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[摘要]结合工程实例，系统地阐述了大型机械通风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，包括原有设施简述、改造工程概况、数据计算及分析、节能计算、静态投资回收期，并对节能改造做出了效果评价。
[关键词]电动风机;水轮机;节能改造
水动能冷却塔是一种新型的高效节能冷却塔，其核心技术是以冷却塔专用混流式水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力。水轮机的工作动力来自循环水泵的富裕扬程，不仅在工作时保证冷却塔的冷却效果，而且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，达到节能目的。目前市场上绝大多数机械通风冷却塔，均可采用水轮机驱动。合理地利用水轮机，可以对电动风机冷却塔进行节能改造，越是大型冷却塔，节能改造的效果越好，从而获得可观的经济和社会效益。
1 原有设施简述
某焦化厂一期循环水站和二期循环水站共有冷却塔7台，总设计循环水量17000 m?/h。循环水泵7台，
1.1 冷却塔
1.1.1一期循环水站
型式：钢筋混凝土结构逆流式机械通风冷却塔;组合形式：1组4台，实开3台，备用1台，单台塔体几何尺寸为14.0m×14.0m×12.0m;额定冷却水量：2000m?/h;实测冷却水量：1390m?/h;额定温差：10℃;实际进出口水温：34℃/26.3℃;循环冷却回水上塔进口口径：2根500mm;上塔进口阀门开度：90°。
1.1.2二期循环水站
型式：钢筋混凝土结构逆流式机械通风冷却塔;组合形式：1组4台，实开2台，备用2台，单台塔体几何尺寸为16.0m×16.0m×12.0m;额定冷却水量：3000m?/h;实测冷却水量：2000m?/h;额定温差：10℃;实际进出口水温：36℃/28℃;循环冷却回水上塔进口口径：2根500mm;上塔进口阀门开度：90°。
1.2 风机
1.2.1一期循环水站
型式：轴流风机;型号：L77A;直径：7700mm;转速：149r/min;叶片数量：8片;叶片安装角度：16～20°;驱动方式：电力（电机、传动轴、减速机）;电机额定功率：75KW;电压：380V;额定电流：146.84A;实测电流：50A。
1.2.2二期循环水站
型式：轴流风机;型号：L85A;直径：8530mm;转速：149r/min;叶片数量：8片;叶片安装角度：16～20°;驱动方式：电力（电机、传动轴、减速机）;电机额定功率：75KW;电压：380V;额定电流：146.84A;实测电流：120A。
1.3 循环水泵
1.3.1一期循环水站
额定流量：2020m?/h;额定扬程：59m;数量：3台;实开2台工作，1台备用;进口压力：2m;出口压力：42m。
1.3.2二期循环水站
额定流量：3000m?/h;额定扬程：60m;数量：4台;实开2台工作，2台备用;进口压力：2m;出口压力：54m。
2 改造工程概况
2.1 改造内容
将每组冷却塔中的1台的电动风机实施节能改造，以冷却塔专用混流式水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力。同时，相应地修改循环冷却回水上塔管道的配管，安装用于切断检修、运行切换的阀门。经过改造，循环冷却回水先通过水轮机后，再进入冷却塔的配水系统。冷却塔电动风机节能改造前、后对照如图1所示。
图1 冷却塔电动风机节能改造前、后对比示意图
2.2 水轮机技术参数
在本次改造工程中，选用的水轮机具有如下技术参数：
2.2.1一期循环水站
型式：冷却塔专用混流式水轮机;型号：KER-2000A;额定流量：2000m?/h;进水口径：500mm，出水口径：600mm;额定功率：67kW;额定转速：165rpm;效率：85%;外形几何尺寸1550mmx1439mmx986mm;本体材质：球磨铸铁;轴材质：42CrMo;轴承：NSK;重量：1200kg。
2.2.2二期循环水站
型式：冷却塔专用混流式水轮机;型号：KER-3000A;额定流量：3000m?/h;进水口径：600mm，出水口径：700mm;额定功率：100kW;额定转速：160rpm;效率：85%;外形几何尺寸1872mmx1800mmx1075mm;本体材质：球磨铸铁;轴材质：42CrMo;轴承：NSK;重量：1700kg。
3 水动能冷却塔的优点
水动能冷却塔与电动风机冷却塔对比见表1。
6 节能改造效果评价
某焦化厂循环水站2台电动风机节能改造工程，于2013年4月实施，2013年5月通过竣工验收。经过分别测试改造前、后的冷却塔冷却水量、温差、风机转速、循环水泵电机电流，表明系统运行状况良好，达到了预期要求。
系统节能改造技术先进、经济合理;安全可靠、管理方便;符合环保要求，水动能冷却塔100%节能，并节约用水;水轮机的工作动力来自循环水泵的富余扬程，利用了原有能力和设施;安装施工简单易行;不增加岗位和定员。
7 结语
水轮机利用循环水泵富余扬程，根据循环冷却水系统的要求，结合循环水泵工况，达到替代电机驱动的效果。
正确地选用水轮机，配管设计合理，并妥善地进行安装和维护，则不仅能够保证采用水动能冷却塔的循环冷却水系统安全可靠地工作，而且达到水动能冷却塔100%节能的目的。
参考文献
[1] JB/T 12708-2016，机械通风冷却塔用水轮机技术条件[S].
[2]陈应新.大型機械通风冷却塔电动风机的节能改造.中国精细化工协会水处理化学品行业年会论文集[C].北京：2007.
