冷卻塔降耗分析

茆迪 張徐巖

（沈陽燃氣有限公司）

冷卻塔降耗分析

茆迪 張徐巖

（沈陽燃氣有限公司）

通過變頻調(diào)速控制調(diào)節(jié)在夜間或氣溫較低的季節(jié)氣候條件下，冷卻風(fēng)機的轉(zhuǎn)速和開啟臺數(shù)，達到節(jié)能效果。

冷卻塔風(fēng)機；變頻器；PID；控制

引言

風(fēng)機為冷卻塔機械通風(fēng)的關(guān)鍵設(shè)備，通常都采用戶外立式冷卻塔專用電機，具有效率高，耗電省，防水性能好等特點。水從冷卻塔滴下時，冷卻風(fēng)機使之與空氣較充分的接觸，將熱量傳遞給周圍空氣，使水溫降下來。

長期以來，冷卻塔的節(jié)能降耗問題卻未引起足夠重視，大部分冷卻塔沒有任何節(jié)能措施，究其主要原因，主要有兩個方面：①冷卻塔生產(chǎn)廠與其配套電器設(shè)備廠分離；②行業(yè)落后，現(xiàn)代化控制與變頻技術(shù)沒有滲透到冷卻塔的節(jié)能中。

1 冷卻塔介紹

1.1 冷卻塔作用

冷卻塔的作用是將挾帶廢熱的冷卻水在塔內(nèi)與空氣進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣。

1.2 冷卻塔工作原理

利用吹進來的風(fēng)與由上灑下來的水形成對流，把熱源排走，一部分水在對流中蒸發(fā)，帶走了相應(yīng)的蒸發(fā)潛熱。從而降低水的溫度。

2 冷卻塔節(jié)能降耗

我站應(yīng)用的是逆流式冷卻塔，根據(jù)工作原理，我站冷卻塔節(jié)能降耗將從以下幾點著手：

2.1 進冷卻塔水閥門的開度控制

當(dāng)水溫較高時，可以開大進冷卻塔水閥門，當(dāng)冷卻塔充分發(fā)揮其作用，將水溫降下來。當(dāng)水溫較低時，可以關(guān)小，甚至全關(guān)冷卻塔水閥門。這樣就能有力的減少冷卻塔水和電的降耗。

2.2 風(fēng)機的利用

典型的冷卻塔風(fēng)機控制方式：

在典型的冷卻塔風(fēng)機控制系統(tǒng)中，變頻器可以利用內(nèi)置PID功能，組成以溫度為控制對象的閉環(huán)控制。圖1所示為典型的冷卻塔變頻控制原理，冷卻塔風(fēng)機的作用是將出水溫度降到一定的值，其降溫的效果可通過調(diào)整變頻器的速度來進行。被控量（出水溫度）與設(shè)定值的差值經(jīng)過變頻器內(nèi)置的PID控制器后，送出速度命令并控制PWM輸出，最終調(diào)節(jié)冷卻塔風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。

溫度信號給定量通過變頻器操作面板的參數(shù)設(shè)定，溫度反饋量通過出水管路中的溫度檢測以4～20mA的電流形式從R口輸入（以安川VS系列變頻器為例），然后通過設(shè)置合理的PI參數(shù)（Kp=80%比例增益；Ki＝30s積分時間；T＝5s采樣周期；10%偏差極限）就可以獲得滿意的閉環(huán)控制。

對冷卻塔風(fēng)機采用變頻調(diào)速控制，還應(yīng)注意以下幾點：

（1）由于冷卻塔風(fēng)機驅(qū)動部分的轉(zhuǎn)動慣量一般都較大，所以給定加減速時間要長一些，如30～50s。

圖1 冷卻塔風(fēng)機變頻控制原理圖

（2）在實際運轉(zhuǎn)中經(jīng)常會由于外界風(fēng)力的作用使冷卻風(fēng)機自轉(zhuǎn)，此時如果啟動變頻器，電動機會進入再生狀態(tài)，就會出現(xiàn)故障跳閘。對于變頻器應(yīng)該將啟動方式設(shè)為轉(zhuǎn)速跟蹤再啟動，這樣就可在變頻器啟動前，通過檢測電機的轉(zhuǎn)速和方向來實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)中電機的平滑無沖擊啟動。

（3）由于是普通電機，因此應(yīng)該設(shè)置最低運轉(zhuǎn)頻率，以保持電機合適的溫升，通常頻率下限為20Hz。

（4）為防止在較寬運轉(zhuǎn)頻率范圍內(nèi)（一般20～50Hz）冷卻風(fēng)機出現(xiàn)特定轉(zhuǎn)速下的機械共振現(xiàn)象，應(yīng)該在試運轉(zhuǎn)中分析這種情況，并采取修改參數(shù)的方法將系統(tǒng)的固有頻率列為跳躍頻率。

2.3 電路控制

圖2

如圖2所示，其中JC——交流接觸器。

KM——中間繼電器。

RJ——熱繼電器。

HD——指示燈。

可以實現(xiàn)與水溫聯(lián)鎖的自動控制，水溫設(shè)置為40℃，當(dāng)水溫超過40℃時，風(fēng)機自動啟動，當(dāng)水溫低于40℃時，風(fēng)機不啟動，這樣就可以節(jié)約水的丟失與電的浪費。

3 結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)負荷變化對冷卻塔風(fēng)機系統(tǒng)進行節(jié)能控制，對于系統(tǒng)的節(jié)能降耗具有十分重要的意義。本文結(jié)合冷卻塔的節(jié)水節(jié)電，提出了相應(yīng)的控制措施，使其能發(fā)揮最佳的運行效果，并提出了冷卻塔溫度的最優(yōu)控制計算（PID）。

[1]美國專利號：U.SPatentNo.560096，1995.

[2]《工業(yè)循環(huán)水設(shè)計規(guī)范》（GBT50102-2003）.

[3]張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

Cooling tower consumption analysis

Mao di，Zhang Xuyan
（Shenyang Gas Co.，Ltd.）

Through the frequency conversion timing speed,the speed of fan for coo li ng tower and number of starting fan are regulated in the night or the low temperature season，the energy-saving effect is reached.

Coo li ng tower for Fan；Frequency converter；PID；Control

TQ051.5

A

1004-7344（2016）13-0330-02

2016-4-15