变频控制器在工业循环水冷却塔中应用变频控制器在工业循环水冷却塔中应用 李秀强 申碧梅 王光华 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。
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 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： 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 △作者通讯处：250100 济南化纤总公司设计院 ：(0531)8902560-8394 。