混流式水轮机在工业循环水冷却塔上的应用

198 工业冷却塔用混流式水轮机技术一、技术名称：工业冷却塔用混流式水轮机技术二、技术所属领域及适用范围：化工、冶炼、轻纺等行业有重力势能可利用的机械通风式冷却塔的改造三、与该技术相关的能耗及碳排放现状目前的工业循环冷却系统耗电现状是：每座冷却塔的塔顶都装有一台电动机，用来驱动风筒内部的风叶转动，一座4500t/h流量的冷却塔电机年耗电量约为175万kWh，耗能折合612tce。

目前应用该技术可实现节能量24万tce/a，减排约63万tCO2/a。

四、技术内容1.技术原理水轮机的工作动力来自循环冷却水系统水的重力势能以及循环水泵的富余扬程，工作时保证冷却塔的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。

水轮机的输出轴直接与风机连接并带动其转动，取消了原电机驱动风机系统，节约了电能。

2.关键技术（1）利用循环水余压驱动水轮机，替代电机；（2）转速比为50的超低比速混流式水轮机，效率提高至88%以上，并将原双列循环形导流叶栅改为单列环形导流叶栅，设计金属椭圆形蜗壳，实现水轮机的结构紧凑，满足冷却塔内部空间少的需求。

3.工艺流程改造的流程：取消冷却塔减速箱和电机把冷却塔用水轮机安装在原减速箱基础上安装原风机连通进水管和水轮进口连通布水器和水轮机出口。

系统工作原理见图1所示：图1工业冷却塔用混流式高效水轮机系统原理图五、主要技术指标1.水轮机效率η≧88%、外形设计尺寸满足冷却塔内部工作要求；2.噪音降低20%；3.水轮机替代电机后，节电100%。

六、技术鉴定、获奖情况及应用现状该技术通过南京市科技成果鉴定，已应用于石油、化工、钢铁和轻纺等行业。

已对全国300余家企业的冷却塔进行了节能改造，节能效果显著。

七、典型应用案例典型用户：大庆石化、扬子石化、巴陵石化、哈尔滨石化、沧州大化、申久化纤、仪征化纤、南京钢铁、济南钢铁、江苏沙钢等典型案例1：哈尔滨石化建设规模：4000t/h×2台逆流式机械通风冷却塔改造。

水轮机用于冷却塔的原理
水轮机在冷却塔中的应用，主要涉及到的是水能的转化和利用。

具体的工作原理如下：
首先，冷却塔的散热系统的循环水是由冷却泵根据系统要求以特定的水压、水流量送至冷却塔内进行热交换的。

进塔后的水流及余压，可以充分利用。

当这些完成热交换的冷却循环水按照一定的压力、流量流过水轮机组时，水轮机通过其特有的机械结构，将这些水能转化为机械能。

这种转化过程驱动了水轮机的运转，进而驱动了风机的散热，完全省去了风机的电机。

此外，在安装水轮机时，可以保留原有冷却塔的外型结构、尺寸不改变。

这样，水轮机冷却塔的冷效、风机风速、气水比、噪声等均比原有电机驱动风机冷却塔有不同程度的改善，各种技术指标均能达到冷却塔设计要求。

以上内容仅供参考，如需更全面准确的信息，可以查阅机械工程相关书籍或咨询该领域专家。

水轮发电机组在循环冷却水余压回收利用上的应用摘要：针对目前循环水回水余压回收方式，提出采用水轮机驱动电机发电的形式，与传统通过水轮机替代电机驱动冷却风机相比，有效解决了因回水余压能与驱动电机不匹配，或运行期间水轮机发生故障不能正常运行，导致的冷却塔散热能力下降、季节性变化、冷却风机停运期间余压能不能全部回收等问题。

关键词：回水余压水轮发电机组冷却风机引言化工生产中，循环水系统供水压力主要取决于装置内高点换热器的位高，而高点换热器位置越高，循环水供水压力越高、循环水泵耗能越多，循环水回水压力也越高、能量损失越大。

