1 概述
水動風(fēng)機(jī)冷卻塔是一種新型的節(jié)能環(huán)保改進(jìn)型冷卻塔，近年來逐步開始應(yīng)用于國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)并得到了大力宣傳和市場的推廣。但是，并非所有的機(jī)械通風(fēng)冷卻塔均可采用水動風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，也并非所有的項目或工況均適宜采用水動風(fēng)機(jī)冷卻塔。水動風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是必須有一定客觀條件的，只有在符合其應(yīng)用條件的前提下，才能取得節(jié)能環(huán)保的效果，從而帶來經(jīng)濟(jì)和社會效益。本文對水動風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的條件進(jìn)行了簡單的分析和探討，供實際工程參考。
2 水動風(fēng)機(jī)冷卻塔的工作原理
水動風(fēng)機(jī)冷卻塔的核心技術(shù)是以微型雙機(jī)式冷卻塔專用水輪機(jī)取代電機(jī)(包括傳動軸、減速機(jī))作為風(fēng)機(jī)動力源，使冷卻塔的風(fēng)機(jī)驅(qū)動方式由電力改為水力，水輪機(jī)的輸出軸直接與風(fēng)機(jī)相連而帶動其旋轉(zhuǎn)，用水力來推動冷卻塔風(fēng)葉，達(dá)到通風(fēng)換熱目的。
水動風(fēng)機(jī)冷卻塔能正常運(yùn)行，循環(huán)水系統(tǒng)的冷卻塔進(jìn)水必須有足夠的壓力水頭用于推動水輪機(jī)。以某冷卻水量為4500 m3/h 的大型冷卻塔為例，干球31.5 ℃，濕球28 ℃，大氣壓力100.4 kPa，進(jìn)水水溫43 ℃，出水要求33 ℃，系統(tǒng)在冷卻塔水池0 相對標(biāo)高處提供的水頭應(yīng)不小于0.3 MPa；以某冷卻水量為1000 m3/h 的中小型冷卻塔為例，干球31.5℃，濕球28 ℃，大氣壓力100.4 kPa，進(jìn)水水溫43℃，出水要求33 ℃，系統(tǒng)在冷卻塔水池0 相對標(biāo)高處提供的水頭應(yīng)不小于0.2 MPa；如果系統(tǒng)要求進(jìn)水水溫調(diào)整為42 ℃、出水水溫為32 ℃，水動風(fēng)機(jī)冷卻塔所需要的進(jìn)水水頭就會更高。
目前，應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水動風(fēng)機(jī)冷卻塔的水輪機(jī)轉(zhuǎn)動的原動力來源于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的余壓(水泵的富余揚(yáng)程)，因此水動風(fēng)機(jī)冷卻塔并非不消耗能量，而是采用了工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)本身的富裕能量。
由此，要分析水動風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的條件，就必須對工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗加以分析。
3 工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗分析
3.1 工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常用工藝流程
工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常用的工藝流程為：水處理站循環(huán)供水泵出水→工藝設(shè)備→水處理裝置→冷卻塔→冷水池→水處理站循環(huán)供水泵吸水。對于冷卻塔的進(jìn)水有兩種方式：一，直接利用工藝設(shè)備的回水壓力上冷卻塔，常用于凈循環(huán)水系統(tǒng)；二，另外設(shè)置獨(dú)立的供冷卻塔進(jìn)水的水泵，對循環(huán)水加壓后上冷卻塔，常用于濁循環(huán)水系統(tǒng)。水動風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的條件
3.2 工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗組成
工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗由以下幾部分組成：水量能耗、水壓能耗、用水方式能耗、熱量能耗、距離能耗和水力不平衡能耗等[1]。水量能耗指為滿足工藝設(shè)備的用水量所需提供的動能(通常指水泵耗能)；水壓能耗指為滿足工藝設(shè)備的供水水壓要求所需提供的動能(通常指水泵耗能)；用水方式能耗體現(xiàn)在用水制度上，用水制度分為連續(xù)用水制度和間斷用水制度；熱量能耗是指為帶走在生產(chǎn)過程中由工藝設(shè)備所產(chǎn)生的大量熱量而消耗的動能(通常指冷卻塔能耗)；距離能耗指為克服長距離送水所消耗的動能(通常指水泵能耗)；水力不平衡能耗指為克服循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)各用戶之間的水力不平衡問題所消耗的動能。而其中與水動風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用密切相關(guān)的是水壓能耗。水壓能耗指整個工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的水頭損失，包括設(shè)備、管路、閥門、敞開水池泄壓等的水頭損失。另外，水壓能耗還包括在設(shè)計時所保留的整個工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計富裕能力。而該設(shè)計富裕能力也就是水動風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用的動力來源。
3.3 能耗分析
近年來，隨著各鋼鐵企業(yè)大力推進(jìn)節(jié)能減排工作，控制工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗已經(jīng)日益受到各鋼鐵企業(yè)和設(shè)計單位的高度重視。在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計過程中，貫徹節(jié)能措施，開展節(jié)能設(shè)計，降低水系統(tǒng)的電耗，從而控制整個項目的能耗。
