天威四川硅业有限责任公司循环水冷却塔节能技术改造可行性分析方案.doc
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1、天威四川硅业有限责任公司循环水系统冷却塔节能技改可行性分析方案合肥菱电冷却设备二零一一年三月目 录一、公司简介3二、菱电科技水动能回收冷却塔技术简介4三、系统概况8四、系统充裕能量及电机功率计算9五、改造前后的工况变化比照10六、节能经济计算11七、改造方法11八、施工步骤12九、质量承诺13十、核心技术水轮机13十一、效劳承诺22十二、验收24十三、结论24附件:25一、公司简介合肥菱电冷却设备是一家从事冷却塔的研发、设计、生产、销售、安装和维护的专业公司,公司坐落在风景秀丽的大蜀山脚下,入驻安徽合肥高新技术开发区。现开展成为年生产能力为1亿人民币的技术创新型企业,以其精良的产品、卓越的性能
2、和优质的效劳饮誉业界,通过了GB719097的国家检测,并于2007年通过ISO9002质量体系认证。公司拥有一支高素质的员工队伍,坚持“科技为本 注重实效 真诚待客 开展共赢的效劳宗旨,以“质量第一 用户至上为原那么,依靠自身的综合实力,以市场为导向,更好地满足客户的使用要求,创造最正确的效劳信誉。本公司与中国科学技术大学、合肥工业大学、武汉大学等几家名校的机械、热学、流体力学、空气动力学等专业的专家、教授合作,经过多年的研究、试验及实践,自主成功开发了冷却塔用还击式水轮机、冷却塔用水动力风机、水动能回收冷却塔、冷却塔热力性能分析设计软件等产品,获得五项国家实用新型专利冷却塔用还击式水轮机,
3、专利号:;水动能回收冷却塔,专利号:;上喷式高效水动能回收冷却塔,专利号:;内旋式上喷喷头,专利号:;一种尼龙间隙密封装置,专利号:和三项软件著作权数字化远程监测软件,登记号:2021SR038113;测振仪智能控制软件,登记号:2021SR038114;测温仪智能控制软件,登记号:2021SR038116。本公司采用这种高效节能产品,通过节能技术改造,既满足了用户的使用要求,又真正实现了节能增效的目的。同时,我公司成功引进了德国GEA的新型填料、布水系统上喷技术,可以很好地解决冷却塔的冷效缺乏及冷却塔扩容改造问题。公司的主要业务包括生产销售传统冷却塔和水动能回收冷却塔;冷却塔的水动能回收节能
4、改造。二、菱电科技水动能回收冷却塔技术简介2.1、技术原理工业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。水动风机顾名思义就是以水力驱动风机,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充裕流量和充裕扬程。改造后,水泵提供的循环水经过水轮机并带动其旋转。水轮机的输出轴直接与风机相连,进而带动风机旋转。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根底上再乘1.1至1.3倍作为水泵选型的依据,而在具体
5、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那么,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充裕扬程和流量。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,普遍采用的是低效的进、出口阀门调节方式与负荷的变化相适应。即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。这种调节方法通常也称为节流调节,它是利用改变管道系统阻力的方法,变更管道阻力特性曲线,以便获得适合用户需要的工作点。但是关小阀门可以减少流量,而系统从电网吸收的能量并没有减少,拖动电动机的轴输出动力根
