采用水轮机代替电机的节能改造付永生

2012年10月
内蒙古科技与经济
Octo ber 2012
　第19期总第269期
Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .19T o tal N o .269
采用水轮机代替电机的节能改造
付永生
(久泰能源内蒙古有限公司,内蒙古准格尔旗　010319)
摘　要:采用水轮机代替电机驱动循环水冷却塔风机运行,极大地利用了原循环水系统的富余流量和富余扬程,实现了冷却塔风机的无电化运行,节能效果显著,值得向社会上用冷却塔的企业推广。

关键词:水轮机;代替;电机;节能改造
中图分类号:T K73 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)19—0117—01 久泰能源内蒙古有限公司的循环水冷却塔,原冷却塔设备厂家提供的是4500m 3/h 冷却塔,所配风机电机为200kW;为了节能降耗,公司决定进行技术改造,用水轮机代替电机来驱动冷却塔风机。

水动风机顾名思义就是以水力驱动风机,而不是传统的电力。

在水动风机冷却塔中,以水轮机取代电机作为风机动力源。

水轮机的工作动力来自系统的富余流量和富余扬程。

改造后,水泵提供的循环水经过水轮机并带动其旋转。

水轮机的输出轴直接与风机相连,进而带动风机旋转。

1　系统各单元的实际运行参数和工作状况1.1　循环水泵型号
900S -45;系统向外供水压力:0.48MP a 。

出口阀门开度:全开;额定电压:10000V 额定电流:105.7A;实际电流:85A 。

1.2　换热器部分
换热器压力要求:0.4M Pa;换热器阀门开度:全开。

1.3　风机部分
电机额定功率:200kW;额定电压:380V;电机额定电流:355A;实际电流:220A 。

1.4　冷却塔部分
方形逆流,3台;设计流量:4500m 3/h;实际温差:9℃;上塔管径:DN 900;上塔阀门开度:30°;系统回水压力:0.28M Pa ;上塔压力:0.2M Pa 。

2　风机轴功率及系统富余能量核算
冷却塔风机无电化改造的关键是改造后水轮机实际输出功率大于改造前风机轴功率(即:P 输出P 风机)。

2.1　风机轴功率计算
P 电机=
3×U ×I ×coS = 1.732×380×220×0.85=123.10kW
受电机效率、传动轴效率、减速机效率等检修效率影响,风机的输入功率为:
P 风机=P 电机× 电机× 减速机× 传动轴=103.18kW ,即风机的实际轴功率为103.18kW
(说明:减速机效率为0.91,电机效率为0.94,传动轴效率为0.98,详见机械设计手册第二、四卷)。

2.2　系统富余压头计算
系统阀门的关闭就是系统富余能量的表现,每个阀门,对应不同的流量和开度;目前上塔阀门没有完全打开,上塔阀门打开了30°。

阀门消耗的压头可以采用下列公式计算:
流速:v=Q/S 压头:H= v 2/2g
其中:H ——系统中阀门所消耗的扬程;
——为阻力系数;查《水工业工程设计手册》水力计算表;取为30°阀门开度时, =118;V ——循环水系统中水的流速;g ——重力加速度9.81m 2/s;
Q ——实际流量:按实际3700m 3/h 计算;S ——管道横截面积。

计算:V =Q /s = 1.61m /s 。

H = v 2/2g =118×1.612/2×9.81=15.59m 。

目前,系统的回水压力是0.28M Pa ,克服阀门阻力和塔高10m 的阻力,布水需要2m 的损失,即28-15.59-10-2=0.43m 。

实际情况与理论计算相吻合。

改造后,阀门全开,水轮机可利用的系统富余压头为28-10-2=16m 。

2.3　系统富余能量计算
P = ×g ×Q ×H ÷3600 :水轮机效率取0.85。

P 水轮=0.85×9.81×3700×16÷3600
=137.12kW
3　水轮机可改造条件判断
水轮机输出的功率为P 水轮=137.12kW ,冷却塔风机需要的功率为P 风机=103.18kW 。

可改造条件判断:
P 水轮/P 风机=137.12/103.18=1.33
从计算结果看,改造P 水轮/P 风机>1;满足改造条件。

4　改造经过
久泰能源内蒙古有限公司从2012年4月份进行了改造,采用了重庆堪文节能科技有限公司的GL W 贯流式水轮机。

水轮机型号规格:GLW -B 4500水轮机效率:87%～93%水轮机进水量:≥4500m 3/h
水轮机进口压力:0.07M Pa ～0.1M Pa 水轮风机转速:100r /min ～120r /min 。

