水轮机替代工业冷却塔风机电机的节能技术改造

李玉秀

摘要：工业冷却塔电动风机耗电多，用冷却塔专用混流式水轮机取代电机能获得可观的经济效益。本文通过某企业循环水系统中的冷却塔的原有设施分析、提出工程改造概况、并通过节能计算，对改造后设备运转情况及改造后经济效益分析，对节能改造效果做出了评价，改造后水轮机替代工业冷却塔风机电机既能保证系统设备的正常运转，而且改造后的水轮机冷却塔具有节能、可靠、冷却效果好、安全、环保、经济、通用性等优点，得出结论：用水轮机替代工业冷却塔风机电机的方法是切实可行的。

关键词：冷却塔；电动风机；水轮机；节能

中图分类号：TK79 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

冷却塔广泛地应用于国民经济的许多部门，它是利用水和空气的接触，通过蒸发和传导散热来降低热量的一种设备。长期以来，冷却塔冷却时所用的风机主要由电机驱动，电机一年所消耗的电能十分巨大，而且进入冷却塔冷却的循环水均有一定的富余水压力，这部分能量都浪费掉了。而水轮机冷却塔就是利用循环水的富余能量来驱动水轮机带动风机旋转，达到风机的设计转速和风量，省去风机原配用的电机和附属设施，节约了电能和维修费用，从而获得可观的经济效益。

1改造前原有设施情况

抚顺某企业循环水系统中冷却塔为方型逆流玻璃钢组合塔，风机为电动轴流风机，冷却水泵为专用上塔热水泵。

1.1 冷却塔

采用4台方型逆流玻璃钢组合塔，单台额定处理水流量为700m3/h，实际处理水量600 m3/h；额定温差为100C，进出口水温400C /300C；实际温差2.30C， 进出口水温28.10C /25.80C。

1.2风机

共有4台配套的轴流风机，传动方式为电机—减速机；电机功率为22kw，电压为380V，额定电流为230A；叶片数量为8片；风机转数为210r/min。

1.3 上塔热水泵

热水泵是3台KQSN400-M19/377卧式双吸式离心泵，夏季高温季节为2台运行，1台备用，其它季节为2台运行，2臺备用；额定流量为1820m3/h；扬程为27.5m；进口压力为4m，出口压力为15m；电机功率为185kw，电源电压为380V，额定电流为341.6A。

2 改造实施情况

2.1 改造内容

将4台冷却塔的电动风机全部实施节能改造，以专用混流式水轮机取代电机（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。相应地对冷却系统的上塔水管道进行改造，令上塔水经过水轮机后再流入布水系统进行布水。为了保证在特殊情况下需要停开风机时，冷却塔仍能正常使用，增设了旁通管道，并安装用于切断检修、运行切换的阀门。同时为了防止冷却塔冬季运行时结冰，增加了化冰管装置。

冷却塔电动风机节能改造后如图1所示。

2.2 混流式水轮机技术参数

本次改造所选用的水轮机技术参数：HL-LJ-A7-G-700（垂直出水）混流式冷却塔专用水轮机；流量为700 t/h；进水压力0.06～0.15MPa；进口口径300mm；出口口径350 mm；当压力为0.06MPa时转速达到210±10%r/min；效率88%。

2.3 改造费用

每台电动风机节能改造费用20万元，其中设备购置费10.5万元，主要材料费6.5万元，安装工程费2万元，其他费用1万元。四台全部改造完成总计费用为80万元。

图 1 改造后结构图

Fig.1 After transforming structure

3 改造后经济效益分析

单台风机电机功率22kW，按冷却塔每年工作8000h计，则每年用电1.76x105 kWh，电费按0.55元/kWh元计，则每年电费：0.55x 1.76 x105 =9.68万元。

根据节能计算结果，改造后一台冷却塔每年节约电费9.68万元，四台全部改造后节约电费为38.72万元，如果考虑电机、传动轴、减速机的维护、检修费用，每年可节约维修维护费用12.7万元。综合两项可知四台冷却塔电动风机节能改造后，总计年可以节约费用为38.72+12.7=51.42万元。改造后静态投资回收期为：80÷51.42=1.56a。

可见用于电动风机节能改造的静态投资期约1.56年即可回收全部投资成本。

4 改造后设备运转情况

冷却塔改造后，在保证上塔供水量达到700t/h，进口压力为0.06MPa的条件下，风机转速为230 r/min，而且上塔水泵电机运行电流比改造前降低了10%。改造后温差为120C，进出口水温410C /290C，系统设备运行状况良好，达到了预期要求。

5 结束语

水轮机替代工业冷却塔风机电机不但保证了系统设备的正常运转，而且改造后的水轮机冷却塔具有如下优点：

1）节能。在保证冷却塔温降设计参数的前提下，以水轮机取代风机电机，改电力驱动为水力驱动，完全省去电机的能耗，100%节电。

2）可靠。专用混流式水轮机设计严谨、结构合理、转动平稳、维护及检修方便的特点，为风机的安全连续工作提供了保障。

3）冷却效果好。随着季节变化，水轮机的转速随着水压的增减而同步增减.风机风量也随之增减，使冷却塔的汽水比稳定在最佳状态，达到最好的冷却效果。

4）安全。由于水轮机替代了电机，风机上无任何的电气设备，杜绝了漏电漏油现象，从而可在任何需防爆环境下安全运行。

5）环保。由于取消了电机、传动轴、减速机，因而降低了噪声、振动、漏油、飘水所带来的环境污染。

6）经济。由于取消了电机、传动轴、减速机，因而减少了日常的维护、检修工作，并降低运行成本。

7）通用。凡是使用传统冷却塔的场合，均可采用水轮机式风机冷却塔，并能对所有类型的传统冷却塔进行节能改造，改造的塔形越大，其节能效果越明显。

参考文献：

1.高凤淮.水动风机冷却塔的应用及节能分析.节能与减排.2010-01-11。

2.赵振国.冷却塔. 中国水利水电出版社.2001-11。

3.刘力.浅谈冷却塔风机的节能与改造，《中国科技博览》 2014 、03

4. 王江红，李佳明。水轮机代替电机驱动冷却塔风机的可行性研究《建筑工程技术与设计》 2014、12