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【摘 要】 结合工程实例，系统地阐述大型机械通风冷却塔电动风机节能改造的原理和有点，介绍了以微型双击式冷却塔专用水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）的设计过程，包括原有设施的简述、改造工程概况、数据计算和分析、节能计算、静态投资回收期、并对节能再造做出了效果评价。
【关键词】 冷却塔；电动风机；水轮机；节能改造
水动风机冷却塔是一种新型的高效节能冷却特，其核心技术是以微型双击式冷却塔专用水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力来源，使风机驱动方式由电力改为水力。水轮机的工作动力来自循环水泵的富余扬程，不仅在工作室保证水轮机的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。水轮机的输出轴直接与风机相连带动其转动，达到节能目的。所有机械通风冷却塔，均可以采用水动风机，合理地利用水轮机，可以对所有电动风机冷却塔进行节能改造，越是大型冷却塔，节能改造的效果越好，从而获得可观的经济效益和社会效益。
1.原有实施简述
宁波钢铁有限公司炼轧钢水系统钢层冷却水系统有机力抽风冷却塔4台，单座2500m3/h。进水温度45℃，出水温度38℃，温差7℃，总冷却水量1000m3/h，供水压力为0.5Mpa。
1.1冷却塔
（1）型式：横流式机械通风冷却塔
（2）组合型式：一组四台
（3）塔体结构形式：方型钢结构玻璃钢钢围护四格一排组合（物接水盘）
（4）单台塔体尺寸：12500×12500×11480
（5）额定温度：7℃
1.2风机
（1）型式：轴流风机；
（2）数量：4台；
（3）直径：φ8000mm；
（4）额定风量：262×104m3/h；风压：154Pa（15.4mmH2O）；
（5）转速：136rpm（r/min）；
（6）叶片数量：8；叶片安装角度：19.5～22.5
（7）驱动方式：电力（电机、转动轴、减速机）；
（8）电机额定功率：160kW；电压：157A。
1.3循环水泵
（1）型式：立式离心泵；
（2）型号：600LT-25*1-6500；
（3）数量：4台；工作方式：3台工作、1台备用；
（4）额定风量：3200m3/h；额定扬程：28m；
（5）进口压力：6m；出口压力：21m；
（6）电机额定功率：315kW；电压：10kV；
（7）额定电流：35A。
2.改造工程概况
2.1改造内容
将轧钢层流泵站4台冷却塔中的3台即2#、3#、4#冷却塔的电动风机实施节能改造，以微型双击冷却塔专用水轮机取代电机（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。同时，相应地修改循环冷却塔回水上塔管道的配管，增设旁通风道，安装用于切断检修，运行切换的闸门。经过改造，循环冷却回水先通过水轮机后，再进入冷却塔的配水系统。
参见详图：
2.2水轮机技术参数
微型双击式冷却塔专用水轮机是南京星飞冷却设备有限公司独有的核心技术，专利号：ZL02216412.X。在本次改造工作中，选用的水轮机技术参数如下：
（1）型式：微型双击式冷却塔专用水轮机；
（2）型号：SJ3000B（横向出水）；
（3）流量：3000m3/h；
（4）进水压力：》10mH2O；
（5）进口口径：DN450；出口口：DN700；
（6）功率：80.7KW；
（7）转速：136rmp（r/min）＼
（8）效率：85%；
（9）外形几何尺寸：长×宽×高=1065×1331×1195（mm）
（10）本体材质：不锈铸铁；轴材质：45#钢；
（11）轴承：SKF；
（12）重量：1200kg。
2.3改造费用
1台2500m3电动风机节能改造费用112.46万元RMB，其中，设备购置费为76萬元，主要材料费20.17万元，安装工程费2.19万元，建筑工程费0.57万元，其他费用13.53万元。
3.水动风机冷却塔的优点
表1 水动风机冷却塔与电动风机冷却塔的比较参数表1。
