反击式水轮风机在冷却水塔中的应用

摘要：文章简要介绍了反击式水轮风机的工作原理、应用要求和运行特点，并以在实际改造中应用的例子为说明，进一步阐述了反击式水轮风机应用的可行性及节能效果。

关键词：反击式水轮风机；循环水泵；富余扬程；富余流量

中图分类号：TK730 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0059-02

我公司制氧工艺流程为20000m3/h外压缩空分流程，设计有冷却水为1000m3/h的冷却水塔。冷却水供水过程采用闭式循环，冷却水塔为传统的电机冷却风机进行冷却。其工艺流程为回水首先经过收水器收集后再均匀分配到各个喷头，水自上而下流经规整填料，后由风机进行冷却、降温。常规的循环水泵为二用一备，正常供水压力为0.38MPa，回水压力为0.20MPa，正常水温在25℃左右。为了能达到有更好的节能的目的，通过查阅资料对比反击式水轮风机冷却的工作原理和适用场合后决定对其中的一台冷却风机进行技术改造，也即把原来由电机风机冷却改为直接由反击式水轮风机进行冷却。

1 反击式水轮风机的工作原理

反击式水轮风机的工作原理就是利用循环水泵本身固有的机械特性也即水泵的富余扬程来推动反击式水轮机做功，再通过传动轴输出功率进而带动风机对循环水进行冷却、降温。

2 反击式水轮风机的应用要求

从反击式水轮风机的工作原理我们可以知道，应用反击式水轮风机主要是利用水泵的余压来做功，因此在选择水轮机的应用时，保证水泵具有富余的流量和富余的扬程是我们应用水轮机的前提条件。然而它们二者之间又是一种相互依存的关系：系统中存在的必然的富余流量可在很大程度上转化为富余扬程，而设置水轮机使阻力的增加又必然会导致流量的减少，因此从应用反击式水轮风机来说，富余流量的存在起着至关重要的作用。这里对于系统中所形成的充裕的富余流量，主要包含有在对系统设计时的热力学、传热学计算，从换热设备热负荷、换热面积到整个循环系统中冷却水需求量的各个环节均放有的一定的余量，再到水泵选型时富余量的考虑方面。而同样对于水泵的富余扬程，通过查阅资料我们也可以得知，在水泵本身设计时所应该具有的几个方面，包括：从流体力学方面计算，在计算设备和管路阻损及提升高度、输送距离的每个环节均放有的一定的余量；在计算出总的阻损后还应再有1.1至1.3的压力倍乘，并以此作为水泵选型的依据；加上我们往往在对水泵进行选型时，因没有恰好与选定参数一致的扬程，而选择扬程较大的水泵；还有在对水泵系统设计时所需要考虑到的由于汽蚀、结垢等原因的影响而导致水泵的效率降低等，因此也都必须留有一定的富余扬程，以保证设备的长期正常运行。综合以上方面即是水泵的固有机械特性，也是我们选择应用反击式水轮风机的首要

条件。

3 应用反击式水轮风机进行冷却的特点

首先，与传统的电机风机相比，反击式水轮风机的动力来源主要为水力，这既节省了设备的电耗，而作为水轮机的传动轴又可以直接与风机相连，中间不需要再通过其他的减速器和传动轴等的连接，也大大减少了设备的日常管理和维修保养费用；其次，由于是单独使用水轮机，其本身结构也相对简单，主要部件为叶轮，没有易损件，维护起来也比较方便。在风机的主要性能冷却效果方面，由于水轮机的转速是随着循环水流量的增减而增减，风量亦随之而增减，这在季节变化的时候，能让冷却塔的气水比都稳定在最佳的比例状态，从而达到很好的冷却效果。在安全方面，由于不使用电，也可以从根本上杜绝由于电机带电而引起的各种安全隐患，这尤其在空分要求较为严格的防爆区域内也可以保证其的安全运行。在环保方面，由于反击式水轮冷却风机的应用，在冷却塔中省去了风机电机和减速箱，因此可有效地降低因机械传动和摩擦引发的振动和噪音，杜绝了漏油和机械维修，加上由于水轮机的能量转换是在水流道上进行，噪音也减小了很多，这些方面也都大大减少了对周围环境的污染。而对于在风机的冷却过程中所引起的飘水问题，由于水轮机本身具备的可调的转速特性，也让飘水损失能有效地减少，这一方面减少了循环水池的补充水量，节约了相应的水费支出，另一方面也极大地降低了飘水所引起的对冷却塔周围环境的影响，更适宜风机的长期连续运行。

4 实施改造措施

通过计算对比我厂1000m3/h循环水塔的实际运行情况

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后，可以发现在循环水系统中还存有较大的富余扬程（20m左右），可以应用于反击式水轮风机。其具体的改造措施为：在不改变原来的风筒和基础上，取消原来电机、减速机与风机的连接，取代之以水轮机与风机的连接；在进水管路的支配上，把由原来直接进入收水器的水管，改为先经过水轮机后再经过收水器，同时也为了能更有效地对水轮机进行流量调整，另外也增设了一路旁通管路直接引入收水器。各路分管道在进水之前都各自用一个截止阀门加以流量调节和控制。

5 实际改造效果

改造完成后，通过对循环水温降的观察和进一步对比：改造前，开一台风机，冷却水的温降在7℃左右，运行水轮机后，温降在5℃左右，随后再观察其他在用设备的冷却效果后也发现这些设备的主要性能参数都没有明显的变化，证明冷却水温度满足实际的运行要求。再后对循环水泵的运行参数观察后也发现，除了原先的水泵出口压力有所增加，由原来的0.38MPa上升到0.40MPa左右，而其对应的循环水流量也由原来的1800m3/h下降到1500m3/h左右，观察水泵的电流没有明显的上升变化。

6 结语

反击式水轮风机在作为常温冷却水的冷却方式时，只要在循环水系统中水泵本身具有充足的富余扬程和富余流量且对温降要求不是特别高的情况下，可以利用原有的管道、基础进行改造，这在水能的再次利用方面具有很高的价值并且达到很好的经济节能效益。以我公司改造过的为例，一台冷却风机的电机额定功率为45kW，以每年实际运行时间350天计算，不包含计算其他节省的支出和维护费用等，单纯电耗每年约可节省45×24×350=378000kW・h，具有非常可观的经济效益。

参考文献

[1]于波，肖惠民.水轮机原理与运行[M].北京：中国电力出版社，2008.

作者简介：陈成敦（1979―），男，福建泉州人，福建三安钢铁有限公司机电工程助理工程师，研究方向：空分设备的日常管理和维护。