为了实现回水余压的回收利用，行业内研发了一系列回水余压能再利用的装置，如使用混流式水轮机代替电机驱动冷却风机等方式，但从实际运行效果和能量回收率方面，仍存在一定的改进空间。

1能量回收利用方案的选择1.1采用水轮机驱动电机发电回收余压在现有循环冷却水回水管线上增加旁路，安装水轮机驱动电机发电，既能实现余压能的回收利用，又能保证水轮机正常运行（不会随季节温度变化调节），发电机组可以全年运行，最大限度地回收能量。

即便水轮发电机组故障，将冷却水切换回原运行管线，既能方便检修，也不影响冷却水降温效果。

1.2热力发电钢铁企业生产过程中，富余的高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气直接对外排放，不仅浪费能源，而且会造成二次污染。

高炉煤气锅炉发电、燃气蒸汽联合循环发电CCPP以及蓄热式高温燃烧等技术可以有效的利用副产煤气，以建自备电站为主要手段，将其变废为宝，进行热力发电。

以副产煤气作为燃料，产生的蒸汽进入汽轮机膨胀做功，从而带动发电机发电。

1.3湿法脱碳工艺中富液余压回收方案针对湿法脱碳工艺中高压富液压力能浪费的情况，可以在吸收塔和再生塔之间增加透平发电装置代替原来的减压阀。

该装置由透平机和发电机构成。

吸收塔底部流出高压富液经过透平发电装置减压后进入再生系统，然后从再生塔流出的低压贫液泵入到吸收塔顶部。

过程中高压富液压力能作用于透平叶轮，使其旋转做功转化成机械能，再由透平机主轴将其能量传递到发电机，驱动发电机发电，实现机械能到电能的转化。

利用水轮机对冷却塔进行节能改造李文祥【期刊名称】《燃料与化工》【年(卷),期】2015(000)002【摘要】This paper explains the energy saving principles and advantages of electric fan of large scale cooling tower,and introduces the design procedure,modification project,data calculation and analysis,and energy saving calculation as well as static payback time of mixed flow water turbine special for cooling tower instead of motor. After modification,energy-saving purpose is achieved.%阐述了大型冷却塔电动风机节能改造的原理和优点，介绍了以冷却塔专用混流式水轮机取代电机的设计过程、改造工程、数据计算及分析、节能计算、静态投资回收期等，改造后达到了节能目的。

【总页数】3页(P52-54)【作者】李文祥【作者单位】神华乌海能源有限责任公司西来峰煤化工分公司焦化厂，乌海016000【正文语种】中文【中图分类】TK733.1【相关文献】1.余热发电冷却塔节能改造——水轮机替代电动机 [J], 张文华2.采用水轮机技术进行冷却塔节能改造可行性的分析 [J], 王曰锋;张永桂;李军3.水轮机在循环水冷却塔节能改造中的应用 [J], 王洪记4.超低比转速水轮机在合成氨循环水冷却塔节能改造中的应用 [J], 王吉锁;方磊;熊伟;徐超;陈何根;朱琳5.关于水轮机在循环水冷却塔节能改造中的应用探讨 [J], 唐华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水轮机技术在冷却塔系统中的应用摘要：针对冷却塔风机的现状，在分析冷却塔风机闭环变频节能控制原理的基础上，设计人员开发了冷却塔风机优化节能控制系统。

采用S7-200系列PLC和变频器技术，实现了变频调速风机的闭环控制；风机故障报警系统的有机结合实现了风机的安全控制。

生产实践证明，优化节能控制系统保证水轮机工作性能的稳定，使节能效果达到最佳，同时还具有很好的推广应用价值。

关键词：水轮机技术；冷却塔系统；应用引言风机作为冷却塔降温的关键部件，循环水从冷却塔上端延填料落下时，冷却风机吸入大量空气，通过填料使循环水与空气有较充分的接触，并将循环水热量传递给周围空气，使水温降下来。