冷却塔型式比较项目 水动风机冷却塔 电动风机冷却塔
用电 无 每百吨循环水4～6kw
用水 无需经常补水 需经常补水
运行费用 低 高
可靠性 可长期连续工作 电动，转动轴，减速机需经常维护检修
冷却效果 好 较好
安全 可在爆炸危险环境工作 爆炸危险环境需配置防爆电机
环保 无污染 对环境有噪声、震动、飘水的影响
适用性 所有机械通风冷却塔，并可对所有电动风机冷却塔进行节能改造 所有机械通风冷却塔
噪声 <75db（A） >85db（A）
水动风机冷却塔的优点：
（1）节能：风机驱动方式为水力，水轮机额工作动力来自循环水泵的富余扬程，不仅在工作时保证水轮机的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。水轮机的输出轴直接与风机相连并带动其转动，达到节能目的。
（2）可靠：微型双击式冷却塔专用水轮机具有设计严谨、机构合理、转动平稳、维护方便的特点，杜绝了漏电、漏油、电机几减速机损坏甚至烧毁的故障，为风机的安全连续工作提供了保障。 （3）冷却效果好：随着季节的变化，水轮机的转速是随着谁呀的增减而同步证件，风机风量也随之增减，使冷却塔的气水比较稳定在最佳状态，达到最好的冷却效果。
（4）安全：可在爆炸危险环境工作。
（5）环保：由于取消了电机、转动轴、减速机，因而降低了噪声、振动、飘水所带来的环境污染。
（6）通用：所有机械通风冷却塔，均可采用水动风机。合理地利用水轮机，可以对多有电动风机冷却塔进行节能改造，越是大型冷却塔，节能改造的效果越好，从而获得可观的经济效益和社会效益。
（7）经济：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，并减低了运行成本。
4.数据计算及分析
4.1循环水泵富余扬程计算
循环水泵富余扬程计算公式：
H富余=H额定-（H出口-H进口）=28-（21-6）=13（m）
式中：H富余——循环水泵富余扬程（m）
H额定——循环水泵额定扬程，28m；
H出口——循环水泵出口压力，21m；
H进口——循环水泵进口压力。6m。
4.2水轮机输出功率计算
4.3风机轴功率计算
4.4冷却塔实际需要风量计算
冷却塔额定冷却水量2500m3/h，额定温差10℃，气水比0.84，则冷却塔所需要的风量：
4.5风机分析
（1）风机额定风量262×104m3/h，冷卻塔实际需要风量187.5×104m3/h，多余风量74.5×104m3/h。这样，不仅增加了冷却塔的飘水率，而且消耗了约15%的电机功率（11.3kW）。
（2）减速机消耗约30%的电机功率（22.6kW）。
（3）故风机消耗在冷却塔实际需要的风量（换热风量）上的实际轴功率仅为
75.3-11.3-22.6=41.43（kW）
4.6结论
数据计算及分析结果表明，水轮机输出功率远远大于风机实际轴功率。因此，水轮机完全可以取代电机（包括传动轴、减速机）作废风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力，并达到最好的冷却效果。
5.节能计算
风机电机功率160kW，以冷却塔每年工作8000h计，则每年用电：
160×8000=1280000（kW）=128万度
电价按工业企业电费标准0.52元RMB/度计，则每年电费：
0.52×128=66.56（万元RMB）
根据节能计算结果，3座2500m3/h的大型机械通风冷却塔，经过电动风机节能改造后，每年节约电费66.56×3=199.68万元RMB。如果考虑电机、传动轴、减速机的维修、检修费用，则每年节约的费用更加可观。
6.静态投资回收期
1台电动风机节能改造费用112.46万元RMB，每年节约电费66.56万元RMB，则静态投资回收期（盈亏平衡点）
112.46÷66.56=1.69（年）
用于1台电动风机节能改造的静态投资，约1.69年即可回收。
7.节能再造效果
（1）技术先进、经济合理；
（2）安全可靠、管理方便；
（3）符合环保要求、水东风机100%节能、并节约用水；
（4）水轮机的工作动力来自循环水泵的富余扬程，利用了原有能力和设施；
（5）安装施工简单易行；
