水轮机取代电动机改造冷却塔技术
采用水轮机代替电机的节能改造付永生
2012年10月内蒙古科技与经济Octo ber 2012 第19期总第269期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .19T o tal N o .269采用水轮机代替电机的节能改造付永生(久泰能源内蒙古有限公司,内蒙古准格尔旗 010319) 摘 要:采用水轮机代替电机驱动循环水冷却塔风机运行,极大地利用了原循环水系统的富余流量和富余扬程,实现了冷却塔风机的无电化运行,节能效果显著,值得向社会上用冷却塔的企业推广。
关键词:水轮机;代替;电机;节能改造 中图分类号:T K73 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)19—0117—01 久泰能源内蒙古有限公司的循环水冷却塔,原冷却塔设备厂家提供的是4500m 3/h 冷却塔,所配风机电机为200kW;为了节能降耗,公司决定进行技术改造,用水轮机代替电机来驱动冷却塔风机。
水动风机顾名思义就是以水力驱动风机,而不是传统的电力。
在水动风机冷却塔中,以水轮机取代电机作为风机动力源。
水轮机的工作动力来自系统的富余流量和富余扬程。
改造后,水泵提供的循环水经过水轮机并带动其旋转。
水轮机的输出轴直接与风机相连,进而带动风机旋转。
1 系统各单元的实际运行参数和工作状况1.1 循环水泵型号900S -45;系统向外供水压力:0.48MP a 。
出口阀门开度:全开;额定电压:10000V 额定电流:105.7A;实际电流:85A 。
1.2 换热器部分换热器压力要求:0.4M Pa;换热器阀门开度:全开。
1.3 风机部分电机额定功率:200kW;额定电压:380V;电机额定电流:355A;实际电流:220A 。
1.4 冷却塔部分方形逆流,3台;设计流量:4500m 3/h;实际温差:9℃;上塔管径:DN 900;上塔阀门开度:30°;系统回水压力:0.28M Pa ;上塔压力:0.2M Pa 。
【精品】冷却塔水轮机驱动风机技术综述
冷却塔水轮机驱动风机技术综述冷却塔水轮机驱动风机技术综述摘要：冷却塔中耗能主要在于：水循环回路中的泵送装置以及冷却塔上带动空气流动的风机的驱动电机。
而于20世纪后期出现了这样一种技术：为了减少这两处的总耗能，在冷却塔上部的循环管道上安装一个水轮机，回收循环冷却水的富余扬程，再用这部分回收的能量去驱动冷却塔上方的风机旋转，以减少驱动电机的耗能。
这种技术于21世纪得到了快速的发展，对于水轮机冷却塔的发明专利越来越多。
关键词：冷却塔；水轮机；风机；节能；驱动一、冷却塔水轮机驱动风机技术分析传统的冷却塔一般都是用电动机来驱动冷却塔的风机，风机的抽风使进入冷却塔的水流快速散热冷却，然后由水泵加压将水流输送到需要用水冷却的设备使用后再引入冷却塔冷却，达到冷却水循环使用。
由于工业冷却水再热交换设备和冷却塔之间的循环使通过水泵来驱动的。
因考虑可靠性等多种因素，这种系统的水泵有大量富余扬程和流量，主要表现在：工程设计时考虑到安全生产，都会在满足最大需求水量的基础上加至少10%-20%的余量来确定水泵的流量；以及一般的工艺工程会在克服计算出的阻力数值的基础上至少加10%-20%的余量来对水泵选型；而冷却塔上的风机又使用外接驱动设备来驱动，则又将损耗一部分能量。
但在冷却塔的风机下方或者附近设置一个水轮机，该水轮机用来回收上述两种富余能量，并用以驱动冷却塔的风机，则大大节约了驱动风机所用的电能，同时也能满足换热设备的工艺要求。
