摘要：本文闡述冷卻塔行業(yè)2 種主要節(jié)能途徑：變頻節(jié)能和調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量節(jié)能。

　　關(guān)鍵詞：冷卻塔,變頻節(jié)能,風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量節(jié)能

　　0 前言

　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，能源和環(huán)境是當(dāng)今世界突出的兩大社會(huì)問(wèn)題，能源的需求量愈來(lái)愈大，能源短缺已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。這促使人們更多地意識(shí)到能源對(duì)人類(lèi)的重要性。冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)作為空調(diào)系統(tǒng)、石油、化工、冶金、發(fā)電不可缺少的冷卻設(shè)備已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用領(lǐng)域，而對(duì)其節(jié)能的分析更顯得尤為重要。眾所周知，冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是按照設(shè)備所需的大容量冷卻負(fù)荷設(shè)計(jì)或選定的，而且再留有充足余量。在沒(méi)有使用具備負(fù)載隨動(dòng)調(diào)節(jié)特性的控制系統(tǒng)中，無(wú)論季節(jié)、晝夜和用戶(hù)負(fù)荷的怎樣變化，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期固定在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，造成能量的巨大浪費(fèi)。近年來(lái)由于電價(jià)的不斷上漲，使得冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行費(fèi)用急劇上升，致使它在營(yíng)運(yùn)成本費(fèi)用中占有越來(lái)越大的比例。所以，對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能分析、提高節(jié)能效果已經(jīng)成為冷卻塔分析的重要組成部分。本文著重從2 個(gè)方面闡述冷卻塔風(fēng)機(jī)的分析節(jié)能方法。

　　1 變頻節(jié)能分析

　　1.1 變頻節(jié)能工作原理

　　風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能，風(fēng)機(jī)特性曲線(xiàn)可以表示為[1]：P=SQ2 (1)

　　P—— —— —風(fēng)機(jī)出口全壓，Pa;S—— —— —管路特性系數(shù);Q—— —— —風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/s。變頻調(diào)節(jié)風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量是通過(guò)變頻器改變風(fēng)機(jī)電機(jī)輸入交流電源的頻率，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機(jī)送風(fēng)量，這是調(diào)

　　節(jié)流量的最好手段。當(dāng)電源頻率從f1變到f2時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)膎1變到n2

　　變頻調(diào)節(jié)方法改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能曲線(xiàn)，風(fēng)管阻力未變，如圖1 所示。由通風(fēng)機(jī)相似定律得：

　　n1/n2=Q1/Q2

　　由公式(2)、公式(3)得:

　　f1/f2=Q1/Q2

　　在開(kāi)式系統(tǒng)中，由公式(1)得：

　　P1=SQ1

　　P2=SQ2

　　1.2 固定變頻控制方式因?yàn)槔鋮s塔的型式有單塔型式和多塔并聯(lián)型式;所以，固定變頻控制方式可分為：?jiǎn)闻_(tái)固定變頻控制和多臺(tái)并聯(lián)固定變頻控制。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中以多臺(tái)并聯(lián)固定變頻控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能的居多數(shù)。固定變頻控制系統(tǒng)由變頻回路和工頻回路2 部分組成，運(yùn)行方式：工頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)根據(jù)工頻控制回路

　　選擇指定風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，并以50Hz 全速運(yùn)行。變頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)以傳感器所測(cè)實(shí)際水溫，經(jīng)過(guò)溫控器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)或電壓信號(hào)，送到變頻器的模擬輸入端，當(dāng)?shù)? 臺(tái)變頻電機(jī)達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，還不能滿(mǎn)足實(shí)際工況時(shí)則第2 臺(tái)電機(jī)就會(huì)被工頻啟動(dòng)，第1 臺(tái)電機(jī)仍然變頻運(yùn)行;同理，若第2 臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)后，還不能達(dá)到

　　要求工況則第3 臺(tái)電機(jī)就會(huì)被工頻啟動(dòng);此時(shí)，3 臺(tái)電機(jī)全部運(yùn)行：第1 臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行、第2 臺(tái)電機(jī)工頻運(yùn)行、第3臺(tái)電機(jī)工頻運(yùn)行。

