1 概述
水动风机冷却塔是一种新型的节能环保改进型冷却塔，近年来逐步开始应用于国内钢铁企业的工业循环冷却水系统并得到了大力宣传和市场的推广。但是，并非所有的机械通风冷却塔均可采用水动风机进行改造，也并非所有的项目或工况均适宜采用水动风机冷却塔。水动风机冷却塔应用于工业循环冷却水系统是必须有一定客观条件的，只有在符合其应用条件的前提下，才能取得节能环保的效果，从而带来经济和社会效益。本文对水动风机冷却塔应用于工业循环冷却水系统的条件进行了简单的分析和探讨，供实际工程参考。
2 水动风机冷却塔的工作原理
水动风机冷却塔的核心技术是以微型双机式冷却塔专用水轮机取代电机(包括传动轴、减速机)作为风机动力源，使冷却塔的风机驱动方式由电力改为水力，水轮机的输出轴直接与风机相连而带动其旋转，用水力来推动冷却塔风叶，达到通风换热目的。
水动风机冷却塔能正常运行，循环水系统的冷却塔进水必须有足够的压力水头用于推动水轮机。以某冷却水量为4500 m3/h 的大型冷却塔为例，干球31.5 ℃，湿球28 ℃，大气压力100.4 kPa，进水水温43 ℃，出水要求33 ℃，系统在冷却塔水池0 相对标高处提供的水头应不小于0.3 MPa；以某冷却水量为1000 m3/h 的中小型冷却塔为例，干球31.5℃，湿球28 ℃，大气压力100.4 kPa，进水水温43℃，出水要求33 ℃，系统在冷却塔水池0 相对标高处提供的水头应不小于0.2 MPa；如果系统要求进水水温调整为42 ℃、出水水温为32 ℃，水动风机冷却塔所需要的进水水头就会更高。
目前，应用于钢铁企业工业循环冷却水系统的水动风机冷却塔的水轮机转动的原动力来源于工业循环冷却水系统的余压(水泵的富余扬程)，因此水动风机冷却塔并非不消耗能量，而是采用了工业循环冷却水系统本身的富裕能量。
由此，要分析水动风机冷却塔应用于工业循环冷却水系统的条件，就必须对工业循环冷却水系统的能耗加以分析。
3 工业循环冷却水系统能耗分析
3.1 工业循环冷却水系统常用工艺流程
工业循环冷却水系统常用的工艺流程为：水处理站循环供水泵出水→工艺设备→水处理装置→冷却塔→冷水池→水处理站循环供水泵吸水。对于冷却塔的进水有两种方式：一，直接利用工艺设备的回水压力上冷却塔，常用于净循环水系统；二，另外设置独立的供冷却塔进水的水泵，对循环水加压后上冷却塔，常用于浊循环水系统。水动风机冷却塔应用于工业循环冷却水系统的条件
3.2 工业循环冷却水系统能耗组成
工业循环冷却水系统的能耗由以下几部分组成：水量能耗、水压能耗、用水方式能耗、热量能耗、距离能耗和水力不平衡能耗等[1]。水量能耗指为满足工艺设备的用水量所需提供的动能(通常指水泵耗能)；水压能耗指为满足工艺设备的供水水压要求所需提供的动能(通常指水泵耗能)；用水方式能耗体现在用水制度上，用水制度分为连续用水制度和间断用水制度；热量能耗是指为带走在生产过程中由工艺设备所产生的大量热量而消耗的动能(通常指冷却塔能耗)；距离能耗指为克服长距离送水所消耗的动能(通常指水泵能耗)；水力不平衡能耗指为克服循环水系统内各用户之间的水力不平衡问题所消耗的动能。而其中与水动风机冷却塔应用密切相关的是水压能耗。水压能耗指整个工业循环水管网系统所产生的水头损失，包括设备、管路、阀门、敞开水池泄压等的水头损失。另外，水压能耗还包括在设计时所保留的整个工业循环水管网系统的设计富裕能力。而该设计富裕能力也就是水动风机冷却塔应用的动力来源。
3.3 能耗分析
近年来，随着各钢铁企业大力推进节能减排工作，控制工业循环冷却水系统的能耗已经日益受到各钢铁企业和设计单位的高度重视。在工业循环冷却水系统设计过程中，贯彻节能措施，开展节能设计，降低水系统的电耗，从而控制整个项目的能耗。
