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(shè)備，對環(huán)境要求比較嚴(yán)格?？账湎到y(tǒng)的應(yīng)用可以很好的解決高壓變頻器在運(yùn)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(yàn)。

　　關(guān)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(yīng)用風(fēng)機(jī)配有9臺高壓變頻器，自投運(yùn)以來，取得了明顯的節(jié)能降耗效果。由于高壓變頻器應(yīng)用中的設(shè)備散熱和運(yùn)行環(huán)境問題成為直接影響變頻器自身運(yùn)行可靠性和機(jī)組安全穩(wěn)定的重要因素。而且，隨著變頻器裝機(jī)容量和功率的增加，其輔助冷卻系統(tǒng)的投資和運(yùn)營成本也逐漸成為項(xiàng)目實(shí)施不可小覷的一個(gè)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(shè)備安全穩(wěn)定性能、降低輔助冷卻系統(tǒng)的運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)高壓變頻節(jié)能項(xiàng)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(fēng)機(jī)變頻器變頻室（630KW）， 水泥磨風(fēng)機(jī)變頻器變頻室（4*630KW）  , 窯尾風(fēng)機(jī)變頻器變頻室（3150KW）  , 窯頭風(fēng)機(jī)變頻器變頻室（1600KW）  , 生料磨風(fēng)機(jī)變頻器變頻室（4000KW+1600KW）共9臺高壓變頻器安裝在5個(gè)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(fēng)機(jī)進(jìn)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(yùn)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(yīng)不大于5℃/h。

　　當(dāng)變頻器滿負(fù)荷工作時(shí)，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(fù)荷工作時(shí)，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(yán)重影響變頻器的正常運(yùn)行。因此，應(yīng)考慮配備相應(yīng)的散熱設(shè)備。

　　2 高壓變頻冷卻方式

　　2.1 直排熱風(fēng)式式冷卻

　　采用直排熱風(fēng)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(fēng)經(jīng)風(fēng)道引至室外，然后將室外自然風(fēng)經(jīng)變頻室濾網(wǎng)引至變頻室對變頻器進(jìn)行冷卻；此方案具有經(jīng)濟(jì)、簡單的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是對環(huán)境的適應(yīng)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(yùn)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(fēng)通過風(fēng)道極易造成風(fēng)道內(nèi)空氣過濾棉堵塞，造成變頻器內(nèi)形成負(fù)壓，不利于散熱，同時(shí)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(jì)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(yùn)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(jìn)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(shí)用面積計(jì)算空間，單獨(dú)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(jì)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(shí)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(yīng)用技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。從變頻器出來的熱風(fēng)，經(jīng)過風(fēng)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(fēng)經(jīng)過散熱片后，將熱量傳遞給冷水，變成冷風(fēng)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(fēng)機(jī)、風(fēng)道、冷卻器、智能控制系統(tǒng)等設(shè)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(shè)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(hù)設(shè)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(jìn)水的水壓一般為0.1～0.5Mpa，進(jìn)水溫度≤33℃。

　　根據(jù)變頻器的發(fā)熱參數(shù)及現(xiàn)場實(shí)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(shè)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(fēng)道與變頻器的柜頂排氣口直接連接，提高了冷卻器的設(shè)備運(yùn)行效率，能夠?qū)ψ冾l器排出的熱氣直接降溫處理。同時(shí)，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(shè)備運(yùn)行安全的嚴(yán)重事故發(fā)生。在空水冷散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，為了防止空水冷散熱裝置出口側(cè)凝露冷風(fēng)帶水排入室內(nèi)，對空水冷散熱裝置的出風(fēng)口、風(fēng)速等指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；保證良好的排壓情況下，運(yùn)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

　　3 效果檢查

　　2018年7月-8月 窯尾電力室高壓變頻器滿負(fù)荷運(yùn)行，我們對窯尾電力室高壓變頻器變頻室（3150KW）運(yùn)行情況進(jìn)行了檢查，檢查情況：

　　現(xiàn)場檢查情況如下：

　　4  年運(yùn)行費(fèi)用統(tǒng)計(jì)

　　4.1  采用空調(diào)冷卻的費(fèi)用

　　根據(jù)2.2.2的分析計(jì)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(fèi)＝161×0.735×8000（h）×0.4元/度＝38萬元。

　　⑵ 設(shè)備費(fèi)用約80萬元/臺。

　　4.2  采用空水冷系統(tǒng)冷卻的費(fèi)用

　　根據(jù)2.3的分析，主要費(fèi)用有：

　?、?年耗電量＝11臺×2.2kw×8000（h）×0.4元/度＝7.7萬元；

　　⑵ 設(shè)備費(fèi)用（含現(xiàn)場安裝調(diào)試費(fèi)）約為57萬元；

　?、?循環(huán)水費(fèi)用則依現(xiàn)場實(shí)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(fèi)只占空調(diào)運(yùn)行費(fèi)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(fèi)用與空調(diào)兩年的運(yùn)行費(fèi)用基本相當(dāng)（實(shí)際費(fèi)用依工程量不同有所增減）。

　　因此高壓變頻等大功率熱源設(shè)備的冷卻系統(tǒng)可依據(jù)各企業(yè)情況確定：

　?、?直排熱風(fēng)式適應(yīng)于市政供水、燃?xì)獍l(fā)電等運(yùn)行環(huán)境粉塵少、變頻容量小的應(yīng)用現(xiàn)場；

　?、?空調(diào)制冷法適應(yīng)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(jì)；

　?、?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(shè)計(jì)，以達(dá)到相應(yīng)制冷效果。

 　　作者簡介：

　　吳述明  男  工程師  專業(yè)從事電氣設(shè)備制冷設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、成套、安裝。就職廣州能環(huán)電氣機(jī)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