但长期以来，化工工厂循环水冷却塔的高能耗耗问题却未引起足够重视，大部分老式冷却塔没有采用任何节能措施。

由于冷却塔的设计散热量是根据在夏天最高温时，循环水系统最大热负载的条件下选定的。

然而在实际设备运行时，由于季节、气候、工作负载的等效热负载等诸多因素都决定了机组经常是处于在较负荷的情况下运行，所以按工频运行的机组耗电通常是不必要且浪费的。

通过采用变频控制，能够大幅度节约电能，并且对整个企业的节能减排起到正面的促进作用。

1、水轮机冷却塔工艺（1）技术原理：对冷却塔进行了改造，将电动风扇改为涡轮风扇，水轮机的工作动力来自循环冷却水系统的重力势能和循环水泵的多余水头。

运行中保证冷却塔的技术参数，循环水泵的能耗不变，风机的输出轴与风机直接连接，带动风机旋转，省去了原有的电机驱动风机系统，实现了节能降耗目的。

（2）工艺流程：取消冷却塔减速箱和电机→把冷却塔用水轮机安装在原减速箱基础上→安装原风机→连通进水管和水轮进口→连通布水器和水轮机出口（如图1所示）。

2、冷却塔风机使用中存在的问题2.1、冷却塔风机的工作原理冷却塔系统在全球范围内应用广泛，按照结构分为单体型和多单体组合型，按照水系统分为逆流型和交叉流动型，按照安全位置分为地面或者架设在屋顶等形式。

水轮机应用于循环水冷却塔的可行性分析王冀锋【摘要】介绍了将水轮机应用于循环水冷却塔的优势、改造方案及应用情况,并分析了其经济性.水轮机应用于循环水冷却塔从技术角度、经济角度考虑都是可行的.【期刊名称】《氯碱工业》【年(卷),期】2016(052)005【总页数】3页(P43-45)【关键词】水轮机;循环水;冷却塔;可行性【作者】王冀锋【作者单位】青海盐湖海纳化工有限公司,青海西宁811600【正文语种】中文【中图分类】TQ051.52009年4月，青海盐湖工业股份公司在西宁经济技术开发区甘河工业园区投资成立了海纳化工有限公司(以下简称“海纳公司”)，建设了聚氯乙烯一体化项目。

项目总建设规模为40万t/a烧碱装置、50万t/a聚氯乙烯装置、90万t/a电石装置、4 600 t/d干法熟料水泥装置、2 500 t/d电石渣水泥装置。

本项目分两期建设，其中一期工程建设的内容为：20万t/a烧碱装置、13万t/a氢氧化镁、5万t/a氧化镁、24万t/a聚氯乙烯装置(其中20.5万t/a SPVC、3.5万t/a EPVC，PVC后续产品0.5万t/a CPVC)、35万t/a电石装置、4 600 t/d干法熟料水泥装置和2 800 t/a电石渣水泥装置及配套公用工程等。

