我国工业冷却塔技术源自1970年从国外引进的6套化肥生产线，至今已有40多年的时间。最初的冷却塔设计都是参照国外的图纸和技术参数，为确保冷却塔的温降效果，国内设计院、制造企业无论在冷却塔的气水比、布水面积、填料体积、淋水密度，还是水泵流量、扬程、管道系统及阀门、风机风量及功率等，各方面的工艺参数均有富余，而冷却塔是个物理产品，定量的风与定量的水在定量的容器内产生热交换，设计上多余的风量和水量及扬程均被白白地浪费掉。
1.系统状况
湖北宜化813公司设计产能为合成氨1000 t/d、大颗粒尿素800 t/d。厂内综合循环水系统现有1000 m3/h冷却塔11台、1500 m3/h冷却塔2台，13台冷却塔均为方形逆流式冷却塔，设计总处理水量14000 m3/h（单塔实际处理水量1000 m3/h，13台冷却塔在运）；设计进塔水温43 ℃［ 实测进塔水温29.5 ℃（环境温度14～25 ℃）］，设计出塔水温33 ℃［实测出塔水温23.3 ℃（环境温度14～25 ℃）］；冷却水上塔阀门开度为25％，冷却水回水压力为0.35 MPa。
13台冷却塔风机电机总额定功率为585 kW：系统循环水泵共6台（含3台节能泵），运行4台，水泵出口压力0.48～0.5 MPa，出口阀门开度45°，额定杨程47.4 m，单台泵实际流量3250 m3/h（均值）；水泵电机总额定功率560 kW，额定电压6 kV，额定电流65.4 A（实际运行电流60 A）。系统风机能耗较大，电机和减速机维护费用也较高。
2.循环水系统富余压力点
一般循环水系统设计中，富余水能主要来源于如下五个方面：①势能，即换热装置因位差（相对于冷却塔）而具有的势能；②系统各处阀门的闭压；③装置优化能量，即调整各装置在最佳工况下运行所节省的能量；④水泵优化能量，即调整水泵在额定工况下运行，提高其运行效率所节省的能量；⑤循环水中的动能利用，即循环水末端静压。
3.改造方案可行性分析
冷却塔节能改造欲用水轮机替代电机驱动风机，这就需要水轮机输出轴功率大于风机轴功率。对水轮机输出轴功率与系统具有的富余能量作如下计算与分析。
（1）风机轴功率匹配校核
W电=（W×I2×η）/I1
式中：I1——风机电机额定电流（84.2 A）；I2——风机电机平均运行电流（75 A）；W——电机额定功率（45 kW）；η——传动装置效率（η=η电机×η减速机×η传动轴=0.94×0.9×0.98=0.83）。故W电=（45×75×0.83）/84.2=33.3 kW。
（2）水轮机做功压力（折扬程）计算
H= W电/（g ×Q×η）
式中：g——水容重（9810 kg/m3）；Q——水轮机进水流量（1000 m3/h，合0.28 m3/s）；η——水轮机效率（0.92）。故H=33.3×1000÷（9810×0.28×0.92）=13 m。
（3）水轮机入水压力（表压）计算
水轮机出水口至布水器位差=4 m，布水压力=1 m，则水轮机入水压力（表压）H3=水轮机做功压力-水轮机出水口至布水器位差+布水压力=13-4+1=10 m。
（4）系统运行状况分析
塔顶与回水压力表位差H1=18-4=14 m，水轮机进水管道中心离塔顶高度H2=0.8 m，水轮机入水压力H3=10 m，则用水轮机驱动冷却塔风机所需回水压力（以地面为参考点，即装置回水压力表处）=H1+H2+H3=14+0.8+10=24.8 m。
813公司循环水综合回水压力为35 m（折扬程），故改造方案可行。
4.改造效果
（1）系统运行情况
改造后，凉水塔上水阀开度由1/5改为全开，上水管压力由水轮机进口固定开度控制；凉水塔进水量不减少，循环水泵电流未增加，管网压力未增加。
①凉水塔运行数据对比：改造前后均运行5台循环水泵、单台凉水塔进水量均在1010～1020 m3/h，风机转速则由950～980 r/min增至1420～1450 r/min，风速由10～11 m/s增至12～13 m/s；改造前13台风机电机总功率550～570 kW，改造后因采用水轮机，电耗降为0；循环冷却水温度由29.2/34.3 ℃（冷/热）降至28.8/34.0 ℃（冷/热）。
②循环水泵运行数据对比：改造前后循环水管网压力均为0.39 MPa，循环水泵电流均为60 A（均值）；改造后环境温度则由27.1 ℃降为26.2 ℃，冷水温度由29.2 ℃降为28.8 ℃，热水温度由34.3 ℃降为34.0 ℃。
（2）效益评估
原凉水塔风机电机的额定功率为45 kW，共13台，按有效功率85%计，改造后月节约电量45×85%×24×30×13＝35.8×104 kW·h，电价按0.58元/ （kW·h）计，年节约电费35.8×104×0.58×12÷10000=252万元。
13台凉水塔用水轮机替代电机驱动风机，改造费用为320万元，15个月即可收回投资。
（湖北宜化 肖聪，等；南京峡谷能源科技 严强）