二、冷却塔水轮机相关专利文献的检索与统计分析于中文专利文献摘要库CNABS中，对于冷却法塔水轮机相关技术检索，得出的结果为277篇专利文献。
对相关文献的申请年份进行统计，截止至2014结果如图1：图1 历年专利文献量由图1可知，从2005年开始至2009年，冷却塔水轮机技术的专利文献量逐年迅速增长，于2010年有所下降之后，又开始新一次迅速增长，而2013年文献量相对较少的原因可能是有一部分的申请还未被公开。
冷却塔水轮机技改造分析
冷却塔水轮机技改造分析
文档中要有一定的实
技术改造分析
1、常见的技术改造方案
1.1基于水泵改造
原始系统中常用的水泵是采用机械传动方式，使用小功率的电机驱动，从而在供汽期间减少设备的耗能。
技术改造中可以采用电动泵，根据设备
的性能参数选用合适的电动泵，采用变频调速，可以实现节能效果。
此外，还可以采用节流泵，利用多级单级膜片或者多级多级膜片结构，构成的节
流泵可以实现一定的节能效果。
实例：一家有机械传动泵的常规冷却水轮机的锅炉，在经过技术改造后，采用Y2系列电动泵和多级膜片节流泵相结合，实现了节能效果：单
台机组每小时的供汽量由原来的65t/h提升到84t/h，电动机耗电量由原
来的16.8KW降低到12.8KW，节约电能量4KW。
1.2基于水路改造
水路改造是由于冷却塔水轮机的特殊性而重点考虑的改造，包括水路
的减速调节设备，例如水泵、涡轮、节流阀等，其可以有效地调节水路的
流量，从而减少冷却塔水轮机的耗水量，最终实现节能效果。
水轮机在循环水冷却塔上的应用
参数 系统 一期循环水系统 二期循环水系统 三期循环水系统
循环水泵出口压 力（MPa） 0. 21 0. 29 0. 23
进入冷却塔前的 回水压力（MPa）
0. 10 0. 15 0. 12
循环水流量 （m3） 1000 1650 1100
1 冷却水塔的工作原理
在开式循环水冷却系统中，经过换热后温度较高的循环水 回水从冷却水塔顶部通过安装在塔顶的布水器均匀喷淋在塔 内填料上，依靠重力穿过填料流向塔底，安装在塔顶的电动风 机旋转，从塔底抽进塔外的冷空气自下而上与被冷却循环水在
并非所有的冷却塔都可采用水轮机进行改造，水轮机转动 的原动力来源于循环水冷却系的余压，即水泵的富余扬程， 因此要分析水轮机应用于循环水冷却系统的条件，就必须对循 环水冷却系统的余压进行分析。
用水轮机代替电动马达的必要条件是冷却塔进水具备充 足的能量，通常情况下，进水功率的计算公式为：
P（kW）=9.81×进水流量 Q（m3/s）×进水压头 H（m） 冷却塔进水压头 H 是由水压能耗、塔高度和布水喷射力共 同所需总和来确定的，其中与水轮机冷却塔应用密切相关的是 水压能耗，水压能耗是指整个循环水管网系统所产生的水头损 失，包括设备、管路、阀门、敞开水池泄压等水头损失。另外，水 压能耗还包括在设计时所保留的整个循环水管网系统的设计 富裕能力，而该设计富裕能力也就是水轮机冷却塔应用的动力 来源。
112
2019 年 10 月
设备运维
塔内填料中逆向接触进行热量交换，冷却后的循环水进入塔底 通过管线回到循环水池中继续循环，其工作原理如图 2。
图 2 循环水冷却塔工作原理
2 循环水系统余压利用
在终端三套循环水系统运行过程中，生产人员发现循环水 回水进冷却水塔的余压较高，实测后达到了 0.1～0.15MPa，如 果能利用水轮机将这一部分余压利用起来，代替目前使用的电 动马达进行循环冷却水的冷却，对终端的绿色生产和节能降本 有着重要的意义。
循环水系统冷却塔节能及增加风量技术
