化工生產(chǎn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能降耗措施

王長(zhǎng)宇

（兗礦集團(tuán)煤化公司安全生產(chǎn)部，山東 鄒城 273500）

0 概述

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，自然資源嚴(yán)重缺乏問(wèn)題日趨顯著。因此節(jié)能降耗工作已成為企業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)?，F(xiàn)代企業(yè)向進(jìn)一步是降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增效及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，就務(wù)必加大開(kāi)展節(jié)能技術(shù)改造。

高耗能是化工生產(chǎn)企業(yè)的主要特點(diǎn)，因此降耗工作成為企業(yè)日常工作中的重中之重。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是化工生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要單元，其能耗在整個(gè)化工生產(chǎn)系統(tǒng)中占很大比例，因此如何通過(guò)降低循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行成本提高生產(chǎn)效益，成為眾多化工生產(chǎn)企業(yè)探討的方向。本文主要從循環(huán)水降溫冷卻環(huán)節(jié)降耗措施進(jìn)行討論。

1 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造簡(jiǎn)介

1.1 目前循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀

在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中，一般回流入冷卻塔的水流還具有大量的能量，表現(xiàn)在：

1.1.1 因?yàn)閾Q熱設(shè)備位置高，循環(huán)水必須泵到很高的位置，循環(huán)水從最高位置流到出水口（或熱水池）的位差較大，循環(huán)回水就具有位能，又叫勢(shì)能；

1.1.2 水泵富余，就是選用的水泵的額定揚(yáng)程偏大。這是因?yàn)橛?jì)算系統(tǒng)阻力是經(jīng)驗(yàn)估算，不準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)考慮安全系數(shù)，選用的水泵的額定揚(yáng)程一般就偏大，很多大10 米以上，因此，水泵實(shí)際提供給循環(huán)水的能量就有富余?？梢哉f(shuō)，目前這兩種能量的浪費(fèi)情況在很多企業(yè)是很常見(jiàn)的。

1.2 水輪機(jī)項(xiàng)目改造工藝簡(jiǎn)介

水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械，它屬于一種利用水能的原動(dòng)機(jī)，其應(yīng)用大大降低了企業(yè)生產(chǎn)電耗，是企業(yè)節(jié)支降耗的重要途徑。

水輪機(jī)按原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類，沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)。工作過(guò)程中轉(zhuǎn)輪部分受水，與大氣聯(lián)通，主要是動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。

反擊式水輪機(jī)可分為混流式、軸流式、斜流式、和貫流式。反擊式水輪機(jī)中水流充滿整個(gè)轉(zhuǎn)輪流道，全部葉片同時(shí)受到水流的作用所以在同樣的水頭下轉(zhuǎn)輪直徑小于沖擊式水輪機(jī)。

每種水輪機(jī)有自己的適用范圍，不同的水頭、流量、應(yīng)采用相適應(yīng)的水輪機(jī)，才能獲得較佳的效率、轉(zhuǎn)速匹配才能達(dá)到滿意出力。

2 系統(tǒng)概況及能量計(jì)算

2.1 改造前系統(tǒng)運(yùn)行概況及能量試算

本系統(tǒng)有10 臺(tái)4500m3/h 冷卻塔，總處理水量為：45000m3/h；目前實(shí)測(cè)回水總量為：38000m3/h，和冷卻塔總處理水量相比，水量略微偏小。目前實(shí)測(cè)單塔回水量Q=3800m3/h，冷卻塔溫降6℃（40/34 ℃），能滿足冷卻設(shè)備正常生產(chǎn)要求?，F(xiàn)工況上塔閥門開(kāi)度23°，如將上塔閥門23°調(diào)整至90°，在流量3800m3/h 時(shí)，閥門閉壓計(jì)算如表1、表2。

表1 通過(guò)閥門特性參數(shù)及公式Kv=Cv/1.167 計(jì)算流量系數(shù)值

表2 蝶閥閉壓壓差計(jì)算(△P)

通過(guò)以上計(jì)算可分析：當(dāng)改造后經(jīng)過(guò)目前閥門開(kāi)度23°調(diào)整至90°時(shí)，在回水壓力基本不變的前提下，此處就有有富裕壓力△P，=△P1-△P2=0.15-0.00038=0.15（Mp）供水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 改造后涼水塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況預(yù)算

