化工生产循环冷却水系统节能降耗措施

王长宇

（兖矿集团煤化公司安全生产部，山东 邹城 273500）

0 概述

随着现代工业的迅猛发展，自然资源严重缺乏问题日趋显著。因此节能降耗工作已成为企业生产与发展关键点。现代企业向进一步是降低生产成本，提高企业经济效益增效及市场竞争力，就务必加大开展节能技术改造。

高耗能是化工生产企业的主要特点，因此降耗工作成为企业日常工作中的重中之重。循环冷却水系统是化工生产系统中的重要单元，其能耗在整个化工生产系统中占很大比例，因此如何通过降低循环冷却水系统的运行成本提高生产效益，成为众多化工生产企业探讨的方向。本文主要从循环水降温冷却环节降耗措施进行讨论。

1 循环水系统节能改造简介

1.1 目前循环水系统的运行现状

在工业循环水系统中，一般回流入冷却塔的水流还具有大量的能量，表现在：

1.1.1 因为换热设备位置高，循环水必须泵到很高的位置，循环水从最高位置流到出水口（或热水池）的位差较大，循环回水就具有位能，又叫势能；

1.1.2 水泵富余，就是选用的水泵的额定扬程偏大。这是因为计算系统阻力是经验估算，不准确，设计考虑安全系数，选用的水泵的额定扬程一般就偏大，很多大10 米以上，因此，水泵实际提供给循环水的能量就有富余。可以说，目前这两种能量的浪费情况在很多企业是很常见的。

1.2 水轮机项目改造工艺简介

水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于一种利用水能的原动机，其应用大大降低了企业生产电耗，是企业节支降耗的重要途径。

水轮机按原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类，冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转。工作过程中转轮部分受水，与大气联通，主要是动能的转换。

反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式、和贯流式。反击式水轮机中水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用所以在同样的水头下转轮直径小于冲击式水轮机。

每种水轮机有自己的适用范围，不同的水头、流量、应采用相适应的水轮机，才能获得较佳的效率、转速匹配才能达到满意出力。

2 系统概况及能量计算

2.1 改造前系统运行概况及能量试算

本系统有10 台4500m3/h 冷却塔，总处理水量为：45000m3/h；目前实测回水总量为：38000m3/h，和冷却塔总处理水量相比，水量略微偏小。目前实测单塔回水量Q=3800m3/h，冷却塔温降6℃（40/34 ℃），能满足冷却设备正常生产要求。现工况上塔阀门开度23°，如将上塔阀门23°调整至90°，在流量3800m3/h 时，阀门闭压计算如表1、表2。

表1 通过阀门特性参数及公式Kv=Cv/1.167 计算流量系数值

表2 蝶阀闭压压差计算(△P)

通过以上计算可分析：当改造后经过目前阀门开度23°调整至90°时，在回水压力基本不变的前提下，此处就有有富裕压力△P，=△P1-△P2=0.15-0.00038=0.15（Mp）供水轮机运转。

2.2 改造后凉水塔风机运行工况预算

2.2.1 改造预选水轮机工作参数为

Q=3800～4600m3/h、H=12.5m(3)功率=107～133KW。当改造系统中水量和富裕压力参数符合水轮机设计参数时，改造后水轮机转速600/分通过1:4 减速机减速后风机转速达到150 转/分钟(可根据旁通进水量调节转速)。

2.2.2 风机电机轴功率和水轮机功率计算

根据风机实测电流243～282A、电压380∨可算出风机实际功率为107KW 水轮机输出功率能达到现风机电机实际功率107KW 就可取代风机电机做工，

那么水轮机进水按照实测3800 m3/h 计算、产生107K 动力所需扬程计算：

H(水轮机需要扬程)=P 水轮机要达到的功率/Q 容重×G 流量(每秒)×η 效率

其中：Q 容重—水的容重（9.81）

结论：在改造后，当流量为3800m3/h、富裕压力12.16m 时，水轮机完全能够满足冷却塔风机转速要求。

3 节能改造方案及改造效果

3.1 具体改造方案

安装水轮机可以将该富余能量变为动能加以利用，在冷却塔原电动机位置用水轮机代替原电动机，通过联轴器、传动轴、减速机（根据工况情况调整减速比，选用配套减速机可有使用方指定品牌保证与原减速机一致）。将上塔主管引到塔平台，将水引到水轮机进口，做功后再从水轮机出口引到原布水主管中，水轮机前进水管路安装一个蝶阀，水轮机进水口安装一个伸缩节，便于安装检修。在原上水管中，水轮机进出引水管之间加一阀门控制水流，如风机转速过高，可以将部分水流从该阀门流进冷却塔，不通过水轮机。该改造利用原循环水系统具有的富余能量，采用水轮机完全代替原来的风机电动机,水轮机达到原电动机转速。改造示意如图1：

图1

3.2 节能改造效果

该改造用水轮机利用原循环水系统具有的富余压能，保持水泵出口压力不变，因此水泵流量也和改造前一样，只是用水轮机将原浪费了的压能转变为旋转的动力，代替电动机驱动风机，节约了电能。该改造完全不改变原冷却塔内部结构，因此，原冷却效果不变。

4 节能改造经济分析

本公司流量4500m3/h 中温塔为例：取消电机功率200kW 节能计算：冷却塔电机功率200KW（实际功率107KW），每年使用时间按330 天，每天按24 小时计：107Kw×330 天×24 小时×10台=8474400 度/年。

电价按0.5 元/度计：0.5 元/度×8474400 度/年=423.72 万元/年。

电机日常管理和维修保养成本费根据实事求是的普查计算出电机最低的日常管理和维修保养成本（10 元/吨/年）：10 元/ 吨/年×4500T台×10 台=45 万元/年。

总费用：423.72 万元/年+45 万元/年=468.72 万元/年。

5 结论

经过节能改造，供水车间系统10 台4500m3/h 冷却塔每年可节约电费约423.72 万元。如按冷却塔10 年寿命计,节约的总费用为468.72万元。