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变频器在冷却塔中的节能应用

作者: 日期:2018/9/3 16:49:18 点击:


冷却塔变频器的应用优势已经越来越明显,变频器的使用也会越来越普遍,制造厂商在使用了冷却塔变频技术后不仅可以得到收益而且也可使自己的冷却塔在激烈的市场竞争中长期处于主动位置。

二、冷却塔风机使用变频节能的实施方案和应用效果

1、冷却塔风机变频控制实施方案

(!)方案一:固定变频控制方式。

固定变频控制方式:可分为单台固定变频控制和多台固定变频控制。以多台固定变频控制为例,如图1所示。

该系统由变频回路和工频回路两部分组成:变频回路:由一台变频器、空气开关QF2、交流接触器KM02和变频运行控制回路及信号报警回路组成变频循环运行回路。工频回路:由空气开关QF1、QF3、QF4、QF5、交流接触器KM01、KM03、KM04、KM05和热继电器FR1、FR2、FR3、FR4以及手动运行控制回路等构成工频(50Hz)运行回路。

运行方式:工频运行时:风机根据工频控制回路选择指定风机起动,并以50Hz全速运行;变频运行时:风机以传感器所测实际水温,经过温控器转换成标准的电流信号或电压信号,送到变频器的模拟输入端,电动机根据负荷交替起动,三台电动机全部运行:第一台电动机变频运行、第二台电动机工频运行、第三台电动机工频运行。

(2)方案二:循环变频控制方式。

风机节能的最佳方案是控制风机转速,可通过改变电动机控制系统来调节电动机运行的转速,从而达到控制风机转速的目的,以三台相同功率电动机的冷却塔为例,三台风机为同一功率的的电动机,可采用一台变频器循环控制的方式运行,系统电气原理图如图2所示。

1)该控制系统由变频回路和工频回路两部分组成:变频回路:由一台变频器,空气开关Q1,交流接触器KM1、KM3、KM5和自动运行控制回路及信号报警回路组成变频循环运行回路。工频回路:空气开关QF2、QF3、QF4,交流接触器KM2、KM4、KM6和热继电器FR1、FR2、FR3以及手动运行控制回路等构成工频(50Hz)运行回路。

2)该控制系统由变频回路和工频回路两部分组成:变频回路:由一台变频器,空气开关QF3,交流接触器KM4、KM5、KM6和自动运行控制回路及信号报警回路组成变频循环运行回路。工频回路:空气开关QF0、QF1、QF2,交流接触器KM1、KM2、KM3和热继电器FR1、FR2、FR3以及手动运行控制回路等构成工频(50Hz)运行回路。

运行方式:正常状态,转换开关切至自动运行回路,由温度传感器测定冷却塔出水温度,经过温控器转换成标准的电流信号或电压信号,送到变频器的模拟输入端来控制变频器的转速,改变风机的风量,从而改变冷却塔的出水温度;当一台风机运行不能满足要求时,将此变频运行的风机改为工频运行,再变频起动另一台风机,直到满足生产装置所需的循环水的温度达到工艺要求为止(即水温≤32℃)。整个控制系统为一个闭环调节系统。做到最先运行的风机最先切除,各电动机循环运行,从而延长设备使用寿命的目的。当变频系统控制回路或者变频器出故障的时候,将转换开关切换到手动状态,三台电动机运行在工频状态仍可满足装置工艺要求。

2、循环变频控制方式带来循环水冷却塔变频节能的效果

(1)循环水冷却塔运行概况某供水厂共有3个编号分别为1#,2#和3#循环水冷却塔。各生产装置返回的循环热水用泵输送到这些塔内,通过塔内的填料增加热水与空气接触面积和时间,促进热水与空气进行热交换,使循环水冷却。从而获得各生产装置所需循环水温度≤32℃的冷水。

当环境温度升高时,起动冷却塔内的轴流风机实行强制通风,加快冷却塔填料上循环水气相与液相的热交换。每个冷却塔内装设1台轴流风机,其直径为8500mm,由电压为380V,额定功率为160KW的4极异步电动机驱动。电动机和风机之间采用恒定减速比的减速机直联,塔内不装设节流阀。因此轴流风机的转速与风量是不可调的。3个塔的总处理能力达8000m3/h,远大于各生产装置最大需求量总和6600m3/h,2002年度各塔的运行参数详见表1与表2。

