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(青海發(fā)投堿業(yè)有限公司, 青海 德令哈 817099)

隨著純堿工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境資源對企業(yè)的節(jié)能減排工作提出了更高更嚴的要求，只有不斷地進行節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)改造、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、降低能耗，才能更好地促進企業(yè)和當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。為提高我公司能源、資源利用效益和水平，結(jié)合實際生產(chǎn)情況，我公司對循環(huán)水冷卻塔進行節(jié)能技術(shù)改造工作?；谑‰姽?jié)能減排的考慮，在循環(huán)水冷卻塔采用的無電耗貫流式水輪機，充分利用循環(huán)水系統(tǒng)中富余的水壓驅(qū)動水輪機轉(zhuǎn)輪，從而利用傳動軸、減速機帶動風葉轉(zhuǎn)動。既省去了冷卻塔原先配備風機所用的電機，又不額外增加循環(huán)水泵的電耗，因此省電達100%。

1 循環(huán)水系統(tǒng)介紹

青海發(fā)投堿業(yè)有限公司水氣車間五臺4 200 m3/h循環(huán)水冷卻塔，用于生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水降溫。具體工藝為：循環(huán)水吸水池經(jīng)補充水達到規(guī)定液位(≥3.3 m)后，通過循環(huán)水泵加壓，將溫度小于27 ℃、壓力大于0.40 MPa的循環(huán)水送往各生產(chǎn)工序進行降溫，回水溫度降為31～39 ℃、壓力變?yōu)?.08～0.25 MPa，靠余壓回到冷卻塔。改造前循環(huán)水系統(tǒng)五臺冷卻塔風機均由電機帶動，電機功率為132 kW。

調(diào)節(jié)循環(huán)水泵是可以調(diào)節(jié)循環(huán)水壓力，但為了達到節(jié)電降耗的目的，我公司把水氣車間1#、2#、4#冷卻塔冷卻風機電機拆除，在原電機基礎(chǔ)安裝無電耗水輪機，以此帶動冷卻風機。

2 無電耗水輪機的特點

水輪機是把水流的能量轉(zhuǎn)換為機械能的動力機械，它屬于流體機械中的透平機械。在循環(huán)水系統(tǒng)中，帶有足夠壓力和能量的水經(jīng)引水管引向水輪機，推動水輪機葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動冷卻塔風機做功。做完功的水則通過回水管道連接到塔內(nèi)配水管道上。水壓越高、流量越大，水輪機的輸出功率也就越大。

1)節(jié)能：無電耗貫流式水輪機利用化工循環(huán)水系統(tǒng)富余水壓驅(qū)動水輪機轉(zhuǎn)輪，利用傳動軸、減速機帶動風葉轉(zhuǎn)動做功，既完全省去了冷卻塔原有風機所用的電機，又不增加循環(huán)水泵的電耗，因此省電達100%。

2)低振動低噪音：取消了傳統(tǒng)型冷卻塔配備電機等設(shè)備，降低了冷卻塔運行時的機械振動及噪音；風機以水為動力，消減了水流的能量，喘振小噪音低。

3)防漏電：由于不帶電機，特別適用于在防爆、高危環(huán)境下運行，在一定程度上杜絕了電機的漏電、電控設(shè)備、損壞等故障。

4)冷卻效果好：隨著季節(jié)的變化，水輪機的轉(zhuǎn)速也隨循環(huán)水壓力的增減而增減，風量也隨之增減，使冷卻塔的氣水比穩(wěn)定在最佳狀態(tài)，從而達到冷卻效果最好。

3 無電耗水輪機應用于循環(huán)水冷卻塔

我公司位于青海省海西蒙古族藏族自治州德令哈市，平均海拔2 981.5 m，平均氣壓70.8 kPa， 年平均氣溫4.28 ℃,晝夜溫差和冬夏兩季溫差較大，因此我公司在此次改造過程中充分考慮了高原降效及特殊的環(huán)境因素影響，重點關(guān)注設(shè)備材質(zhì)、關(guān)鍵元部件等選型問題，而在平原地區(qū)不做特殊要求。

