變頻控制器在工業循環水冷卻塔中的應用

1　循環水冷卻塔運行概況

    我公司供水廠共有3個編號分別為1#,2#和3#循環水冷卻塔。各生產裝置返回的循環熱水用泵輸送到這些塔內,通過塔內的填料增加熱水與空氣接觸面積和時間,促進熱水與空氣進行熱交換,使循環水冷卻。從而獲得各生產裝置所需循環水溫度≤32℃的冷水。當環境溫度升高時,啟動冷卻塔內的軸流風機實行強制通風,加快冷卻塔填料上循環水氣相與液相的熱交換。每個冷卻塔內裝設1臺軸流風機,其直徑為8500mm,由電壓為380V,額定功率為160kW的4極異步電機驅動。電機和風機之間采用恒定減速比的減速機直聯,塔內不裝設節流閥。因此軸流風機的轉速與風量是不可調的。3個塔的總處理能力達8000m3/h,遠大于各生產裝置最大需求量總和6600m3/h,1998年度各塔的運行參數詳見表1與表2。

    2　冷卻塔風機采用變頻調速節能方案

    2.1　風機節能可行性
　
    2.2　風機變頻調速實施方案探討

     2.2.1　系統結構

　　由P∝n3知：風機節能的最佳方案是控制風機轉速,可通過改變電機控制系統來調節電機運行轉速,從而達到控制風機轉速的目的。由于3臺風機驅動電機功率均為160kW,可采用1臺變頻控制器循環方式運行,系統結構框圖如圖1所示：
                          

該系統由2部分組成：變頻回路：1臺變頻器,空氣開關Q1,交流接觸器C1、C2、C3和自動運行控制回路及信號報警回路組成變頻循環運行回路;工頻回路：空氣開關Q2、交流接觸器C4、C5、C6和熱繼電器T1、T2、T3以及手動運行控制回路等構成工頻(50Hz)運行回路。

    2.2.2　運行方式
　　正常狀態,轉換開關QK切至自動運行回路,由溫度傳感器測定冷卻塔出水溫度,轉換成標準的電流信號,送至變頻器的溫度檢測器,用于控制冷卻塔風機轉速,改變風機的風量,從而改變冷卻塔出水溫度；當1臺風機運轉頻率接近工頻運行仍不能滿足要求時,將此變頻運行風機改為工頻運行,再變頻啟動另1臺風機,直到滿足各生產裝置所需的循環水溫度≤32℃為止。整個控制系統為一個閉環調節系統。根據工藝要求,自動確定電機是變頻運行或是工頻運行,并做到最先運行的風機最先切除,各電機循環運行,從而延長設備使用壽命。當變頻器出故障時,將轉換開關QK切換至手動狀態,3臺電機運行在工頻狀態仍可滿足運行要求。
　　采用變頻器調速的方法,改變了以往電機的開、停僅為手動控制的單一工頻運行方式,從而避免為滿足冷卻塔出水水溫≤32℃,必須使1臺或幾臺風機均處在工頻狀態下運行,而造成水溫過低,形成不必要的能源浪費。采用變頻調速運行方式,提高了水溫控制的準確性,并可實現平滑啟動電機,使3臺電機循環運行,從而提高電機的使用壽命。

    3　風機節能經濟分析

    (1)由表1所示的冷卻塔運行參數可知：1＃塔的處理能力只是2#或3#塔的66%,但其處理1m3/h熱水風機電功率單耗確是2#塔與3#塔風機電功率單耗之平均值的1.783倍(即其大0.0313kW/m3/h),其原因是該塔填料仍為舊式低效填料,若將1#塔填料改用與2#塔相同性能的新型高效填料,則每小時處理能力就可提高1000m3。如按1#塔處理量為2000m3/h計算,每小時節電2000×0.0313＝62.6kW,節能效果相當可觀。1#塔每年運行時間為3000h,更換填料需投資約45萬元。
收益率＝3000×62.6×0.56/45×104×100%＝23.37％。

    (2)采用變頻調速方案,根據表3可得每年總收益值為8.883萬元,實施變頻控制需要投資約15萬元,收益率=8.883/15×100%＝59.2％,約1.7年就能收回投資額,另外設備的折舊率大大降低,可見節能效果顯著。