凉水塔风机驱动系统节能的问题和策略

凉水塔风机驱动系统节能的问题和策略凉水塔风机驱动系统节能的问题和策略更新时间：2014-03-0320:12来源：第一论文作者:阅读：1125网友评论0条1概述中国石油宁夏石化分公司二化循环水共有冷却塔11间，设计能力为每台4000m3/h。冷却塔采用风冷形式冷却循环水：从系统经过各换热器回来的循环水(热水)回到冷却塔上，由分配管到布水槽再经喷头自上而下流到塔池，风机抽进的冷空气自下而上与热水在塔内进行换热，将热水冷却后再循环送到各换热器。风机的驱动采用传统的电机带动减速机驱动风机转动。循环水流程示意如下：图12问题的提出现循环水系统已运行多年，其中冷却塔风机电机和减速机故障较多，维修困难且费用较高，每年消耗的电量也很大，对节能降耗、降低生产成本产生很大影响。为此，计划通过设备更新改造，降低生产成本。传统的电机驱动减速机带动风机转动，与新型节能的冷却塔专用水轮机相比能耗较高，为了节约能源，降低成本，增加效益，有必要对原有的循环水冷却塔风机驱动系统进行技术改造，用冷却塔专用水轮机取代电机。从原来的电力驱动风机改变成高效的水力驱动，在保证循环水冷却温度的基础上，不改变凉水塔冷却效果，但却很好地达到节电降耗的目的。3可行性研究3.1原理介绍水动风机是以水力驱动风机，而不是传统的电力。在水动风机冷却塔中，是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。水轮机的输出轴直接与风机相连，进而带动风机旋转。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，完成布水。在冷却塔的循环水泵系统设计的热力学、传热学计算中，从换热设备热负荷、换热面积到冷却水需求量的各个环节，由于考虑到设备和系统管道的阻损，一般都要放一些设计余量，在水泵选型时还要在此基础上再乘1.1～1.3倍作为水泵选型的依据，而在具体选型时往往很难凑巧选到参数完全一致的水泵，根据就高不就低的原则，一般选择扬程较大的水泵，由于上述几种情况的叠加，因此在水泵循环系统中都存在着大量的富余扬程和流量。由于配用的拖动电动机一般定位于最大工作能力情况下，而大量的生产场合由于功率需求始终处于变动状态，普遍采用阀门调节的方式，也就是在输送流体的管道上利用改变阀门的开度来调节泵的流量。这种调节方法利用改变管道系统阻力的办法，变更管道阻力特性曲线，以便获得适合需要的工作点。但是关小阀门可以减少流量，拖动电动机的轴输出动力基本没有改变，有相当一部分能量消耗在阀门上，虽然阀门的输出达到了工况要求，但是能量的有效比例减少了，而损耗增加了。在整个循环水系统中，每段水管、弯头都有一定的阻力，冷却塔的位置高低、换热部件的阻力及压力要求都会在系统中产生阻力，这些阻力值只是一个大概的数据，根据这个数值在选型水泵的扬程时，考虑更安全地满足生产需求，就在克服所计算出的阻力数值的基础上至少加15%的余量来选型。当系统加上水轮机后，将进塔阀门逐渐打开直至系统流量到需要值。因水泵功率与流量成正相关关系，流量变化时水泵功率才变化，流量不变化时水泵电机功率也不变化。若水轮机加上后进塔阀门完全打开富裕扬程不够时，系统流量会稍有减小用来增加富裕扬程，流量减小量在3%～5%时不会对系统运行有任何影响。3.2公司凉水塔系统概况仅以宁夏石化公司二循环水7#凉水塔为例进行分析：表13.3系统富余能量及风机电机功率计算水轮机输出功率计算：W水=9.81×Q水×H富×η水(kW)式中：W水——水轮机输出功率(kW)Q水——水轮机工作流量(m3/s)H富——富余水头(m)η水——水轮机效率为85%～88%系统阀门的关闭就是富余能量的表现，每个阀门对应不同的流量及开度，其消耗的扬程及能量用下述公式计算：扬程：式中：V——流体速度g——重力加速度DN900螺旋管此时的流体速度：V=1.85m/s综上，DN900开度为20%阀门所消耗的扬程为22m。如果将阀门全打开可以释放的扬程为：H总=22m。W水=3000m3/h×9.81×22m×0.85/3600≈152.1kW对于4000m3/h冷却塔属标准配置，实测电流为16A，电压为6000V，得出风机电机输出轴功率可概算为：式中：U——电压为6000VI——电流为16Acosφ——功率因素为0.8η电——电机效率为0.82水轮机输出功率与风机运行功率比较计算：w轴-p轴>0从计算结果看，水轮机输出功率大于风机运行功率。因此完全可以取代电机带动减速机及风机叶片旋转，并达到原有的冷却效果。水轮机改造需利用系统中的富余能量，此部分能量在未改造前就已经存在于系统之中。水轮机即利用这部分能量来带动风机旋转工作。4实施改造自2009年起，先实施一台凉水塔风机(7#)驱动系统的改造，用冷却塔专用水轮机取代风机电机，将原来的减速机拆除，改电力驱动为水力驱动，同时将原来的进塔水总管向上延伸