循环冷却水系统中水动风机冷却塔的应用

循环冷却水系统中水动风机冷却塔的应用

【摘 要】冷却塔对钢铁、冶金、化工等行业中的工业循环水冷却发挥了巨大作用，水动风机冷却塔是利用水轮机代替电机作为风机驱动，本文介绍了水动风机冷却塔的工作原理、结构特点及在实际生产中的改造应用。

【关键词】水动风机冷却塔；水轮机；循环冷却水

0 引言

在钢铁行业中，为了保证炼铁、炼钢、轧钢各种设备的正常运行，工业循环冷却水系统中的供水温度就需有效的控制，其中各种形式冷却塔是通常采用的冷却设备之一。通常冷却塔的冷却效果主要由气水比来决定，同等质量流量的热水用同等质量流量的空气进行热交换实现冷却塔的降温目的，一般常用电机驱动风机获取空气。但随着钢铁行业节能降耗需求的日益突出及环保要求，冷却塔的技术改造就慢慢凸现出来，如果冷却塔改用水轮机来驱动，那么水轮机的轴功率与电机功率相同即可实现。水动风机冷却塔是利用水轮机代替传统风机电机作为冷却塔风机的动力源，使风机由电力驱动变为水力驱动，达到节能环保的目的，而水动风机冷却塔的结构、外形、尺寸、冷却原理基本都不需改变。

1 水动风机冷却塔工作原理

通常普遍使用的电机驱动风机冷却塔原理是：用电动机通过联轴器、传动轴、减速器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，然后又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。而水动风机冷却塔是需要用水冷却的设备使用后先引入水轮机，水轮机驱动冷却塔的风机抽风使循环冷却水快速散热，水轮机利用冷却塔上塔水流的富余的综合能量进行工作。通常工业循环冷却水在热交换设备和冷却塔之间的循环是通过水泵来驱动的，各循环水系统中的工艺需求水量很难被精确的计算出来，在计算系统水流量时，考虑安全生产及各个方面的因素，都会在满足系统需求水量的基础上增加10%-20%的余量来确定水泵的流量；同时在整个循环水系统中，每段管道、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都会在系统中产生阻力，这些阻力也不能很精确的计算出来，一般计算的阻力值只是一个大概的数据，根据这个数值在选择水泵的扬程时，就在克服所计算出的阻力数值的基础上一般增加10%-20%的余量来选型。因此，整个工业循环冷却水系统中水泵的水量、扬程是富裕的。水动风机冷却塔水轮机就是充分利用这些富余的综合能量来驱动风机的转动。

2 水动风机冷却塔结构

2.1 水动风机冷却塔大体结构

水动风机冷却塔与传统的电机驱动风机冷却塔相比，两者冷却塔结构大体相

似，水动风机冷却塔上部为风筒下部为塔体玻璃钢挡水板，内部结构从下到上依次是：填料、布水管、收水器、水轮机基座、水轮机进出水管、水轮机、风机等。

2.2 水轮机的结构及特点

水轮机是由蜗壳、座环、转轮、轴、轴承、尾水管、注油管路、刹车装置、监控装置等构成。蜗壳形如蜗牛的外壳，具有减缩的断面，可以保证水流均匀地进入水轮机，座环除了支撑水轮机的有关部件外还起到调节水流方向的作用，水轮机的转轮是水能转变为旋转机械能的主要部件，做功后的水流经尾水管进入布水器。水轮机具有以下的特点：（1）刹车装置（1000T以上选配用）。水动风机冷却塔在停运时，外界空气密度高而塔内湿热空气密度低，塔内、塔外产生压力差，使风机叶片在压力差作用下继续旋转给进塔检修带来安全隐患，故设计有叶片停转的刹车装置。（2）独特的注油装置。具有两个独立的轴承室和独立的注油管路保证水轮机的稳定运行。（3）全方位的监控装置（选配用）。具有叶片转速监控、震动监控、水温监控及压力监控保证循环水系统的工艺需求。（4）独有的尾水管设计。保证水轮机发挥最大效率。

3 工业循环冷却水系统水动风机冷却塔应用改造

3.1 改造工程概况

新疆八钢冷轧彩涂循环冷却水系统冷却塔为方型逆流式冷却塔，公司本着节能降耗、降低生产成本的原则，拟对原有的彩涂净环水冷却塔进行节电改造，原先彩涂净环水系统设施参数：

3.1.1 冷却塔部分（表1）

3.1.2 水泵部分（表2）

彩涂净循环冷却水系统冷却塔风机可进行改造，经研究决定在原来基础上用水轮机替代电机和减速机，只需在原有管路上引出一条旁路接到水轮机，再将水轮机的尾水管连接布水器的原有管路即可，无需改动填料和布水系统，改造工作量较小（图1），易实施。

图1 冷却塔改造前后对比图

3.2 改造后水动风机冷却塔的运行情况

通过对八钢冷轧彩涂循环冷却水系统冷却塔改造后的运行状况来看，改造后的水动风机冷却塔经过与原先传统冷却塔对比基本原先进水管是在上升至布水器高度后与布水器接通实现布水的，而改造后进水管将上升至原电机所处高度位置经风筒进入冷却塔与水轮机接通，此与布水器将有2～4m的落差距离，其势能所形成的压力将进一步增强了布水器喷头布水的效果，使彩涂循环冷却水降温效果提高；改造后的风机的转速是随着循环水量的变化而变化的，减少了因水量

减小而风量过大造成的飘水损失，极大的减少了工业新水的补水量；根据新疆的气候情况，冬天的冷却塔风机有时是需要停转的，依靠寒冷的空气实现自然温降，如果风机开，则会产生很严重的结冰现象，改造后的水动风机冷却塔，通过上水管路所设的旁路及控制阀门的开度来调整实现防冻保温：（1）水轮机不供水，水轮机依靠风机旋转的惯性完全可以把水轮机内的水分排干，通过旁路直接供水到布水器布水；（2）水轮机供一点水，维持风机能够旋转即可，主要通过旁路供水到布水器，冬季防冻保温措施简单便捷，节约了较多的保温防冻材料。

4 结语

水动风机冷却塔的应用前景较好，在节能降耗、降低生产成本的大环境下，不论是改造也好，新建工程也好，冷却塔节电改造的优势在于：（1）节能节水：无电机和电控设备，节电显著；飘水损失大为降低，减少补水；（2）环保：无电机和减速箱，大大降低冷却塔震动和噪声，减少对环境的污染；（3）经济：取消电机、减速箱、传动装置及配电装置等，免除日常维护保养费用；（4）安全稳定：无任何电气设备，杜绝了漏电现象，事故源减少，故障率大为降低；（5）冷效：风量随水量增减，保持冷却塔的气水比在最佳状态，冷却效果好；（6）通用：凡是使用传统冷却塔的场合，均可采用水轮机冷却塔，进行节电改造。

【参考文献】

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[3]刘大恺.水轮机[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

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