曲陽金隅水泥廠高壓變頻室冷卻方式的選擇
摘要:高壓變頻器屬于大型電子設備,對環(huán)境要求比較嚴格。空水冷系統(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。
關鍵詞:空水冷系統(tǒng);高壓變頻器;散熱;節(jié)能
0 引言
曲陽金隅水泥有限公司位于河北省曲陽縣靈山鎮(zhèn),擁有一條5000T/D新型干法水泥熟料生產(chǎn)線(帶12MW余熱發(fā)電)。各應用風機配有9臺高壓變頻器,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)。如何選擇配套適用的高壓變頻專用冷卻系統(tǒng),對提高設備安全穩(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。
1 系統(tǒng)配置
曲陽金隅水泥有限公司配置煤磨風機變頻器變頻室(630KW), 水泥磨風機變頻器變頻室(4*630KW) , 窯尾風機變頻器變頻室(3150KW) , 窯頭風機變頻器變頻室(1600KW) , 生料磨風機變頻器變頻室(4000KW+1600KW)共9臺高壓變頻器安裝在5個房間內(nèi)、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。
圖1
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┎粫哂谙到y(tǒng)額定功率的4%,比如1000kW變頻器滿負荷工作時,最高損耗約為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備。
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,特別是在高溫、高濕、高粉塵的環(huán)境下散熱效果與運行安全會大幅下降;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。
圖2
2.2 空調(diào)冷卻
2.2.1 制冷量的計算
本文以曲陽金隅水泥變頻室為例,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2.5%進行估算。
根據(jù)上述原則金隅水泥高壓變頻室9臺變頻器總發(fā)熱量為(5*630KW+3150KW+2*1600KW+4000KW)×2.5%=338kW
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5間高壓變頻室(總面積436m2)空間制冷量為436×150=65 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=338KW+65kW=403 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。(其示意圖如圖3所示)
空調(diào)配置功率:其用量約為403÷2.5(制冷比)=161匹。
圖3
2.3 空水冷系統(tǒng)冷卻
空水冷卻系統(tǒng)是一種利用高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng),其應用技術在國內(nèi)處于領先地位。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)等設備組成。
安裝空水冷散熱裝置,要求必須在密閉環(huán)境中,為了提高冷卻效果,安放設備的空間盡可能小。流入空水冷散熱裝置的水為工業(yè)循環(huán)水,為保護設備,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0.1~0.5Mpa,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BPKL-80型水冷器2臺(2臺/4000KW變頻器),BPKL-65型水冷器4臺(2臺/每臺3150KW變頻器,1臺/每臺1600KW變頻器),BPKL-30型水冷器5臺(1臺/每臺630KW變頻器)作為金隅水泥5間高壓變頻室冷卻系統(tǒng)的主要設備,空水冷示意圖如圖4、圖5、圖6所示:
圖4
圖5 圖6
空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備運行安全的嚴重事故發(fā)生。在空水冷散熱系統(tǒng)的設計當中,為了防止空水冷散熱裝置出口側(cè)凝露冷風帶水排入室內(nèi),對空水冷散熱裝置的出風口、風速等指標進行設計計算;保證良好的排壓情況下,運行安全穩(wěn)定。由于空水冷散熱系統(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 | 空水冷裝置冷卻 |
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 |
使用壽命 | 風道可長期使用,濾網(wǎng)跟換頻率極高 |
2-5年需要跟換 |
8-10年 |
3 效果檢查
2018年7月-8月 窯尾電力室高壓變頻器滿負荷運行,我們對窯尾電力室高壓變頻器變頻室(3150KW)運行情況進行了檢查,檢查情況:
變頻器 | 輸入電流(A) | 輸入電壓(V) | 運行頻率 (Hz) | 變壓器三相繞組溫度(℃) | ||
A相 | B相 | C相 | ||||
窯尾風機變頻室3150KW高壓變頻器 | 140.6 | 9735 | 43.64 | 44 | 38 | 42 |
現(xiàn)場檢查情況如下:
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317KW的變頻室需采用127匹的空調(diào)冷卻,則
⑴ 年耗電費=161×0.735×8000(h)×0.4元/度=38萬元。
⑵ 設備費用約80萬元/臺。
4.2 采用空水冷系統(tǒng)冷卻的費用
根據(jù)2.3的分析,主要費用有:
?、?年耗電量=11臺×2.2kw×8000(h)×0.4元/度=7.7萬元;
?、?設備費用(含現(xiàn)場安裝調(diào)試費)約為57萬元;
?、?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)
我們可以看出采用空水冷系統(tǒng)的電費只占空調(diào)運行費用的20% ,即該系統(tǒng)比空調(diào)制冷節(jié)能80%,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)。
因此高壓變頻等大功率熱源設備的冷卻系統(tǒng)可依據(jù)各企業(yè)情況確定:
?、?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;
?、?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);
?、?空水冷系統(tǒng)則非常適合自有循環(huán)冷卻水的企業(yè)(如:水泥廠、電廠、鋼鐵廠、冶煉廠等),而且變頻總?cè)萘吭酱笤浇?jīng)濟;
?、?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),可以由空水冷系統(tǒng)廠家做專門設計,以達到相應制冷效果。
作者簡介:
吳述明 男 工程師 專業(yè)從事電氣設備制冷設計、生產(chǎn)、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
孫艷軍 男 電氣部長 就職于曲陽金隅水泥有限公司 電話:0312-4232068
編輯:俞垚伊
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