　　1.3 循環(huán)變頻控制方式

　　該控制系統(tǒng)亦由變頻回路和工頻回路2 部分組成，運(yùn)行方式：正常狀態(tài)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切至自動(dòng)運(yùn)行回路，由溫度傳感器測(cè)定冷卻塔出水溫度，經(jīng)過(guò)溫控器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)或電壓信號(hào)，送到變頻器的模擬輸入端來(lái)控制變頻器輸出頻率及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量，從而改變冷卻塔出水溫度;當(dāng)1 臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行仍舊不能滿(mǎn)足工況要求時(shí)，將此變頻運(yùn)行的風(fēng)機(jī)改為工頻運(yùn)行，再變頻啟動(dòng)另1 臺(tái)風(fēng)機(jī)，直到循環(huán)水溫度達(dá)到工況要求為止。整個(gè)控制系統(tǒng)為閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)裝置工況要求，自動(dòng)確定風(fēng)機(jī)是變頻運(yùn)行還是工頻運(yùn)行。并做到最先運(yùn)行的風(fēng)機(jī)最先切除，電機(jī)循環(huán)運(yùn)行，從而延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。當(dāng)變頻系統(tǒng)控制回路或者變頻器出現(xiàn)故障的時(shí)候，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到手動(dòng)狀態(tài)，3 臺(tái)電機(jī)運(yùn)行在工頻狀態(tài)，可以滿(mǎn)足裝置工況要求，但是可能達(dá)不到節(jié)能目標(biāo)。

　　2 調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量

　　風(fēng)機(jī)節(jié)能控制器的研發(fā)：提出風(fēng)機(jī)節(jié)能控制管理的目的，是實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行閉環(huán)自動(dòng)控制。根據(jù)生產(chǎn)需要預(yù)先設(shè)定供水溫度，由氣象環(huán)境對(duì)水溫影響及系統(tǒng)換熱條件改變對(duì)水溫的影響，用溫感探頭的實(shí)測(cè)值及時(shí)反應(yīng)出來(lái)，最終通過(guò)調(diào)控?fù)Q熱設(shè)備的熱媒參數(shù)來(lái)穩(wěn)定供水溫度，實(shí)現(xiàn)自控節(jié)能。一般來(lái)講，“變頻調(diào)速技術(shù)”是完成上

　　述過(guò)程的理想方法。但是變頻調(diào)速技術(shù)在循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)控制上的運(yùn)用存在如下局限性和缺陷：

　　1.“變頻調(diào)速技術(shù)”可以做到很高的控溫精度，但是這對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)并不是很重要。從價(jià)值工程角度來(lái)講應(yīng)該以最低壽命周期成本來(lái)獲得最低產(chǎn)品使用性能，成本過(guò)高增加費(fèi)用投入。

　　2. 變頻器自身能量損耗(平均運(yùn)行效率不足90%)影響節(jié)能效果。

　　3. 變速運(yùn)行造成風(fēng)扇葉片攻角改變(迎風(fēng)角)，風(fēng)機(jī)脫離工作點(diǎn)運(yùn)行使效率降低。

　　4. 電機(jī)遠(yuǎn)離額定轉(zhuǎn)速低速運(yùn)行，以及轉(zhuǎn)速、扭矩、功耗之間的非線(xiàn)性關(guān)系，也使電機(jī)實(shí)際效率大為降低。

　　5. 變頻調(diào)速設(shè)備價(jià)格較為昂貴，新建工程和老設(shè)備改造都需要較大投入。

　　6. 設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮變頻調(diào)速器運(yùn)行在某些特定轉(zhuǎn)速時(shí)的破壞性共振問(wèn)題和變頻調(diào)速器產(chǎn)生強(qiáng)電磁污染對(duì)其他儀表的干擾等問(wèn)題。

　　石油化工行業(yè)所用冷卻塔通常是多臺(tái)冷卻塔并聯(lián)，也就是說(shuō)風(fēng)機(jī)是以多臺(tái)并聯(lián)的機(jī)群形式工作，為此提出根據(jù)測(cè)量供水溫度變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)開(kāi)機(jī)、停機(jī)數(shù)量達(dá)到控溫節(jié)能目的，提出使用自動(dòng)控制運(yùn)行臺(tái)數(shù)的節(jié)能控制器問(wèn)題。

　　這是一種簡(jiǎn)單易行、費(fèi)用低廉的控制方法，但是它又有別于常規(guī)的PID 模擬調(diào)節(jié)方式。它是一種單變量離散控制閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，既要保證有一定的控溫精度，又不允許風(fēng)機(jī)頻繁啟停;既要保證風(fēng)機(jī)能單臺(tái)工作，又要求多臺(tái)風(fēng)機(jī)在時(shí)間和啟停次數(shù)上平衡運(yùn)行。同時(shí)每個(gè)風(fēng)機(jī)出口上要配置與風(fēng)機(jī)開(kāi)停相配套的電控風(fēng)閥，當(dāng)風(fēng)機(jī)

　　停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的風(fēng)閥關(guān)閉。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　上文主要論述了2 種節(jié)能控制方式，每一種節(jié)能方式都有其不同特點(diǎn)，不同的企業(yè)要根據(jù)對(duì)冷卻液體的要求，選擇適合自己的節(jié)能方式。