6、本没有改变,有相当一局部能量消耗在阀门上,虽然阀门的输出到达了工况要求,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,冷却塔的位置上下、换热部件的阻力及压力要求都会在系统中产生阻力,这些阻力也不能很准确的计算出来,所以工艺工程师计算的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,考虑更平安的满足生产需求,就在克制所计算出的阻力数值的根底上至少加10%-20%的余量来选型。当系统加上水轮机后,将进塔阀门逐渐翻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。具体原理说明图如下:
7、A .更换为水轮机后系统阻力曲线由B变化为C,工作交点变化为Q1,H1。B.水轮机更换后进塔阀门开大调节后,系统水量没有变化或变化到水泵额定流量,因水泵功率与流量成正比关系,因此水轮机更换后水泵电机功率并没有增加或甚至减小。假设水轮机加上后进塔阀门完全翻开富裕扬程不够时,系统流量会稍有减小用来增加富裕扬程,不会对系统运行有任何影响。2.2、技术核心本公司的水动能回收冷却塔技术和冷却塔改造技术的核心是我公司根据冷却塔热力特性和循环系统的水力特性研发的还击式水轮机,该水轮机的水动能回收利用率高,从而对低能量富裕的冷却塔循环水系统实现改造而到达100%节能的目的。水轮机构造采用还击形式,流入的水流相
8、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。图1、图2为水动能回收冷却塔构造示意图图1 图2水轮机实物图三、系统概况根据我公司现场测量数据和从贵公司技术交流中获得数据,做出以下工况分析3.1、系统管网示意图如下: 3.2、系统各单元实际运行参数及工作状态:水 泵 部 分额定流量9000m3/h额定扬程50米备注:此系统共5台泵开2台,备3台。风 机 部 分风机额定功率220kW冷 却 塔 部 分冷却塔形式方形、逆流塔台数7台设计流量4500m3/h7实际温差/上塔管径DN800上塔阀门开度90系统供水压力系统回水压力四、系统充裕能量及电机功率计
9、算系统阀门的关闭就是充裕能量的表现,每个阀门,对应不同的流量及开度,目前上塔阀门完全翻开。现假设将上塔阀门开度调整为40,那么调整以后系统可以释放出阀门所消耗的扬程和功率可以用下述公式计算:扬程:= 其中V流体速度 g重力加速度 功率:P=g QH3600水的密度 g重力加速度 Q流量 H扬程1 将上塔阀门开度调整为40:H=米P=kW7个阀门所耗的功率:P水轮机=7=kW水轮机利用的充裕功率为:P水轮机=kW 水轮机输出轴功率:P输出=P水轮机0.85水轮机效率=kW2 对于贵公司4500m3/h冷却塔,所配风机电机功率为220kW,取电机有效因数为0.85。电机实际输出功率约为:P电机=P
10、额cos2200.85=187kW 受机械效率影响,电机效率、传动轴效率、减速机效率;风机输入功率约为:P P电机电机减速机传动轴kW即风机实际轴功率约为kW其中减速机效率为0.91详见机械设计手册第四卷,电机效率为0.94详见机械设计手册第四卷,传动轴效率为0.98详见机械设计手册第二卷。P输出/P风机从计算结果看,改造4台冷却塔能量很充足,改造后系统还有充裕能量的存在。五、改造前后的工况变化比照5.1、温差:在一样工况的条件下,保证改造前后温差不变。5.2、转速:在一样流量下保证改造前后风机转误差在5r/min以内5.3、节电:187kW4台24小时300天=5,385,600度。节电效果
11、明显。六、节能经济计算改造贵公司循环水系统4台冷却塔,冷却塔设计流量为4500m3/h,电机的实际输出功率为748kW。6.1、每天工作24小时,一年工作300天,6.2、可节电:748kW24小时300天=5,385,600度6.3、按平均工业电费0.6元/度可节省费用:5,924,1600.6=3,231,360元电机和减速箱日常管理和维修保养本钱费;根据普查计算出最低的日常管理和维修保养本钱:12元/ m3/年 即:12元/m3/年4500m3/h4台=216,000元/年6.4、结论:经技改后,贵公司循环水系统4台冷却塔即可节约电费3,231,360元/年,再加上节约的电机和减速器维修
