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变频器在冷却塔风扇系统中的应用

提示:

冷却塔是一种将水冷却的装置,水在其中与渡过的空气进行热交换、质交换,致使水温下降,它广泛应用于空调循环水系统和工业用循环水系统中。在选用冷却塔时,主要考虑冷却程度、冷却水量、湿球温度是否有特殊要求,通常安装在通风比较好的地方。 冷却塔属热交换设备系统。进行热交换的两种介质即水与空气无间隔。冷却塔利用

    冷却塔是一种将水冷却的装置,水在其中与渡过的空气进行热交换、质交换,致使水温下降,它广泛应用于空调循环水系统和工业用循环水系统中。在选用冷却塔时,主要考虑冷却程度、冷却水量、湿球温度是否有特殊要求,通常安装在通风比较好的地方。
    冷却塔属热交换设备系统。进行热交换的两种介质即水与空气无间隔。冷却塔利用空气将通过它的水冷却,传热特点是水向空气传导热不需通过壁面,而是在直接接触过程中进行的。冷却水塔中,水在填料中形成水膜或水滴,在与空气直接接触的过程,同时发生热和质的传递;热传是由于水与空气的温差,而质传是由于水的表面蒸发形成的水蒸气不断地向空气中扩散,同时把水汽化潜热带入空气,在热量与质量的传递过程中,水冷却的过程叫做蒸发冷却过程,因此水在蒸发冷却过程中所散发的热量是由两部分所组成,即接触散热(传导和对流)和蒸发散热。
    冷却塔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。冷却塔组件分塔体和风机部分。冷却塔工作原理是采用物理降温的方式,使水与空气换热。风机部分的作用是增大送风量加快空气流动以利于换热;塔体部分的作用主要是增大水与空气的换热面积,增加水与空气的接触时间。风机部分就是个大风扇;塔体里面有填料,水在填料上形成水膜缓缓下流,在塔体底部是水槽,内有配管。
    (1)典型的冷却塔风机控制方式
    在典型的冷却塔风机控制系统中,变频器可以利用内置PID功能,组成以温度为控制对象的闭环控制。图4-12所示为典型的冷却塔变频控制原理,冷却塔风机的作用是将出水温度降到一定的值,其降温的效果可通过调整变频器的速度来进行。被控量(出水温度)与设定值的差值经过变频器内置的PID控制器后,送出速度命令并控制PWM输出,最终调节冷却塔风机的转速。
冷却塔风机变频控制原理
    4-12    冷却塔风机变频控制原理
    温度信号给定量通过变频器操作面板的参数设定,温度反馈量通过出水管路中的温度检测以420mA的电流形式从R口输入(以安川VS系列变频器为例),然后通过设置合理的PI参数(Kp=80%比例增益;Ki=30s积分时间;T=5s采样周期;10%偏差极限)就可以获得满意的闭环控制。图4-13所示为冷却塔风机变频接线示意图。
冷却塔风机变频接线示意图
    4-13    冷却塔风机变频接线示意图
    此例中信号选用420mA,接F1,同时参数n043设为0,同时设置好跳线J1
    对冷却塔风机采用变频调速控制.还应注重以下几点。
    ①由于冷却塔风机驱动部分的转动惯量一般都较大,所以给定加减速时间要长一些,如30--50s
    ②在实际运转中经常会由于外界风力的作用使冷却风机自转,此时假如启动变频器,电动机会进入再生状态,就会出现故障跳闸。对于变频器应该将启动方式设为转速跟踪再启动,这样就可在变频器启动前,通过检测电机的转速和方向来实现对旋转中电机的平滑无冲击启动。
    ③由于是普通电机,因此应该设置最低运转频率,以保持电机合适的温升,通常频率下限为20Hz
    ④为防止在较宽运转频率范围内(一般2050Hz)冷却风机出现特定转速下的机械共振现象,应该在试运转中分析这种情况,并采取修改参数的方法将系统的固有频率列为跳跃频率。
    (2)多台风机变频节能控制系统
    在大容量冷却水系统中,采用多冷却塔变频控制也是一种常见的方式。在某冷却水控制系统中,用户采用PLC控制两台风机,其中M1为工频风机,M2为变频风机,如图4-14所示(其中变频器采用艾默生的TD2000系列);M2变频风机控制采用闭环温度PID控制。PLC则利用TD2000的开路集电极Y1Y2的输出功能,获得该变频器的频率运行状态是在上限(FHL)或是下限(FLL),就可以自动开停M1工频风机,而M2变频风机始终处于工作状态。
    风机M2的工作状态分两种:一是处于2050Hz运行;另一种是长时间处于20Hz运行。为了保证节能效果,对于后者就和零频回差即可。这样休眠的控制方式非常有效,尤其是在夜间冷负荷相对较低的情况下。
    显然,低速运行是冷却塔本身节能所在。比如,两台主机和两台冷却塔对应,在两台主机满载工作时,如室外工况要求两台冷却塔100%投入,毫无疑问,这种满载工况的出现并没有可以节能的余地了,但是这种满载概率在舒适性空调中通常不超过10%,系统在全年的运行中,大部分时间是处在部分负荷状态下。也就是说,全年90%以上的时间都有节能的余地。
    从图4-14中看出,PLC主要起到了开关控制的作用,可采用小型PLC,如西门子的CPU221LGK10S1或其他品牌的小型PLC。当然,本方案的功能只对同一出水并联的多冷却塔才有效,不同机组或不同出水管路均有局限性。
    (3)冷却塔风机的优化温度设置
    根据一般的工程常识,对于机械式冷却塔,风扇转速越高,冷却水的温度就会越低,此时冷却塔的耗电也就越多;可对于空调主机来说,冷却水温度越低,主机的耗电就会越少。反之,冷却塔转速越低,冷却水的温度越高,这样冷却塔的耗电越少。但对于空调主机来说,由于进入冷凝器的水温升高,相应的主机耗电会增加,这里显然存在一个优化控制的问题。
冷却塔多风机变频控制原理
    4-14    冷却塔多风机变频控制原理
    4-153516kW(1000Ton)离心主机在50%荷载时,某一湿球温度下的瞬间能耗比较图。由图中分析可知,对于冷却塔能耗线,随着冷却水温度的提高,冷却塔的能耗就相应减少;而对于主机能耗曲线,随着冷却水温度的提高,主机的能耗也相应增加。因此,单一设备的节能并不能说明该系统节能,综合能耗是主机能耗和冷却塔能耗的叠加,只有在图中找出综合能耗的最低点,才是最佳的系统节能。在图4-15中,该工况下,该冷却水优化温度为28℃。
冷却水温度变化与机组能耗关系示意图
    4-15    冷却水温度变化与机组能耗关系示意图

(责任编辑: 佚名 )

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