2015-04-14 20:28:22 來源:水泥人網(wǎng)

水泥廠高壓變頻室空水冷散熱系統(tǒng)的應用

水泥廠高壓變頻室冷卻方式的選擇

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臺泥水泥(英德)有限公司??????? 包生提

廣州能環(huán)電氣機械科技有限公司??? 陳勝文

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摘要:高壓變頻器屬于大型電子設(shè)備,對環(huán)境要求比較嚴格。風水冷系統(tǒng)的應用可以很好的解決高壓變頻器在運行中的散熱和防塵問題,為高壓變頻節(jié)能改造中降低冷卻系統(tǒng)能耗,提高系統(tǒng)安全可靠性,提供重要的可借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞:風水冷系統(tǒng);高壓變頻器;散熱;節(jié)能

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0 引言

臺泥水泥(英德)公司#1#4生產(chǎn)線窯頭配有8臺風機變頻器,自投運以來,取得了明顯的節(jié)能降耗效果。由于高壓變頻器應用中的設(shè)備散熱和運行環(huán)境問題成為直接影響變頻器自身運行可靠性和機組安全穩(wěn)定的重要因素。而且,隨著變頻器裝機容量和功率的增加,其輔助冷卻系統(tǒng)的投資和運營成本也逐漸成為項目實施不可小覷的一個重要環(huán)節(jié)。采取配套適用的高壓變頻專用冷卻系統(tǒng),對提高設(shè)備安全穩(wěn)定性能、降低輔助冷卻系統(tǒng)的運營成本,實現(xiàn)高壓變頻節(jié)能項目收益最大化,具有積極意義。

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1 系統(tǒng)配置

臺泥水泥(英德)公司#1#4生產(chǎn)線窯頭風機變頻器由西門子公司生產(chǎn)的3550KW2550KW變頻器各1臺安裝在一個房間內(nèi)、共四個房間,主要由以下三部分組成:控制柜、功率柜、變壓器柜。其外形如圖1所示。高壓變頻器使用多臺離心風機進行散熱。

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一般情況下,為了變頻器能長期穩(wěn)定和可靠地運行,對變頻器的安裝環(huán)境作如下要求:最低環(huán)境溫度-5℃,最高環(huán)境溫度40℃,工作環(huán)境的溫度變化應不大于5/h。

當變頻器滿負荷工作時,其總損耗(轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚┘s為系統(tǒng)額定功率的4%,比如1000kW變頻器滿負荷工作時,損耗約為40kW。如此大的熱量如果全部排放到安裝變頻器的室內(nèi),將會使室內(nèi)溫度迅速升高,嚴重影響變頻器的正常運行。因此,應考慮配備相應的散熱設(shè)備。

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2 高壓變頻冷卻方式

2.1 直排熱風式式冷卻

采用直排熱風式的散熱方案(其示意圖如圖2所示),將變頻器產(chǎn)生的熱風經(jīng)風道引至室外,然后將室外自然風經(jīng)變頻室濾網(wǎng)引至變頻室對變頻器進行冷卻;此方案具有經(jīng)濟、簡單的優(yōu)點,缺點是對環(huán)境的適應性不高,特別是在南方夏天高溫高濕的環(huán)境下散熱效果會大幅下降;另外,水泥廠環(huán)境比較惡劣,空氣中粉塵含量高,對變頻器中的電子元器件是一種威脅,高速含塵的風通過風道極易造成風道內(nèi)空氣過濾棉堵塞,造成變頻器內(nèi)形成負壓,不利于散熱,同時增加更換空氣過濾棉的頻度。

2

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2.2 空調(diào)冷卻

2.2.1 制冷量的計算

本文以臺泥水泥(英德)公司#1生產(chǎn)線窯頭變頻室為例,#1生產(chǎn)線窯頭變頻室內(nèi)安裝有3550KW2550KW變頻器各1臺。變頻器發(fā)熱根據(jù)運行工況選擇,最大發(fā)熱量為變頻器額定功率的4%,如果使用空調(diào)冷卻,則發(fā)熱量可按照變頻器額定功率的2%進行估算。

根據(jù)上述原則#1生產(chǎn)線窯頭變頻器總發(fā)熱量為(3550KW2550KW)×2%122 kW

按照房間實用面積計算空間,單獨空間制冷所需的空調(diào)容量,一般每平方米可以按照150瓦特計算。初步估算#1生產(chǎn)線窯頭變頻室空間制冷量為180×15027 kW

空調(diào)總體的制冷量=變頻器的發(fā)熱量+空間制冷所需的制冷量=122KW27kW149 kW???

2.2.2 空調(diào)的選擇

空調(diào)容量的確定原則為:按照變頻器的發(fā)熱量和控制室環(huán)境實用面積來選擇空調(diào)的容量。

空調(diào)配置功率:其用量約為149÷2.5(制冷比)=60匹。

2.3 風水冷系統(tǒng)冷卻

風水冷卻系統(tǒng)是一種利用高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng),其應用技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。從變頻器出來的熱風,經(jīng)過風管連接到內(nèi)有固定水冷管的散熱器中,散熱器中通過溫度低于33℃的冷水,熱風經(jīng)過散熱片后,將熱量傳遞給冷水,變成冷風從散熱片吹出,熱量被循環(huán)冷卻水帶走,保證變頻器控制室內(nèi)的環(huán)境溫度不高于40℃。主要由增壓風機、風道、冷卻器、智能控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。

