變頻器在冷卻塔中的節能應用,冷卻塔變頻器工作原理

冷卻塔變頻器的應用優勢越來越明顯，變頻器的使用也會越來越普遍。廠家采用冷卻塔變頻技術后，不僅可以獲得收益，還可以使自己的冷卻塔在激烈的市場競爭中，長期處于主動地位。

二、冷卻塔風機變頻節能實施方案及應用效果

1．冷卻塔風機變頻控制實施方案

(!) 方案一：固定變頻控制方式。

固定變頻控制方式：可分為單臺固定變頻控制和多臺固定變頻控制。以多路固定變頻控制為例，如圖1所示。

系統由變頻電路和工頻電路兩部分組成： 變頻電路：變頻循環運行由一個變頻器、空氣開關QF2、交流接觸器KM02、變頻運行控制電路和信號報警電路電路。工頻電路：工頻（50Hz）操作電路由空氣開關QF1、QF3、QF4、QF5、交流接觸器KM01、KM03、KM04、KM05、熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4和手動操作控制電路組成。

運行方式：工頻運行時：風機根據工頻控制電路選擇啟動，50Hz全速運行；標準電流信號或電壓信號送至變頻器的模擬量輸入端，電機根據負載情況交替啟動，三臺電機均運行：第一臺電機變頻運行，第二臺電機工頻運行，第三電動機以工頻運行。

（2）方案二：循環變頻控制方式。

風扇節能的最佳方案是控制風扇的轉速。可以通過改變電機控制系統來調節電機的轉速，從而達到控制風機轉速的目的。以三臺相同功率電機的冷卻塔為例，三臺風機為相同功率的電機，可以通過變頻器進行循環控制運行。系統電氣原理圖如圖2所示。

1）控制系統由變頻電路和工頻電路兩部分組成： 變頻電路：由變頻器、空氣開關組成Q1、交流接觸器KM1、KM3、KM5與自動運行控制電路和信號報警電路組成變頻循環運行電路。工頻電路：空氣開關QF2、QF3、QF4，交流接觸器KM2、KM4、KM6，熱繼電器FR1、FR2、FR3和手動操作控制電路構成工頻（50Hz）運行電路。

2）控制系統由變頻電路和工頻電路兩部分組成： 變頻電路：由變頻器、空氣開關QF3、交流接觸器KM4、KM5、KM6和自動運行控制組成電路與信號報警電路組成變頻循環運算電路。工頻電路：空氣開關QF0、QF1、QF2，交流接觸器KM1、KM2、KM3，熱繼電器FR1、FR2、FR3和手動操作控制電路構成工頻（50Hz）運行電路。

運行方式：在正常狀態下，轉換開關切換到自動運行電路，溫度傳感器測量冷卻塔出水溫度，并通過傳感器轉換成標準電流信號或電壓信號溫控器，送至變頻器的模擬量輸入端，用于控制變頻器的轉速，改變風機的風量，從而改變冷卻塔的出水溫度；當一臺風機運行不能滿足要求時，將風機變頻運行改為工頻運行，再啟動另一臺風機變頻運行，直至生產裝置要求的循環水溫度達到工藝要求（即即水溫≤32℃）。整個控制系統是一個閉環調節系統。先運轉的風機先斷電，電機循環運轉，延長設備使用壽命。當變頻系統控制電路或變頻器出現故障時，將轉換開關切換至手動狀態，三臺電動機工頻運行時仍能滿足裝置的技術要求。

2.循環變頻控制方式帶來循環水冷卻塔變頻節能的效果

(1) 循環水冷卻塔運行概況某供水廠有3號，分別為1#、2#、3#循環水冷卻塔。將各生產裝置返回的循環熱水泵入這些塔內，通過塔內填料增加熱水與空氣的接觸面積和接觸時間，促進熱水與空氣的熱交換，冷卻循環水。這樣就可以得到各生產裝置所需的循環水溫≤32℃的冷水。

當環境溫度升高時，啟動冷卻塔內的軸流風機進行強制通風，以加速循環水在冷卻塔填料上的氣相與液相的熱交換。每座冷卻塔安裝一臺直徑8500mm的軸流風機，由一臺4極異步電動機驅動，電壓380V，額定功率160KW。電機與風機直接通過減速比恒定的減速機連接，塔內不設節流閥。因此，軸流風機的轉速和風量是不可調節的。三個塔的總處理能力為8000m3/h，遠大于每個生產單元6600m3/h的總最大需求量。 2002年各塔運行參數見表1、表2。