2.2.1 改造預(yù)選水輪機(jī)工作參數(shù)為

Q=3800～4600m3/h、H=12.5m(3)功率=107～133KW。當(dāng)改造系統(tǒng)中水量和富裕壓力參數(shù)符合水輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，改造后水輪機(jī)轉(zhuǎn)速600/分通過(guò)1:4 減速機(jī)減速后風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到150 轉(zhuǎn)/分鐘(可根據(jù)旁通進(jìn)水量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速)。

2.2.2 風(fēng)機(jī)電機(jī)軸功率和水輪機(jī)功率計(jì)算

根據(jù)風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)電流243～282A、電壓380∨可算出風(fēng)機(jī)實(shí)際功率為107KW 水輪機(jī)輸出功率能達(dá)到現(xiàn)風(fēng)機(jī)電機(jī)實(shí)際功率107KW 就可取代風(fēng)機(jī)電機(jī)做工，

那么水輪機(jī)進(jìn)水按照實(shí)測(cè)3800 m3/h 計(jì)算、產(chǎn)生107K 動(dòng)力所需揚(yáng)程計(jì)算：

H(水輪機(jī)需要揚(yáng)程)=P 水輪機(jī)要達(dá)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）

結(jié)論：在改造后，當(dāng)流量為3800m3/h、富裕壓力12.16m 時(shí)，水輪機(jī)完全能夠滿足冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速要求。

3 節(jié)能改造方案及改造效果

3.1 具體改造方案

安裝水輪機(jī)可以將該富余能量變?yōu)閯?dòng)能加以利用，在冷卻塔原電動(dòng)機(jī)位置用水輪機(jī)代替原電動(dòng)機(jī)，通過(guò)聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、減速機(jī)（根據(jù)工況情況調(diào)整減速比，選用配套減速機(jī)可有使用方指定品牌保證與原減速機(jī)一致）。將上塔主管引到塔平臺(tái)，將水引到水輪機(jī)進(jìn)口，做功后再?gòu)乃啓C(jī)出口引到原布水主管中，水輪機(jī)前進(jìn)水管路安裝一個(gè)蝶閥，水輪機(jī)進(jìn)水口安裝一個(gè)伸縮節(jié)，便于安裝檢修。在原上水管中，水輪機(jī)進(jìn)出引水管之間加一閥門控制水流，如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，可以將部分水流從該閥門流進(jìn)冷卻塔，不通過(guò)水輪機(jī)。該改造利用原循環(huán)水系統(tǒng)具有的富余能量，采用水輪機(jī)完全代替原來(lái)的風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī),水輪機(jī)達(dá)到原電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。改造示意如圖1：

圖1

3.2 節(jié)能改造效果

該改造用水輪機(jī)利用原循環(huán)水系統(tǒng)具有的富余壓能，保持水泵出口壓力不變，因此水泵流量也和改造前一樣，只是用水輪機(jī)將原浪費(fèi)了的壓能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)的動(dòng)力，代替電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，節(jié)約了電能。該改造完全不改變?cè)鋮s塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此，原冷卻效果不變。

4 節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)分析

本公司流量4500m3/h 中溫塔為例：取消電機(jī)功率200kW 節(jié)能計(jì)算：冷卻塔電機(jī)功率200KW（實(shí)際功率107KW），每年使用時(shí)間按330 天，每天按24 小時(shí)計(jì)：107Kw×330 天×24 小時(shí)×10臺(tái)=8474400 度/年。

電價(jià)按0.5 元/度計(jì)：0.5 元/度×8474400 度/年=423.72 萬(wàn)元/年。

電機(jī)日常管理和維修保養(yǎng)成本費(fèi)根據(jù)實(shí)事求是的普查計(jì)算出電機(jī)最低的日常管理和維修保養(yǎng)成本（10 元/噸/年）：10 元/ 噸/年×4500T臺(tái)×10 臺(tái)=45 萬(wàn)元/年。

總費(fèi)用：423.72 萬(wàn)元/年+45 萬(wàn)元/年=468.72 萬(wàn)元/年。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)節(jié)能改造，供水車間系統(tǒng)10 臺(tái)4500m3/h 冷卻塔每年可節(jié)約電費(fèi)約423.72 萬(wàn)元。如按冷卻塔10 年壽命計(jì),節(jié)約的總費(fèi)用為468.72萬(wàn)元。