变频器在冷却塔中的节能应用,冷却塔变频器工作原理-广东康明工业冷却塔维修

变频器在冷却塔中的节能应用,冷却塔变频器工作原理

冷却塔变频器的应用优势越来越明显，变频器的使用也会越来越普遍。厂家采用冷却塔变频技术后，不仅可以获得收益，还可以使自己的冷却塔在激烈的市场竞争中，长期处于主动地位。

二、冷却塔风机变频节能实施方案及应用效果

1．冷却塔风机变频控制实施方案

(!) 方案一：固定变频控制方式。

固定变频控制方式：可分为单台固定变频控制和多台固定变频控制。以多路固定变频控制为例，如图1所示。

系统由变频电路和工频电路两部分组成：变频电路：变频循环运行由一个变频器、空气开关QF2、交流接触器KM02、变频运行控制电路和信号报警电路电路。工频电路：工频（50Hz）操作电路由空气开关QF1、QF3、QF4、QF5、交流接触器KM01、KM03、KM04、KM05、热继电器FR1、FR2、FR3、FR4和手动操作控制电路组成。

运行方式：工频运行时：风机根据工频控制电路选择启动，50Hz全速运行；标准电流信号或电压信号送至变频器的模拟量输入端，电机根据负载情况交替启动，三台电机均运行：第一台电机变频运行，第二台电机工频运行，第三电动机以工频运行。

（2）方案二：循环变频控制方式。

风扇节能的最佳方案是控制风扇的转速。可以通过改变电机控制系统来调节电机的转速，从而达到控制风机转速的目的。以三台相同功率电机的冷却塔为例，三台风机为相同功率的电机，可以通过变频器进行循环控制运行。系统电气原理图如图2所示。

1）控制系统由变频电路和工频电路两部分组成：变频电路：由变频器、空气开关组成Q1、交流接触器KM1、KM3、KM5与自动运行控制电路和信号报警电路组成变频循环运行电路。工频电路：空气开关QF2、QF3、QF4，交流接触器KM2、KM4、KM6，热继电器FR1、FR2、FR3和手动操作控制电路构成工频（50Hz）运行电路。

2）控制系统由变频电路和工频电路两部分组成：变频电路：由变频器、空气开关QF3、交流接触器KM4、KM5、KM6和自动运行控制组成电路与信号报警电路组成变频循环运算电路。工频电路：空气开关QF0、QF1、QF2，交流接触器KM1、KM2、KM3，热继电器FR1、FR2、FR3和手动操作控制电路构成工频（50Hz）运行电路。

运行方式：在正常状态下，转换开关切换到自动运行电路，温度传感器测量冷却塔出水温度，并通过传感器转换成标准电流信号或电压信号温控器，送至变频器的模拟量输入端，用于控制变频器的转速，改变风机的风量，从而改变冷却塔的出水温度；当一台风机运行不能满足要求时，将风机变频运行改为工频运行，再启动另一台风机变频运行，直至生产装置要求的循环水温度达到工艺要求（即即水温≤32℃）。整个控制系统是一个闭环调节系统。先运转的风机先断电，电机循环运转，延长设备使用寿命。当变频系统控制电路或变频器出现故障时，将转换开关切换至手动状态，三台电动机工频运行时仍能满足装置的技术要求。

2.循环变频控制方式带来循环水冷却塔变频节能的效果

(1) 循环水冷却塔运行概况某供水厂有3号，分别为1#、2#、3#循环水冷却塔。将各生产装置返回的循环热水泵入这些塔内，通过塔内填料增加热水与空气的接触面积和接触时间，促进热水与空气的热交换，冷却循环水。这样就可以得到各生产装置所需的循环水温≤32℃的冷水。

当环境温度升高时，启动冷却塔内的轴流风机进行强制通风，以加速循环水在冷却塔填料上的气相与液相的热交换。每座冷却塔安装一台直径8500mm的轴流风机，由一台4极异步电动机驱动，电压380V，额定功率160KW。电机与风机直接通过减速比恒定的减速机连接，塔内不设节流阀。因此，轴流风机的转速和风量是不可调节的。三个塔的总处理能力为8000m3/h，远大于每个生产单元6600m3/h的总最大需求量。 2002年各塔运行参数见表1、表2。

