循环水冷却塔风机改造方案(车间

改电驱风机为水轮驱动风机方案的可行性分析
一、概述
1.说明六大循环水系统设备装机容量和目前运行的用电负荷，日月年用电量。

2.六大循环水系统水泵一般均有5-10%的扬程富裕、利用富裕扬带动水冷风机，可以大幅度
节省耗电。

为此做改电驱风机为水轮驱动风机方案的可行性分析是非常必要的
二、改电驱风机为水轮驱动风机方案的可行性分析是非常必要的
1.统计各循环水系统水泵流量、扬程、轴功率参数，计算装机用量和运行负荷。

①综合循环水系统
热水泵参数：扬程26-24-21.5m，流量864-1116-1296m³/h，功率：110kw
冷却塔参数：风机转速193转/分，叶片角8.5°，全压11.5毫米水柱，流量60万立方米/小时
②汽机循环水系统
水泵参数：流量3170m3/h，扬程32m，功率400kw
冷却塔参数：叶片角9，流量2730000m³/h 风机转速149r/min 全压158.82Pa
③分解循环水
水泵参数：流量1250m³/h，扬程125m，4台
冷却塔参数：风量1750000m³/h，轴功率92kw，功率110kw，水量2000m³/h，2台
④蒸发循环水
水泵参数：流量1746m3/h，扬程27m，4台
冷却塔参数：风量273×104m3/h，电机功率160KW，全压：158.82Pa
⑤精液热交换循环水
泵参数：288m³/h，62.5，4台
冷却塔参数：风量600000m³/h，水量540m³/h，30kw，2台
2.统计循环水泵房与冷却塔标高、管路长度和管路实际所需压力，计算各系统水泵扬程富裕
情况。

①综合循环水系统
泵中心标高：-3.265m
冷却塔塔顶标高：6.6m
泵中心与冷却塔顶的高度差为9.865m
水泵将水送到冷却塔塔顶所需扬程为：3.265+6.6=9.865m
富余扬程：按水泵26米的扬程来计算。

富余扬程=26-9.865=16.135m
按水泵24米的扬程来计算。

富余扬程=24-9.865=14.135m
按水泵21.5米的扬程来计算。

富余扬程=21.5-9.865=11.635m
②汽机循环水系统
泵中心标高：-2.075m
冷却塔塔顶标高：18.26m
泵中心与冷却塔顶的高度差为20.335m
水泵将水送到冷却塔塔顶所需扬程为：2.075+18.26=20.335m
富余扬程：32-20.335=11.665m
③分解循环水
泵中心标高：-2.3m
冷却塔塔顶标高：9.3m
泵中心与冷却塔塔顶的高度差为11.6m
富余扬程：125-11.6=113.4m
④蒸发循环水
泵中心标高：-2.075m
冷却塔塔顶标高：18.26m
泵中心与冷却塔顶的高度差为20.335m
富余扬程：27-20.335=6.665m
⑤精液热交换循环水
泵中心高度：-2.3m
冷却塔塔顶标高：6.6m
泵中心与冷却塔塔顶的高度差为9.9m
富裕扬程：62.5-9.9=52.6m
⑥焙烧循环水
泵中心高度：-1.115m
冷却塔塔顶标高：9.98m
泵中心与冷却塔塔顶的高度差为11.095m
富裕扬程：87-11.095=75.905m
3.水轮风机简介及选型
①水轮机简介
无电机冷却塔又称：100%免电能冷却塔，水动风机冷却塔。

冷却塔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，因此进塔后的水流及余压，可以充分利用。

完成送达冷却塔的冷却循环水按照一定的压力、流量流过水轮机组，从而使其获得输出功率，并驱动风机散热，完全省去风机电机，达到100％免除风机电能的目的。

在安装水轮机时，可保留原有冷却塔外型结构、尺寸不改变，水轮机冷却塔的冷效、风机风速、气水比、噪声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。

②可靠性分析
现在我们需要验证的是：改装水轮机后，水轮机输出的轴功率达到原冷却塔风机电机的输出轴功率要求，即可证明改造可行，能满足降温要求。

冷却塔专用水轮机的动力由能量方程式推算。

水轮机的输出轴功率公式为
W=γ×Q×H×η (kw)
γ—水的容重1000×9.81N/m3
Ｑ—水流量 m³/s
Ｈ—水头m
η—水轮机的效率 0.88
水轮机水头由伯努利方程计算
Ｈ=Ｚ＋Ｐ＋Ｖ /2g
Ｚ—水轮机进出水位之差
Ｐ—水流内具备的压力
Ｖ—水流的速度m/s
g—重力加速度9.81
由于冷却塔专用水轮机的进出水位在同一平面上，没有位能。

Ｚ＝０.
混流式水轮机安装在水循环系统中为开放型的，出水口与空气接触，且冷却塔专用水轮机体积不大，所以压力差很小，可以忽略不计，即没有压能。

Ｐ＝０.
水流在喷出之时，已经把压能转变成速度能—-动能。

所以冷却塔专用的混流式水轮机在讨论水头时仅计算动能。

冷却塔的进塔水压就是水头，由下式计算
Ｈ＝Ｖ/2g
归并上述公式后得冷却塔专用水轮机的出力Ｗ=9.81×Q×H ×0.88 =0.44ＱH
a、综合循环水
由于冷却塔的总额定流量为2200m³/h，而水泵的额定流量为864-1116-1296m³/h，因此只能采取单泵供双塔的模式。

