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【涨常识】水轮机在新冷却塔中的使用

水轮机代替电动机驱动风机存在前述的4个方面优特点,因此不仅用于老塔的改造中,也必然会与新冷却塔配套使用,那么提升水泵扬程(压力)如何确定,是否像老塔那样从省去了风机电动机来说而达到100%节能,对这些问题应进行分析和研究。

(来源:冷却塔技术交流)

1.提升水泵的扬程

在设计中,从热水池把水提升到冷却塔配水系统所需要的扬程,是按计算所得理论值再加4~6m的富余水头确定的。常用的富余水头为4m左右。按表8-4的计算,此水头做功是达不到水轮机所需要的轴功率的,则转速、风量、冷却都无法达到设计的要求。因此提升水泵的扬程必须满足水轮机所需要的水头(H)值,那么水泵的扬程如何确定,可分以下两种情况讨论:

(1)不考虑设计需要的富余水头

不考虑设计需要的富余水头就是不另增加4~6m的水压,对水轮机来说,这4~6m的水头也用来推动水轮机做功了,则水泵需要的扬程用公式表示为:H扬=h净+Σh1+Σhf+h机(m)(8-23)

式中H扬———水泵扬程(m);

h净———水泵吸水池最低水位到冷却塔配水系统高度(m);

Σh1———从水泵吸水管到塔配水系统管道中的沿程水头损失总和(m);

Σhf———从水泵吸水管到塔配水系统的喇叭口、阀门、弯头等局部水头损失之和(m);

h机———水轮机轴功率所需要的水头H(m)。

设计考虑的4~6m富余水头是因考虑可能产生的计算误差和今后管道粗糙度增加与沉淀物结垢,水头损失增加而设的安全系数。现选泵扬程中未考虑该因素(注:改造塔中原有多余水头全部利用了,也未考虑该因素)。从能量消耗来说,虽是节能了,但从运行、长期保持设计风量和水冷却效果来说,欠较安全。

(2)考虑设计需要的富余水头

考虑设计的富余水头是指水泵扬程达到水轮机轴功率所需要的水头之后,还需增加4~6m扬程。用公式表示为:H扬=h净+Σh1+Σhf+h机+(4~6)(m)(8-24)

水泵扬程比式(8-23)多了4~6m,考虑了可能产生的计算误差和今后的阻力增加,故是偏安全的。

以上两种选泵扬程方式中采用哪种方式为妥,要视具体情况而定。例如,在设计计算相对较精确,基本不大会产生多大误差的情况下,如果水泵提升系统的管道和配件采用的是塑料管和配件(PVC、UPVC、PE、ABS等)、钢塑、铝塑等复合管、玻璃钢管等,这可考虑采用第一种选择水泵扬程的方式。原因是上述水管内壁非常光滑,光洁度好,阻力很小,而且耐酸碱腐蚀、不易粗糙,也不易沉淀结垢而缩小过水断面,故基本上可不考虑富余水头或略考虑些即可。但如果管道系统采用的是铸铁管、钢管,甚至钢筋混凝管等,则要考虑今后阻力增大而消耗的水头损失,选择第二种水泵扬程的方式为妥。

2.节能情况分析

假定设计的富余水头定为5m,按第一种选择水泵扬程的方法,这5m水头也用来推动水轮机做功了,则按表8-3、8-4中电动机功率和风机所需的轴功率及需要的水头来计算和分析节能的情况,见表8-5。表中的节能是建立在已利用5m富余水头的基础上,“需增加水头”一项中的值是达到水轮机轴功率值“做功需要水头”减去5m得来的,这个增加水头能做多少功立在“增加水头做的功”一项中,然后把原风机配用的电动机功率减去“增加水头做的功”,得到“减少的功率”,也就是节省的功率(电能),再除以电动机功率得节能的百分比值。

由表8-5可见:

(1)Δt=5℃的低温型新塔,在利用5m富余水头(对塔来讲即没有考虑富余水头)的情况下,除4000m3/h塔(节能43.6%)之外,节能均在50%以上,高的达到近80%。

(2)节能的基本规律为:中小型塔节能多,大塔节能少。表中可见,≤200m3/h的塔,节能>70%;300~400m3/h的塔,节能在60%,70%;≥500m3/h的(除1000m3/h)节能在50%左右。可见,Q从小→大,节能从大→小。

没有考虑富余水头,对塔的长期运行来说,缺乏安全感,时间长了,阻力会增大,摩阻损失增加,做功的水头会减少,则会影响水轮机转速、风量、水量和冷却效果,故应适当地考虑富余水头。现假定水泵的富余水头仍为5m,而这5m水头不考虑用于水轮机做功,那么节能的情况可参见表8-6。表中、实际水头可做功的功率、一项中,小于150m3/h的水轮机效率按η=0.85计,大于150m3/h的水轮机效率η=0.80计。节能百分比是按“原配电动机功率”减去“实际水头可做功的功率”,再除以“原配电动机功率”而得。

从表8-6可见:

(1)表中节能一项中有正值和负值(即正值为节能,负值不但不节能,反而增加能耗),表中最大的节能值仅为16.4%,而反而增加能耗的高达19.82%。存在既节能又耗能两种情况。

(2)从表8-6可见:水量≤400m3/h的塔,在不利用5m富余的情况下,还是节能的,但节能是有限的,一般不超过20%;而水量>400m3/h的塔,在不利用5m富余水头的情况下,基本趋势是反而增加能耗,高的近20%。

(3)无论新塔还是老塔改造,只有充分利用提升水泵多余的5m左右富余水头,才能达到节能省电的目的,才有意义。否则,考虑要慎重,要通过计算根据是否节能作决定。

对于中温塔(Δt=10℃),除部分适合于老塔改造之外,其水泵的富余水头要远大于5m,对新塔如不利用富余水头来说,反而会增加能耗而不经济,这里不再论述。


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