循环水系统节能

循环冷却水系统节能意见

工业循环冷却水系统是工业生产企业处理工艺装置热负荷不可或缺的重要公用工程装置，能源消耗可占企业总量的10%---40%，常用的循环水系统为敞开式冷却水系统。

敞开式冷却水系统冷却水由循环泵送入系统中各换热器，以冷却工艺热介质，冷却水本身温度升高，变成热水，此循环热水被送往冷却塔顶部，由布水管道喷淋到塔内填料上，空气则由塔底百页窗空隙中进入塔内，并被塔顶风叶或其它抽吸力抽吸上升，与落下的水滴和填料上的水膜相遇进行热交换，水滴和水膜则在下降过程中逐渐变冷，水的冷却过程是通过水滴或水膜的水－气界面间发生。热水与空气之间发生两种传热作用，一是蒸发传热，带走的热量约占传热量的75%--80%，二是接触传热，带走显热约占总传热量的20%--25%。为了加大接触的比表面积，一般是借助于填料的作用。根据空气进入塔内情况分为自然抽风和机械通风两大类，机械通风类均是在近塔项的风筒口设电动机械风机实现机械抽风工艺。保证系统处于合理经济的运行状态对于降低企业能源消耗、节能减排的意义重大。

循环水系统常规节能节水措施有：一是加强循环水质日常管理，如改进配方以减少腐蚀及结垢，改进循环水系统的补水、加药、排污管理模式，以保障水冷器冷换效果、避免因换热效率低不得已增开水泵、风机等耗能现象，；二是进行结构改进，如冷却效果差的冷却塔进行改型，或塔内构件改用换热效率高、风阻小的填料及新型挡水板等，以上措施能节约工业水及部分蒸汽消耗（工艺侧），但对于循环水系统的总

能耗影响不大。

近年来，研究发现工业循环水系统水泵耗电能方面存在较大的浪废现象，一方面设计系统及后期运行阶段，输水泵的设计或实际压力远高于系统正常需求；另一方面因部分循环水系统用户（水冷器）定置位置较高，造成系统供水压力较高，回水压力富袷能量较大。如能正确核算循环水系统需电量、充分利用输水泵的动能，或针对系统状况，充分利用回水富裕动能，对循环水单位电力消耗等指标的有效下降、系统能耗的有效降低有较大意义。

经理论论证及实践经验表明：对工业循环冷却水系统，先进行水泵改造以降低循环水送水扬程，在此基础上若回水系统仍有一定的富余能量，则进行水轮机替代电机等方式节能改造，是较为理想的节能途径。

2．1循环水泵优化

工业循环冷却水系统的冷换热备位差高低叁差不齐，而在循环水泵的扬程设计中，为确保冷换热备的用水需求，一般水泵会设计有高于实际需求约30%左右的富裕水头。因此在循环水系统中，水泵出口阀或冷却塔上水阀关闭现象层出不穷，该现场存在并不是人们通常理解的进行凉水塔系统切换或压力平衡需求，更主要是消耗部分回水动能，以免回水压力过高冲坏喷嘴或填料的因素。

在进行循环水泵降低扬程改造设计中，要将最高水位点和最大换热器损失定位系统最不利点进行计算和校核，同时为保证系统的安全生产，一般建议保留5-15%的安全裕量，对循环水泵进行优化改造。

目前，比较常用的水泵节能优化方法有变频、整体更换高效水泵、

高效叶轮更新、切削叶轮、进行关键配件改造等。实际操作中，应从投资、改造时间、改造效果多方面比较，如果条件允许，运行周期长的水泵建议优先采用更体更换高效泵，其次是进行三元流叶轮更新等形式。

2．2 水轮风机改造

在完成了循环水泵的节能改造后，若回水富余的动能提供一定的功率要求，驱动水轮机带动冷却塔风机产生满足生产需求的风量，则可进行水轮风机替代电动风机改造。

循环水系统中水轮机的工作过程：循环水系统回水由水轮机进水口进入切击叶轮，使叶轮带动叶片旋转，水流在出水区域缓释，最后经出水口流出，流至下接的布水管中。水由布水管分配后经喷嘴流出，经填料等区域与空气换热后汇入集水池。水轮机主要工作部件是叶轮，叶轮接受了流体的能量后进行旋转。旋转叶片之间水流有自由表面，转轮前后水流压差是主要动能。

水轮机按工作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，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；其主要分为水斗式、斜击式和双击式等，冲击式水轮机工作效率较低，应用效果不佳。

反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。转轮主要利用转轮前后的压差，其主要分为轴流式、混流式、斜流式等，现在用于冷却塔改造的水轮机基本上为混流式。混流式水轮机效率较高，最佳工作点效率达到95%，但要达到其最高效率点工作比较难，只有当水流

满足无撞击进口和法向出口条件时，水轮机的效率最高。因此对于不同的冷却塔特定的流量和水头，要根据实际运行情况选择最优转速和风机的转速，选择合适的减速比这样才能保证水轮机在最优情况下工作，效率最高，改造效果最好，如果偏离最优工作状态较多，水轮机的效率都会下降很多。

3.2 水轮机的动力分析

水轮机的工作参数主要有：压力H（m ）；流量Q（m 3／h 或m 3／s ）；出力P（kW）；效率η（%）；转速n（r／min ）；水流速度V （m／s ）；水的密度γ，水轮机进口到出口压力损失Δh；γ值为1000kg ／m3或9810N／m3等。

水轮机的出力P计算式为：

P＝P nηt＝9.81QHηt (kw)

一般来说，若凉水塔底回水总管压力不低于0.15MPa, 至塔顶的回水压力不低于0.05 MPa, 则可考虑水轮机应用的可行性。若计算出水轮机的出力P不低于现有电动风机的输出功率，则可进行水轮风机替代电动风机节能改造。