，新疆泽普 844804）

塔西南石化厂化肥循环水场共12间冷却塔，皆为机械通风逆流薄膜式冷却塔，所用抽风式轴流通风机型号为L47型，因为不同流量的冷却塔需配置不同规格的风机和电机，工作流量越大所需的电机功率也越大；并且只要冷却系统在正常工作，无论实际工作流量如何，电机都将驱动风机旋转，以获得需要的冷却效果，在保证冷却效果的同时，冷却塔会在原合理指标的基础上各系统放大20%左右，这样，造成了能源的浪费。

在倡导节能减排的今天，冷却塔水动风机引起我厂高度关注，它是用专用的微型高效水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力，使风机驱动方式由电力改为水力，而专用水轮机的工作动力来源于整个冷却循环水系统中的富余能量。水动风机冷却塔能在原系统设计、使用参数不变和设备正常使用的前提下，取消原电机，达到节能的目的，因此，我们决定进行试验。

1 改造方案

本次改造选用化肥循环水系统12间凉水塔当中的一间——12＃凉水塔进行试验，改造前的单塔示意见图1。

1.1 原有12＃凉水塔状况

1.1.1 冷却塔部分

结构型式 方型逆流水泥组合塔

额定流量 800m3／h 额定温差 10℃

布水器型式 固定 进水管径 DN400

1.1.2 水 泵

额定扬程 12～52m 电机功率 380kW

额定流量 1404～2268m3／h

出口压力 0.55MPa

1.1.3 风机部分

型号 L47 电机功率 30kW风机直径 4700mm 转速 200r／min（约）传动方式 减速机／传动轴 材质 玻璃钢

图1 改造前12＃凉水塔示意图

1.2 水轮机技术参数

结构型式微型双击式 规格型号SJ750A

水轮机效率 85% 重 量 550kg

外形尺寸（长×宽×高） 1092×983×1211mm

1.3 试验方法及措施

（1）拆除12＃冷却塔原来的风机驱动电机和变速器，以微型双击式冷却塔专用水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力，原塔成为新型的节能型水动风机冷却塔。改造示意见图2。

双泵运行条件下，对现场各个参数进行监测，监测点及方法如下：

合成总流量 现场管道超声波流量计

进塔流量 超声波流量计（仪表工程部测量）

进塔水压 现场进塔管线压力表

进塔水温监测点 进塔水管线温度计

集水池水温 8＃泵进出口管线温度表

环境温度 水银温度计

出塔水温监测点 制作集水槽并采用水银温

度计测量

图2 12＃凉水塔试验改造后示意图

由于受上塔水量、环境气温、风速等很多因素影响，测定的温度只能作为参考，但风机叶片转速作为考核依据就要直观和简单得多。改造前后相关参数及比较见表1、2。

表1 试验水动风机改造前后指标对比

表2 试验水动风机改后上塔流量与风机叶片转速的关系

（2）对冷却塔进出水管路进行相应调整，增加两路水轮机进口管线和直接进塔顶水分布管的副线，在水轮机进口和副线上安装截止阀；塔体结构和风机叶片保持不变，从而最大限度利用原有的完好设备，降低改造成本和减少施工时间。

（3）试验风机数据计算

经计算，水轮机输出功率为80.7kW，风机轴功率为75.3kW。由此得知，水轮机输出功率大于风机轴功率。

冷却塔额定冷却水量2 500m3／h，额定温差10℃，气水比0.84，则冷却塔实际需要风量为187.5×104m3／h。

风机额定风量262×104m3／h，多余风量74.5×104m3／h，这样，不仅增加了冷却塔的飘水率，而且消耗了约15%的电机功率（11.3kW），减速机消耗约30%的电机功率（22.6kW），故风机消耗在冷却塔实际需要风量（换热风量）上的实际轴功率仅为：75.3―11.3―22.6＝41.4kW。

2 结果与讨论

（1）通过表1数据可以看出，12＃凉水塔水动风机试验改造后，在环境温度提高的情况下，凉水塔进出水温差几乎没有大的变化，上塔压力的指标控制在0.2～0.35MPa之间，随着季节的变化，水动风机的转速会随着循环水流量的增减而增减，风量也随之增减，使冷却塔的气水比稳定在最佳状态，达到冷却效果最好。

（2）试运行水动风机，采用红外线转速仪测得水动风机叶片转速218r／min，流量712m3／h；进水动风机阀门开度30%；测得旁边11＃塔电动风机叶片转速207r／min，流量2 074m3／h；表2数据显示，当流量达到600～700m3／h，水动风机叶片转速就已达到额定转速，而凉水塔的设计处理量800m3／h，也就是说未达到设计负荷，风机转速就达到了200r／min，因此上塔管线设置了副线。为保证设备的安全，不能再提高转速，只能让其余循环水走副线，保证凉水塔的处理负荷。在调试过程中发现11＃、12＃塔水量配给不均衡，如3月24日11＃2 074m3／h、12＃712m3／h，4月2日测11＃1 480m3／h、12＃600～650m3／h。双泵运行状态下合成1＃～5＃每间420m3／h，11＃塔1 400m3／h，12＃塔800m3／h，尿素6＃～9＃塔每间350m3／h，10＃塔1 200m3／h，1＃～9＃塔处理能力大（填料比表面积大）、10＃～12＃处理能力小（填料比表面积小），而水量恰恰相反，合成和尿素两边都各有一半的水量，造成尿素7＃泵、合成8＃泵出口温度比1＃～9＃高5℃左右，汇入总管后水温偏高，因此，1＃～9＃风机改造不一定能达到10＃～12＃的改造效果。但双泵运行只开1＃～9＃塔则不受此限制，合成每间塔840m3／h、尿素725m3／h，能满足水动风机水量要求（上述问题不是水动风机造成的）。

（3）12＃凉水塔水动风机耗电为0，创造了经济效益，电动风机功率为30kW，改为水动风机后每年可减少用电量26.28×104kW·h，单价为0.30元，则直接效益为7.884万元。

（4）计算表明，水轮机输出功率远大于风机实际轴功率，水轮机完全可以取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力，达到最好的冷却效果。

3 结 论

12＃凉水塔水动风机的试验改造，无论从节能、经济效益，还是安全角度看都无疑是新的突破，接下来我们将进行全厂凉水塔水动风机的改造，实现其更广阔的应用前景。