(2)冷卻塔風機采用變頻調速節能方案

1)可行性分析風機節能

從表1數據看：每年冷卻塔風機滿負荷運行期間，冷卻塔進水溫度最高平均溫度分布在34.5-38℃之間；循環水冷卻后，冷卻塔出水溫度最高溫度平均值分布在27.6-28.8℃之間，比各生產裝置要求的冷卻水溫度32℃低3.2-4.4℃ ;可知，冷卻塔進水溫度低于熱水最高溫度的平均值，冷卻塔出水溫度低于冷水最高溫度的平均值。 time 在此條件下，單臺風機年運行時間為2705h。若采用變頻器調節風機轉速，改變風機風量，可使冷卻塔出水溫度升高2-3℃，出水溫度的工藝要求仍可滿足冷卻塔≤32℃，明顯節電。根據相關數據和表2中的相關數據，通過該過程計算出風機在不同月份的節能潛力和收益值，如表3所示。從表3可以看出，節能每臺冷卻塔風機的潛力為40%-50%。

（三）風機變頻調速實施方案探討

1）系統結構

風機節能的最佳解決方案是控制風扇轉速，可通過更換電機來改變 控制系統用于調節電機的運行速度，從而達到控制風扇轉速的目的。

由于三臺風機的驅動電機功率為160KW，一臺變頻器可以循環運行。系統結構圖如圖4所示。

系統由2部分組成：變頻電路：1臺變頻器、空氣開關Q1、交流接觸器C1、C2、C3、自動運行控制電路及信號報警電路組成變頻循環運行電路；變頻電路：空氣開關Q2、交流接觸器C4、C5、C6、熱繼電器T1、T2、T3和手動操作控制電路構成工頻（50Hz）操作電路。

2）運行方式正常，轉換開關QK：切換到自動運行電路，溫度傳感器測量冷卻塔出水溫度，轉換成標準電流信號，送出它到變頻器的溫度檢測器。用于控制冷卻塔風機轉速，改變風機風量，從而改變冷卻塔出水溫度；當一臺風機的運行頻率接近工頻運行仍不能滿足要求時，將變頻運行風機改為工頻運行，然后用變頻1風機啟動另一臺風機，直至達到各臺所需的循環水溫度生產設備≤32°C。整個控制系統是一個閉環調節系統。

根據工藝要求，自動判斷電機是變頻運行還是工頻運行，先運行的風機先斷電，每臺電機循環運行，從而延長設備的使用壽命。當變頻器出現故障時，將轉換開關QK切換到手動狀態，三臺電動機在工頻狀態下運行仍能滿足運行要求。

采用變頻調速的方式，改變了以往僅靠手動控制電動機啟停的單一工頻運行方式，避免了需要使用一臺機組才能順序運行為滿足冷卻塔出水溫度或幾臺風機全部工頻運行，造成水溫過低，造成不必要的能源浪費。采用變頻調速運行方式，提高了水溫控制的精度，可實現電機的平穩啟動，使3臺電機循環運行，從而提高了電機的使用壽命。

（4）風機節能經濟分析

1）從表1所示冷卻塔運行參數可知，1#處理能力塔僅為2#、3#塔的66%，但處理1m3/h熱水風機的單位耗電量是2#塔風機平均單位耗電量的1.783倍， 3#塔（即大了0.0313KW/h），原因是塔的填料還是舊的低效填料。若將1#塔填料換成與2#塔性能相同的新型高效填料，可增加處理能力1000m3/h。如1#塔處理能力為2000m3，每小時節電2000×0.0313=62.6KW，節能效果可觀。 1#塔每年運行3000小時，更換填料需要投資約45萬元。收率=3000×62.6×0.56/45×104×100%=23.37%。

2）采用變頻調速方案，根據表3，年總收益為88830元。實施變頻控制需投資約15萬元，收益率=8.883/15×100%，約1.7年可收回投資，設備折舊率大大降低，說明節能效果顯著。

3.結語

對于冷卻塔廠商來說，一款新產品的投產，首先要看市場需求和能夠產生的效益。通過以上經濟分析可以得出結論，只要用戶了解逆變器應用的優勢，基于運行成本和設備維護的考慮，用戶必然會對此類投資產生濃厚的興趣。事實上，冷卻塔逆變器在市場上的應用已經非常成熟，并且正朝著這個方向快速發展。變頻器的應用是目前整個冷卻塔市場乃至整個中央空調市場的趨勢。

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