循环水系统冷却塔节能及增加风量技术作者：吕纪烈来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第07期摘要：常规循环水系统冷却塔风机的驱动由电机来实施的，需消耗一定的能耗，现可通过一种新型的设备即水轮机来代替电机，从而达到节能的目的，水轮机的动力来源是循环水系统中的富余能量即富余压力，是富余压力的转移而不是增加水泵的供水压力，因此不会改变系统的流量和水泵的能耗。
本文根据兰花科技创业股份有限公司新材料分公司循环水系统的运行参数，对系统的流量及压力进行综合分析，使系统残存的能量被水轮机充分回收利用并驱动风机达到额定转速，从而达到高效节能目的。
关键词：冷却塔；水轮机；回水压力；量身定制0 前言冷却塔节能改造的成败与否很大程度上取决于前期是否充分技术论证，也取决于改造所用的节能设备水轮机参数能否与冷却塔运行参数之间达到理想的匹配，即“量身定制”。
本文研究内容涉及兰花科技创业股份有限公司新材料分公司循环水系统6台4900m3/h冷却塔，工程实施的内容是通过对系统装置的优化处理，将装置高所产生的回水压力即势能合理有效地转移给配套设计的水轮机，达到回收能量的目的，整个改造过程不会对原系统的的运行工况产生任何不利影响。
1 水轮机设计理论依据1.1 轴功率匹配原则当水轮机做功输出轴功率W水≥原风机运行所需轴功率W电，则改造后水轮机驱动风机转速可达到原风机转速的要求。
1.2 水轮机输出轴功率公式水轮机输出轴功率理论公式：W水= g×Q×H×η水式中：g -水容重（9.81×103kg/m3）H-水轮机做功压力（mH2O）Q-水轮机进水流量（m3/S）η水-水轮机效率1.3 风机额定转速时所需轴功率公式W电=×I×V×COSφ×η电机×η减速机×η传动轴式中：I-电机运行电流（A）V-电机运行电压（V）COSφ-电机功率因数η电机-电机效率η减速机-减速机效率η传动轴-传动轴效率2 改造实施前系统工况3 改造过程论证冷却塔节能改造只有在“水轮机输出轴功率≥原电机输出轴功率”的基础条件下，才具备实施成功改造的技术条件。
循环水风机改造
额 定 转 速 １９ｒ ｉ ， ４ ｍ ｎ 目前 全 厂 水 轮 机 转 速 只能 达 到 ／
ｌ ８ ｒｍｉ ３ ／ ｎ。
６ 改造后运行效果
６１ 节 能 ．
由于 水 轮 机 旁路 设 置 了蝶 阀 ， 门 关 闭不 严 ， 阀 存
有漏 量 ， 因此 有一 部 分 水没有 通 过 水轮 机做 功 直接 进 入 了布水 管 。 陔项 目改 造后 ， 行 平 稳 ， 为具 有 同类 装 置 的 运 可 相 比传 统 的电动 风 机 水轮 机 能 达到 １０ ０ ％的技 能
１ ２ｋ 。 ３ Ｗ
而带 动 风机 旋 转 。通 过 水 轮 机 的水 在 剩余 动 能 和势 能 的作用 下再 流 向布水器 ， 成布水 。 完
３ 工艺流程简介
正 常 情 况 下循 环 水 回水经 过 回水 总管 进 入 冷却
塔 ， 过布 水 管 后经 由填 料完 成 冷却 过 程 ， 却 塔 上 通 冷 部 由 电动机 带 动传 动 轴 和 减速 箱 从 而 驱动 风 机 桨 叶 旋 转 完 成风 量 的供 给 。改 造 后循 环 冷却 水 回水 经过
２０ 年 ５ ０９ 月份 ， 步设 计 完成 ； 初
２０ 年９ ０９ 月份 ， 工 图设 计 ， 备 采 购 ； 施 设
２ ００ ４ 份 ， ０ １年 月 施工 完 成 ； ２ １年５ 份， ００ 月 调试 完成 。
７ 存在问题及结论
水 轮 机 转 速 没 有 电 动 风机 高 。传 统 的 电动 风 机
排 干 。循 环 水 回水可 通 过新 增 设 的 旁路 直 接 供水 到