随着社会的进步与科学技术的不断发展，人们越来越关心我们赖以生存的地球。

世界各国都在采取积极有效的措施减少污染，其中最为重要的就是能源问题，要从根本上解决能源问题，除了寻找新型能源，节能是当下最直接有效的重要措施。

调研发现，已有同类企业将水轮机技术应用于冷却塔中以取代耗电量高的电动机，从而实现零电耗。

对冷却塔进行全方位的节能改造，不仅可以大幅降低生产成本，而且减少对环境的污染，对提高能源利用率具有重要的意义。

2.1 节能风机驱动方式为水力，水轮机的工作动力来自循环水泵的富余扬程，在工作时保证水轮机的技术参数，同时循环水泵的能耗不变。

水轮机的输出轴直接与风机相连并带动其转动，拆除了风机电动机，实现了真正意义上的100%节能。

水轮机在循环水冷却塔上的应用2.身份证号码：******************摘要: 湿式冷却塔是我国目前应用较为普遍的循环水冷却塔｡湿式冷却塔主要是通过接触和蒸发两种散热形式带达到将水热化蒸发的目的｡在传统的冷却塔操作中,通常会采用电机带动风机高速运转的方式来增加热水与冷空气的换热效率,使冷空气能够顺畅的进入冷却塔内部｡但这样的运行往往需要耗费大量的电能｡在经过长时间的摸索与实践, 对传统冷却塔中的风机､叶片以及气水比进行系统的研究,最终研制出能够产生较大节能作用的水轮机冷却塔｡采用水轮机,利用系统富余扬程,改造循环水1#冷却塔风机｡改善系统工况的同时,节约大量电能,取得良好经济效益｡关键词:循环水;水轮机;冷却塔;节能1前言水轮机冷却塔是利用叶轮受流体能量产生的动力带动风机叶片的旋转,从而来完成热水与冷控制的热量交换｡这种运行主要是利用了在系统设计过程中所预留出的流量和杨程,对叶轮旋转时的前后差压做出调整,提升叶片的运转速度, 进而提高了能量转换的效率｡水轮机冷却塔将设计中的富裕能量充分利用起来,将其转换成驱动风机的真实力量,不仅能够为风机的运转节省电机动力,还能够在完成工艺需求的同时满足节能的目的｡2某厂热电循环水系统改造的可行性分析2.1热电循环水系统概况1)冷却塔部分结构型式:仿玛丽型横流式冷却塔(两座:1#､2#冷却塔)额定处理能力:2400m3/h(单塔)运行方式:高温季节,并联运行一大一小泵(大泵额定流量:2016m3/h,小泵额定流量:790m3/h),实测系统总流量:4100m3/h;其余时间,运行一台大泵,实测系统总流量2900m3/h｡设计温差:5℃上塔总管管径:DN800,支管管径:DN600/4002)水泵部分20SH-9双吸式离心泵两台(一用一备):额定流量2016m3/h,扬程59m,电流64A,电机功率550kW｡单台运行,出口压力33m,进口压力2m,电流53A｡350S-75A型双吸式离心泵一台:额定流量1170m3/h,扬程65m,电流34.5A,电机功率300kW｡300S-58型双吸式离心泵一台:额定流量790m3/h,扬程58m,电流24A,电机功率220kW｡3)风机部分风机直径8534mm,电机功率160kW,电流289A,实际运行177A｡传动方式:传动轴､减速机,转速133r/min｡2.2改造对热电循环水泵工作点的影响由于工作点是由泵及管路特性共同决定的,因此,改变任一条特性曲线均可达到流量调节的目的｡如图1所示,当调节出口阀开度时,改变了管路特性方程式中的G值｡水泵出口阀门关小,使G值变大,流量变小,曲线变陡,工作点向上移动至M1,系统流量减小,扬程升高｡水泵出口阀门开大,则反之,工作点下移至M2,系统流量增加,扬程降低｡热电循环水系统单台大泵运行的工况下,流量在2900m3/h,从20SH-9离心水泵特性曲线图中(见图1),可见此时水泵工作点已经下移在高效区(1700~2300m3/h)以外｡经测算两台并联泵运行的工况也是如此｡热电循环水系统在“大流量,小扬程”的不经济的状态下,长期运行｡进行冷却塔节能改造,在回水管中以串联的方式增加水轮机,相当于关小出口阀门的状况,G值将变大｡系统的工作点将向高效区方向移动｡即进行节能改造将使系统流量相应减小,扬程相应提高,水泵“大流量､小扬程”运行工况将因此得到改善｡2.3水泵富余扬程的计算并不是所有的循环水冷却塔都能实现水轮机动能风机改造,必须经过实际测量,并进行精确的计算,如果循环水系统富余的能量通过水轮机回收后能够满足风机轴功率的要求就能改造,也即是,水轮机能够输出的轴功率大于原来的风机的轴功率｡