無電耗水輪機技術(shù)雖然在純堿行業(yè)被廣泛應用，但受到生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)規(guī)模等條件的影響，需對設(shè)備材質(zhì)、關(guān)鍵元部件等進行選型。本次改造過程中的水輪機葉輪采用不銹鋼材質(zhì)；采用質(zhì)量可靠的進口軸承，并且選用的軸承安全系數(shù)較大，保證了使用壽命；水輪機進水端的軸承腔采用機械密封，水輪機出水端的軸承腔采用多重密封加離心甩水的形式；采用DCS控制系統(tǒng)，便于監(jiān)控回水壓力等參數(shù)。為了保證改造后水輪機運行更平穩(wěn)，以及減小熱脹冷縮對設(shè)備的影響，在水輪機進水端和出水端都要安裝軟連接；為了更好的監(jiān)測水輪機的運行狀態(tài)，在水輪機的進水端和出水端都要安裝壓力表。

3.1 水輪機技術(shù)參數(shù)

水輪機效率：87%～93%

水輪機進水量：≥4 200 m3/h

水輪機進口壓力：0.06～0.10 MPa

3.2 冷卻塔頂能達到壓力值的測算

1)不改變系統(tǒng)工藝流程

2)不改變循環(huán)水泵出口閥的開度

3)不改變循環(huán)水泵出口壓力

4)不改變循環(huán)水泵電機的運行電流

5)不改變冷卻塔任何結(jié)構(gòu)

圖1 冷卻塔示意圖

表1 循環(huán)水系統(tǒng)正常運行時各壓力測點的數(shù)值

結(jié)論：在不改變水泵工況的情況下，可以測出冷卻塔回水壓力最高能達到0.21 MPa以上，塔頂電機中心與塔下調(diào)節(jié)閥前的壓力表的高度差為12.8 m，用壓力來表示即為0.128 MPa，經(jīng)過計算塔頂電機中心處的壓力可以達到0.21-0.128=0.082 MPa。此壓力能夠滿足水輪機改造條件轉(zhuǎn)速達到1 500 r/min。低于此壓力無法帶動水輪機做功，也就達不到將循環(huán)水系統(tǒng)中的富余能量轉(zhuǎn)換成機械能，再驅(qū)動風機做功對熱水降溫的作用。原循環(huán)水溫度調(diào)節(jié)只能靠開停風機，這樣水溫變化幅度較大，不利于化工生產(chǎn)操作。改造后水溫整體降低10 ℃，且可以調(diào)節(jié)水輪機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)水溫，生產(chǎn)更平穩(wěn)。

4 設(shè)備安裝

無電耗水輪機改造簡便，用水輪機代替塔頂電機，不涉及循環(huán)水泵及循環(huán)水管線等設(shè)備。具體做法是拆除冷卻塔頂電機，保留原有的傳動軸和減速機，風機及配套輪轂，新安裝的水輪機則安裝在塔頂指定位置。循環(huán)冷卻塔頂南側(cè)原有進水管先接到水輪機入口，循環(huán)水流經(jīng)水輪機并對其做功能量轉(zhuǎn)換后從水輪機出水管引出。出水管連接到冷卻塔的配水系統(tǒng)，循環(huán)水由配水系統(tǒng)進行霧化噴淋冷卻。

為了減小水輪機運行時的輕微振動以及熱脹冷縮的缺陷對設(shè)備使用壽命的不良影響，在水輪機進水管線和出水管線處安裝軟連接。為了更好的監(jiān)測水輪機的正常運行狀態(tài)，在水輪機的進水管線和出水管線處都要安裝壓力表。

根據(jù)工藝生產(chǎn)布置的要求，水輪機及附屬區(qū)域由水輪機加強機座、管托連接組成。水輪機加強機座充分利用原電機機座，在超出原電機機座的部分可靠連接到塔頂平臺上；平衡管設(shè)置到循環(huán)水吸水池壁的正上方，管托支撐到水池壁上，可避免另做基礎(chǔ)的影響。

5 項目效益分析

該項目設(shè)備總投資為440萬元。

冷卻塔年運行時間約8 400 h，電機功率為132 kW/臺，實際運行系數(shù)約0.85，電價按0.40元/kWh計算。對1#、2#、4#冷卻塔進行改造，項目實施后，理論上每年可節(jié)約用電283萬kWh，電費113萬元。