凉水塔风机驱动系统节能改造

点赞:18070 浏览:80855 近期更新时间:2024-02-25 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:文章针对塔风机驱动系统提出节能改造方向,进行可行性研究,核算凉水塔所需水轮机功率,实施节能改造.项目的实施可以有效地解决现有生产设施存在的主要问题,确保生产装置长期连续安全稳定运行,并实现节能降耗的目的,为企业的发展做出了巨大贡献.

关 键 词:凉水塔;冷却风机驱动系统;水轮机替代电机;节能改造

中图分类号:TE96文献标识码:A文章编号:1009-2374(2013)27-0074-03

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1

2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.

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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1

3.3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水等于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等于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总等于22m.

W水等于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6000V

I——电流为16A

cosφ——功率因素为0.8

η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至塔顶的水轮机入口,水轮机出口管线与原塔内布水管线连接.改造时仅对冷却塔进出水管路做相应调整,塔体结构保持原状.在原有的4根进水管上增加4个DN400蝶阀作为旁通阀门,在因特殊情况而需停开风机时,将阀门打开,使循环水直接经过原有的进水管进入布水系统.也保证了冬季水温较低,不需要启动风机时,上塔水直接经过旁通阀回到原塔内布水管.安装旁通蝶阀便于检修和负荷调节,适应风机转速调节,保证对应的流量的风量,确保冷却效果.以下是管路改造图:

图2塔外管路改造

图3塔内布水管改造图

改造实施后,水轮机驱动风机转速与原电机带动时转速基本一致,达到了预期的目标.之后陆续又改造了2台凉水塔风机驱动系统.目前3台水轮机运行状况良好,风机转速、循环水冷却后温度都能够满足工艺需求.且因为拆除了电机、减速机、传动轴,减轻了整个凉水塔的重量,对整个塔基也起到了很好的保护作用.

5改造后的效果

与传统电机驱动相比,水动风机驱动系统具有如下

优点:

节能效果显著:冷却塔风机更新改造后,其节能效果计算如下:冷却塔每天使用按24小时计、每年使用时间按300天计:185kW×24小时×300天×1台等于133.2万kWh/年电价按企业工业电费标准0.32元/度计,每年每台凉水塔节约电费46.1万元.

运行可靠性提高:水轮机结构采用反击形式,流入的水流相对于水轮机的转轴对称分布,使对水轮机的冲击平衡,减少水轮机运行的振动,使得冷却塔运行更加稳定.水动风机运转平稳,可靠性高.因不再使用电机,从根本上杜绝了电机、电控的漏电、漏油、烧毁等损坏的故障,为安全持续运行提供了保证.

安全:因不使用电机,可在有防爆要求的环境下安全运行.水轮机的重量比已取消的电机+传动轴+减速机的要小很多,运行环境比较安全.

经济:因取消了电机,从而大大减少了电机的日常管理和维修保养所产生的费用.根据普查计算出最低的日常管理和维修保养成本:12元/m3/年(即:12元/m3/年×30000m3/h×1台等于36000元/年).

结论:经技改后,单台冷却塔每年即可节约电费46.1万元,再加上每年节约的电机和减速器维修和保养费用,一年可以节约49.6万元.如按冷却塔10年寿命计,节约的总费用更可观.

6结语

通过实施节能改造,采用新型的冷却塔专用水轮机取代风机电机,改电力驱动为水力驱动,不仅减少了维修成本,而且大幅度减少电耗,达到节能降耗的目的.本项目的实施,可以有效地解决现有生产设施存在的主要问题,确保生产装置长期连续安全稳定运行,并实现节能降耗的目的,为企业的发展做出了巨大贡献.