要实施循环冷却水系统的节能，就要针对上述工业循环冷却水系统的能耗组成进行分析，对于各种能耗提出合理的节能建议和措施。降低水压能耗值也是实现工业循环水系统节能的重要手段。降低水压能耗的措施有：①通过合理的管网系统设计，使管路沿程水头损失最小化；②选用低阻力损失的管材、阀门等，降低管路局部水头损失；③尽量减少敞开式水池泄压点的数量；④确定合理的工业循环水管网系统的设计富裕能力。随着这些降低水压能耗措施的不断加强，应该说整个工业循环冷却水系统的水压能耗的富裕能力也不断被压缩。
4 水动风机冷却塔应用于工业循环冷却水系统的条件通过上述理论分析，可得出以下结论：①水动风机冷却塔是以工业循环冷却水系统富裕能量(水泵富裕扬程)为其动能来源的；②随着循环冷却水系统设计的不断优化，循环冷却水系统富裕能量值也是在不断被压缩的，拥有过多富裕能量的循环水系统不是完善的系统。
由此分析，水动风机冷却塔应用于工业循环冷却水系统是应满足以下条件才可以考虑使用：① 对于净循环水系统而言，设计工作中，通常工艺设备所提出的水压要求可能是偏大的，实际工业设备的水头损失没有那么大，另外通过水力计算得出的管网水头损失可能比实际的水头损失要小，导致管道的特性曲线和水泵特性曲线实际结合的工况点往往是管网压力低于设定值而管网流量高于设定值，整个循环水系统长期处于超流量、低压力的工况下运行，如果经过实践证明循环冷却水系统确实有较大的富裕能量(水泵扬程)，此时可以采用水动风机冷却塔，采用水动风机冷却塔不仅可以节省传统冷却塔电机的电能，同时对于管网系统还有一定的压力调节作用[2]；② 浊循环水系统投入运行后，经实践证明，冷却塔进水所需的压力小于实际进水压力，也可以采用水动风机冷却塔；③ 循环冷却水的设计必须保持一定的适当富裕量，一般在5%左右，以应对设备老化、管道结垢等因素对循环冷却水系统供水能力(包括水量和水压)所带来的负面影响，而水动风机冷却塔的使用不应占用该部分的富裕量，而是应该采用额外的富裕量；④ 不应在新建项目中立即采用水动风机冷却塔，新建项目整个系统运行尚不稳定，对于整个系统是否有较大的能量富裕尚不能做出准确的判断，水动风机冷却塔应该以使用多年、运行工况成熟且稳定的已有系统为对象；⑤ 在使用水动风机冷却塔时，应该充分考虑该循环水系统今后是否855EN后必须待涂层干透后，方可进行下一步作业，避免对转子涂层的刷涂造成影响；
（4）转子运输时必须小心、不可碰撞、不可霖雨，以免影响转子平衡。
6 经济效益
6.1 通过对该水泵的叶轮刷涂乐泰高含量陶瓷涂层ARC 855EN，防止了水泵在停机备用时，叶轮、泵壳表面锈蚀，从而延长了水泵的使用寿命；设备运行参数正常，同时也满足了设备安全运行的要求。
6.2 经济效益计算
由表4 试车运行记录表可知，改造前后电流由原40A 下降到34A，平均下降6A，创经济效益：
(1)每台电流降低6A，系统机组运行两用一备，按一年机组运行350 天，电价0.5 元/ kWh 计
10000V×6A×24h×350d×2 台=921 600 kWh
921 600 kWh×0.5 元/ kWh=46.08 万元
(2)该系统三台水泵每年节约检修费用一次检修人工费用约10000 元、备件费用约18000 元， 每台刷涂乐泰高含量陶瓷涂层ARC855EN 费用约4000 元
3 次×3 台×（10000 元+18000 元）－3 台×1次×（10000 元+18000 元）－3 台×4000 元=156000 元
合计创效益:46.08 万元+15.6 万元=61.68 万元
7 结束语
水泵的汽蚀现象，给水泵的正常运行带来了非常大的危害。同时，由于汽蚀的特性，汽蚀现象在工作中又是不可避免的，我们采取刷涂乐泰高含量陶瓷涂层ARC 855EN 的有效方法，把水泵的汽蚀降低到最小程度，即起到了保证水泵的正常运行，又减少了水泵的检修频率，水泵节能节能效果明显。从节约能源、提高效率、降低检修率和安全生产等方面值得推广。
