冷却水塔风机采用水轮机节电改造项目实例

钱存东

（扬州市节能技术服务中心，江苏 扬州 225009）

闭式循环冷却水系统是以水作为冷却介质，由换热器设备、循环水泵、风机、管道及其他有关设备组成的一种冷却水系统，它被应用到各行各业。系统用电设备包括循环水泵和冷却塔风机，年运行时间长，消耗了大量电能。大连化工（江苏）有限公司循环水装置，原来共有4台冷却水循环泵（单台额定功率335.7 kW）及4台冷却塔风机（单台额定功率75 kW），冷却水塔采用电动机驱动风机进行热交换。由于在设计中对系统水力损失估算不准，及在制造使用中因考虑可靠性等多种因素，使该系统的水泵有大量富余扬程和流量。循环水泵出口压力为0.45 MPa，冷却水到达塔顶压力为0.21 MPa，这样的压力足以驱动水轮机。因此，该公司对循环水冷却塔风机应用水轮机驱动进行了节电技术改造。从2011年至2012年底，该公司通过前期的调研、立项、设计和实施，完成该项节电技术改造项目，并取得较好的节电效益。

1 项目实施前循环水系统工艺

项目实施前的系统流程：循环冷却回水装置通过集水池、循环水泵将循环水加压为0.45 MPa后，进入冷却水给水管线送入系统内，经换热器换热后，返回冷却塔顶，水压为0.21 MPa，在冷却塔自上而下由电动机拖动风机加速空气流动，使热水与冷空气充分交换进行降温后，冷却水进入塔下集水池，再经循环水泵加压为0.45 MPa，然后供出，如此往返。这个工艺过程中循环水泵和风机均要消耗电能。图1为改造前循环水系统流程图。

2 项目实施后流程及能耗

图1 改造前循环水系统流程图

项目实施后的系统流程：循环冷却回水装置通过集水池、循环水泵将循环水加压为0.45 MPa后，进入冷却水给水管线送入装置内，经换热器换热后，返回冷却塔顶，水压为0.21 MPa，在冷却塔自上而下驱动水轮机从而拖动风机加速空气流动，即水轮机拖动风机，使热水与冷空气充分交换进行降温后，冷却水进入塔下集水池，再经循环水泵加压为0.45 MPa，然后供出，如此往返。这个系统流程中只有循环水泵消耗了电能。

水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。水轮机拖动风机就是以水力驱动风机，而不是传统的电力。在水力驱动风机冷却塔中，是以水轮机取代电动机作为风机动力源。水轮机的工作动力来自系统的富余流量和富余扬程。改造后，水泵提供的热水经过水轮机并带动其旋转。水轮机的输出轴直接与风机相连，进而带动风机旋转。图2为改造后循环水系统流程。

图2 改造后循环水系统流程图

3 改造措施技术优势

循环水冷却塔采用水轮机驱动风机，具有以下优点。

（1）节能。利用循环水余压驱动水轮机带动风机转动，完全节省了冷却塔配备风机的电动机消耗的电能，并且没有增加循环水泵的电耗，为用户节省了电费，节电率100%。

（2）高效。随着季节变化，水动风机的转速随循环水流量的增减而增减，风量也随之增减，使冷却塔的汽水比稳定在最佳状态，达到最佳冷却效果。

（3）可靠。水动风机设计严谨，结构合理，运转平稳，可靠性高，从根本上杜绝了电动机，电控和减速机漏电、漏油、烧毁和损坏的故障，为安全持续运行提供了保证；水轮机的重量小于改造前的电动机、减速机、传动轴三者之和，从而使冷却塔重心下移，增加运行环境安全性。

（4）低噪音。取消了传统型冷却塔配备电动机及减速器，大大减低了冷却塔运行时的机械噪音。

（5）寿命长。水轮机结构精密，技术先进，设计寿命为15年以上。核心部件选用合金抗腐蚀耐磨材料，转动部分的封装为一次压模加工成型，转动部分与水轮机水室的水完全隔开，保证水轮机长期在低维护率下运行。

（6）费用低。维修费用低。以水轮机替代电动机及减速器，避免传统冷却塔每年对电动机、减速器等的维护、更换费用。

（7）安全。可在任何需防爆的环境下安全运行。

4 节能经济效益分析

改造前，一台冷却塔风机所配电动机电流实测为117 A，输入功率为64.5 kW。改造后，拆除电动机，不需要消耗电能。

若一台冷却塔风机按年运行时间7 000 h计算，4台冷却塔风机年可节约电量

64.5 kW×7 000 h×4=1 806 000 kWh

年节约电费

1 806 000 kWh×0.65（元/kWh）=1 173 900元

其中：电价以0.65元/kWh计，平均电价=（全年电费-变压器容量费）/年总用电量。

每台水轮机按30万元计算，总投资120万元，回收期12个月。