循环水冷却塔内、外置式水轮机应用总结
汤霞槐
（兖矿贵州开阳化工有限公司，贵州 贵阳550300）
［摘 要］介绍兖矿贵州开阳化工有限公司循环水冷却塔水轮机采用EMC模式进行节能改造的情况，对内、外置式水轮机的技术特点、应用实践进行对比分析，并对水轮机的运行效果、节能效益进行总结。
［关键词］ 循环水冷却塔；节能改造；内置式水轮机；外置式水轮机；运行情况；节能效益；对比分析
［中图分类号］TK 733
［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）
1 概 述
兖矿贵州开阳化工有限公司共有2套循环水系统，其中Ⅱ循环水系统共有7台冷却塔，每台冷却塔额定流量5 000 m3/h，采用逆流式钢筋混凝土结构。来自各用户的循环回水（42 ℃）至本界区的压力为0.20～0.25 MPa，经冷却塔冷却至32 ℃后靠重力流入吸水池，再由循环水泵加压送至各用户。冷却塔风机是上海贝得尔石化机械设备有限公司生产的，额定功率200 kW。
水动风机是一种新型高效节能型产品，其核心技术是高效率水轮机，用水轮机取代传统的电机驱动风机，将循环水进入布水器时直接释放而浪费的能量收集用以驱动风机，省去原有电机，达到节能的目的，即利用循环水系统的富余能量，使水轮机的输出轴直接与风机连接，从而带动其旋转产生冷却效果，不增加循环水泵的功耗，不影响传统冷却塔的工作，完全可以满足循环水系统换热设备的工艺要求。
2014年10月起，公司采用EMC模式（合同能源管理）进行循环水系统富余能量回收，利用水轮机先后取代Ⅱ循环水系统2台冷却塔的风机电机，取得了较好的节能效益。以下对内、外置式水轮机的应用情况进行总结。
2 利用水轮机进行节能改造的可行性分析
2.1 改造的可行性分析
Ⅱ循环水系统设计供水能力28 578 m3/h，实际总处理水量约22 500 m3/h，正常运行时循环水冷却塔五开两备，每台冷却塔水量约4 500 m3/h，可以满足系统温降要求。
Ⅱ循冷却塔A（T4211A）底部回水总管压力0.3 MPa，即压头30 m，冷却塔塔顶至地平面高17 m，该冷却塔顶部压头可达到30-17＝13 m，塔顶平台电机基础距进塔水管4 m，该段距离对闭式贯流式水轮机有虹吸作用，使水轮机出口端形成真空，加大水轮机进出口压差，增加水轮机输出功率，使水轮机压头增加4 m。
据公式H≤u=V2/2g(V—流体速度；g—重力加速度)和P=ρ×g×Q×H÷3600（ρ—水的密度；Q—流量；H—压头），经计算，水轮机进水压力在0.1 MPa以上时，水轮机进水量即可达到4 500 m3/h；而该系统循环水的回水富余压力达0.13 MPa，此项改造完全可行。
（1）T4211A改造完成后，经实测Ⅱ循环水系统有关数据，计算得到：循环水母管埋深H2=2.7 m，循环水系统回水压力p1=31.6 mH2O；冷却塔塔顶平台标高H3=16.15 m，水轮机进水管标高超出塔顶平台1 m，系统布水管标高H4=11.3 m，则水轮机至布水系统的落差H5=H3+1-H4=5.85 m；水轮机进口前剩余压力p2=p1-H2-H3-1=11.75 mH2O，则可转化为富余能量驱动水轮机做功的压头H=p2+H5=17.6 mH2O。
（2）改造前风机电机电流I=8.78 A（均值），供电电压为10 000 V，电机功率因数取0.82，则电机输出有效功率P=30.5×I×U×0.82=124.69 kW。改造后，水轮机进口流量Q=4 500 m3/h，水轮机做功压头H=17.6 m H2O，水轮机效率取90%，则水轮机输出的有效功率W=1×9.81×4 500×17.6×0.9÷3600=194.24 kW。可见，水轮机输出的有效功率W大于电机输出有效功率P，此项改造可行。
2.2 水轮机型式比选
更多内容详见《中氮肥》2016年第5期