變頻器在循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用案例

1、變頻器在循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用案例 一  存在題目    某廠循環(huán)水場有三臺冷卻塔風(fēng)機(jī)，采用的控制方式是正反轉(zhuǎn)兩地全壓起動。夏季正轉(zhuǎn)運行，通過調(diào)整運行電動機(jī)臺數(shù)來調(diào)節(jié)風(fēng)量，達(dá)到控制循環(huán)水溫度的目的。冬季反轉(zhuǎn)運行用以除霜。使用中存在以下題目。    1) 冷卻塔風(fēng)機(jī)運行時不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)，只能以恒定轉(zhuǎn)數(shù)運行。不能滿足對風(fēng)量進(jìn)行精調(diào)的要求。            2) 冷卻塔風(fēng)機(jī)的電動機(jī)容量為160kW，額定電流為282A。全壓起動

2、電流接近2000A，不僅造成低壓電氣系統(tǒng)波動，而且對機(jī)械和電氣設(shè)備的沖擊損傷嚴(yán)重，電動機(jī)和機(jī)械設(shè)備檢驗次數(shù)較多。    3) 如要調(diào)節(jié)風(fēng)量，只能通過調(diào)整電動機(jī)臺數(shù)來進(jìn)行粗調(diào)，有大部分電能被浪費掉了。    4) 冷卻塔風(fēng)機(jī)的電動機(jī)保護(hù)只能有短路和過負(fù)荷的常規(guī)保護(hù)，不能滿足對電動機(jī)進(jìn)行全面保護(hù)的要求。二  改進(jìn)方法    1) 采用FRNl60P11s4cx變頻器取代原接觸器來控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)（接線圖如附圖所示）。采用控制室/機(jī)前正反轉(zhuǎn)兩地控制，調(diào)速方式為控制室手動調(diào)速。考慮到變頻器故障檢驗時不中斷風(fēng)

3、機(jī)運行，采用帶檢驗旁路的變頻器柜。    2) 利用變頻器的軟起動/軟停止功能替換原來的全壓起動和慣性停機(jī)。并設(shè)定最佳加速時間為15s，最佳減速時間20 s。降低了起動電流和機(jī)械沖擊給設(shè)備帶來的破壞。    3) 利用變頻器的節(jié)能功能實現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能。由于風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)的1次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)數(shù)的2次方成正比，而風(fēng)機(jī)的軸功率與轉(zhuǎn)數(shù)的3次方成正比。假如風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低15%，風(fēng)機(jī)的耗能將降低近40%?？梢姴捎米冾l器調(diào)速的節(jié)能空間巨大。    4) 利用變頻器的完備的保護(hù)功能實現(xiàn)對電動機(jī)的全面保護(hù)。變頻用具

4、有過電流、過電壓、欠電壓、電動機(jī)過載等保護(hù)功能。 三  應(yīng)用效果    經(jīng)過改進(jìn)，冷卻塔風(fēng)機(jī)已連續(xù)運行至今，節(jié)電明顯，起動電流和運行電流均明顯降低；調(diào)速簡潔實用，轉(zhuǎn)速調(diào)整靈活，數(shù)據(jù)記錄正確；實現(xiàn)了軟起動/軟停止，調(diào)速平滑、穩(wěn)定降低了對低壓系統(tǒng)的沖擊，延長了設(shè)備使用壽命。四  經(jīng)濟(jì)效益    （1）直接經(jīng)濟(jì)效益    冷卻塔風(fēng)機(jī)經(jīng)過變頻改造后，各項運行數(shù)據(jù)記錄表示。    變頻改造后運行的頻率在3545 Hz區(qū)間，按照年均勻運行40Hz汁算，改造后的風(fēng)機(jī)按年

5、運行320天計算，三臺風(fēng)機(jī)運行年耗電l 359 360 kW-h，單位電費04元/kWh，年電費是5437萬元。    變頻改造前電動機(jī)的運行電流為189 A，運行消耗功率為112 kW，三臺電動機(jī)年運行耗電2 580 480kWh，單位電費04元/kWh，年電費是10322萬元。        可見，變頻改造后運轉(zhuǎn)節(jié)電效果每年節(jié)約電費4885萬元，減往改造投資用度54萬元，投資改造后一年零兩個月即基本收回投資。以后每年節(jié)約電費4885萬元，間接節(jié)約電動機(jī)維修費一萬多元，并延長了電動機(jī)的使用壽命。

6、0;   （2）間接經(jīng)濟(jì)效益    冷水塔風(fēng)機(jī)的低故障率運行，保證了整個化工廠的三套生產(chǎn)裝置所使用的循環(huán)水的高質(zhì)量。保證生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、大負(fù)荷生產(chǎn)。    實踐證實，變頻器在循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用是企業(yè)回報率高的良好方案。 相關(guān)文章 · ·計算機(jī)技術(shù)在風(fēng)機(jī)中的研究與應(yīng)用 · ·冷卻塔風(fēng)機(jī)的節(jié)能與安全控制研究 · ·新風(fēng)機(jī)組的運行故障與治理 · ·變風(fēng)量風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)節(jié)能分析 · ·風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造案例 &