布 水器 布水 ， 或通 过 未改 造 的老塔 上塔 水管 的旁 路管
直接 进入 塔底 水池 ， 靠寒 冷 的空气 实现 自然温 降 。 依
冷却塔水轮机技改造分析
冷却塔水轮机技改造分析冷却塔水轮机技改造是指对冷却塔中使用的水轮机进行技术改造，以提升其性能、效率和运行稳定性的过程。
水轮机作为冷却塔的核心部件，对于冷却塔的性能和效率起着至关重要的作用。
通过技术改造，可以进一步提高水轮机的工作效率，减少能耗，降低运行成本。
技改的核心目标是提高水轮机的工作效率。
在冷却塔中，水轮机的主要作用是将进入冷却塔的冷却水能量转化为机械能，用于驱动冷却塔设备的运行。
提高水轮机工作效率可以增加功率输出，降低热耗损，减少能源消耗。
对于冷却塔来说，这意味着能够更高效地完成冷却水处理任务，并减少对其他能源的需求，进而降低运行成本。
水轮机技改的一项重要措施是改善叶轮设计。
叶轮是水轮机的核心部件，其设计直接影响水轮机的工作效率。
通过对叶轮的重新设计和优化，可以使叶轮的流线型更为合理，提高水流在叶轮中的传导效率，减少水流能量的损失。
此外，根据冷却水的流量特点，可以调整叶轮的叶片角度和数量，以提高水轮机的适应性和稳定性。
另一项关键技改措施是改进水轮机的启动控制系统。
冷却塔的水轮机需要经常进行启停操作，因此启动控制系统的性能和效能对于水轮机的运行稳定性至关重要。
通过引入高性能的启动控制设备和科学合理的控制策略，可以实现水轮机启动过程的平稳、快速和可控，减少启动对水轮机的冲击和损伤。
此外，改善水轮机的润滑和冷却系统也是技改的重要内容。
水轮机的润滑和冷却系统对于其运行安全和寿命起着至关重要的作用。
通过改进润滑和冷却系统，可以提高水轮机的运行稳定性，减少摩擦和热量损失，延长水轮机的使用寿命。
最后，技改过程中需要进行水轮机的性能测试和效果评估。
通过对水轮机的性能指标进行测试和评估，可以验证技术改造的效果和优劣，并进一步优化改造措施。
根据实际的工作情况，可以对技改措施进行调整和改进，以使水轮机的工作效率和稳定性得到最大程度的提高。
总之，冷却塔水轮机技改造是提升冷却塔性能和效率的重要手段。
通过改善叶轮设计、改进启动控制系统、优化润滑和冷却系统等措施，可以进一步提高水轮机的工作效率和运行稳定性，实现冷却塔的能耗降低和运行成本的减少。
炼化企业冷却塔节能改造的案例分析
１ 、现 场工 况条 件
山东石 大科技集 团有限公 司循环水 场有三 台７ ０ ／的方形逆 流 ０ ｔｈ 冷却塔 ， ｌ ｍ 由流量４ ６ ／， 程 为６ ｍ 台泵（ 塔高 ０ 。 ８ ｔｈ 扬 ５ 的４ 简称 小泵 ） 和流 量 １ ０ｔｈ扬程６ ｍ 台泵 （ 大泵） １ ／， ７ ５ 的ｌ 简称 供水， 中夏季 运行一大 一 其 小两 台泵， 其他 季节 只运行 一台大泵 。夏季泵 出 口压 力Ｏ５ Ｍ ａ进 ．５ Ｐ ， 塔水 压０ ２ Ｍ ａ 塔底 回水 阀前压 力） ．５ Ｐ （ ： 泵 出口压 力Ｏ５ Ｍ ａ 冬季 ． Ｐ， 进塔 水压 ０３ Ｐ （ ． Ｍ ａ塔底回水 阀前压 力） ： 单塔风 叶直径 ４８ ， ．ｍ 电机转速９ ０ ／ ６ｒ ａ ， ｒ ｎ风扇转 速２ ０ ／ ｉ， ｉ ０ ｒｒ ｎ电机功率 ３ ｋ ， 差 １ ｃ 。原 系统说 明如 图 ａ ０ｗ 温 ｃ ０
达到 满意 出力。
（） ３ 调试、运行 、操作方便 调整每 个 阀门的开度可调 整风 机转速 即风量大小 。冬天 或需要 减 小系统流量 时， 可关小水轮 机进 口阀门即可 。
４ 、节能 改造 方案