安裝風-水冷散熱裝置,要求必須在密閉環(huán)境中,為了提高冷卻效果,安放設(shè)備的空間盡可能小。流入風-水冷散熱裝置的水為工業(yè)循環(huán)水,為保護設(shè)備,要求循環(huán)水的PH值為中性,且無腐蝕損壞銅鐵的雜質(zhì),進水的水壓一般為0.10.5Mpa,進水溫度≤33℃。

根據(jù)變頻器的發(fā)熱參數(shù)及現(xiàn)場實際情況,決定選用BPFL-60型水冷器和T35-1.5KW增壓風機各4臺作為#1生產(chǎn)線窯頭變頻冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)備,風水冷示意圖如圖3所示:

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-水冷散熱裝置整體安裝于高壓變頻器電氣室墻外,采用風道與變頻器的柜頂排氣口直接連接,提高了冷卻器的設(shè)備運行效率,能夠?qū)ψ冾l器排出的熱氣直接降溫處理。同時,避免冷卻水管線在高壓室內(nèi)布局容易出現(xiàn)破裂后漏水危及高壓設(shè)備運行安全的嚴重事故發(fā)生。在風-水冷散熱系統(tǒng)的設(shè)計當中,為了防止風-水冷散熱裝置出口側(cè)凝露冷風帶水排入室內(nèi),對風-水冷散熱裝置的出風口、風速等指標進行設(shè)計計算;保證良好的排壓情況下,運行安全穩(wěn)定。由于風-水散熱系統(tǒng)是閉式循環(huán),徹底解決了變頻室外空氣濕度大、粉塵多對變頻器的影響。

2.4 高壓變頻器冷卻方式比較

方式

項目

直排熱風式式冷卻

空調(diào)制冷冷卻

-水冷裝置冷卻

可靠、穩(wěn)定性

可靠性差、受環(huán)境影響

可靠穩(wěn)定,不受外界環(huán)境影響

可靠穩(wěn)定,不受外界環(huán)境影響

經(jīng)濟性

投資成本低、運行成本非常低

投資成本較高、運行成本高

投資成本較高、運行成本低

運行環(huán)境

受外界環(huán)境粉塵影響

環(huán)境粉塵少

環(huán)境粉塵少

維護

維護周期短、一般一周維護一次

維護周期中等,室外機需經(jīng)常清洗

維護周期長,一般半年至一年對換熱本體清洗一次

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3 效果檢查

?? 2011年7月25#1生產(chǎn)線窯頭變頻滿負荷運行,我們對1生產(chǎn)線窯頭變頻運行情況進行了檢查,檢查情況如下:

水冷器進水30℃、壓力0.2 Mpa、出風32℃,變頻室室溫33 ,室外溫度35

變頻器

輸入電流(A

輸出電流(A

運行頻率

Hz

變壓器三相繞組溫度(℃)

A

B

C

#1線高溫風機

163.8

196.5

49.87

51.7

53.3

46.2

#1線窯尾風機

124.9

149.8

47.30

62

65.1

64.8

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4 ?年運行費用統(tǒng)計

4.1? 采用空調(diào)冷卻的費用

??? 根據(jù)2.2.2的分析計算,發(fā)熱量為149KW的變頻室需采用60匹的空調(diào)冷卻,

⑴ 年耗電費=60×0.735×8000h×0.4/14.11萬元。

⑵ 設(shè)備費用約15萬元/臺。

4.2? 采用風水冷系統(tǒng)冷卻的費用

??????? 根據(jù)2.3的分析,主要費用有:

⑴ 年耗電量=4臺×1.5kw×8000h×0.4/度=1.9萬元;

⑵ 設(shè)備費用(含現(xiàn)場安裝調(diào)試費)約為30萬元;

循環(huán)水費用則依現(xiàn)場實際情況而定,用量有限。

5? 總結(jié)

我們可以看出采用風水冷系統(tǒng)的電費只占空調(diào)運行費用的13% ,即該系統(tǒng)比空調(diào)制冷節(jié)能87%,而建成完整空水冷系統(tǒng)的費用與空調(diào)兩年的運行費用基本相當(實際費用依工程量不同有所增減),另外,即使用風水冷系統(tǒng)冷卻,如果設(shè)計、選型不合理,也達不到滿意的冷卻效果。

因此高壓變頻等大功率熱源設(shè)備的冷卻系統(tǒng)可依據(jù)各企業(yè)情況確定:

⑴ 直排熱風式適應于市政供水、燃氣發(fā)電等運行環(huán)境粉塵少、變頻容量小的應用現(xiàn)場;

⑵ 空調(diào)制冷法適應于原有中央空調(diào)或工業(yè)空調(diào),而且有足夠余量的企業(yè);

⑶ 風水冷系統(tǒng)則非常適合自有循環(huán)冷卻水的企業(yè)(如:電廠、鋼鐵廠、水泥廠),而且變頻總?cè)萘吭酱笤浇?jīng)濟;

⑷ 對于冶煉、礦山、煤炭等沒有專用循環(huán)冷卻水或水量不足的企業(yè),可以由風水冷系統(tǒng)廠家做專門設(shè)計,以達到相應制冷效果。

作者簡介:包生提? ? 工程師? 臺泥水泥(英德)有限公司? 設(shè)備部副處長

陳勝文(1973-)男 工程師、高級技師,專業(yè)從事電氣設(shè)備制冷設(shè)計、成套、安裝。就職廣州能環(huán)電氣機械科技有限公司,電話:020-39237846

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