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8、塔。各生產(chǎn)裝置返回的循環(huán)熱水用泵輸送到這些塔內(nèi),通過塔內(nèi)的填料增加熱水與空氣接觸面積和時間,促進(jìn)熱水與空氣進(jìn)行熱交換,使循環(huán)水冷卻。從而獲得各生產(chǎn)裝置所需循環(huán)水溫度32的冷水。當(dāng)環(huán)境溫度升高時,啟動冷卻塔內(nèi)的軸流風(fēng)機(jī)實行強(qiáng)制通風(fēng),加快冷卻塔填料上循環(huán)水氣相與液相的熱交換。每個冷卻塔內(nèi)裝設(shè)1臺軸流風(fēng)機(jī),其直徑為8500mm,由電壓為380V,額定功率為160kW的4極異步電機(jī)驅(qū)動。電機(jī)和風(fēng)機(jī)之間采用恒定減速比的減速機(jī)直聯(lián),塔內(nèi)不裝設(shè)節(jié)流閥。因此軸流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與風(fēng)量是不可調(diào)的。3個塔的總處理能力達(dá)8000m3/h,遠(yuǎn)大于各生產(chǎn)裝置最大需求量總和6600m3/h,1998年度各塔的運行參數(shù)詳見表1與

9、表2。2冷卻塔風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速節(jié)能方案2.1風(fēng)機(jī)節(jié)能可行性分行表1各塔運行參數(shù)統(tǒng)計表塔編號123處理能力(m3/h2)200030003000電機(jī)電流(A)250200220電機(jī)電壓(V)380380380功率因數(shù)(cos )0.870.870.87電機(jī)輸入功率(kw)143115128電功率單耗(kW/m3)0.07150.03830.042由表1所示的數(shù)據(jù)知：1998年度冷卻塔風(fēng)機(jī)全部運行期間,冷卻塔進(jìn)水溫度的最高溫度平均值分布在34.538內(nèi)；循環(huán)水經(jīng)冷卻后,冷卻塔出水溫度的最高溫度平均值分布在27.628.8內(nèi),其較各生產(chǎn)裝置所需冷卻水溫度32低3.24.4；并可知在同時滿足冷卻塔進(jìn)水

10、溫度低于最高熱水溫度平均值及冷卻塔出水溫度低于最高冷水溫度平均值這一條件下,單臺風(fēng)機(jī)全年的運行時間為2705h。若采用變頻控制器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量,可使冷卻塔出水溫度提高23的情況下,仍能滿足冷卻塔出水溫度32的工藝要求,這顯然可節(jié)省電能。根據(jù)廠家所提供的：a.出水與空氣濕球溫度及冷卻塔進(jìn)水溫度關(guān)系曲線圖；b.進(jìn)出水溫差與空氣濕球溫度及風(fēng)機(jī)軸功率百分比關(guān)系曲線圖；以及表2的有關(guān)數(shù)據(jù),通過工藝計算得風(fēng)機(jī)的不同月份節(jié)能潛力及收益值. 注：收益率可運行時間×風(fēng)機(jī)節(jié)能潛力×0.56元/kW·h×100%;表中P120.5kW；總收益值=8.883萬元。由

11、表3可知各冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能潛力為40%54%。2.2風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速實施方案探討2.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由Pn3知：風(fēng)機(jī)節(jié)能的最佳方案是控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,可通過改變電機(jī)控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)電機(jī)運行轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于3臺風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)功率均為160kW,可采用1臺變頻控制器循環(huán)方式運行. 該系統(tǒng)由2部分組成：變頻回路：1臺變頻器,空氣開關(guān)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(huán)運行回路;工頻回路：空氣開關(guān)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(gòu)成工頻(50Hz)運行回路。2.2.2運行方式正常狀態(tài),轉(zhuǎn)換開關(guān)QK切至自動運行

12、回路,由溫度傳感器測定冷卻塔出水溫度,轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號,送至變頻器的溫度檢測器,用于控制冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,改變風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,從而改變冷卻塔出水溫度；當(dāng)1臺風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)頻率接近工頻運行仍不能滿足要求時,將此變頻運行風(fēng)機(jī)改為工頻運行,再變頻啟動另1臺風(fēng)機(jī),直到滿足各生產(chǎn)裝置所需的循環(huán)水溫度32為止。整個控制系統(tǒng)為一個閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)工藝要求,自動確定電機(jī)是變頻運行或是工頻運行,并做到最先運行的風(fēng)機(jī)最先切除,各電機(jī)循環(huán)運行,從而延長設(shè)備使用壽命。當(dāng)變頻器出故障時,將轉(zhuǎn)換開關(guān)QK切換至手動狀態(tài),3臺電機(jī)運行在工頻狀態(tài)仍可滿足運行要求。采用變頻器調(diào)速的方法,改變了以往電機(jī)的開、停僅為手動控制的單一工頻運行

13、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(fēng)機(jī)均處在工頻狀態(tài)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(diào)速運行方式,提高了水溫控制的準(zhǔn)確性,并可實現(xiàn)平滑啟動電機(jī),使3臺電機(jī)循環(huán)運行,從而提高電機(jī)的使用壽命。3風(fēng)機(jī)節(jié)能經(jīng)濟(jì)分析(1)由表1所示的冷卻塔運行參數(shù)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(fēng)機(jī)電功率單耗確是2#塔與3#塔風(fēng)機(jī)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(jié)電2000×0.031362.6kW,節(jié)能效果相當(dāng)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(diào)速方案,根據(jù)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