作者简介：王 亮（1981-），男，山西长治人，工程师，主要从事节能环保技术管理工作。
E-mail：[email protected]
[关键词]电动风机;水轮机;节能改造
水动能冷却塔是一种新型的高效节能冷却塔，其核心技术是以冷却塔专用混流式水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力。水轮机的工作动力来自循环水泵的富裕扬程，不仅在工作时保证冷却塔的冷却效果，而且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，达到节能目的。目前市场上绝大多数机械通风冷却塔，均可采用水轮机驱动。合理地利用水轮机，可以对电动风机冷却塔进行节能改造，越是大型冷却塔，节能改造的效果越好，从而获得可观的经济和社会效益。
1 原有设施简述
某焦化厂一期循环水站和二期循环水站共有冷却塔7台，总设计循环水量17000 m?/h。循环水泵7台，
1.1 冷却塔
1.1.1一期循环水站
型式：钢筋混凝土结构逆流式机械通风冷却塔;组合形式：1组4台，实开3台，备用1台，单台塔体几何尺寸为14.0m×14.0m×12.0m;额定冷却水量：2000m?/h;实测冷却水量：1390m?/h;额定温差：10℃;实际进出口水温：34℃/26.3℃;循环冷却回水上塔进口口径：2根500mm;上塔进口阀门开度：90°。
1.1.2二期循环水站
型式：钢筋混凝土结构逆流式机械通风冷却塔;组合形式：1组4台，实开2台，备用2台，单台塔体几何尺寸为16.0m×16.0m×12.0m;额定冷却水量：3000m?/h;实测冷却水量：2000m?/h;额定温差：10℃;实际进出口水温：36℃/28℃;循环冷却回水上塔进口口径：2根500mm;上塔进口阀门开度：90°。
1.2 风机
1.2.1一期循环水站
型式：轴流风机;型号：L77A;直径：7700mm;转速：149r/min;叶片数量：8片;叶片安装角度：16～20°;驱动方式：电力（电机、传动轴、减速机）;电机额定功率：75KW;电压：380V;额定电流：146.84A;实测电流：50A。
1.2.2二期循环水站
型式：轴流风机;型号：L85A;直径：8530mm;转速：149r/min;叶片数量：8片;叶片安装角度：16～20°;驱动方式：电力（电机、传动轴、减速机）;电机额定功率：75KW;电压：380V;额定电流：146.84A;实测电流：120A。
1.3 循环水泵
1.3.1一期循环水站
额定流量：2020m?/h;额定扬程：59m;数量：3台;实开2台工作，1台备用;进口压力：2m;出口压力：42m。
1.3.2二期循环水站
额定流量：3000m?/h;额定扬程：60m;数量：4台;实开2台工作，2台备用;进口压力：2m;出口压力：54m。
2 改造工程概况
2.1 改造内容
将每组冷却塔中的1台的电动风机实施节能改造，以冷却塔专用混流式水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力。同时，相应地修改循环冷却回水上塔管道的配管，安装用于切断检修、运行切换的阀门。经过改造，循环冷却回水先通过水轮机后，再进入冷却塔的配水系统。冷却塔电动风机节能改造前、后对照如图1所示。
图1 冷却塔电动风机节能改造前、后对比示意图
2.2 水轮机技术参数
在本次改造工程中，选用的水轮机具有如下技术参数：
2.2.1一期循环水站
型式：冷却塔专用混流式水轮机;型号：KER-2000A;额定流量：2000m?/h;进水口径：500mm，出水口径：600mm;额定功率：67kW;额定转速：165rpm;效率：85%;外形几何尺寸1550mmx1439mmx986mm;本体材质：球磨铸铁;轴材质：42CrMo;轴承：NSK;重量：1200kg。
2.2.2二期循环水站
型式：冷却塔专用混流式水轮机;型号：KER-3000A;额定流量：3000m?/h;进水口径：600mm，出水口径：700mm;额定功率：100kW;额定转速：160rpm;效率：85%;外形几何尺寸1872mmx1800mmx1075mm;本体材质：球磨铸铁;轴材质：42CrMo;轴承：NSK;重量：1700kg。
3 水动能冷却塔的优点
水动能冷却塔与电动风机冷却塔对比见表1。
6 节能改造效果评价
某焦化厂循环水站2台电动风机节能改造工程，于2013年4月实施，2013年5月通过竣工验收。经过分别测试改造前、后的冷却塔冷却水量、温差、风机转速、循环水泵电机电流，表明系统运行状况良好，达到了预期要求。
系统节能改造技术先进、经济合理;安全可靠、管理方便;符合环保要求，水动能冷却塔100%节能，并节约用水;水轮机的工作动力来自循环水泵的富余扬程，利用了原有能力和设施;安装施工简单易行;不增加岗位和定员。
7 结语
水轮机利用循环水泵富余扬程，根据循环冷却水系统的要求，结合循环水泵工况，达到替代电机驱动的效果。
正确地选用水轮机，配管设计合理，并妥善地进行安装和维护，则不仅能够保证采用水动能冷却塔的循环冷却水系统安全可靠地工作，而且达到水动能冷却塔100%节能的目的。
参考文献
[1] JB/T 12708-2016，机械通风冷却塔用水轮机技术条件[S].
[2]陈应新.大型機械通风冷却塔电动风机的节能改造.中国精细化工协会水处理化学品行业年会论文集[C].北京：2007.
作者简介：王 亮（1981-），男，山西长治人，工程师，主要从事节能环保技术管理工作。
E-mail：[email protected]