作者：盛恒平
南京峡谷能源科技有限公司
摘要:循环水系统中的节能主要体现在循环水中存在着一定的富余压力，富余压力包含阀门闭压压损、换热装置的位高势压、工艺回水压力高于循环水回水上塔压力、水泵运行压力偏离高效区压力等。水动风机冷却塔是利用水轮机驱动风机，通过节能改造移去原运行电机，把循环水系统中的所有富余压力收集再转移到回水末端供水轮机做功，不改变原系统换热效果，从而达到节能目的。
关键词:循环水系统富余压力水动风机冷却塔水轮机回水压力节能改造
前言
化工行业是我国能源消耗大户,而循环水系统中的能耗也占有相当高的比例，为了抓好高耗能企业的节能工作,国家对重点耗能企业采取节能的监督管理,并促进企业加快节能技术改造、提高能源利用效率,通过节能减排可提高企业经济效益，缓解经济社会发展而面临的能源和环境约束，确保实现“十二五”规划目标具有十分重要的意义。
在循环水系统中的节能改造尤为重要，现国内化工行业运行的循环水系统大都存在着或多或少的富余能量，这是由于系统运行的不确定性而带来的设计、制造的安全性、可靠性选择，无论在冷却塔的气水比、布水面积、淋水密度、水泵流量及扬程、沿程阻损等各个参数上均有一定的安全系数（装置的位高势压及回水压力是硬指标除外）。这样水动风机冷却塔就把系统中的富余能量收集利用，去除原有的驱动风机电机，从而达到节能的效果。
一、水动风机冷却塔原理
1.1核心技术水轮机
1.1.1水轮机设计、制造遵循的标准
水轮机基本技术条件GB/T-
水轮机通流部件技术条件GB/T-
工业循环冷却水设计规范GB/T-
钢结构设计规范GB/17-88
1.1.2水轮机结构部件
1.1.3水轮机性能曲线
（m3/h水轮机，风机直径mm，额定转速rpm）
图中：Q-流量H-压力n-转速W-轴功率
1.1.4水轮机运行理论依据
水轮机做功所输出轴功率需具有三个条件，其一是过流量、其二是系统所提供的富余压力、其三是水轮机本身的效率，这三个条件决定水轮机输出轴功率只要和风机所需轴功率匹配，则节能改造是完全可行的，下面就关键条件作一分析：
a水轮机过流量
按冷却塔处理水量作为水轮机过流量，这是循环水系统固有的，当然有时需根据风机所需轴功率作相应调整。
b系统提供的富余压力
循环水系统所提供的富余压力分布如下：
系统富余压力H=(P1-P2)+（P3-P4-H2），当高端换热装置阀门出口水位压力为零时，系统富余压力为H=(P1-P2)+H1，上公式不含各装置阀门闭压压损。
c水轮机效率
水轮机效率决定水轮机做功能力，水轮机效率高则所需系统富余压力就低，水轮机效率公式如下：
η=G×P/（Q×H×η1×3。×）
式中：G-风机抽风量（m3/h）
P-风机运行全压（Pa）
Q-水轮机过流量（m3/h）
H-水轮机消耗压力（m）
η1-风机效率
d水轮机输出轴功率与风机所需轴功率匹配公式如下：
水轮机输出轴功率公式：W1=9.81×Q×H×η(kW)
风机所需轴功率公式：W2=G×P/（η××）
理论依据：当W1≥W2时水轮机驱动风机所达到的风量大于或等于原电机驱动风机的风量。
1.2水动风机冷却塔示意图
1.3水动风机冷却塔优点
1.3.1安全可靠
水轮机设计严谨，结构合理，运转平稳，可靠性高，根本杜绝了电机、电控和减速机漏电、漏油、烧毁和损坏的故障，为安全持续运行提供了保证，可在任何需防爆的环境下安全运行。
1.3.2冷效好
随着季节的变化，冷却系统水泵的水量会有所变化，水冷机的转速随着循环水量的增减而增减，风量也随之增减，使冷却塔的气水比稳定在最佳状态，达到最佳效果。
1.3.3环保
因取消了电机和减速机，降低了冷却塔运行时机械噪音，通过权威部门检测，水动风机冷却塔噪音比传统冷却塔噪音降低10%左右。
1.3.4减少飘水
因春秋冬季环境温度低，水轮机转速可根据环境状况调节，降低风压，同时也降低飘水率，而电机塔不可调速，则飘水率不会降。
1.3.5由于取消了电机、传动轴、减速机，因而减少了日常维护、检修工作，大大降低了运行成本。
二、案例验证
2.1项目概述
中捷石化二水厂于年对正在运行中的2×m3/h冷却塔中的一台5#塔实施节能改造，年6月决定在不改变循环水系统其他设计参数，生产装置正常运行不受影响的情况下，对另一台6#冷却塔进行节能改造，以超低比转速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，循环冷却回水先通过水轮机推动风机叶轮旋转后再进入冷却塔的配水系统，同时，相应地修改循环冷却回水上塔管道的配管，增设旁通管道，安装用于切断检修、运行切换的阀门，旁通管道的作用是调节风机转速以适应环境变化的要求。改造后各运行工艺参数与改造前基本一致，且拆除掉电机，达到%的节能。
2.2改造的理论依据及结果
2.2.1电动风机所需轴功率W1×η1×η2=40.7×0.93×0.9=34.1(kW)；
式中：W1-电机运行功率η1-电机效率η2-传动装置效率
2.2.2水轮机输出轴功率9.81×Q×H×η=9.81××10×0.86=35.2(kW)
式中：Q-过流量（m3/h）H-消耗压力（m）η-水轮机效率
2.2.3，改造时只利用系统回水压力20m中的富余压力10m，不改变原系统中的供水压力，故改造后系统循环水量基本不变，通过以上验算水轮机输出轴功率与电动风机所需轴功率基本相当，故改造后风量也不变，因此改造是成功的。
2.3改造前后工况比较（此项自己完善）
2.4节能改造的经济和社会效果
2.4.1经济效果
该系统单塔电机额定功率55kW，实际运行功率40.7kW，每年运行实际按h计，则投用水轮机后2台塔节能量为：
40.7kW×h×2台=（kWh）
电价按工业用电标准0.63元/（kWh）计，则每年节约电费：
（kWh）×0.63元/（kWh）=元
2.4.1社会效果
改造2台冷却塔可节约标煤吨，减少二氧化碳排放吨。
结论
通过水动风机冷却塔回收循环水系统中的富余能量，去除电动风机冷却塔中的电机，此原理是可行的，改造也是成功的，经过节能改造不仅给企业带来经济效果，而且还为国家节能减排做贡献。
参考文献：
[1]水轮机基本技术条件GB/T-
[2]水轮机通流部件技术条件GB/T-
[3]工业循环冷却水设计规范GB/T-