要實施循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能，就要針對上述工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗組成進(jìn)行分析，對于各種能耗提出合理的節(jié)能建議和措施。降低水壓能耗值也是實現(xiàn)工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能的重要手段。降低水壓能耗的措施有：①通過合理的管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計，使管路沿程水頭損失最小化；②選用低阻力損失的管材、閥門等，降低管路局部水頭損失；③盡量減少敞開式水池泄壓點的數(shù)量；④確定合理的工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計富裕能力。隨著這些降低水壓能耗措施的不斷加強(qiáng)，應(yīng)該說整個工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水壓能耗的富裕能力也不斷被壓縮。
4 水動風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的條件通過上述理論分析，可得出以下結(jié)論：①水動風(fēng)機(jī)冷卻塔是以工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)富裕能量(水泵富裕揚(yáng)程)為其動能來源的；②隨著循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計的不斷優(yōu)化，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)富裕能量值也是在不斷被壓縮的，擁有過多富裕能量的循環(huán)水系統(tǒng)不是完善的系統(tǒng)。
由此分析，水動風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是應(yīng)滿足以下條件才可以考慮使用：① 對于凈循環(huán)水系統(tǒng)而言，設(shè)計工作中，通常工藝設(shè)備所提出的水壓要求可能是偏大的，實際工業(yè)設(shè)備的水頭損失沒有那么大，另外通過水力計算得出的管網(wǎng)水頭損失可能比實際的水頭損失要小，導(dǎo)致管道的特性曲線和水泵特性曲線實際結(jié)合的工況點往往是管網(wǎng)壓力低于設(shè)定值而管網(wǎng)流量高于設(shè)定值，整個循環(huán)水系統(tǒng)長期處于超流量、低壓力的工況下運(yùn)行，如果經(jīng)過實踐證明循環(huán)冷卻水系統(tǒng)確實有較大的富裕能量(水泵揚(yáng)程)，此時可以采用水動風(fēng)機(jī)冷卻塔，采用水動風(fēng)機(jī)冷卻塔不僅可以節(jié)省傳統(tǒng)冷卻塔電機(jī)的電能，同時對于管網(wǎng)系統(tǒng)還有一定的壓力調(diào)節(jié)作用[2]；② 濁循環(huán)水系統(tǒng)投入運(yùn)行后，經(jīng)實踐證明，冷卻塔進(jìn)水所需的壓力小于實際進(jìn)水壓力，也可以采用水動風(fēng)機(jī)冷卻塔；③ 循環(huán)冷卻水的設(shè)計必須保持一定的適當(dāng)富裕量，一般在5%左右，以應(yīng)對設(shè)備老化、管道結(jié)垢等因素對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水能力(包括水量和水壓)所帶來的負(fù)面影響，而水動風(fēng)機(jī)冷卻塔的使用不應(yīng)占用該部分的富裕量，而是應(yīng)該采用額外的富裕量；④ 不應(yīng)在新建項目中立即采用水動風(fēng)機(jī)冷卻塔，新建項目整個系統(tǒng)運(yùn)行尚不穩(wěn)定，對于整個系統(tǒng)是否有較大的能量富裕尚不能做出準(zhǔn)確的判斷，水動風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)該以使用多年、運(yùn)行工況成熟且穩(wěn)定的已有系統(tǒng)為對象；⑤ 在使用水動風(fēng)機(jī)冷卻塔時，應(yīng)該充分考慮該循環(huán)水系統(tǒng)今后是否855EN后必須待涂層干透后，方可進(jìn)行下一步作業(yè)，避免對轉(zhuǎn)子涂層的刷涂造成影響；
（4）轉(zhuǎn)子運(yùn)輸時必須小心、不可碰撞、不可霖雨，以免影響轉(zhuǎn)子平衡。
6 經(jīng)濟(jì)效益
6.1 通過對該水泵的葉輪刷涂樂泰高含量陶瓷涂層ARC 855EN，防止了水泵在停機(jī)備用時，葉輪、泵殼表面銹蝕，從而延長了水泵的使用壽命；設(shè)備運(yùn)行參數(shù)正常，同時也滿足了設(shè)備安全運(yùn)行的要求。
6.2 經(jīng)濟(jì)效益計算
由表4 試車運(yùn)行記錄表可知，改造前后電流由原40A 下降到34A，平均下降6A，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益：
(1)每臺電流降低6A，系統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行兩用一備，按一年機(jī)組運(yùn)行350 天，電價0.5 元/ kWh 計
10000V×6A×24h×350d×2 臺=921 600 kWh
921 600 kWh×0.5 元/ kWh=46.08 萬元
(2)該系統(tǒng)三臺水泵每年節(jié)約檢修費(fèi)用一次檢修人工費(fèi)用約10000 元、備件費(fèi)用約18000 元， 每臺刷涂樂泰高含量陶瓷涂層ARC855EN 費(fèi)用約4000 元
3 次×3 臺×（10000 元+18000 元）－3 臺×1次×（10000 元+18000 元）－3 臺×4000 元=156000 元
合計創(chuàng)效益:46.08 萬元+15.6 萬元=61.68 萬元
7 結(jié)束語
水泵的汽蝕現(xiàn)象，給水泵的正常運(yùn)行帶來了非常大的危害。同時，由于汽蝕的特性，汽蝕現(xiàn)象在工作中又是不可避免的，我們采取刷涂樂泰高含量陶瓷涂層ARC 855EN 的有效方法，把水泵的汽蝕降低到最小程度，即起到了保證水泵的正常運(yùn)行，又減少了水泵的檢修頻率，水泵節(jié)能節(jié)能效果明顯。從節(jié)約能源、提高效率、降低檢修率和安全生產(chǎn)等方面值得推廣。
