提要: 通过对3台循环水冷却塔风机年运行情况分析,提出了采用变频控制器对各冷却塔风机进行循环变频调速的方案,并对其进行节能分析,可获得显著的经济效益。
关键词 变频调速 冷却塔风机 冷却塔进水温度 冷却塔出水温度
1 循环水冷却塔运行概况
我公司供水厂共有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,启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极异步电机驱动。电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,1998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
2.1 风机节能可行性分行
表1 各塔运行参数统计表
塔编号
1
2
3
处理能力(m3/h2)
2000
3000
3000
电机电流(A)
250
200
220
电机电压(V)
380
380
380
功率因数(cos φ)
0.87
0.87
0.87
电机输入功率(kw)
143
115
128
电功率单耗(kW/m3)
0.0715
0.0383
0.042
由表1所示的数据知：1998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。若采用变频控制器调节风机转速,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。根据厂家所提供的：a.出水与空气湿球温度及冷却塔进水温度关系曲线图；b.进出水温差与空气湿球温度及风机轴功率百分比关系曲线图；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。
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表2 1998年不同月份风机运行台时与冷却塔出水温度关系统计表
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表3 1998年不同月份风机节能潜力及收益计算值
注：收益率＝可运行时间×风机节能潜力×0.56元/kW·h×100%;表中P＝120.5kW；总收益值=8.883万元。
由表3可知各冷却塔风机节能潜力为40%～54%。
2.2 风机变频调速实施方案探讨
2.2.1 系统结构
由P∝n3知：风机节能的最佳方案是控制风机转速,可通过改变电机控制系统来调节电机运行转速,从而达到控制风机转速的目的。由于3台风机驱动电机功率均为160kW,可采用1台变频控制器循环方式运行,系统结构框图如图1所示：
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图1
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。
2.2.2 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,再变频启动另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,并可实现平滑启动电机,使3台电机循环运行,从而提高电机的使用寿命。
3 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确是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/m3/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/h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%＝59.2％,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。