12、和保养费用216,000元/年,一年共计节约3,447,360元。如按冷却塔10年寿命计,节约的总费用更为可观。七、改造方法7.1、改造思路:平安生产第一,对贵系统采用最平安方式进展改造,确保系统平安生产。7.2、对贵系统7台冷却塔中的4台进展改造,改造1#、3#、5#和7#冷却塔。采用并水做工,回水用尾水管、连通管分水的方式。具体是关闭2#、4#和6#塔的上塔阀门,完全翻开1#、3#、5#和7#塔的上塔阀门,使上塔水先对水轮机做工以后再通过尾水管、连通管回到2#、4#和6#塔中。在原有的进水管上安装蝶阀,调节阀门开度,从而调节上塔水量及风机转速以确保冷却塔运行的平安、稳定和最正确效果。7.3
13、、详细改造施工方案一并附后八、施工步骤1#冷却塔8.1、切断电源停机测量原风机位置至布水器上平台之间的距离。8.2、撤除风机及轮毂撤除前先测量原风叶角度及风叶与轮毂对接位置并做好记录。8.3、测绘轮毂内孔及键槽尺寸。8.4、撤除电动机。8.5、撤除减速机。8.6、布水器对接。8.7、原进水口封闷盖。可在原布水器进口处加封闷盖或在塔进水口处加封闷盖。视现场情况决定。8.8、水轮机底座平台定位。根据序一测量的距离定水轮机加高多少或降低多少。8.9、水轮机对接定位,保证水轮机水平及水轮机主轴在风筒中心。水轮机轴颈与原减速机轴颈在同一位置水轮机进水口对准要改造的进水管。8.10、风筒开口,根据水轮机进
14、水口的位置及进水管道的位置定风筒的开口。8.11、进水管道开口。8.12、对接进水管道,先安装软接后对接进水管道。8.13、对接出水管道。8.14、按图安装连通管。8.15、整体加固。加固件需满焊。8.16、安装衬套及风机,风机的角度按原风机的角度定位。按原记录对接风机及轮毂。如更换本公司的风机,可参照风机参数附表调整角度。8.17、手盘风机旋转,风机旋转如无碰擦及水轮机无异响即正常。8.18、开机调试,开阀门要缓慢,制止快速翻开阀门,查看是否渗漏及震动。8.19、测量参数,现场测量值与原测量值比拟。九、质量承诺9.1、合肥菱电冷却设备保证符合设计、材料、制造、检验和验收等各方面的标准。9.2
15、、合肥菱电冷却设备在满足水轮机参数的条件下到达节能的目的。9.3、水轮机质保期为一年,质保期间如果出现设计、制造、安装等方面的问题,由我公司免费给予改良、维修和更换。十、核心技术水轮机10.1混流式水轮机的选型水轮机效率的上下主要看水轮机的转轮,水轮机的转轮是大型发电机组厂家经过屡次的试验和改型确定的,其叶片的形状是不可以轻易改变的,对于一定形状的叶片,分别给出三个参数:单位流量(Q1)、单位转速(n1)和单位功率(N1),同一种叶片形状做成不同大小的转轮其上述参数不变。对于特定的转轮,选定了转轮直径D和水轮机的利用水头H后,水轮机的输出转速n、过流量Q和输出功率N可通过下面的公式求得。n=Q
16、=N=水轮机的选型是这样的,对于选定的转轮型号,也就是选定水轮机的上述参数后,再选定一个转轮直径,并根据实际水轮机利用的水头计算水轮机的过流量和输出功率,如果过流量和输出功率满足我们要求的流量和风机轴功率时,那么水轮机型号选择适宜,如不能满足要求,那么更换转轮直径和水轮机型号,直到计算出来的水轮机过流量和输出功率满足要求,这时计算出的转速就是水轮机的输出转速,用该转速和风机轴转速的比即为减速器的减速比。10.2水轮机配套减速器作用绘制功率限制线的目的是考虑到水轮机在最大功率下运行时,已不可能按正常规律进展功率调节。水轮机在超过95最大功率运行时,假设导叶开度增大,流量会增大,单功率并不一定增加
17、,甚至可能会减少。这是因为此时转轮中的水力损失急剧增加,水轮机效率下降对功率的影响超过了流量对功率的影响。这种情况使调速器对水轮机的调节性变得很差,可能会危及水轮机的运行稳定。为了防止发生这种情况,并保证水轮机具有一定的功率储藏,故将水轮机限制在最大功率的95大型水轮机有时取97范围内运行。新研制的混流式水轮机转轮,其模型综合特性曲线中还标出了初生空化线,给类涡带发生的区域和无涡带区以及保证运行范围等。图为混流式水轮机的模型综合特性曲线图。摘自:中国电力出版社?水轮机原理与运行?P240页结论:根据混流式水轮机模型综合特性曲线,保证水轮机在最大功率下运行,那么输出轴的转速远高于冷却塔风机所需的