1）按16.135m水头{余压}计算，此时冷却塔流量=864÷2=432m³/h=0.12 m³/s，由此得出水轮机出力Ｗ＝9.81×16.135×0.12×0.88＝16.7(kw)
2）按14.135m水头{余压}计算，此时冷却塔流量=1116÷2=558m³/h=0.155 m³/s，由此得出水轮机出力Ｗ＝9.81×14.135×0.155×0.88＝18.9(kw)
3）按11.635m水头{余压}计算，此时冷却塔流量=1296÷2=648m³/h=0.18 m³/s，由此得出水轮机出力Ｗ＝9.81×11.635×0.18×0.88＝18.1(kw)
风机实际轴功率计算：
冷却塔的风量为600000m³/h=166.67m³/s,
1mm水柱等于9.8Pa，全压=11.5×9.8Pa=112.7Pa
风机实际轴功率N=风量×全压÷1000
=166.67×112.7÷1000
=18.8kw
由此可见，若水泵按1116~1296m³/h运行，则改造后的水轮机轴功率与风机的实际轴功率相符，改造可行。

改造后的运行方式为一泵供双塔，四台冷却塔全部正常运行需运行2台热水泵。

b、汽机循环水
由于单台冷却塔的额定流量为3200m³/h，而水泵的额定流量为3170m³/h（即0.88m³/s），因此只能采取单泵供单塔的模式。

水轮机出力Ｗ＝9.81×11.665×0.88×0.88＝88.62(kw)
冷却塔风机实际轴功率计算：
冷却塔的风量为2730000m³/h=758.33m³/s,
风机轴功率N = 风量×全压÷1000
=758.33×158.82=120.4kw
由计算可知，该水轮机后的冷却塔风机轴功率不能满足风机的实际轴功率。

若改为水轮机驱动，则达不到冷却效果，所以改造不可行。

c、分解循环水
按单泵供单塔来计算，泵额定流量为1250m³/h（即0.347m³/s）
水轮机出力W=9.81×113.4×0.347×0.88=339.69kw
单台冷却塔电机功率为110kw，可见水轮机出力远远大于冷却塔电机的功率，即便是单泵供双塔，水轮机出力都有169.845kw，远大于冷却塔的电机功率110kw，而冷却塔风机的轴功率是小于电机功率的，所以改造可行，且能实现单泵供双塔。

d、蒸发循环水
因蒸发循环水冷却塔与汽机循环水冷却塔相同，比较二者，汽机循环水水泵扬程和流量均比蒸发循环水的大，经计算已知汽机循环水不满足改造条件，同理蒸发循环水也不满足改造条件。

e、精液热交换循环水
按单泵供单塔计算，泵额定流量为288m³/h（即0.08m³/s）
水轮机出力W=9.81×52.6×0.08×0.88=36.33kw
因精液热交换冷却塔与综合循环水冷却塔相同，所以精液热交换冷却塔风机轴功率为
18.8kw。

由计算可见，改造可行，而单泵供单塔显得有点浪费，单泵供双塔基本能满足要求。

f、焙烧循环水
按单泵供单塔计算，泵额流量为270m³/h（即0.075m³/s）
水轮机出力W=9.81×75.905×0.075×0.88=49.14kw
单台冷却塔电机功率为15kw，可见水轮机出力远远大于冷却塔电机功率，即便是单泵供双塔，水轮机的出力都有24.57kw，远大于冷却塔电机功率15kw，而冷却塔风机的轴功率时小于电机功率的，所以改造可行，且能实现单泵供双塔。

4.启用水轮风机后能效的经济分析
1）冷却塔改造造价：
2）投资与收益分析
A、改造前、后节能总量计算：
冷却塔的能耗由电机产生，假设冷却塔全年运行7200小时（每天运行24小时，每年运行10个月），全年所耗电能如下表计算：
改造前总能耗＝3096000KWH
改造后总能耗：0（改造后没有电机运行，水轮机完全不产生能耗，故为0）
节能总量＝3096000KWH -0＝3096000KWH
B、收益回报分析
项目总投资：人民币228万元。

节能效果：该项目年节能总量3096000KWH，电价按照0.5元/KWH计算，价值
人民币154.8万元。

投资回收期：228/154.8万元＝1.473年
预期收益：一般冷却塔使用寿命15年，假设各系统冷却塔尚可使用10年，10年的节电收益预计为：（154.8×10）－228＝1320万元。

5.水轮风机与电驱动风机运行的性能比较
①冷却塔利用水轮机取代风叶电机完全节省了风叶电机的运行电耗，且没有增加循环水泵的负担。

为用户节约了巨额的电费。

②无噪声
水轮机的机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。

③高效
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，确保散热效果。

④使用寿命长
水轮机结构简单，技术成熟可行。

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，整体设计使用寿命为15年。

改造后冷却塔可以实现长时间无故障运行，每年可以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。

系统故障点少，以一台水轮机代替电机、减速器和传动部分，电机、减速器在冷却塔这种温度和湿度极大的环境里，容易短路烧毁，高温腐蚀、漏电，减速机打滑、磨损，需定期维护。

而冷却塔所处位置高，维修工作面小，又给维护带来很大麻烦。

经改造后系统
结构变简单了，故障自然少了。

万一出现故障，维修也极为简单，更换一些标准件即可，整体更换也只需4小时。

比电机、减速器的维修要省却许多麻烦和时间。

三、结论
根据上面的计算及叙述，我公司内的4个循环水系统符合改造条件，它们分别是：综合循环水、分解循环水、精液热交换循环水、焙烧循环水。

改造后的节能效益为每年154.8万元。