在冷却节能改造过程中,水轮机是靠水泵的富余扬程做功带动风机,该富余扬程的计算公式为:H富余=H额定-(H出口-H进口)式中:H额定——水泵额定压力,m;H出口——水泵出口压力,m;H进口——水泵进口压力,m｡单台大泵运行工况:H额定=59m,H出口=33m(实测表压),H进口=2m,则H富余=59-(33-2)=28m｡一大一小泵运行工况:H额定=56m(按水泵并联计算),H出口=35m(实测表压),H进口=2m,则H富余=56-(35-2)=23m｡2.4水轮机输出功率的计算(按单塔计算)P水输=9.81QHη式中:9.81——水的容重;Q——流量,m3/s;H——富余扬程,m;η——水轮机效率=93%｡单台大泵运行工况:Q=2900m3/h÷2÷3600s=0.40m3/sH富余=28m,P水输1=9.81×0.40×28×0.93=102.18kW｡一大一小泵运行工况:Q=4100m3/h÷2÷3600s=0.57m3/sH富余=23m,P水输2=9.81×0.57×23×0.93=119.61kW｡2.5风机轴功率的计算P机轴=1.732×0.38×177×0.85×0.85×0.90×0.87=65.9kW因此:P水输1>P机轴,P水输2>P机轴｡理论计算两种工况下,热电循环水系统富余扬程均可满足风机运行所需水轮机动力要求｡3循环水1#冷却塔节能改造3.1循环水1#冷却塔节能改造的方法采用南京星飞专利产品水轮机取代电机,1#冷却塔风机由电力驱动改为水力驱动｡水轮机安装在1#冷却塔原有风机减速机基础上,靠循环水水泵的富余扬程做功推动水轮机叶轮,从而带动风机转动｡取消了风机电动力及减速机｡水轮机输出轴直接与风机轮毂配合,带动风机叶轮｡选用南京双击式水轮机:型号SJ2500B10,设计水流量2400m3/h,效率93%｡3.2项目实施情况及效果循环水热电系统1#冷却塔节能改造项目自2009年9月实施并投入运行至今｡作为该项目核心的水轮机运行平稳,振动声响无异常｡改造后热电循环水系统管网压力升高,流量减小,但水泵运行电流没有变化｡从理论上分析,上述现象是由于水力驱动水轮机,系统管道阻力增加,管道特性曲线上移,泵工作点改变的结果｡从2#循环水泵性能曲线图可看出,改造后工作点向高效区回归,即离心泵运行较改造前效率更高,其流量与轴功率曲线表明,轴功率随流量的增大而上升,轴功率应有所下降,可能由于流量与轴功率曲线较平缓,变化不明显,因此没有在电机运行电流中反映出来｡改造前后回水温度与给水温度,数据的收集综合考虑了气候条件及工况,最后取平均数所得,具有一定代表性｡3.3项目取得的经济效益改造后,在满足当前生产需要的前提下,循环水热电系统可少开一台160kW电机(运行电流177A),节能效益可观｡按电流法计:0.38×177×1.732=116kW·h,按每年风机运行350天计,节电97.86万kW·h/年,年节约电费68.5万元｡一年左右收回项目全部投资｡此外,采用以水轮机为核心技术的冷却塔改造还具有以下几方面的优点:1)低噪声｡水轮机的能量转换是在水流道内完成的,并且取消了电机及减速机,消除了低频电磁声及大幅降低了机械噪音｡2)效率高｡水轮机轴直接驱动风机,不需再通过其它减速器等,且随着水流量的变化而风量相应变化,始终稳定在较好的气水比,确保循环水冷却塔散热效果｡3)使用寿命长｡水轮机结构简单,技术成熟可行,整体设计工作寿命为15年以上｡水轮机壳体为铸造与焊接混合结构,焊接钢板为含锰量3.5%的进口锅炉专用钢板,长时间使用不易锈蚀,叶轮为精铸成型,并经退火消除应力后再作平衡调整｡4)费用低｡使用水轮机的冷却塔系统故障点少,以一台水轮机代替电机､减速器和传动部分,可以实现长时间无故障运行,为使用单位节省大量的维护和更换冷却塔的电机和减速器的费用和人力｡4结语通过本文对水轮机在循环水冷却塔中节能改造的论述,我们可以发现水轮机对传统循环水系统的改造不仅能够使车间的生产效率大幅度提升,还对车间的管理有着较大的帮助｡节能改造是降低生产成本最有效的办法,也对企业的经济收益起到推动的作用｡与此同时,也促进了企业的节能减排､可持续发展的总体目标的前行｡参考文献[1]孙艳杰.浅谈水轮机在循环冷却塔上的应用[J].中国化工贸易,2015(5).[2]陶萍.循环水设备节能技术改造[J].盐业与化工,2015(5).。