(2)冷却塔风机采用变频调速节能方案

1)可行性分析风机节能

从表1数据看：每年冷却塔风机满负荷运行期间，冷却塔进水温度最高平均温度分布在34.5-38℃之间；循环水冷却后，冷却塔出水温度最高温度平均值分布在27.6-28.8℃之间，比各生产装置要求的冷却水温度32℃低3.2-4.4℃ ;可知，冷却塔进水温度低于热水最高温度的平均值，冷却塔出水温度低于冷水最高温度的平均值。 time 在此条件下，单台风机年运行时间为2705h。若采用变频器调节风机转速，改变风机风量，可使冷却塔出水温度升高2-3℃，出水温度的工艺要求仍可满足冷却塔≤32℃，明显节电。根据相关数据和表2中的相关数据，通过该过程计算出风机在不同月份的节能潜力和收益值，如表3所示。从表3可以看出，节能每台冷却塔风机的潜力为40%-50%。

（三）风机变频调速实施方案探讨

1）系统结构

风机节能的最佳解决方案是控制风扇转速，可通过更换电机来改变控制系统用于调节电机的运行速度，从而达到控制风扇转速的目的。

由于三台风机的驱动电机功率为160KW，一台变频器可以循环运行。系统结构图如图4所示。

系统由2部分组成：变频电路：1台变频器、空气开关Q1、交流接触器C1、C2、C3、自动运行控制电路及信号报警电路组成变频循环运行电路；变频电路：空气开关Q2、交流接触器C4、C5、C6、热继电器T1、T2、T3和手动操作控制电路构成工频（50Hz）操作电路。

2）运行方式正常，转换开关QK：切换到自动运行电路，温度传感器测量冷却塔出水温度，转换成标准电流信号，送出它到变频器的温度检测器。用于控制冷却塔风机转速，改变风机风量，从而改变冷却塔出水温度；当一台风机的运行频率接近工频运行仍不能满足要求时，将变频运行风机改为工频运行，然后用变频1风机启动另一台风机，直至达到各台所需的循环水温度生产设备≤32°C。整个控制系统是一个闭环调节系统。

根据工艺要求，自动判断电机是变频运行还是工频运行，先运行的风机先断电，每台电机循环运行，从而延长设备的使用寿命。当变频器出现故障时，将转换开关QK切换到手动状态，三台电动机在工频状态下运行仍能满足运行要求。

采用变频调速的方式，改变了以往仅靠手动控制电动机启停的单一工频运行方式，避免了需要使用一台机组才能顺序运行为满足冷却塔出水温度或几台风机全部工频运行，造成水温过低，造成不必要的能源浪费。采用变频调速运行方式，提高了水温控制的精度，可实现电机的平稳启动，使3台电机循环运行，从而提高了电机的使用寿命。

（4）风机节能经济分析

1）从表1所示冷却塔运行参数可知，1#处理能力塔仅为2#、3#塔的66%，但处理1m3/h热水风机的单位耗电量是2#塔风机平均单位耗电量的1.783倍， 3#塔（即大了0.0313KW/h），原因是塔的填料还是旧的低效填料。若将1#塔填料换成与2#塔性能相同的新型高效填料，可增加处理能力1000m3/h。如1#塔处理能力为2000m3，每小时节电2000×0.0313=62.6KW，节能效果可观。 1#塔每年运行3000小时，更换填料需要投资约45万元。收率=3000×62.6×0.56/45×104×100%=23.37%。

2）采用变频调速方案，根据表3，年总收益为88830元。实施变频控制需投资约15万元，收益率=8.883/15×100%，约1.7年可收回投资，设备折旧率大大降低，说明节能效果显着。

3.结语

对于冷却塔厂商来说，一款新产品的投产，首先要看市场需求和能够产生的效益。通过以上经济分析可以得出结论，只要用户了解逆变器应用的优势，基于运行成本和设备维护的考虑，用户必然会对此类投资产生浓厚的兴趣。事实上，冷却塔逆变器在市场上的应用已经非常成熟，并且正朝着这个方向快速发展。变频器的应用是目前整个冷却塔市场乃至整个中央空调市场的趋势。