（） 装水轮机 可以将该 富余 能量 变 为动能加 以利 用， 却塔 １安 在冷 原 电动机位置 用 水轮机代 替原 电动机 ， 通过 联轴器 、传 动轴 、减速 机（ 根据 工况情 况调 整减速 比） 动风机， 驱 将上塔 主管 引到塔平 台． 将 水引到水 轮机进 口， 做功后再从 水轮机 出 口弓到原布 水主管 中（ ｌ 本次 改 造 中将 水轮机 出水分 为两路分 别给没 有改造 的一台塔 进行布 水） 。 水轮机前进 水管 路安装一 个蝶 阍， 水轮 机进 水 口安装 一个伸缩 节。 便 于安 装检修 。在 原上水 管中， 轮机进 出引 水管之 间加 一阀 门控制 水 水流， 机转速过 高， 如风 可以将部分水 流从该 阀门流进冷 却塔。 不通过 水轮 机。该 改造 利用原循 环水 系统具 有 的富余 能量 ， 采用水 轮机 完 全代 替原来 的风机 电动机 ， 水轮 机达 到原 电动机转 速 。改造前 后 图
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水轮机取代电动机改造冷却塔技术
所谓“水轮机冷却塔”就是不用电机
抽风，运转时无环境污染的玻璃钢与金
属件，水泥件等组成的混合结构工业、
民用冷却塔。水力取风是在冷却塔本身
不再装置电动机，减速器等部件，而由
盈卓专利产品“新型水轮机冷却塔”专用
的水轮机完成满足热交换所需的通风
量，不增加原循环水泵应有的电流，达
到冷却效果的一种新型冷却塔。
一、水轮机冷却塔与一般冷却塔的区别：
1、水轮机冷却塔采取了更先进的专利技术。
2、在外观上采用了新的布水取风器，取消了电机减速器，一般冷机塔还是采用机电动力取
风，存在着电耗、噪声等弊病。 水轮机冷塔的工作原理是由抽风动力来自于水动力，不是
通常的机电动力，由循环水系统的水泵送来的水动力完成布水取风的任务，同时抽风和布水。
水泵送水的压力完全足够承担布液抽风的任务，故可以省略电机。无须再增加水压，水泵与
一般传统冷塔的使用相同。
二、水轮机冷却塔的优点是：
1、环保。冷却塔取消电机以后就没有噪声环保问题。
2、节电。按国家标准冷却塔耗电一年就等于塔价。如果换上水轮机冷却塔水轮机就没有这
项支出。
3、冷效。水力取风是随水压力的增减而转速增减，风量也随之增减，所以水轮机冷却塔水
轮机的气水比始终稳定在最佳状态，冷效最好。
4、长寿。水力取风结构简单，运转平稳，维修方便，可长期连续工作。
5、安全。水轮机冷却塔水轮机可在防爆环境安全运行。
6、适用广。水轮机冷却塔水轮机适用一切类型的冷塔，还可对一切类型的老塔进行改造，
塔型越大，经济意义越大。
三、水轮机冷却塔水轮机的技术指标：(1) 电耗等于零。(2) 冷效大于0.75。(3) 负荷率大
于0.95（实测水量与设计水量之比）。(4) 噪声小于50分贝。(5) 热负荷率大于0.95（实测
散热量与设计散热量之比）。水轮机冷却塔的工况条件:进塔水压:0.5-5t家用塔大于
0.015Mpa;5-50t微型塔大于0.025 Mpa;50-100t小塔大于0.04 Mpa;100-1000t中塔大于0.06
Mpa;1000-4000t大塔大于0.08 Mpa.
传统电机冷却塔改用水轮机以后，泵的功率电流、压力、流量情况如何？老塔泵的扬程
已经确定，无法改变，改造后加上水轮机的阻力不增加原泵的功率电流。事实上泵的功率是
随着流量的增加而增加，流量的减少而减少，所以沿泵流程上增设水轮机，使阻力增加流量
减少，泵功率就不增加。改造后的冷却塔水轮机阻力很低，恰好在泵的最高效率范围里面，
流量减少极微，使压力增加后，流量减少3%，电流减少1%。整塔运转冷效优于原塔。