（6）不增加岗位和定员。
8.结束语
了解电动风机节能改造的原理和优点，根据循环冷却水西宫的要求结合循环水泵工程，正确地选用水轮机，配合设计合理，并妥善地进行安装和维护，而不仅能够保证采用水动风机冷却塔的循环冷却水系统安全可靠的工作，而且达到水动风机100%节能的目的，并节约投资。
【关键词】 冷却塔；电动风机；水轮机；节能改造
水动风机冷却塔是一种新型的高效节能冷却特，其核心技术是以微型双击式冷却塔专用水轮机取代电机（包括传动轴、减速机）作为风机动力来源，使风机驱动方式由电力改为水力。水轮机的工作动力来自循环水泵的富余扬程，不仅在工作室保证水轮机的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。水轮机的输出轴直接与风机相连带动其转动，达到节能目的。所有机械通风冷却塔，均可以采用水动风机，合理地利用水轮机，可以对所有电动风机冷却塔进行节能改造，越是大型冷却塔，节能改造的效果越好，从而获得可观的经济效益和社会效益。
1.原有实施简述
宁波钢铁有限公司炼轧钢水系统钢层冷却水系统有机力抽风冷却塔4台，单座2500m3/h。进水温度45℃，出水温度38℃，温差7℃，总冷却水量1000m3/h，供水压力为0.5Mpa。
1.1冷却塔
（1）型式：横流式机械通风冷却塔
（2）组合型式：一组四台
（3）塔体结构形式：方型钢结构玻璃钢钢围护四格一排组合（物接水盘）
（4）单台塔体尺寸：12500×12500×11480
（5）额定温度：7℃
1.2风机
（1）型式：轴流风机；
（2）数量：4台；
（3）直径：φ8000mm；
（4）额定风量：262×104m3/h；风压：154Pa（15.4mmH2O）；
（5）转速：136rpm（r/min）；
（6）叶片数量：8；叶片安装角度：19.5～22.5
（7）驱动方式：电力（电机、转动轴、减速机）；
（8）电机额定功率：160kW；电压：157A。
1.3循环水泵
（1）型式：立式离心泵；
（2）型号：600LT-25*1-6500；
（3）数量：4台；工作方式：3台工作、1台备用；
（4）额定风量：3200m3/h；额定扬程：28m；
（5）进口压力：6m；出口压力：21m；
（6）电机额定功率：315kW；电压：10kV；
（7）额定电流：35A。
2.改造工程概况
2.1改造内容
将轧钢层流泵站4台冷却塔中的3台即2#、3#、4#冷却塔的电动风机实施节能改造，以微型双击冷却塔专用水轮机取代电机（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。同时，相应地修改循环冷却塔回水上塔管道的配管，增设旁通风道，安装用于切断检修，运行切换的闸门。经过改造，循环冷却回水先通过水轮机后，再进入冷却塔的配水系统。
参见详图：
2.2水轮机技术参数
微型双击式冷却塔专用水轮机是南京星飞冷却设备有限公司独有的核心技术，专利号：ZL02216412.X。在本次改造工作中，选用的水轮机技术参数如下：
（1）型式：微型双击式冷却塔专用水轮机；
（2）型号：SJ3000B（横向出水）；
（3）流量：3000m3/h；
（4）进水压力：》10mH2O；
（5）进口口径：DN450；出口口：DN700；
（6）功率：80.7KW；
（7）转速：136rmp（r/min）＼
（8）效率：85%；
（9）外形几何尺寸：长×宽×高=1065×1331×1195（mm）
（10）本体材质：不锈铸铁；轴材质：45#钢；
（11）轴承：SKF；
（12）重量：1200kg。
2.3改造费用
1台2500m3电动风机节能改造费用112.46万元RMB，其中，设备购置费为76萬元，主要材料费20.17万元，安装工程费2.19万元，建筑工程费0.57万元，其他费用13.53万元。
3.水动风机冷却塔的优点
表1 水动风机冷却塔与电动风机冷却塔的比较参数表1。
冷却塔型式比较项目 水动风机冷却塔 电动风机冷却塔
用电 无 每百吨循环水4～6kw
用水 无需经常补水 需经常补水
运行费用 低 高
可靠性 可长期连续工作 电动，转动轴，减速机需经常维护检修
冷却效果 好 较好