(2)冷却塔风机采用变频调速节能方案

1)风机节能可行性分析

由表1所示的数据知:年度冷却塔风机全部运行期间,冷却塔进水温度的最高温度平均值分布在34。5-38℃内;循环水经冷却后,冷却塔出水温度的最高温度平均值分布在27。6-28。8℃内,其较各生产装置所需冷却水温度32℃低3。2-4。4℃;并可知在同时满足冷却塔进水温度低于最高热水温度平均值及冷却塔出水温度低于最高冷水温度平均值这一条件下,单台风机全年的运行时间为2705h。若采用变频器调节风机转速,改变风机风量,可使冷却塔出水温度提高2-3℃的情况下,仍能满足冷却塔出水温度≤32℃的工艺要求,这显然可节省电能。根据相关数据以及表2的有关数据,通过工艺计算得风机的不同月份节能潜力及收益值如表3。由表3可知各冷却塔风机节能潜力为40%-50%。

(3)风机变频调速实施方案探讨

1)系统结构

风机节能的最佳方案是控制风机转速,可通过改变电动机控制系统来调节电动机运行转速,从而达到控制风机转速的目的。

由于3台风机驱动电动机功率均为160KW,可采用1台变频器循环方式运行,系统结构框图如图4所示。

该系统由2部分组成:变频回路:1台变频器,空气开关Q1,交流接触器C1、C2、C3和自动运行控制回路及信号报警回路组成变频循环运行回路;工频回路:空气开关Q2,交流接触器C4、C5、C6和热继电器T1、T2、T3以及手动运行控制回路等构成工频(50Hz)运行回路。

2)运行方式正常状态,转换开关QK: 切至自动运行回路,由温度传感器测定冷却塔出水温度,转换成标准的电流信号,送至变频器的温度检测器,用于控制冷却塔风机转速,改变风机的风量,从而改变冷却塔出水温度;当1台风机运转频率接近工频运行仍不能满足要求时,将此变频运行风机改为工频运行,再变频起动另1台风机,直到满足各生产装置所需的循环水温度≤32℃为止。整个控制系统为一个闭环调节系统。

根据工艺要求,自动确定电动机是变频运行或是工频运行,并做到最先运行的风机最先切除,各电动机循环运行,从而延长设备使用寿命。当变频器出故障时,将转换开关QK切换至手动状态,3台电动机运行在工频状态仍可满足运行要求。

采用变频器调速的方法,改变了以往电动机的开、停仅为手动控制的单一工频运行方式,从而避免为满足冷却塔出水水温≤32℃,必须使1台或几台风机均处在工频状态下运行,而造成水温过低,形成不必要的能源浪费。采用变频调速运行方式,提高了水温控制的准确性,并可实现平滑起动电动机,使3台电动机循环运行,从而提高电动机的使用寿命。

(4)风机节能经济分析

1)由表1所示的冷却塔运行参数可知:1#塔的处理能力只是2#或3#塔的66%,但其处理1m3/h热水风机电功率单耗却是2#塔与3#塔风机电功率单耗之平均值的1。783倍(即其大0。0313KW/h),其原因是该塔填料仍为旧式低效填料,若将1#塔填料改用与2#塔相同性能的新型高效填料,则每小时处理能力就可提高1000m3。如按1#塔处理量为2000m3计算,每小时节电2000×0。0313=62。6KW,节能效果相当可观。1#塔每年运行时间为3000h,更换填料需投资约45万元。收益率=3000×62。6×0。56/45×104×100%=23。37%。

2)采用变频调速方案,根据表3可得每年总收益值为8.883万元,实施变频控制需要投资约15万元,收益率=8.883/15×100%,约1.7年就能收回投资额,另外设备的折旧率大大降低,可见节能效果显著。

三、结束语

对于冷却塔的生产厂家来说,一种新的产品的投入生产首先看市场的需求和能够产生的效益,通过以上的经济分析,可以得出,使用方只要在了解到变频器应用的优点后,基于运行成本和设备维护的考虑,必然会对这样的投资产生浓厚的兴趣。而事实上目前市场上对于冷却塔变频器应用已经十分的成熟,而且也正是朝着这个方向快速的发展。变频器的应用是目前整个冷却塔市场乃至整个中央空调市场的趋势。


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