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冷却塔风机节能的研究

冷却塔风机节能的研究

冷却塔风机是循环水系统的核心设备,就循环水设备管理情况看,无论是从设备的数量、维修工作量、耗电量等哪个方面来讲,冷却塔风机都占有很重。风机台数占车间设备总量的57%,维修工时占总量的60%,电耗占总量的22%。如何在节能降耗、减少劳动力的情况下来保证设备的长周期运行,必然要应用先进的科学技术及管理方法[2]。自 1993年开始,笔者单位与中科院工程热物理所合作,共同研制开发了风机节能自控和安全自控2套监测系统,即KR-933型风机节能、KR- 939型风机安全运行。目前该系统已经在循环水车间得到了全面应用,并取得了理想的效果。

 

一、1 风机节能的研究

提出风机节能控制管理的目的,是实现风机运行闭环自动控制。根据生产的需要预先设定供水温度,由气候气象环境对水温的影响、系统换热条件的改变对水温的影响,用温感探头的实测值及时反应出来,最终通过调控降温设备的能耗来稳定供水温度,实现自控节能。

通常认为,变频调速技术是完成上述过程的理想方法。但变频调速技术在循环水冷却塔风机控制上的运用存在如下局限性和缺陷:

①变频调速技术可以做到很高的控温精度,但这在循环冷却水系统却不很重要。

②变频器自身的能量损耗(平均运行效率不足90%)影响节能效果。

③变速运行造成风扇叶片攻角改变(迎风角),风机脱离工作点运行使效率降低。

④电机脱离额定转速的低速运行,以及转速、扭矩、功耗之间的非线性关系,也使电机的运行效率大为降低。

⑤变频调速系统价格较为昂贵(每千瓦1000元左右),新建工程和老设备改造都需较大投入。

⑥设计上还必需考虑变频调速器运行在某些特定转速时的破坏性共振问题,和变频调速器产生强电磁污染对仪表的干扰等问题。

我们根据冷却塔风机往往是以多台并联的机群形式工作,为此提出了根据测量供水温度的变化,自动调节风机的开、停机数量达到控温节能的目的。

这是一种简单易行、费用低廉的控制方法,但它又有别于常规的PID模拟调节方式。它是一种单变量离散控制闭环调节系统,既要保证有一定的控温精度,又不允许风机频繁启停;既要保证风机能单台工作,又要求多台风机在时间和启停次数上平衡运行。

针对冷却塔风机控制管理中实际遇到的问题,我们提出了温度测量范围、测量精度、显示分辩率、测量上下限、‘测量校准值、执行周期、 温度允差、温度速率允差等共18项基本设计要求进行研发制作,并于1993年3月首次在第三循环水场风机现场试用,该系统命名为KR-933风机智能。

2 风机安全研究

提出风机安全监控管理的目的,是为了自动检测出振动、油温、油位的变化数值,并进行显示和记录,同时对检测值超限的风机进行报警和停机,以求达到风机安全平稳运行的目的,减少甚至杜绝风机损坏事故的发生。根据现场管理的实际情况,确定了风机振动、滑油油温、减速箱油位3个参数是保证风机安全最重要的运行参数[3]。又确定了测量范围、测量精度、巡检时间等共15项设计参数进行研发制作。该系统于1993年9月在循环水场得到首次试用,命名为KR-939风机安全。

该系统运用了多参数组合探头技术、数字指令编码技术和计算机网络管理技术。三参数组合探头安装于风机减速箱泊尺固定座上,其探杆直接插入滑油中,将减速箱内的油温、泊位及设备振动值直接转换为电信号,并远传至控制室内的风机安全。每台安全可以用一条四芯电缆挂接8只组合探头,对8台风机的运行参数进行实时监控,同时完成数字显示。超限报警、超限停机等多相功能。经过了多次的试验和改型设计,目前已经成功运用于设备生产现场,各项参数达到了预定的设计要求。

二、1.冷却塔的工作原理

冷却塔是利用水和空气的接触,通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。基本原理是:干燥(低焓值)的空气经过风机的抽动后,自进风网处进入冷却塔内;饱和蒸汽分压力大的高温水分子向压力低的空气流动,湿热(高焓值)的水自播水系统洒入塔内。当水滴和空气接触时,一方面由于空气与不的直接传热,另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差,在压力的作用下产生蒸发现象,带到目前为走蒸发潜热,将水中的热量带走即蒸发传热,从而达到降温之目的。

冷却塔是利用水和空气的接触,通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。其工作的基本原理是:

干燥(低焓值)的空气经过风机的抽动后,自进风网处进入冷却塔内;饱和蒸汽分压力大的高温水分子向压力低的空气流动,湿热(高焓值)的水自播水系统洒入塔内。当水滴和空气接触时,一方面由于空气与不的直接传热,另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差,在压力的作用下产生蒸发现象,带到目前为走蒸发潜热,将水中的热量带走即蒸发传热,从而达到降温之目的。

2、冷却塔的工作过程

以圆形逆流式冷却塔的工作过程为例:

热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、曲喉、中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内,通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面;干燥的低晗值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内,热水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换,高湿度高晗值的热风从顶部抽出,冷却水滴入底盆内,经出水管流入主机。一般情况下,进入塔内的空气、是干燥低湿球温度的空气,水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差,当风机运行时,在塔内静压的作用下,水分子不断地向空气中蒸发,成为水蒸气分子,剩余的水分子的平均动能便会降低,从而使循环水的温度下降。从以上分析可以看出,蒸发降温与空气的温度(通常说的干球温度)低于或高于水温无关,只要水分子能不断地向空气中蒸发,水温就会降低。但是,水向空气中的蒸发不会无休止地进行下去。当与水接触的空气不饱和时,水分子不断地向空气中蒸发,但当水气接触面上的空气达到饱和时,水分子就蒸发不出去,而是处于一种动平衡状态。蒸发出去的水分子数量等于从空气中返回到水中的水分子的数量,水温保持不变。由此可以看出,与水接触的空气越干燥,蒸发就越容易进行,水温就容易降低。

三、提高冷却塔风机的效率方法介绍:

冷却塔风机是循环水系统的核心设备,就循环水设备管理情况看,无论是从设备的数量、维修工作量、耗电量等哪个方面来讲,冷却塔风机都占有很重。风机台数占车间设备总量的57%,维修工时占总量的60%,电耗占总量的22%。怎么让冷却塔风机节能降耗、又保证设备的长周期运行呢,让我们来看一下简单措施:

1、横流式冷却塔宜控制填料顶部至风机吸入段下缘的高度等于或大于风机直径的0.2倍。

2、逆流式冷却塔填料顶面至风筒进口之间气流收缩段的高度应符合下列规定:

a 当塔顶盖板为平顶时,从填料顶面算起的气流收缩段顶角宜小于90°;当平顶盖板下设有导流圈(伞)时,从收水器顶面算起的气流收缩段顶角可采用90°~110°。

b 当塔顶盖板自收水器以上为收缩型时,收缩段盖板的顶角宜采用90°~110°。

3、横流式冷却塔的淋水填料从顶部至底部应有向塔的垂直中轴线的收缩倾角。点滴式淋水填料的收缩倾角宜为9°~11°;薄膜式淋水填料的收缩倾角宜为5°~6°。

4、双侧进风的逆流式冷却塔宜设中部挡风隔板,隔板上缘距填料支撑梁底200~300mm,下缘伸入塔的集水池水面以下。

5、横流式冷却塔宜设置防止空气从填料底至水面间短路流通的措施。