改造示意图(见下图)。

5　改造结果
2012年5月1日,改造完成了3台冷却塔,投入使用,经过2个多月的运行,技改的冷却塔实现了无电化运行,达到了节能的目的。

按照3台冷却塔计算,1年可以节约电量为:123.1kW ×24×360×3台=(下转第119页)
收稿日期:2012-06-20
作者简介:付永生(1968-),男,现工作于久泰能源内蒙古有限公司,从事设备管理,设备技术改造工作。

　刘洋,等・提高送风机变频器投入率2012年第19期
表5
单位(次)
定值
序号
123456
动作
次数
1.2Ie～1.3Ie67697071727
2.80
1.3Ie～1.5Ie7374757678.4802
1.4Ie78.4
从表5可以看出,在给变频器单元通电流后,在
1.2Ie～1.4Ie(不包含1.4Ie)之间试验8次变频器可
靠运行,在最后达到1.4Ie(即78.4A)两次试验均能
可靠动作,稳定运行。

2.2　温度感应线受干扰
高压变频器温度感应线不宜过长,且离主电路
不易过近。

内蒙古丰镇发电厂送风机变频器功率大、
体积大,相应的单元温度测量感应线过长,并且靠近
主电路,易造成干扰,使温度测量信号失真,影响测
量温度的准确性,从而导致误动,所以我们一方面要
增加温度测量线的抗干扰电路,消除主电路磁场对
温度测量准确性的干扰,使抗干扰率达100%。

另一
方面要加装继电器隔离电路,使温度测量抗干扰。

我
们对新改造的温度测量回路进行了10次试验,列表
6如下。

表6(单位:℃)　
试验次数12345678910
测量温度55564860516250576445
输出温度55564860516250576445
经过10次试验,送风机变频器单元测量回路经
过改造,变频器单元温度测量值与输出值完全一致,
未出现测量失真故障,送风机变频器单元能够可靠
运行。

2.3　通风设计不合理
变频器单元允许运行温度不超过100℃,户内使
用,环境温度不超过-5℃～40℃。

变频室温度与室
内温度之间是正相关关系,即室内温度越高,变频器
温度也越高,说明室内温度的效果直接决定着变频
器温度。

变频器单元故障频率夏秋两季明显高于冬
季,只要将室内温度控制在40℃以下,既符合手册要
求,又满足变频器运行条件,就可大大降低变频器的
故障次数,从而提高变频器的投入率。

所以我们将变
频室的通风改造为室外通风,如图2所示。

图2　通风系统
另外,送风机变频室配电室顶部只装有1台抽
风机,变频器释放出的热量几乎与外部不交换,散热
效果不明显。

使得室内温度升高,变频器单元由于过
热而故障。

所以将送风机变频室顶部通风机由1台
增加为2台,将配电室内热风及时排出了室外。

同
时,还加装鼓风机,鼓风机吹出的自然风经过通有冷
却水的冷却器向室内吹冷风。

经过通风系统的改造,
室内温度控制在变频器单元允许运行的环境温度
(40℃)之下,以及变频器单元允许运行温度不超过
100℃的情况下可靠安全的运行。

3　结束语
通过此次的改进减少了送风机因变频器故障跳
闸次数,降低了锅炉灭火的隐患,同时减少了设备维
护费用,巩固了内蒙古丰镇发电厂全年无非停业绩,
而且送风机变频器运行稳定可靠,可以确定我们的
实施效果有效可靠,保证了设备长期稳定运行。

成功
地控制了内蒙古丰镇发电厂送风机变频器单元故
障,大大提高了送风机变频器的投入率,并降低了厂
用电率,取得了较好的经济效益,保证了送风机安全
经济运行。

(上接第117页)3190752kW・h。

按每度电0.55元
计算,每年可节约费用为175.49万元。

图3
截止到7月15日,久泰能源内蒙古有限公司又
技改了2台,目前共有5台循环水冷却塔实现了无电
化运行,节能效果显著。

6　结束语
循环水冷却塔采用水轮机代替电机,利用了原
循环水系统的富余流量和富余扬程,实现无电化运
行,是一项功在当今,利于后世的节能技术改造。

[参考文献]
[1]　王文斌.机械设计手册(1～5卷)[M].北京:
机械工业出版社,2004.
[2]　聂梅生主编.水工业工程设计手册[M].北京:
中国建筑工业出版社,2000.
[3]　董柏林主编.电机工程手册(第二版)卷5[M].
北京:电力工业出版社,2008.。