安全 可在爆炸危险环境工作 爆炸危险环境需配置防爆电机
环保 无污染 对环境有噪声、震动、飘水的影响
适用性 所有机械通风冷却塔，并可对所有电动风机冷却塔进行节能改造 所有机械通风冷却塔
噪声 <75db（A） >85db（A）
水动风机冷却塔的优点：
（1）节能：风机驱动方式为水力，水轮机额工作动力来自循环水泵的富余扬程，不仅在工作时保证水轮机的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。水轮机的输出轴直接与风机相连并带动其转动，达到节能目的。
（2）可靠：微型双击式冷却塔专用水轮机具有设计严谨、机构合理、转动平稳、维护方便的特点，杜绝了漏电、漏油、电机几减速机损坏甚至烧毁的故障，为风机的安全连续工作提供了保障。 （3）冷却效果好：随着季节的变化，水轮机的转速是随着谁呀的增减而同步证件，风机风量也随之增减，使冷却塔的气水比较稳定在最佳状态，达到最好的冷却效果。
（4）安全：可在爆炸危险环境工作。
（5）环保：由于取消了电机、转动轴、减速机，因而降低了噪声、振动、飘水所带来的环境污染。
（6）通用：所有机械通风冷却塔，均可采用水动风机。合理地利用水轮机，可以对多有电动风机冷却塔进行节能改造，越是大型冷却塔，节能改造的效果越好，从而获得可观的经济效益和社会效益。
（7）经济：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，并减低了运行成本。
4.数据计算及分析
4.1循环水泵富余扬程计算
循环水泵富余扬程计算公式：
H富余=H额定-（H出口-H进口）=28-（21-6）=13（m）
式中：H富余——循环水泵富余扬程（m）
H额定——循环水泵额定扬程，28m；
H出口——循环水泵出口压力，21m；
H进口——循环水泵进口压力。6m。
4.2水轮机输出功率计算
4.3风机轴功率计算
4.4冷却塔实际需要风量计算
冷却塔额定冷却水量2500m3/h，额定温差10℃，气水比0.84，则冷却塔所需要的风量：
4.5风机分析
（1）风机额定风量262×104m3/h，冷卻塔实际需要风量187.5×104m3/h，多余风量74.5×104m3/h。这样，不仅增加了冷却塔的飘水率，而且消耗了约15%的电机功率（11.3kW）。
（2）减速机消耗约30%的电机功率（22.6kW）。
（3）故风机消耗在冷却塔实际需要的风量（换热风量）上的实际轴功率仅为
75.3-11.3-22.6=41.43（kW）
4.6结论
数据计算及分析结果表明，水轮机输出功率远远大于风机实际轴功率。因此，水轮机完全可以取代电机（包括传动轴、减速机）作废风机动力源，使风机驱动方式由电力改为水力，并达到最好的冷却效果。
5.节能计算
风机电机功率160kW，以冷却塔每年工作8000h计，则每年用电：
160×8000=1280000（kW）=128万度
电价按工业企业电费标准0.52元RMB/度计，则每年电费：
0.52×128=66.56（万元RMB）
根据节能计算结果，3座2500m3/h的大型机械通风冷却塔，经过电动风机节能改造后，每年节约电费66.56×3=199.68万元RMB。如果考虑电机、传动轴、减速机的维修、检修费用，则每年节约的费用更加可观。
6.静态投资回收期
1台电动风机节能改造费用112.46万元RMB，每年节约电费66.56万元RMB，则静态投资回收期（盈亏平衡点）
112.46÷66.56=1.69（年）
用于1台电动风机节能改造的静态投资，约1.69年即可回收。
7.节能再造效果
（1）技术先进、经济合理；
（2）安全可靠、管理方便；
（3）符合环保要求、水东风机100%节能、并节约用水；
（4）水轮机的工作动力来自循环水泵的富余扬程，利用了原有能力和设施；
（5）安装施工简单易行；
（6）不增加岗位和定员。
8.结束语
了解电动风机节能改造的原理和优点，根据循环冷却水西宫的要求结合循环水泵工程，正确地选用水轮机，配合设计合理，并妥善地进行安装和维护，而不仅能够保证采用水动风机冷却塔的循环冷却水系统安全可靠的工作，而且达到水动风机100%节能的目的，并节约投资。