18、转速,如果强制性降低水轮机的转速,那么会大大降低水轮机效率,为保证水轮机的运行高效稳定,减速机的作用是显而易见的。菱电设备特点10.3菱电专利还击式混流水轮机菱电还击式混流水轮机水动能回收型冷却塔和冷却塔节能改造技术的核心是水轮机,我公司根据冷却塔热力特性和循环系统特性自主研发的混流还击式水轮机,该水轮机的水能回收利用率高,从而对低能量富裕的冷却塔循环水系统实现改造而到达100%节能的目的。水轮机构造采用混流还击形式,有以下优势:1. 水轮机蜗壳采用一次成型整体铸造工艺,精度高,流道外表更光滑,有利于提高水轮机的效率。2. 水轮机转轮采用一次成型整体铸造工艺,精度高,导叶可调节,在不同的压头范
19、围内可调节转速,满足转速要求。3. 水轮机为球墨铸铁材质,耐磨性好,耐腐蚀性强,在偏碱或偏酸等水质较差的情况下均可正常运行。4. 我公司生产的混流还击式水轮机,较其他形势水轮机更效率高,应用水头范围更广。我公司拥有完整的水轮机生产线和一流的加工设备,产品精度高,质量好,性能稳定,使用寿命长。菱电还击式混流水轮机内部运行示意图10.4菱电专利双剖分式油封由于减速机连接部位不能拆分、应用菱电专利双剖分式油封,方便更换、杜绝因油封老化造成的减速机损坏等现象。 双剖分式油封还击式混流水轮机剖面图传统减速机,这些设备中的传统密封元件骨架式油封,最长寿命为8000小时,到期必须更换。更换时需对设备停机解体
20、,费工费时。而传统的剖分式油封为单剖分,剖分口易错位、整体刚度差,因此,油封的剖分技术成为密封行业的难题。1立体定位技术由骨架和密封主体的立体定位对接,保障径向和轴向的双向锁定,实现剖分端面的辅助定位和自动锁紧。2微量挤压配合剖分处骨架两端口在自由状态下有微量间距,对接后密封主体剖分端面自动形成微量挤压配合,确保弹性补偿和密封性能。打破了传统骨架油封不能剖分的常规,开辟了密封技术的新领域。优势特点:1、骨架采用特种高分子复合弹性材料,确保剖分后的回弹性和刚度。2、以进口特种合成橡胶为弹性主体,且磨擦系数极低,使用寿命长。3、弹性材料唇口配合进口Z形弹簧,提高唇口对轴的追随性,防止了硬质材料唇口
21、的固有缺点。4、采用双剖分式油封在减速机与水轮机连接部位,不需要拆分设备即可方便地更换,并杜绝因油封老化造成的减速机损坏等现象。10.5菱电专利阶梯式尼龙迷宫密封轴承局部采用菱电专利阶梯式迷宫尼龙密封减少密封圈的磨损,延长寿命,确保系统运行平稳、减少因水流引起的水平震动,提高抗压强度和耐磨性,有效防止漏水。阶梯式迷宫尼龙密封还击式混流水轮机剖面图由于水轮机输出轴位置工况复杂-无油,有压,摩擦力大,水平冲击大,长期运行会造成严重磨损,而水轮机传统密封方式以机械密封和盘根密封为主,考虑机械密封的寿命和盘根密封的磨损,水轮机密封问题是水轮机一大难题。同时因水流冲击会产生水平位移,造成设备震动,严重损
22、坏减速机。10.菱电公司采用阶梯式尼龙迷宫密封,从根本上解决传统的水轮机耐磨、密封性的问题。10.尼龙非常耐磨,一般硅基耐磨尼龙的耐磨寿命为20000小时,解决了传统水轮机机械磨损的寿命问题。10.也相当于一个滑动轴承,在此位置安装一个滑动轴承,可有效解决因水轮机转轮运动时造成的水平冲击,确保系统运行平稳、提高抗压强度,延长寿命。10.尼龙迷宫密封是在转轴周围设假设干个依次排列的环行密封齿,齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔,被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而到达阻漏的目的。10.由于尼龙迷宫密封的转子和机壳间存在间隙,无固体接触,毋须润滑,并允许有热膨胀,适应高温、高压、高转
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